Είμαστε αρκετά έξυπνοι για να κατανοήσουμε το σύμπαν;

Το παρατηρήσιμο σύμπαν μπορεί μερικές φορές να σερβιριστεί σε ένα πιάτο, όπως έκανε πρόσφατα ο μουσικός Pablo Carlos Budassi όταν συνδύασε τους λογαριθμικούς χάρτες του Πανεπιστημίου Princeton και της NASA σε έναν έγχρωμο δίσκο. Αυτό είναι ένα γεωκεντρικό μοντέλο - η Γη βρίσκεται στο κέντρο της πλάκας και το πλάσμα του Big Bang βρίσκεται στις άκρες.

Η οπτικοποίηση είναι τόσο καλή όσο κάθε άλλη, και ακόμη καλύτερη από άλλες, γιατί είναι κοντά στην ανθρώπινη άποψη. Υπάρχουν πολλές θεωρίες για τη δομή, τη δυναμική και τη μοίρα του σύμπαντος και το κοσμολογικό παράδειγμα που είναι αποδεκτό εδώ και δεκαετίες φαίνεται να καταρρέει λίγο τελευταία. Για παράδειγμα, ακούγονται όλο και περισσότερο φωνές που αρνούνται τη θεωρία του Big Bang.

Το σύμπαν είναι ένας κήπος από παραξενιές, ζωγραφισμένος με τα χρόνια στο «mainstream» της φυσικής και της κοσμολογίας, γεμάτος με περίεργα φαινόμενα όπως π.χ. γιγάντια κβάζαρ πετάει μακριά μας με ιλιγγιώδη ταχύτητα, σκοτεινή ύληπου κανείς δεν έχει ανακαλύψει και που δεν δείχνει σημάδια επιταχυντών, αλλά είναι «απαραίτητο» για να εξηγήσει την υπερβολικά γρήγορη περιστροφή του γαλαξία και, τέλος, Μεγάλη έκρηξηπου καταδικάζει όλη τη φυσική σε έναν αγώνα με το ανεξήγητο, τουλάχιστον προς το παρόν, χαρακτηριστικό.

δεν υπήρχαν πυροτεχνήματα

Η πρωτοτυπία του Big Bang προκύπτει άμεσα και αναπόφευκτα από τα μαθηματικά της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Ωστόσο, ορισμένοι επιστήμονες το βλέπουν ως ένα προβληματικό φαινόμενο, επειδή τα μαθηματικά μπορούν να εξηγήσουν μόνο τι συνέβη αμέσως μετά ... - αλλά δεν γνωρίζουν τι συνέβη εκείνη την πολύ περίεργη στιγμή, πριν από τα μεγάλα πυροτεχνήματα (2).

Πολλοί επιστήμονες αποφεύγουν αυτό το χαρακτηριστικό. Αν και μόνο επειδή, όπως το έθεσε πρόσφατα Αλλά ο Ahmed Farah από το Πανεπιστήμιο του Μπεν στην Αίγυπτο, «οι νόμοι της φυσικής σταματούν να λειτουργούν εκεί». Farag με έναν συνάδελφο Saurya Dasem από το Πανεπιστήμιο του Lethbridge στον Καναδά, που παρουσιάστηκε σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε το 2015 στο Physics Letters B, ένα μοντέλο στο οποίο το σύμπαν δεν έχει αρχή και τέλος, και επομένως δεν έχει μοναδικότητα.

