Представляем вам абсолютно новый взгляд на происхождение Вселенной разработанный группой физиков теоретиков из университета Индианы и представленный Никодимом Поплавским, работником этого университета.
Каждая черная дыра содержит новую Вселенную, наша не исключение, она тоже существует внутри черной дыры. Подобное утверждение может показаться странным, но именно это предположение наилучшим образом объясняет рождение Вселенной и течение всех процессов, которые мы наблюдаем сегодня.
Стандартная теория Большого взрыва не в состоянии ответить на многие вопросы. Она предполагает, что Вселенная зародилась, как «сингулярность» бесконечно малой точки содержащей бесконечно высокую концентрацию вещества расширяющую свой размер до состояния наблюдаемого нами сегодня. Теория инфляции, супер – быстрого расширения пространства, конечно отвечает на многие вопросы, такие как, почему именно не большие куски концентрированной материи на ранней стадии развития Вселенной объединялись в крупные небесные тела: галактики и скопления галактик. Но многие вопросы остаются без ответа. Например: что началось после Большого взрыва? Что послужило причиной Большого взрыва? Что является источником таинственной темной энергии, которая поступает из за границ Вселенной?
Теория о нахождении нашей Вселенной целиком внутри черной дыры дает ответы на эти и многие другие вопросы. Она исключает понятия физически невозможных особенностей нашей Вселенной. И она опирается на две центральные теории физики.
Во - первых, это общая теория относительности, современная теория гравитации. Она описывает Вселенную больших масштабов. Любое событие во Вселенной рассматривается, как точка в пространстве, и времени, и пространства – времени. Массивные объекты, такие как Солнце, искажают или создают «кривые» пространства – времени, сравнимые с шаром для боулинга лежащем на подвешенном холсте. Гравитационная вмятина от Солнца изменяет движение Земли и других планет, вращающихся вокруг него. Притяжение планет Солнцем предстает перед нами, как сила тяжести.
Второй закон квантовой механики, на который опирается новая теория, описывает Вселенную в самых малых масштабах, таких как атом и другие элементарные частицы.
В настоящее время физики стремятся объединить квантовую механику и общую теорию относительности в единую теорию «квантовой гравитации», что бы адекватно описывать важнейшие явления природы, в том числе поведение субатомных частиц в черных дырах.
В 1960-х годах, адаптацию общей теории относительности, учитывая эффекты от квантовой механики, назвали теорией гравитации Энштейна – Картона – Sciama – Kibble. Она не только обеспечивает новый шаг на пути к пониманию квантовой гравитации, но и создает альтернативную картину мира. Это изменение общей теории относительности включает в себя важное квантовое свойство матери известное, как СПИНОМ.
Мельчайшие частицы, такие как атомы и электроны обладают СПИНОМом, или внутренним угловым моментом аналогичным вращению фигуриста на льду. В этой картине СПИНОМ частиц взаимодействует с пространством – временем и снабжает его свойством называемым «торсионным». Что бы понять подобное скручивание, представьте себе пространство не как двумерный холст, а как гибкий одномерный стержень. Изгиб стержня соответствует пространственно – временному скручиванию. Если стержень тонкий, вы можете его скрутить, но трудно увидеть витой он или нет.
Скручивание пространства должно быть заметно, а точнее, весьма значительным на ранней стадии зарождения Вселенной или же в черной дыре. В этих экстремальных условиях скручивание пространства – времени должно проявить себя, как сила отталкивания или сила тяжести для ближайших от искривления пространства - времени объектов.
Как и в стандартной версии общей теории относительности, очень массивные звезды в конечном итоге попадают в черные дыры: области пространства, из которых ничего, даже свет не способно вырваться.
Вот какую роль в начальный момент зарождения вселенной может играть процесс скручивания:
Первоначально гравитационные притяжения искривленного пространства позволят превратить скручивание в силу отталкивания, ведущую к исчезновению вещества в меньших областях пространства. Но затем процесс скручивания становиться очень сильным превращаясь в точку бесконечной плотности, достигая состояния чрезвычайно большой, но конечной плотности. Так как энергия способна преобразовываться в массу, очень высокая гравитационная энергия, в этом чрезвычайно плотном состоянии может вызвать интенсивное рождение частиц, что значительно увеличивает массу внутри черной дыры.
Растущее число частиц с СПИНОМом приведет к более высокому уровню пространственно – временного скручивания. Отталкивающий момент скручивания может остановить развал материи и создать эффект «большого отскока» напоминающий вылетающий из воды утопленный до этого мячик, что приведет к процессу расширяющейся Вселенной. В результате этого мы наблюдаем соответствующие этому явлению процессы распределения массы, формы и геометрию вселенной.
В свою очередь, торсионный механизм предлагает удивительный сценарий, исходя из которого, каждая черная дыра способна производить внутри себя новую, юную Вселенную.
Таким образом, наша собственная Вселенная может находиться внутри черной дыры находящейся в другой Вселенной.
Так же, как мы не можем видеть то, что происходит внутри черной дыры, любые наблюдатели, в родительской Вселенной, не в состоянии видеть, что происходит в нашем мире.
Движение материи через границу черной дыры, называются «горизонтом событий» и происходит только в одном направлении, обеспечивая направление вектора времени, что мы воспринимаем как движение вперед.
Стрела времени в нашей Вселенной, досталась нам по наследству от родительской Вселенной, через процесс скручивания.
Скручиванием так же можно объяснить наблюдаемый дисбаланс между материей и антиматерией во Вселенной. Наконец процесс скручивания может быть источником темной энергии, таинственной формой энергии, которая пронизывает все наше пространство увеличивая скорость расширения Вселенной. Геометрия скручивания производит «космологическую постоянную», которая распространяется на внешние силы и является самым простым способом объясняющим существование темной энергии. Таким образом, наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной может оказаться самым сильным свидетельством процесса скручивания.
Скручивание, следовательно, обеспечивает теоретическую основу для сценария, в котором внутри каждой черной дыры существует новая Вселенная. Этот сценарий так же выступает как средство решения нескольких крупных проблем современной теории гравитации и космологии, хотя физикам еще требуется объединить квантовую механику Энштейна – Картона – Sciama – Kibble с квантовой теорией гравитации.
Меж тем, новое понимание космических процессов поднимает другие важные вопросы. Например, что мы знаем о родительской Вселенной и черной дыре, внутри которой находится наша собственная Вселенная? Сколько слоев родительской Вселенной мы имеем? Как можно проверить, что наша Вселенная находится в черной дыре?
