Темная энергия Вселенной не пустое пространство после большого взрыва

Темная энергия Вселенной не пустое пространство после большого взрыва Мудрость Бытия

Если случайно оглянуться вокруг, то физический мир предстанет как совершенно нам непонятный, вселенная настолько сложна, ее структуры и процессы столь разнообразны и прерывисты, что, казалось бы, нет никакой причины, по которой человеческие существа когда-либо добились их понимания.

Тем не менее все усилия во имя науки основаны на дерзком предположении – принятом на веру учеными, — что под калейдоскопом явлений, сбивающим с толку и противящимся изучению, лежит скрытый математический порядок. И более того. Наука исходит из того, что этот подлежащий порядок можно, по крайней мере отчасти, постигнуть человеческим разумом.

После трех столетий впечатляющих достижений объекты физической науки можно легко разделить на три широкие категории: а) очень большие, б) очень маленькие и в) очень сложные».

Первая категория имеет дело с космологией, общей структурой и эволюцией вселенной. Вторая — царство физики субатомных частиц и поиск основополагающих строительных блоков материи. В последние годы эти две дисциплины начали сливаться, поскольку стало ясно, что Большой взрыв, положивший начало вселенной примерно 14 миллиардов лет назад, высвободил огромную энергию, на краткий миг обнажив конечные составляющие материи.

Вселенная после большого взрыва.

Космологи предполагают, что крупномасштабная структура вселенной обязана собственным происхождением сверхэнергетичным субъядерным процессам, происходившим в первую долю секунды ее существования. В этом смысле субатомная физика помогает выделить общие свойства вселенной. И наоборот, то, каким образом вселенная начала существовать, помогает определить количество и свойства фундаментальных материальных частиц, извергнутых Большим взрывом. Таким образом, малое определяется большим, в то время как большое определяется малым.

В отличие от первых двух, изучение третьего типа объектов науки — сложных систем — все еще пребывает в детском возрасте. Сложность сложна по своей природе и крайне трудна для понимания. И все же становится ясно, что сложность не всегда равна запутанной, неповторимой усложненности.

Во многих случаях за поверхностным хаотическим или сложным поведением стоят простые математические принципы. Рост объема и скорости вычислений помогли лучше понять различные виды сложного, обнаруживаемые в природе, и укрепили веру в существование четких законов сложности, дополняющих, но не нарушающих привычные законы физики.

Хотя корни теории хаоса уходят в прошлое на одно столетие или более, выдающееся положение она заняла благодаря осознанию того, что хаос — это общая черта динамических систем, вследствие чего произвольность и непредсказуемость, оказывается, затрагивают не только погоду и биологическое разнообразие, но даже такие обыденные системы, как фондовая биржа.

Сегодня ученые признают, что теория хаоса описывает лишь один из множества разнообразных типов сложного поведения, представленных в природе, и что для полного понимания сложности требуется нечто гораздо большее, чем простое определение разницы между обычным и необычным поведением.

Квантовая информация во Вселенной.

Так же как исследования большого и малого начинают сливаться, наука очень сложного начала отчасти совпадать с изучением макромира. Наиболее впечатляющие перемены происходят в области взаимодействия биологических, химических и вычислительных систем. Акроним БИНС был закреплен за «биоинфонано-системами». Они относятся к царству молекулярных машин (объектам так называемых нанотехнологий), масштаб которых измеряется одной миллиардной долей метра), и систем по обработке информации; классический пример для них в природе — это живая клетка.

В последнее десятилетие основой целью в этой области была попытка построить квантовый компьютер. Это прибор, разработанный, чтобы использовать квантовое поведение для обработки информации. Сила квантовых систем в том, что они могут существовать во многих квантовых состояниях одновременно.

Атом, например, может быть возбужденным или невозбужденным в одно и то же время. Закрепив информацию за определенными квантовыми состояниями, физики рассчитывают, что скорость ее обработки вырастет экспоненциально по сравнению с обычным компьютером. Если эта попытка увенчается успехом — а исследования до сих пор переживают детскую пору, — она изменит не только науку о сложном, но и наше понимание того, что обозначает этот термин.

Я уверен, что квантовые нано-машины вскоре сделают неразличимой границу между живым и неживым и что секрет жизни будет лежать в чрезвычайных способностях живых систем к обработке информации. Грядущее слияние предметов изучения информационной и вычислительной наук, квантовой механики и нанотехнологий приведет к революционным переменам в нашем понимании биологических систем.

Многие из загадок, например, о происхождении жизни, до сих пор вызывают серьезные трудности. Однако одна область сделала впечатляющий шаг вперед за прошедшие годы, — это космология. Успехи последнего десятилетия превратили ее из тихой заводи умозрительных построений в магистральную научную дисциплину.