Και οι δύο φυσικοί εμπνεύστηκαν από τη δουλειά τους. Ντέιβιντ Μπομ από τη δεκαετία του '50. Εξέτασε τη δυνατότητα αντικατάστασης των γεωδαισιακών γραμμών που είναι γνωστές από τη γενική θεωρία της σχετικότητας (οι συντομότερες γραμμές που συνδέουν δύο σημεία) με κβαντικές τροχιές. Στην εργασία τους, οι Farag και Das εφάρμοσαν αυτές τις τροχιές Bohm σε μια εξίσωση που αναπτύχθηκε το 1950 από τον φυσικό Στην Amala Kumara Raychaudhury από το Πανεπιστήμιο της Καλκούτας. Ο Raychaudhuri ήταν επίσης δάσκαλος του Das όταν ήταν 90. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση του Raychaudhuri, ο Ali και ο Das πέτυχαν την κβαντική διόρθωση Εξίσωση Friedmanτο οποίο, με τη σειρά του, περιγράφει την εξέλιξη του Σύμπαντος (συμπεριλαμβανομένου του Big Bang) στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας. Αν και αυτό το μοντέλο δεν είναι μια αληθινή θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, περιλαμβάνει στοιχεία τόσο της κβαντικής θεωρίας όσο και της γενικής σχετικότητας. Οι Farag και Das αναμένουν επίσης τα αποτελέσματά τους να ισχύουν ακόμη και όταν τελικά διατυπωθεί μια πλήρης θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.

Η θεωρία Farag-Das δεν προβλέπει ούτε τη Μεγάλη Έκρηξη ούτε τη Μεγάλη Έκρηξη μεγάλη συντριβή επιστροφή στη μοναδικότητα. Οι κβαντικές τροχιές που χρησιμοποιούν οι Farag και Das δεν συνδέονται ποτέ και επομένως δεν σχηματίζουν ποτέ ένα μοναδικό σημείο. Από κοσμολογική άποψη, εξηγούν οι επιστήμονες, οι κβαντικές διορθώσεις μπορούν να θεωρηθούν ως μια κοσμολογική σταθερά και δεν υπάρχει ανάγκη εισαγωγής σκοτεινής ενέργειας. Η κοσμολογική σταθερά οδηγεί στο γεγονός ότι η λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν μπορεί να είναι ένας κόσμος πεπερασμένου μεγέθους και άπειρης ηλικίας.

Αυτή δεν είναι η μόνη θεωρία τον τελευταίο καιρό που υπονομεύει την έννοια του Big Bang. Για παράδειγμα, υπάρχουν υποθέσεις ότι όταν εμφανίστηκε ο χρόνος και ο χώρος, προήλθε και δεύτερο σύμπανστην οποία ο χρόνος κυλά αντίστροφα. Αυτό το όραμα παρουσιάζεται από μια διεθνή ομάδα φυσικών, που αποτελείται από: Τιμ Κοζλόφσκι από το Πανεπιστήμιο του New Brunswick, Flavio Markets Περιμετρικά του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής και Τζούλιαν Μπάρμπουρ. Τα δύο σύμπαντα που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, σε αυτή τη θεωρία, θα πρέπει να είναι κατοπτρικές εικόνες του εαυτού τους (3), έτσι έχουν διαφορετικούς νόμους της φυσικής και διαφορετική αίσθηση της ροής του χρόνου. Ίσως διεισδύουν μεταξύ τους. Το αν ο χρόνος ρέει προς τα εμπρός ή προς τα πίσω καθορίζει την αντίθεση μεταξύ υψηλής και χαμηλής εντροπίας.

Με τη σειρά του, ο συγγραφέας μιας άλλης νέας πρότασης στο πρότυπο των πάντων, Wong Tzu Shu από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Ταϊβάν, περιγράφει τον χρόνο και τον χώρο όχι ως ξεχωριστά πράγματα, αλλά ως στενά συνδεδεμένα πράγματα που μπορούν να μετατραπούν το ένα σε άλλο. Ούτε η ταχύτητα του φωτός ούτε η σταθερά της βαρύτητας είναι αμετάβλητα σε αυτό το μοντέλο, αλλά είναι παράγοντες στη μετατροπή του χρόνου και της μάζας σε μέγεθος και χώρο καθώς το σύμπαν διαστέλλεται. Η θεωρία Shu, όπως και πολλές άλλες έννοιες στον ακαδημαϊκό κόσμο, μπορεί φυσικά να θεωρηθεί ως φαντασία, αλλά το μοντέλο ενός διαστελλόμενου σύμπαντος με 68% σκοτεινή ενέργεια που προκαλεί τη διαστολή είναι επίσης προβληματικό. Κάποιοι σημειώνουν ότι με τη βοήθεια αυτής της θεωρίας, οι επιστήμονες «αντικατέστησαν κάτω από το χαλί» τον φυσικό νόμο της διατήρησης της ενέργειας. Η θεωρία της Ταϊβάν δεν παραβιάζει τις αρχές της διατήρησης της ενέργειας, αλλά με τη σειρά της έχει πρόβλημα με την ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων, η οποία θεωρείται κατάλοιπο της Μεγάλης Έκρηξης. Κάτι για κάτι.