Потенциально последние вопросы могут быть исследованы, поскольку все звезды и черные дыры вращаются, наша Вселенная должна была унаследовать ось вращения родительской Вселенной, как «предпочтительное направление».
Недавнее обследование 15 тыс. галактик в одном полушарии вселенной установило, что они являются «левыми», то есть вращаются по часовой стрелке, в то время как в другом полушарии галактики являются «правыми» или вращаются против часовой стрелки. Но это открытие еще требует осмысления. В любом случае сейчас уже понятно: процесс скручивания в геометрии пространства – времени является правильным шагом на пути к успешной теории космологии.
Глядя на произведение искусства, прекрасный пейзаж или ребенка человек всегда ощущает гармонию бытия.
В научных терминах это чувство, подсказывающее нам, что все во Вселенной гармонично и взаимосвязано, называется нелокальной согласованностью. По мнению Эрвина Ласло, чтобы объяснить присутствие значительного числа частиц во Вселенной и непрерывную, но отнюдь не равномерную и линейную эволюцию всего, что существует, мы должны признать присутствие фактора, который не является, ни материей, ни энергией.
Важность этого фактора теперь признается не только в социальных и гуманитарных науках, но и в физике и естествознании. Это информация - информация как реальный и эффективный фактор, устанавливающий параметры Вселенной при ее рождении, а впоследствии управляющий эволюцией ее базовых элементов, превращающихся в сложные системы.
И теперь опираясь на данные новой космологии, мы, наконец, вплотную подошли к реализации мечты каждого ученого - созданию целостной теории всего.
Создание целостной теории всего
В первой главе мы обсудим задачу создания теории всего. Теория, заслуживающая такое название, должна по-настоящему быть теорией всего — целостной теорией всего, что мы наблюдаем, переживаем и с чем сталкиваемся, будь то физические объекты, живые существа, социальные и экологические явления или порождения разума и сознания. Создать такую целостную теорию всего возможно — и это будет показано в этой и последующих главах.
Есть много способов постижения мира: через собственные представления, мистическую интуицию, искусство и поэзию, а также через системы убеждений мировых религий. Из множества доступных нам способов один заслуживает особого внимания, так как основывается на воспроизводимом опыте, строго соблюдает методологию и открыт для критики и переоценки. Это путь науки.
Наука имеет значение. Она имеет значение не только потому, что является источником новых технологий, которые меняют нашу жизнь и мир вокруг, но и потому, что дает нам надежный взгляд на мир и на нас в этом мире.
Но взгляд на мир через призму современной науки неоднозначен. До недавнего времени наука рисовала фрагментарный образ мира, который составляли кажущиеся независимыми дисциплины. Ученым тяжело сказать, что соединяет физическую Вселенную и живой мир, живой мир и мир общества, мир общества со сферами разума и сознания. Теперь ситуация меняется; на передовом рубеже науки все больше исследователей стремятся получить более целостную, единую картину мира. В первую очередь это касается физиков, которые трудятся над созданием единых теорий и больших единых теорий. Эти теории связывают вместе фундаментальные поля и силы природы в логичную теоретическую схему, выдвигая предположение, что те имеют общее происхождение.
Особенно перспективное течение в последние годы появилось в квантовой физике: попытка создать теорию всего. Этот проект опирается на теории струн и суперструн (называемые так потому, что в этих теориях элементарные частицы рассматриваются как вибрирующие нити или струны). Развиваемые теории всего используют сложные математические и многомерные пространства для того, чтобы создать одно главное уравнение, которое могло бы объяснить все законы Вселенной.
Физические теории всего
Теории всего, развиваемые в настоящий момент теоретическими физиками, направлены на достижение того, что Эйнштейн однажды назвал «чтением разума Бога». Он сказал, что если бы мы могли объединить все законы физической природы и создать связную систему уравнений, то сумели бы объяснить все характеристики Вселенной на основе этих уравнений, что было бы равносильно чтению разума Бога.
Собственную попытку такого рода Эйнштейн предпринял в форме создания теории единого поля. Хотя он не прекращал усилий до самой своей смерти в 1955 году, он не обнаружил простого и действенного уравнения, которое могло бы объяснить все физические феномены в логичной и связной форме.
К своей цели Эйнштейн шел, рассматривая все физические феномены как результат взаимодействия полей. Теперь мы знаем, что он потерпел неудачу из-за того, что не учел поля и силы, которые действуют на микрофизическом уровне реальности. Эти поля (слабое и сильное ядерное взаимодействие) занимают центральное положение в квантовой механике, но не в теории относительности.
Сегодня большинство физиков-теоретиков придерживаются другого подхода: они считают элементарной единицей квант—дискретный аспект физической реальности. Но физическая природа квантов пересмотрена: они считаются не отдельными материально-энергетическими частицами, а вибрирующими одномерными нитями — струнами и суперструнами. Физики пытаются представить все законы физики как вибрацию суперструн в многомерном пространстве. Они рассматривают каждую частицу как струну, которая создает собственную «музыку» вместе со всеми другими частицами. На космическом уровне целые звезды и галактики вибрируют вместе, а также и целые вселенные. Задача физиков состоит в том, чтобы создать уравнение, которое покажет, как одна вибрация соотносится с другой, чтобы все они могли быть выражены в одном суперуравнении. Это уравнение расшифровало бы музыку, в которой воплощена самая бескрайняя и фундаментальная гармония космоса.
Во время написания этой книги основанные на теории струн теории всего все еще продолжают оставаться честолюбивыми задумками: никто так и не создал суперуравнения, которое выражало бы гармонию физической Вселенной в формуле такой же простой, как созданная Эйнштейном Е = mc2. В действительности в этой области существует столько проблем, что все больше физиков предполагают, что для прогресса потребуется новая концепция. Для уравнений в теории струн требуются множественные измерения, четырехмерного пространства-времени недостаточно.
Изначально теория требовала наличия 12 измерений для того, чтобы связать все вибрации в единую теорию, но теперь считается, что достаточно «всего» 10 или 11 измерений при условии того, что вибрации происходят в более многомерном «гиперпространстве». Более того, теория струн требует существования пространства и времени для ее струн, но не может показать, как могли появиться время и пространство. И, наконец, смущает то, что эта теория имеет так много возможных решений — около 10500 — что становится совершенно непонятно, почему наша Вселенная такова, какова она есть (притом, что каждое решение ведет к иной Вселенной).