Изучение Вселенной после большого взрыва.

Рассмотрим, например, данные, полученные со спутника, названного Зондом микроволновой анизотропии Вилкинсона (WMAP), опубликованные в 2003 году. В газетах по всему миру была напечатана фотография, представляющая термальную карту неба, тщательно составленную благодаря наблюдениям с высокой надземной орбиты. На самом деле, это моментальный снимок того, как вселенная выглядела 380 ООО лет после ее рождения в горячем большом взрыве.

Обжигающий жар, сопровождавший рождение вселенной, теперь уменьшился до мягкого остаточного свечения, омывающего вселенную целиком. WMAP был разработан для того, чтобы нанести на карту этот убывающий первобытный жар, который путешествует практически нетронутым уже более 13 миллиардов лет.

В кляксах и размывах этой карты заключены ответы на главные вопросы о космосе, а именно: каков возраст вселенной, из чего она сделана и как погибнет. Извлекая данные из карты, ученые смогли восстановить точную историю вселенной с беспрецедентной точностью.

Возможно, самый значительный факт, открывшийся благодаря работе WMАР и многочисленным наземным наблюдениям, — это существование одного из видов космической антигравитации, который к настоящему времени окрестили «темной энергией».

Корни этой истории уходят в 1915 год, когда Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. В этой совершенно гениальной работе предлагается абсолютно новое описание гравитации, силы, которая удерживает наши ноги на земле и действует между всеми телами во вселенной, пытаясь притянуть их друг к другу.

Антигравитация Эйнштейна.

Однако это вселенское притяжение наградило Эйнштейна головной болью. Почему, спрашивал он, вселенная попросту не обрушится большой кучей, втянутая вовнутрь собственной колоссальной массой? Не допустил ли он основополагающей ошибки в своей новой теории?

Сегодня мы знаем ответ. Вселенная не обрушилась (по крайней мере, пока), поскольку галактики разлетаются друг от друга под действием силы Большого взрыва. Однако в 1915 году никто не знал, что вселенная расширяется. Поэтому Эйнштейн принялся описывать статическую вселенную. Для этого он придумал понятие антигравитации.

Эта доселе неизвестная сила послужит как противовес массе вселенной, поддерживая ее и предотвращая обрушение. Чтобы ввести антигравитацию в теорию относительности, Эйнштейн наскоро поправил первоначальные уравнения, добавив новый термин, приобретший циничное название «погрешности Эйнштейна».

Сразу же стало очевидно, что антигравитация не походит на какую-либо иную силу. Для начала, она обладала любопытным свойством расти вместе с пространством. Это означает, что мы не сможем заметить ее воздействие на Земле или даже в Солнечной системе. Однако в космических масштабах ее силы крепнут настолько, что если проделки с цифрами верны, то она может с точностью уравновесить гравитационную силу притяжения между всеми галактиками.

Это была изящная, но недолговечная идея. Крах настиг ее в 1920-е, когда Эдвин Хаббл открыл, что вселенная расширяется. Встретившись в 1931 году с Хабблом, Эйнштейн сразу же понял, что антигравитация бесполезна, и отказался от нее, назвав ее «величайшей ошибкой в собственной жизни». После такого фиаско, антигравитацию решительно изгнали из повестки дня космологии.

Но, как это часто бывает в науке, события развивались непредсказуемым образом. Только то, что антигравитация оказалась ненужной для своей изначальной цели, не позволяло логически заключить, что она не существует, и в 1970-е эта идея воспрянула снова, но в совсем ином контексте. В течение сорока лет физики бились над загадочной природой пустого пространства.

Квантовая механика, работающая с процессами на субатомном уровне, предсказывала, что даже при полном отсутствии материи пространство должно бурлить невидимой, или темной, энергией. Известная формула Эйнштейна Е=mс^2 означает, что эта темная энергия должна обладать массой, и в результате создавать гравитационную тягу. Попросту говоря, квантовая механика имеет в виду, что даже абсолютно пустое пространство обладает весом.

На первый взгляд, это выглядит абсурдно. Как может само пространство — вакуум — что-либо весить? Но поскольку отхватить кусочек пространства и положить его на весы невозможно, данное утверждение проверить нелегко. Лишь только измерив вселенную целиком, можно определить вес ее (очень немаленького) пространства. Взвешивание вселенной совсем не пустяковое дело, но как я вкратце опишу далее, осуществить его можно.

Темная энергия Вселенной.