Δεν μπορείς να δεις το σκοτάδι και όλα

Επίτιμοι υποψήφιοι σκοτεινή ύλη Πολλά απο. Ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια, ισχυρά αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια, στείρα νετρίνα, νετρίνα, αξιόνια - αυτές είναι μερικές μόνο από τις λύσεις στο μυστήριο της «αόρατης» ύλης στο Σύμπαν που έχουν προταθεί από τους θεωρητικούς μέχρι στιγμής.

Για δεκαετίες, οι πιο δημοφιλείς υποψήφιοι ήταν υποθετικοί, βαρύς (δέκα φορές βαρύτερος από ένα πρωτόνιο) ασθενώς αλληλεπιδρώντας σωματίδια που ονομάζονται WIMP. Θεωρήθηκε ότι ήταν ενεργά στην αρχική φάση της ύπαρξης του Σύμπαντος, αλλά καθώς ψύχθηκε και τα σωματίδια διασκορπίστηκαν, η αλληλεπίδρασή τους εξασθενούσε. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι η συνολική μάζα των WIMP θα έπρεπε να ήταν πέντε φορές μεγαλύτερη από αυτή της συνηθισμένης ύλης, που είναι ακριβώς όσο έχει υπολογιστεί η σκοτεινή ύλη.

Ωστόσο, δεν βρέθηκαν ίχνη WIMP. Έτσι τώρα είναι πιο δημοφιλές να μιλάμε για αναζήτηση στείρα νετρίνα, υποθετικά σωματίδια σκοτεινής ύλης με μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο και πολύ μικρή μάζα. Μερικές φορές τα στείρα νετρίνα θεωρούνται ως η τέταρτη γενιά νετρίνων (μαζί με νετρίνα ηλεκτρονίων, μιονίων και ταυ). Το χαρακτηριστικό γνώρισμά του είναι ότι αλληλεπιδρά με την ύλη μόνο υπό τη δράση της βαρύτητας. Συμβολίζεται με το σύμβολο ν_s.

Οι ταλαντώσεις νετρίνων θα μπορούσαν θεωρητικά να κάνουν τα νετρίνα μιονίων αποστειρωμένα, κάτι που θα μείωνε τον αριθμό τους στον ανιχνευτή. Αυτό είναι ιδιαίτερα πιθανό αφού η δέσμη νετρίνων έχει περάσει μέσα από μια περιοχή ύλης υψηλής πυκνότητας όπως ο πυρήνας της Γης. Ως εκ τούτου, ο ανιχνευτής IceCube στο Νότιο Πόλο χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση των νετρίνων που προέρχονται από το βόρειο ημισφαίριο στην περιοχή ενέργειας από 320 GeV έως 20 TeV, όπου αναμενόταν ένα ισχυρό σήμα παρουσία στείρων νετρίνων. Δυστυχώς, η ανάλυση των δεδομένων των παρατηρούμενων γεγονότων κατέστησε δυνατό να αποκλειστεί η ύπαρξη στείρων νετρίνων στην προσβάσιμη περιοχή του χώρου παραμέτρων, το λεγόμενο. Επίπεδο εμπιστοσύνης 99%.