Физики, стремящиеся спасти теорию струн, выдвигают различные гипотезы. Например, все возможные вселенные сосуществуют, хотя мы живем лишь в одной из них. Или, быть может, у нашей Вселенной есть множество граней, но мы воспринимаем лишь одну знакомую нам. Вот несколько гипотез, выдвинутых физиками-те- оретиками, которые стремятся показать, что теории струн имеют некоторую долю реалистичности. Но ни одна из них не является удовлетворительной, и некоторые критики, среди которых Питер Войт и Ли Смолин, готовы похоронить теорию струн.
Смолин является одним из основателей теории петлевой квантовой гравитации, согласно которой пространство является сетью ячеек, которая связывает все точки. Теория объясняет, как возникли пространство и время, и объясняет также «действие на расстоянии», то есть странную «взаимосвязь», которая лежит в основе феномена, известного как нелокальность. Этот феномен мы подробно рассмотрим в главе 3.
Неизвестно, смогут ли физики создать работающую теорию всего. Однако ясно, что даже если предпринимающиеся усилия увенчаются успехом, создание настоящей теории всего не будет само по себе означать успеха. В лучшем случае физики создадут физическую теорию всего — теорию, которая будет не теорией всего, а лишь теорией всех физических объектов. Настоящая теория всего будет включать в себя не только математические формулы, которые выражают феномены, изучаемые этой областью квантовой физики. Во Вселенной есть не только вибрирующие струны и связанные с ними квантовые события. Жизнь, разум, культура и сознание являются частью реальности мира, и настоящая теория всего будет принимать во внимание и их.
Кен Уилбер, написавший книгу «Теория всего», согласен с этим. Он говорит о «целостном видении», воплощаемом в истинной теории всего. Однако он не предлагает такой теории, а в основном обсуждает, какой она могла бы быть, и описывает ее с точки зрения эволюции культуры и сознания в отношении к собственным теориям. Имеющую научные основания целостную теорию всего еще предстоит создать.
Подходы к истинной теории всего
Истинная теория всего может быть создана. Хотя она выходит за пределы струнной и суперструнной теорий, в рамках которых физики пытаются разработать собственную супертеорию, она вполне вписывается в рамки самой науки. Действительно задача создания истинной целостной теории всего проще, чем задача создания физической теории всего. Как мы видим, физические теории всего стремятся свести законы физики к единой формуле — все те законы, что управляют взаимодействием частиц и атомов, звезд и галактик; многими сложными сущностями со сложными взаимодействиями. Проще и разумнее искать основные законы и процессы, которые порождают эти сущности и их взаимодействия.
Компьютерное моделирование сложных структур показывает, что сложное создается и может быть объяснено базовыми и относительно простыми начальными условиями. Как показала теория клеточных автоматов Джона фон Неймана, достаточно определить основные составляющие системы и задать правила — алгоритмы — управляющие их поведением (это основа всех компьютерных моделей: разработчики указывают компьютеру, что делать на каждом этапе процесса моделирования, а компьютер выполняет все остальное). Ограниченный и неожиданно простой набор базовых элементов, управляемых небольшим количеством алгоритмов, может создать кажущуюся непостижимой сложность, если процессу позволено разворачиваться во времени. Набор правил, несущих информацию для элементов, запускает процесс, упорядочивающий и организующий элементы, которые получают, таким образом, возможность создавать все более сложные структуры и отношения.
В попытках создать истинную целостную теорию всего мы можем следовать аналогичным путем. Мы можем начать с элементарных вещей — вещей, которые порождают другие вещи, не будучи порождаемыми ими. Затем мы должны определить простейший набор правил, согласно которым будет создаваться нечто более сложное. В принципе, затем мы должны быть в состоянии объяснить, как возникла каждая «вещь» в мире.
Кроме теорий струн и суперструн в новой физике существуют теории и концепции, благодаря которым этот грандиозный замысел может осуществиться. Используя открытия в передовых областях теорий частиц и поля, мы можем определить основу, которая порождает все, не будучи сама при этом чем-то порождаемой. Эта основа, как мы увидим, — море виртуальной энергии, известное как квантовый вакуум. Мы можем также обратиться к множеству правил (законов природы), которые сообщают нам, как базовые элементы реальности — частицы, известные как кванты, — при взаимодействии со своей космической основой превращаются в сложные вещи.
Однако мы должны добавить новый элемент, чтобы получить истинную целостную теорию всего. Известные в настоящий момент законы, по которым существующие объекты мира возникают из квантового вакуума, — это законы взаимодействия, основанные на передаче и трансформации энергии. Этих законов оказалось достаточно для объяснения, как реальные объекты — в форме пар частица-античастица — создаются в квантовом вакууме и возникают из него. Но они не предоставляют объяснения того, почему в Большом взрыве было создано больше частиц, чем античастиц; а также как в течение миллиардов лет сохранившиеся частицы объединялись во все более и более сложные структуры: в галактики и звезды, атомы и молекулы, и (на подходящих планетах) в макромолекулы, клетки, организмы, общества, экологические ниши и целые биосферы.
Чтобы объяснить присутствие значительного числа частиц во Вселенной («материи» в противоположность «антиматерии») и непрерывную, но отнюдь не равномерную и линейную эволюцию всего, что существует, мы должны признать присутствие фактора, который не является ни материей, ни энергией. Важность этого фактора теперь признается не только в социальных науках и науках о человеке, но и в физике и естественных науках. Это информация — информация как реальный и эффективный фактор, устанавливающий параметры Вселенной при ее рождении, а впоследствии управляющий эволюцией ее базовых элементов, превращающихся в сложные системы.
Большинство из нас под информацией понимают данные или то, что известно человеку. Физические и естественные науки открывают, что информация выходит далеко за границы сознания отдельного человека и даже всех людей вместе взятых.
Информация является неотъемлемым аспектом как физической, так и биологической природы. Великий физик Дэвид Бом назвал информацией процесс, который воздействует на получателя, «формируя» его. Мы примем эту концепцию.
Информирование — это не человеческий продукт, не то, что мы создаем, когда пишем, считаем, говорим и передаем сообщения. Мудрецы древности давно знали, а современные ученые узнают это снова, что ин-формация присутствует в мире независимо от человеческой воли и действий и является определяющим фактором в эволюции всего, что наполняет реальный мир. Основа создания истинной теории всего — это признание того, что ин-формация является фундаментальным фактором природы.