Прежде чем приступать к вопросу о том, сколько весит данный объем пространства, следует рассказать о непростых свойствах темной энергии. Пространство не только обладает весом, но и оказывает давление. Согласно теории Эйнштейна, давление, так же, как и масса, создает гравитационную тягу. Например, внешнее давление Земли немного увеличивает вес вашего тела. Здесь можно запутаться, поскольку давление толкает наружу и одновременно создает гравитационную силу, тянущую внутрь.

Когда дело доходит до темной энергии, возникает обратное положение — ее давление оказывается отрицательным. Попросту говоря, пространство засасывает. И так же как давление создает гравитацию, засасывание порождает антигравитацию. Если собрать все воедино, вывод ошеломляет: пространство засасывает так сильно, но его антигравитация оказывается сильнее. Итог таков, что темная энергия в точности подражает погрешности Эйнштейна!

Несмотря на это удивительное совпадение, немногие ученые посвятили себя делу темной энергии. Теоретики надеялись, что она как-нибудь уйдет прочь. Затем, в 1998 году, разорвалась настоящая бомба. Астрономы из Австралии и других мест производили перепись взрывающихся звезд. По свету этих так называемых сверхновых они могли рассчитать расстояния, на которых произошли взрывы.

Скоро стало ясно, что эти бурные события случились слишком далеко, чтобы вписаться в стандартную модель вселенной, начавшейся с Большого взрыва и позднее замедлившей постепенно свое расширение. Единственное объяснение, казалось, состояло в том, что когда-то в прошлом темпы расширения снова начали расти, словно под действием таинственного космического отталкивания. Темная энергия неожиданно снова оказалась в моде.

Пустое пространство Вселенной.

Результаты этих наблюдений вместе с данными WMАР показывают, что лишь около 5 процентов вселенной сделано из обычной материи, такой как атомы. Примерно четверть состоит из темной материи некоего вида, который только предстоит установить, однако многие убеждены, что это экзотические субатомные частицы, извергнутые наружу Большим взрывом.

Львиная доля вселенной существует в виде темной энергии. Говоря языком цифр, пустое пространство наблюдаемой вселенной весит примерно сто триллионов триллионов триллионов триллионов тонн, намного больше, чем все звезды вместе взятые. Возможно, это и много, но для сравнения скажем, что вес пространства внутри автомобиля составляет несколько триллион-триллионных грамма.

Теоретики никак не могут понять, почему темная энергия весит именно столько. На самом деле, их мнения разделились относительно того, представляет ли собой темная энергия антигравитацию Эйнштейна или же это некое более сложное и экзотическое явление. Каково бы ни было объяснение, темная энергия, вероятно, творит судьбу космоса. С течением времени, по мере того, как темпы космического расширения будут расти, галактики будут все дальше и дальше уноситься друг от друга, постоянно наращивая скорость.

В конце концов, даже галактики рядом с нашим Млечным путем (или тем, что останется от него) будут удаляться быстрее света, а потому станут невидимы. Если не произойдет ничего, что могло бы изменить такой ход событий, конечным состоянием вселенной будет темное, почти пустое пространство навеки вечные. Такое предположение удручает.

Созданный космос.

Однако есть луч надежды. Те физические процессы, что запустили инфляционный взрыв в пору рождения вселенной, можно, в принципе, воссоздать. Располагая триллионами лет на соответствующие размышления, наши потомки в отдаленном будущем могут найти способ, как произвести новый большой взрыв в лаборатории и создать в результате новорожденную вселенную.

Теория предполагает, что новая вселенная раздуется, создавая по пути свое собственное пространство и время, и в конечном итоге отделится от материнской вселенной. На некоторое время мать и дитя будут соединены пуповиной пространства, представляющего мост между старой вселенной и новой. Нашим потомкам, возможно, удастся протиснуться в новую вселенную и вступить в новый цикл эволюции и развития космоса. Это будет конечной стадией переселения: отправка во вновь созданный космос, изготовленный, будем надеяться, с учетом дружелюбия к биологическим формам жизни!

На протяжении более семи десятилетий идея темной энергии то пользовалась благоволением, то лишалась его. Если верить астрономическим свидетельствам, то она снова в моде, причем надолго. Хотя темная энергия сулит крах вселенной, она может также стать основой для спасения космоса. Если это так, то величайшая ошибка Эйнштейна может все еще обернуться его величайшим триумфом. И если законы вселенной — это действительно своего рода космический план, как я полагаю, то они также могут стать планом для выживания.

Оцените статью
( 8 оценок, среднее 5 из 5 )
Поделиться с друзьями
Жизнь Мудреца
Добавить комментарий

Всего
0
Поделились