Τον Ιούλιο του 2016, μετά από είκοσι μήνες πειραματισμών με τον ανιχνευτή Large Underground Xenon (LUX), οι επιστήμονες δεν είχαν τίποτα να πουν εκτός από το ότι… δεν βρήκαν τίποτα. Ομοίως, επιστήμονες από το εργαστήριο του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού και φυσικοί από το CERN, που υπολόγιζαν την παραγωγή σκοτεινής ύλης στο δεύτερο μέρος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων, δεν λένε τίποτα για τη σκοτεινή ύλη.

Πρέπει λοιπόν να ψάξουμε περισσότερο. Οι επιστήμονες λένε ότι ίσως η σκοτεινή ύλη είναι κάτι εντελώς διαφορετικό από τα WIMP και τα νετρίνα ή οτιδήποτε άλλο, και κατασκευάζουν τον LUX-ZEPLIN, έναν νέο ανιχνευτή που θα πρέπει να είναι εβδομήντα φορές πιο ευαίσθητος από τον σημερινό.

Η επιστήμη αμφιβάλλει αν υπάρχει κάτι τέτοιο όπως η σκοτεινή ύλη, και ωστόσο οι αστρονόμοι παρατήρησαν πρόσφατα έναν γαλαξία που, παρά το γεγονός ότι έχει μάζα παρόμοια με τον Γαλαξία μας, είναι 99,99% σκοτεινή ύλη. Πληροφορίες για την ανακάλυψη δόθηκαν από το παρατηρητήριο V.M. Κέκα. Αυτό είναι περίπου γαλαξίας Dragonfly 44 (Dragonfly 44). Η ύπαρξή του επιβεβαιώθηκε μόλις πέρυσι όταν η Dragonfly Telephoto Array παρατήρησε ένα κομμάτι ουρανού στον αστερισμό Berenices Spit. Αποδείχθηκε ότι ο γαλαξίας περιέχει πολύ περισσότερα από όσα φαίνεται με την πρώτη ματιά. Δεδομένου ότι υπάρχουν λίγα αστέρια σε αυτό, θα αποσυντεθεί γρήγορα εάν κάποιο μυστηριώδες πράγμα δεν βοηθούσε να συγκρατήσει τα αντικείμενα που το αποτελούν. Σκοτεινή ύλη;

Πρίπλασμα?

Υπόθεση Το σύμπαν ως ολόγραμμαπαρά το γεγονός ότι ασχολούνται με αυτό άτομα με σοβαρά επιστημονικά πτυχία, εξακολουθεί να αντιμετωπίζεται ως ομιχλώδης περιοχή στα σύνορα της επιστήμης. Ίσως επειδή και οι επιστήμονες είναι άνθρωποι και είναι δύσκολο για αυτούς να συμβιβαστούν με τις ψυχικές συνέπειες της έρευνας σε αυτό το θέμα. Χουάν Μαλντασέναξεκινώντας με τη θεωρία χορδών, σκιαγράφησε ένα όραμα του σύμπαντος στο οποίο οι χορδές που δονούνται σε εννιαδιάστατο χώρο δημιουργούν την πραγματικότητά μας, η οποία είναι απλώς ένα ολόγραμμα - μια προβολή ενός επίπεδου κόσμου χωρίς βαρύτητα..

Τα αποτελέσματα μιας μελέτης Αυστριακών επιστημόνων, που δημοσιεύθηκε το 2015, δείχνουν ότι το σύμπαν χρειάζεται λιγότερες διαστάσεις από τις αναμενόμενες. Το τρισδιάστατο σύμπαν μπορεί να είναι απλώς μια δισδιάστατη δομή πληροφοριών στον κοσμολογικό ορίζοντα. Οι επιστήμονες το συγκρίνουν με τα ολογράμματα που βρίσκονται στις πιστωτικές κάρτες - στην πραγματικότητα είναι δισδιάστατα, αν και τα βλέπουμε ως τρισδιάστατα. Σύμφωνα με Daniela Grumillera από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης, το σύμπαν μας είναι αρκετά επίπεδο και έχει θετική καμπυλότητα. Ο Grumiller εξήγησε στο Physical Review Letters ότι εάν η κβαντική βαρύτητα σε επίπεδο χώρο μπορεί να περιγραφεί ολογραφικά με την τυπική κβαντική θεωρία, τότε πρέπει να υπάρχουν φυσικά μεγέθη που μπορούν να υπολογιστούν και στις δύο θεωρίες και τα αποτελέσματα πρέπει να ταιριάζουν. Συγκεκριμένα, ένα βασικό χαρακτηριστικό της κβαντικής μηχανικής, η κβαντική εμπλοκή, θα πρέπει να εμφανίζεται στη θεωρία της βαρύτητας.