О загаках и мифах
Движущие силы грядущей смены парадигмы в науке
Мы начнем наш поиск истинной целостной теории всего с рассмотрения факторов, которые приближают науку к смене парадигмы. Ключевыми факторами являются загадки, которые появляются и накапливаются в ходе научного исследования: аномалии, которые существующая парадигма объяснить не в состоянии. Это подталкивает научное сообщество к поиску новых подходов к аномальным феноменам. Такие исследовательские попытки (мы будем называть их «научными мифами») содержат много идей. Некоторые из таких идей могут содержать ключевые концепции, которые приведут ученых к новой парадигме — к парадигме, которая сможет прояснить загадки и аномалии и послужить основой для истинной целостной теории всего.
Ведущие ученые стремятся расширить и углубить свое понимание исследуемого сегмента реальности. Они понимают все больше и больше о соответствующей части или аспекте реальности, но не могут изучить эту часть или аспект непосредственно — они способны постичь его только через концепции, превращенные в гипотезы и теории. Концепции, гипотезы и теории недостаточно вески, они могут быть и ошибочными. По сути, отличительной чертой по-настоящему научной теории (по мнению философа науки сэра Карла Поппера) является опроверга- емость. Теории опровергаются, когда предсказания, сделанные на их основе, не подтверждаются наблюдениями. В этом случае наблюдения аномальны, и рассматриваемая теория либо считается ошибочной и отвергается, либо нуждается в пересмотре.
Опровержение теорий — это двигатель настоящего научного прогресса. Когда все работает, прогресс может существовать, но он частичен (представляет собой доработку существующей теории для того, чтобы она соответствовала новым наблюдениям). Настоящий прогресс происходит тогда, когда это невозможно. Рано или поздно наступает момент, когда вместо того, чтобы пытаться пересмотреть существующие теории, ученые предпочитают начать поиск более простой и многое объясняющей теории. Открывается путь к фундаментальному обновлению теории: к смене парадигмы.
Смена парадигмы запускается накоплением наблюдений, которые не вписываются в принятые теории и не могут вписаться в них после простой доработки таких теорий. Приходит этап появления новой и более приемлемой научной парадигмы. Задача состоит в том, чтобы найти фундаментальные новые концепции, которые станут основой новой парадигмы.
Существуют строгие требования к научной парадигме. Теория, основанная на ней, должна позволять ученым объяснять все открытия, которые могла объяснить предыдущая теория, а также аномальные наблюдения. Она должна объединять все относящиеся к делу факты в более простую и в то же время более полную концепцию. Именно это сделал Эйнштейн на рубеже XX столетия, когда прекратил искать причины странного поведения света в рамках физики Ньютона и вместо этого создал новую концепцию физической реальности — теорию относительности. Как сказал он сам, нельзя решить проблему на том же уровне, на котором она возникла. За неожиданно короткое время физическое сообщество отказалось от классической физики, основанной Ньютоном, и ее место заняла революционная концепция Эйнштейна.
В первом десятилетии XX века наука пережила смену парадигмы. Сейчас, в первом десятилетии века XXI, загадки и аномалии накапливаются снова, и научное сообщество стоит перед лицом следующей смены парадигмы — такой же фундаментальной и революционной, как переход от механистического мира Ньютона к относительной Вселенной Эйнштейна.
Современная смена парадигмы уже некоторое время назревала в передовых научных кругах. Научные революции — это не мгновенные процессы, когда новая теория сразу же занимает свое место. Они могут быть быстрыми, как в случае с теорией Эйнштейна, или же более растянутыми во времени, как, например, переход от классической теории Дарвина к более широким биологическим концепциям постдарвинизма.
Прежде чем начинающиеся революции приводят к окончательному результату, науки, в которых существуют аномалии, проходят через период неустойчивости. Принадлежащие к общепринятому направлению ученые защищают существующие теории, в то время как ученые-вольнодумцы в передовых областях исследуют альтернативы. Последние выдвигают новые идеи, предлагающие по-иному взглянуть на феномены, знакомые традиционным ученым. На некоторое время альтернативные концепции, существующие изначально в форме рабочих гипотез, кажутся если не фантастичными, то странными.
Они иногда напоминают мифы, придуманные исследователями с богатым воображением. Однако таковыми они не являются. «Мифы» серьезных исследователей основаны на тщательно выверенной логике; они объединяют то, что уже известно о сегменте мира, который исследует определенная дисциплина, с тем, что пока ставит в тупик. Это не обычные мифы, это «научные мифы» — продуманные гипотезы, которые открыты проверке и, следовательно, могут быть подтверждены или опровергнуты при помощи наблюдений и экспериментов.
Изучение аномалий, которые обнаруживаются при наблюдениях и в экспериментах, и измышление проверяемых мифов, которые могут объяснить их, являются главными компонентами фундаментального научного исследования. Если аномалии продолжают существовать несмотря на все усилия ученых, придерживающихся старой парадигмы, и если тот или иной научный миф, выдвинутый учеными-вольнодумцами, предлагает более простое и логичное объяснение, критическая масса ученых (в основном, молодых) перестает придерживаться старой парадигмы. Так начинается смена парадигмы. Концепция, которая до сего момента была мифом, начинает считаться надежной научной теорией.
Существуют бесчисленные примеры как успешных, так и провалившихся мифов в истории науки. Подтвержденные мифы — считающиеся надежными, хоть и не абсолютно истинными научными теориями, — включают предположение Чарльза Дарвина, что все живые виды произошли от общих предков, и гипотезу Алана Гута и Андрея Линде, что Вселенная появилась при сверхбыстром «расширении», последовавшем за ее рождением во время Большого взрыва. Провалившиеся мифы (те, которые предлагали не точное или не лучшее объяснение соответствующих феноменов) включают идею Ханса Дриша, что эволюция жизни следует предопределенному плану в направляемом определенной целью процессе, называемом энтелехия, и гипотезу Эйнштейна, что дополнительная физическая сила, называемая космологической константой, не дает Вселенной погибнуть из-за силы гравитации. (Интересно, что, как мы узнаем, некоторые из этих положений в наше время подвергаются сомнениям: возможно, что теория расширения Гута и Линде будет заменена более широкой концепцией циклической Вселенной, а космологическая константа Эйнштейна все же не была ошибочной…)
Примеры современных научных мифов
Здесь представлены три рабочие гипотезы — «научных мифа» — выдвинутых высокоуважаемыми учеными. Все три, хотя и кажутся невероятными, привлекли к себе серьезное внимание со стороны научного сообщества.
10100 вселенных
В 1955 году физик Хью Эверетт предложил поразительное объяснение квантового мира (ставшее впоследствии основой для одного из самых популярных романов Майкла Крайтона «Стрела времени»). Гипотеза параллельных вселенных Эверетта связана с загадочным открытием в квантовой физике: пока частицу не наблюдают, не измеряют и никак на нее не воздействуют, она находится в любопытном состоянии, которое является суперпозицией всех возможных состояний. Однако когда частицу наблюдают, измеряют или воздействуют на нее, это состояние суперпозиции исчезает: частица находится в единственном состоянии, как и любой «обычный» предмет. Так как состояние суперпозиции описывается как сложная волновая функция, связанная с именем Эрвина Шре- дингера, то, когда состояние суперпозиции исчезает, говорят, что происходит коллапс волновой функции Шредингера.
Проблема в том, что невозможно сказать, какое из множества возможных виртуальных состояний примет частица. Выбор частицы кажется непредопределимым — совершенно не зависимым от условий, которые запускают коллапс волновой функции. Согласно гипотезе Эверетта, неопределимость коллапса волновой функции не отражает существующих в мире условий. Здесь нет неопределенности: каждое виртуальное состояние, избранное частицей, определенно — оно просто присутствует в мире само собой!
Вот как происходит коллапс: когда квант измеряют, существует некоторое количество возможностей, каждая из которых связана с наблюдателем или измерительным прибором. Мы воспринимаем только одну из возможностей в кажущемся случайным процессе выбора. Но, по мнению Эверетта, выбор не случаен, так как этого выбора не происходит: все возможные состояния кванта реализуются каждый раз, когда его измеряют или наблюдают; они просто
не реализуются в одном мире. Многие возможные состояния кванта реализуются в таком же количестве вселенных.
Предположим, что, когда такой квант, как электрон, измеряют, существует пятидесятипроцентная вероятность того, что он направится вверх, и такая же вероятность того, что он направится вниз. Тогда у нас есть не одна Вселенная, в которой квант может с вероятностью 50 на 50 направиться вверх или вниз, а две параллельных. В одной из вселенных электрон действительно движется вверх, а в другой направляется вниз. В каждой из этих вселенных есть также наблюдатель или измерительный прибор. Два исхода существуют одновременно в двух вселенных, так же как и наблюдатели или измерительные инструменты.
Конечно, когда многочисленные состояния суперпозиции частицы сходятся в одно, существуют не только два, а большее количество возможных виртуальных состояний, которые эта частица может принять. Таким образом, должно существовать множество вселенных, возможно, около 10100, в каждой из которых существуют наблюдатели и измерительные инструменты.
Созданная наблюдателем Вселенная
Если существует 10100 или даже 10500 вселенных (притом, что в большинстве из них жизнь возникнуть не могла никогда), как же получилось, что мы живем в такой Вселенной, где существуют сложные формы жизни? Может ли это быть простой случайностью? Многие научные мифы посвящены этому вопросу, включая антропный космологический принцип, который утверждает, что наше наблюдение за этой Вселенной имеет отношение к такому счастливому стечению обстоятельств. Недавно Стивен Хокинг из Кембриджа и Томас Хер- тог из ЦЕРН (Европейской организации по ядерным исследованиям) предложили математически оформленный ответ. Согласно их теории Вселенной, созданной наблюдателем, не отдельные вселенные ответвляются во времени и существуют сами по себе (как предполагает теория струн), а все возможные вселенные существуют одновременно в состоянии суперпозиции. Наше существование в этой Вселенной избирает путь, который ведет именно к такой Вселенной, среди всех других путей, ведущих ко всем другим вселенным; все остальные пути исключаются. Таким образом, в этой теории причинная цепь событий перевернута: настоящее определяет прошлое. Это было бы невозможно, если бы Вселенная имела определенное изначальное состояние, так как из определенного состояния родилась бы определенная история. Но, утверждают Хокинг и Хертог, у Вселенной нет изначального определенного состояния, нет точки отсчета — такой границы просто не существует.
Голографическая Вселенная
Этот научный миф утверждает, что Вселенная является голограммой (или, по крайней мере, может считаться таковой). (В голограмме, о чем мы подробнее поговорим чуть позже, двухмерная модель создает картину в трех измерениях.) Считается, что вся информация, которая составляет Вселенную, находится на ее периферии, являющейся двухмерной поверхностью. Эта двухмерная информация возникает внутри Вселенной в трех измерениях. Мы видим Вселенную трехмерной, несмотря на то, что нечто, делающее ее такой, какая она есть, является двухмерным полем информации. Почему же эта кажущаяся нелепой идея стала темой споров и исследований?
Проблема, которую устраняет теория голографической Вселенной, относится к сфере термодинамики. Согласно ее твердо установленному второму закону, уровень хаоса никогда не может снизиться в закрытой системе. Это означает, что уровень хаоса никогда не может снизиться во Вселенной в целом потому, что, если мы рассматриваем космос во всей его полноте, он является закрытой системой (нет внешнего и, следовательно, нет ничего, что могло бы стать открытым). То, что уровень хаоса не может снизиться, означает, что порядок, который может быть представлен как информация, не способен увеличиться. Согласно квантовой теории, информация, которая создает или поддерживает порядок, должна быть постоянной, ее не может стать больше или меньше.
Но что происходит с информацией, когда материя исчезает в черных дырах? Может показаться, что черные дыры уничтожают информацию, содержащуюся в материи. Это, однако, бросает вызов квантовой теории. Чтобы разрешить эту загадку, Стивен Хокинг вместе с Якобом Бекенштейном, работавшим тогда в Принстонском университете, вместе вывели, что хаос в черной дыре пропорционален площади ее поверхности. Внутри черной дыры есть гораздо больше места для порядка и информации, чем на поверхности. В одном кубическом сантиметре, например, есть место для 1099 планковских объемов и всего для 1066 битов информации на поверхности (планковский объем — это почти непостижимо малое пространство, ограниченное сторонами в 10-35 метров). Леонард Сасскинд из Стэндфорда и Герард ‘т Хоофт из Утрехского университета выдвинули предположение, что информация внутри черной дыры не потеряна — она голографически сохранена на ее поверхности.
Математика обнаружила неожиданное применение для голограмм в 1998 году, когда Хуан Малдасена, будучи тогда в Гарвардском университете, попытался поработать с теорией струн в условиях квантовой гравитации. Малдасена выяснил, что со струнами легче работать в пятимерных пространствах, чем в четырехмерных. (Мы воспринимаем пространство в трех измерениях: две плоскости вдоль поверхности и одна вертикально. Четвертое измерение будет располагаться перпендикулярно этим трем, но его нельзя воспринять. Математики могут добавлять любое число измерений, все дальше уходя от воспринимаемого мира.) Решение казалось очевидным: предположим, что пятимерное пространство внутри черной дыры в действительности является голограммой четырехмерного пространства на ее поверхности. Тогда можно производить относительно легкие подсчеты в пяти измерениях, работая с четырехмерным пространством.