Κάποιοι προχωρούν παραπέρα, μιλώντας όχι για ολογραφική προβολή, αλλά ακόμη και για μοντελοποίηση υπολογιστή. Πριν από δύο χρόνια, ένας διάσημος αστροφυσικός, βραβευμένος με Νόμπελ, Τζορτζ Σμουτ, παρουσίασε επιχειρήματα ότι η ανθρωπότητα ζει μέσα σε μια τέτοια προσομοίωση υπολογιστή. Ισχυρίζεται ότι αυτό είναι δυνατό, για παράδειγμα, χάρη στην ανάπτυξη παιχνιδιών στον υπολογιστή, τα οποία θεωρητικά αποτελούν τον πυρήνα της εικονικής πραγματικότητας. Θα δημιουργήσουν ποτέ οι άνθρωποι ρεαλιστικές προσομοιώσεις; Η απάντηση είναι ναι», είπε σε συνέντευξή του. «Προφανώς, έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος σε αυτό το θέμα. Δείτε μόνο το πρώτο «Pong» και τα παιχνίδια που έγιναν σήμερα. Γύρω στο 2045, θα είμαστε σε θέση να μεταφέρουμε τις σκέψεις μας στους υπολογιστές πολύ σύντομα».

Το Σύμπαν ως ολογραφική προβολή

Δεδομένου ότι μπορούμε ήδη να χαρτογραφήσουμε ορισμένους νευρώνες στον εγκέφαλο μέσω της χρήσης απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού, η χρήση αυτής της τεχνολογίας για άλλους σκοπούς δεν θα πρέπει να αποτελεί πρόβλημα. Τότε η εικονική πραγματικότητα μπορεί να λειτουργήσει, η οποία επιτρέπει την επαφή με χιλιάδες ανθρώπους και παρέχει μια μορφή εγκεφαλικής διέγερσης. Αυτό μπορεί να συνέβη στο παρελθόν, λέει ο Smoot, και ο κόσμος μας είναι ένα προηγμένο δίκτυο εικονικών προσομοιώσεων. Επιπλέον, θα μπορούσε να συμβεί άπειρες φορές! Έτσι μπορούμε να ζούμε σε μια προσομοίωση που βρίσκεται σε μια άλλη προσομοίωση, που περιέχεται σε μια άλλη προσομοίωση που είναι... και ούτω καθεξής ad infinitum.

Ο κόσμος, και πολύ περισσότερο το Σύμπαν, δυστυχώς, δεν μας δίνεται στο πιάτο. Μάλλον, εμείς οι ίδιοι είμαστε μέρος, πολύ μικρά, από πιάτα που, όπως δείχνουν κάποιες υποθέσεις, μπορεί να μην είχαν ετοιμαστεί για εμάς.

Αυτό το μικροσκοπικό μέρος του σύμπαντος που εμείς -τουλάχιστον με υλιστική έννοια- θα γνωρίσουμε ποτέ ολόκληρη τη δομή; Είμαστε αρκετά έξυπνοι για να κατανοήσουμε και να κατανοήσουμε το μυστήριο του σύμπαντος; Μάλλον όχι. Ωστόσο, αν αποφασίσαμε ποτέ ότι τελικά θα αποτύχουμε, θα ήταν δύσκολο να μην παρατηρήσουμε ότι αυτό θα ήταν επίσης, κατά μια έννοια, ένα είδος τελικής εικόνας για τη φύση όλων των πραγμάτων...