Подойдет ли прием уменьшения количества измерений для Вселенной в целом? Как мы видели, ученые, работающие в рамках теории струн, бьются со множеством дополнительных измерений, выяснив, что трехмерного пространства недостаточно для того, чтобы выполнить их задачу: связать вибрации различных струн во Вселенной в единое уравнение. Голографический принцип мог бы помочь, так как Вселенную можно было бы считать многомерной голограммой, хранящейся в меньшем количестве измерений на своей периферии.
Голографический принцип мог бы облегчить подсчеты в рамках теории струн, но он несет в себе фантастические предположения касательно природы мира. Даже Герард ‘т Хоофт, бывший одним из основоположников этого принципа, уже не считает его неоспоримым. Он сказал, что в данном контексте голография является не принципом, а проблемой. Возможно, предположил он, квантовая гравитация могла бы быть выведена из более основополагающего принципа, не подчиняющегося законам квантовой механики.
Во времена научных революций, когда существующая парадигма находится под давлением, выдвигаются новые научные мифы, но не все из них находят подтверждение. Теоретики укрепились в убеждении, что, как сказал Галилео, «книга природы написана на языке математики», и забыли, что не все в языке математики существует в книге природы. В результате множество математически оформленных мифов остаются всего лишь мифами. Другие, однако, несут в себе зародыши значительного научного прогресса. Изначально никто не знает наверняка, какие из семян прорастут и принесут плоды. Поле бурлит, находясь в состоянии творческого хаоса.
Таково положение дел сегодня во множестве научных дисциплин. Множится число аномальных феноменов в физической космологии, квантовой физике, в эволюционной и квантовой биологии и в новой сфере исследований сознания. Они создают все больше неопределенности и заставляют открытых новому ученых раздвигать границы принятых теорий. В то время как консервативные исследователи настаивают, что научными могут считаться только идеи, опубликованные в известных научных журналах и воспроизведенные в учебниках, передовые исследователи ищут фундаментально новые концепции, включая те, что считались выходящими за рамки их дисциплин всего несколько лет назад.
Все больше научных дисциплин описывают мир все более невероятным образом. Космология добавила в него темную материю, темную энергию и многомерные пространства; квантовая физика — частицы, которые мгновенно связаны в пространстве-времени на более глубоких уровнях реальности; биология — живую материю, которая демонстрирует целостность квантов; а исследования сознания — независимые от пространства и времени трансперсональные связи. Это лишь немногие из уже подтвержденных научных теорий, которые теперь считаются полноправными.
Вселенная, по мнению физиков-теоретиков, зародилась вовсе не в результате Большого Взрыва, а вследствие превращения в черную дыру четырехмерной звезды, что спровоцировало выброс «мусора». Именно этот мусор и стал основой нашего мироздания.
Команда физиков - Раджеш Пурхасан (Razieh Pourhasan), Нииеш Афшорди (Niayesh Afshordi) и Роберт Манн (Robert B. Mann) - выдвинули совершенно новую теорию рождения нашей Вселенной. При всей своей сложности данная теория объясняет многие проблемные моменты в современном представлении Вселенной.
В общепринятой теории появления Вселенной говорится о ключевой роли в этом процессе Большого Взрыва. Данная теория согласуема с наблюдаемой картиной расширения Вселенной. Однако у нее есть некоторые проблемные места. Так, не совсем понятно, например, каким образом сингулярность создала Вселенную с практически одинаковой температурой в различных уголках. Учитывая возраст нашей Вселенной - примерно 13,8 млрд. лет - достижение наблюдаемого температурного равновесия невозможно.
Многие космологи утверждают, что расширение Вселенной должно было происходить быстрее скорости света, но Афшорди отмечает хаотичность Большого Взрыва, поэтому неясно, как мог бы образоваться участок того или иного размера однородный по температуре.
Новая модель возникновения Вселенной объясняет данную загадку. Трехмерная Вселенная плавает в новой модели подобно мембране во Вселенной с четырьмя измерениями. Фактически, Вселенная представляет собой многомерный физический объект с размерностью меньше размерности пространства.
В четырехмерной Вселенной, конечно, четырехмерные звезды, способные проживать жизненный цикл, свойственный трехмерным звездам в нашей Вселенной. Четырехмерные звезды, отличающиеся наибольшей массивностью, взрываясь сверхновыми в конце жизни, будут превращаться в черную дыру.
Четырехмерная дыра обладала бы в свою очередь тем же горизонтом событий, что и трехмерная черная дыра. Горизонтом событий называют границу между внутренней стороной черной дыры и внешней. В трехмерной Вселенной этот горизонт событий представлен в виде двумерной поверхности, тогда как в четырехмерной - в виде трехмерной гиперсферы.
Таким образом, при взрыве четырехмерной звезды из оставшегося материала на горизонте событий формируется трехмерная брана, то есть Вселенная аналогичная нашей. Столь необычная для людского воображения модель может дать ответ на вопрос, почему у Вселенной почти одинаковая температура: породившая трехмерную Вселенную, четырехмерная существовала гораздо дольше 13,8 млрд. лет.
С точки зрения человека, привыкшего представлять Вселенную, как огромное и бесконечное пространство, новую теорию воспринять непросто. Трудно осознать, что наше мироздание, возможно, лишь локальное возмущение, «листок на пруду» древней четырехмерной дыры огромнейших размеров.
Для правильного понятия о природе нашей среды вакуума, понятие о возникновении вещества среды матричного вакуума и природы гравитации в среде вакуума, необходимо подробно, конечно, относительно, остановиться на эволюции нашей Вселенной. То, что будет описано в этой главе, частично было опубликовано в научных и популярных журналах. Этот материал из научных журналов был систематизирован. И то, что до настоящего времени не известно науке, заполняется с точки зрения данной теории. В настоящее время наша Вселенная находится в фазе расширения. В данной теории принимается только расширяющаяся и сжимающаяся Вселенная, т.е. нестационарная. Вселенная, которая только вечно расширяется или стационарная, в данной теории отвергается. Ибо этот вид Вселенных исключает всякое развитие, ведет к застою, т.е. к единственной Вселенной.
Закономерно, может возникнуть вопрос. Зачем это описание об эволюции Эйнштейно-Фридманской Вселенной в данной теории? Это описывается вероятная модель частицы сред первого рода разных уровней. Где дается логическое истолкование о процессах их возникновения, их цикле существования в пространстве и во времени, о закономерности их объемов и массах для каждой среды соответствующего уровня. Частицы сред первого рода имеют переменные объемы, т.е. проходят цикл расширения, и сжатия во времени. Но сами среды первого рода вечные во времени и бесконечны в объемах, вмещаясь, друг в друга, создают структуру строения вечно движущейся материи, вечной во времени и бесконечной в объеме. В этом случае, возникает необходимость описать эволюцию нашей Вселенной, от так называемого «Большого взрыва», до настоящего времени. При описании эволюции Вселенной будем пользоваться тем, что известно в настоящее время в научном мире и гипотетически продолжим ее развитие в пространстве и во времени до полного её сжатия, т.е. до нового «Большого взрыва».
В данной теории принимается, что наша Вселенная не единственная в природе, а является частицей среды другого уровня, т.е. среды первого рода, которая так же вечна во времени и бесконечна в объеме. По последним данным астрофизики наша Вселенная прошла этап своего развития в пятнадцать миллиардов лет. Еще немало ученых из научного мира, которые сомневаются в том, что Вселенная расширяется или не расширяется, другие считают, что Вселенная не расширяется, и что не было никакого «Большого взрыва». Третьи считают, что Вселенная не расширяется и не сжимается, она была всегда постоянная и единственная в природе. Поэтому необходимо косвенно доказать в данной теории, что «Большой взрыв» по всей вероятности был. И что Вселенная в настоящее время расширяется, а затем будет сжиматься и что она не единственная в природе. Сейчас Вселенная продолжает расширяться с ускорением. После «Большого взрыва» возникшее элементарное вещество среды матричного вакуума приобрело начальную скорость разбегания сравнимую со скоростью света, т.е. равную 1/9 скорости света, 33 333 км/с.
Рис. 9.1. Вселенная в фазе формирования квазаров: 1 – среда матричного вакуума; 2 – среда из элементарных частиц вещества; 3 – сингулярная точка; 4 – квазары; 5 – направление разбегания вещества Вселенной
В настоящее время ученым при помощи радиотелескопов удалось проникнуть в глубину Вселенной на 15 миллиардов световых лет. И что интересно отметить, по мере углубления в бездну Вселенной, скорость разбегающегося вещества возрастает. Учеными были увидены объекты гигантских размеров, которые имели скорость разбегания сравнимую со скоростью света. Что это за явление? Как это явление понимать? По всей вероятности, ученые увидели вчерашний день Вселенной, т. е, день молодой Вселенной. А эти гигантские объекты, так называемые квазары, являлись молодыми Галактиками, находящиеся в начальной стадии своего развития (рис. 9.1). Ученые увидели то время, когда Вселенной возникло вещество среды матричного вакуума в форме элементарных частиц вещества. Все это говорит о том, что так называемый «Большой взрыв» по всей вероятности был.
Для того чтобы гипотетически продолжить дальнейшее описание о развитии нашей Вселенной, надо посмотреть на то, что окружает нас в настоящее время. Наше Солнце со своими планетами представляет собой обычную звезду. Эта звезда находится в одном из спиральных рукавов Галактики, на ее окраине. Таких Галактик как наша во Вселенной множество. Здесь не говорится о бесконечном множестве, так как наша Вселенная представляет собой, частицу среды другого уровня. Формы и виды Галактик, которые заполняют нашу Вселенную, весьма разнообразны. Это многообразие зависит от многих причин в момент их возникновения на ранней стадии их развития. Главными причинами являются приобретенные этими объектами первоначальные массы и крутящие моменты. С возникновением элементарного вещества среды матричного вакуума и не равномерной плотности его в занимаемом им объеме, в напряженной среде вакуума возникают многочисленные центры тяжести. К этим центрам тяжести окружающая среда вакуума стягивает элементарное вещество. Начинают формироваться первородные гигантские объекты, так называемые квазары.
Таким образом, возникновение квазаров является закономерным явлением в природе. Каким же образом, от первородных квазаров Вселенная приобрела в настоящее время, такое разнообразие форм и движений за 15 миллиардов лет своего развития. Первородные квазары, которые закономерно возникли вследствие противоречивости среды матричного вакуума, стали постепенно сжиматься этой средой. И по мере сжатия, объемы их стали уменьшаться. С уменьшением объема возрастает и плотность элементарного вещества, поднимается температура. Возникают условия для образования из частиц элементарного вещества более сложных частиц. Формируются частицы с массой электрона, а из этих масс формируются нейтроны. Объемы масс электронов и нейтронов определяются упругостью среды матричного вакуума. Вновь возникшие нейтроны приобрели очень прочную структуру. В этот период времени нейтроны находятся в процессе колебательного движения.
Под бесконечно возрастающим натиском окружающей среды вакуума, нейтронное вещество квазара постепенно уплотняется и разогревается. Радиусы квазаров так же постепенно уменьшаются. И вследствие этого, скорость вращения вокруг мнимых осей квазаров возрастает. Но, несмотря на излучение из квазаров, которое в какой-то степени противодействует сжатию, процесс сжатия этих объектов неумолимо возрастает. Среда квазара стремительно движется к своему гравитационному радиусу. Согласно теории тяготения гравитационный радиус – это радиус сферы, на которой сила тяготения, создаваемая массой вещества, лежащей внутри этой сферы, стремится к бесконечности. И эту силу тяжести не могут преодолеть, не только какие либо частицы, но даже и фотоны. Такие объекты часто называются сферами Шварцшильда или то же самое, так называемыми «Черными дырами».
В 1916 году немецкий астроном Карл Шварцшильд точно разрешил одно из уравнений Альберта Эйнштейна. И в результате этого решения был определен гравитационный радиус, равный 2MG /с 2 , где М – масса вещества, G – постоянная гравитационная, c – скорость света. Поэтому и появилась в научном мире сфера Шварцшильда. Согласно данной теории, эта сфера Шварцшильда, или то же самое «Черная дыра», состоит из среды нейтронного вещества предельной плотности. Внутри этой сферы господствует бесконечно большая сила тяжести, чрезвычайно большая плотность и высокая температура. В настоящее время, в определенных кругах научного мира, пока еще господствует мнение, что в природе существуют помимо пространства и ещё антипространство. И что так называемые «Черные дыры», куда стягивается силой тяжести вещество массивных тел Вселенной, связаны с антипространством.
Это ложное идеалистическое направление в науке. В природе существует одно пространство бесконечное в объеме, вечное во времени, плотно заполненное вечно движущейся материей. Необходимо теперь вспомнить о моменте возникновения квазаров и приобретенных ими важнейших свойствах, т.е. первоначальных массах и крутящих моментах. Массы этих объектов сделали свое дело, загнали нейтронное вещество квазара в сферу Шварцшильда. Квазары, которые не приобрели по каким либо причинам крутящих моментов или недостаточные крутящие моменты, после вхождения в сферу Шварцшильда, временно прекратили свое развитие. Они превратились в скрытое вещество Вселенной, т.е. в «Черные дыры». Обнаружить их обычными приборами невозможно. А вот те объекты, которым удалось приобрести достаточные крутящие моменты, продолжат свое развитие в пространстве и во времени.
В процессе развития во времени, квазары сжимаются окружающей средой вакуума. От этого сжатия объемы этих объектов уменьшаются. Но крутящие моменты этих объектов не уменьшаются. Вследствие этого возрастает скорость вращения вокруг мнимых своих осей в газопылевых туманностях, невообразимо больших объемов. Многочисленные центры тяжести возникли, так же как и для частиц элементарного вещества среды матричного вакуума. В процессе развития в пространстве и во времени, из стянутого вещества к центрам тяжести, образовались созвездия, отдельные звезды, планетные системы и другие объекты Галактики. Возникшие звезды и другие объекты Галактики, весьма различные по массам, химическому составу сжатие безостановочное продолжается, окружная скорость этих объектов так же прогрессивно возрастает. Наступает критический момент, под действием невообразимо большой центробежной силы, квазар взрывается. Произойдут выбросы нейтронного вещества из сферы этого квазара в виде струй, которые в дальнейшем превратятся в спиральные рукава Галактики. Это мы видим в настоящее время у большинства видимых нами Галактик (рис. 9.2).
Рис. 9.2. Расширяющаяся Вселенная: 1 – бесконечная среда матричного вакуума; 2 – квазары; 3 – галактические образования
К настоящему времени в процессе развития выброшенного нейтронного вещества из ядра Галактики, образовались звездные скопления, отдельные звезды, планетные системы, туманности и другие виды вещества. Во Вселенной большая часть вещества находится в так называемых «Черных дырах» Эти объекты при помощи обычных, приборов, не обнаруживаются и являются для нас невидимыми. Но ученые, косвенно их обнаруживают. Выброшенное центробежной силой из ядра Галактики нейтронное вещество не в состоянии преодолеть силу тяжести этого ядра Галактики и останется его спутником, рассредоточившись па многочисленных орбитах, продолжая дальнейшее развитие, вращаясь, вокруг ядра Галактики. Таким образом, возникли новые образования – Галактики. Образно говоря, их можно назвать атомами Вселенной, на которые похожи планетные системы и атомы вещества с химическими свойствами.
Теперь мысленно, гипотетически проследим за ходом развития нейтронного вещества, которое было выброшено из ядра Галактики центробежной силой в виде струй. Это выброшенное нейтронное вещество было очень плотное и очень горячее. При помощи выброса из ядра Галактики это вещество освободилось от чудовищного внутреннего давления и гнета бесконечно сильного тяготения, начало стремительно расширяться и охлаждаться. В процессе выброса нейтронного вещества из ядра Галактики в виде струй, большая часть нейтронов, помимо движений разбегания, приобрела так же и вращательные движения вокруг мнимых своих осей, т.е. спины. Закономерно, эта новая форма движения, приобретенная нейтроном, стала порождать новую форму материи, т.е. вещество с химическими свойствами в форме атомов, от водорода до самых тяжелых элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева.
После процессов расширения и охлаждения образовались огромных объемов газопылевые, сильно разреженные и холодные туманности. Начался обратный процесс, т.е. стягивание вещества с химическими свойствами к многочисленным центрам тяжести. В момент конца разбегания вещества с химическими свойствами, оно оказалось в сильно разряженных и холодных газопылевых туманностях, невообразимо больших объемов. Многочисленные центры тяжести возникли, так же и для частиц элементарного вещества среды матричного вакуума. В процессе развития в пространстве и во времени, из стянутого вещества к центрам тяжести, образовались созвездия, отдельные звезды, планетные системы и другие объекты Галактики. Возникшие звезды и другие объекты Галактики, весьма различные по массам, химическому составу и температуре. Звезды, вобравшие в себя большие массы, развивались ускоренно. Звезды типа нашего Солнца, имеют более продолжительное время развития.
Другие объекты Галактики, не набрав соответствующего количества вещества, развиваются еще медленнее. А такие объекты Галактики, как наш Земной шар, так же, не набрав соответствующего количества массы, в своем развитии смог только разогреться и оплавиться, сохранив жар только внутри планеты. Но за то на этих объектах создались оптимальные условия для возникновения и развития новой формы вещества, живой материи. Другие же объекты, как наш вечный спутник. Луна, в своем развитии не достигли даже стадии разогрева. Согласно приблизительным определениям астрономов и физиков, наше Солнце возникло около четырех миллиардов лет тому назад. Следовательно, выброс нейтронного вещества из ядра Галактики произошел значительно раньше. За это время в спиральных рукавах Галактики произошли процессы, которые привели Галактику к современному виду.
В звездах, которые вобрали в себя десятки и более солнечных масс, процесс развития протекает очень быстро. В таких объектах, по причине их больших масс и вследствие большой силы тяжести, на много раньше возникают условия для возникновения термоядерных реакций. Возникшие термоядерные реакции протекают в этих объектах интенсивно. Но мере уменьшения легкого водорода в звезде, который преобразуется в гелий, посредством термоядерной реакции и вследствие этого, интенсивность термоядерной реакции падает. И с исчезновением водорода совсем прекращается. И вследствие этого, излучение звезды так же резко падает и прекращает уравновешивать силы тяготения, которые эту большую звезду стремятся сжать.
После этого силы тяготения сжимают эту звезду до белого карлика с очень высокой температурой и большой плотностью вещества. Далее в своем дальнейшем развитии, израсходовав энергию распада тяжелых, элементов, белый карлик под натиском все возрастающих сил тяготения входит в сферу Шварцшильда. Таким образом, вещество с химическими свойствами превращается в нейтронное вещество, т.е. в скрытое вещество Вселенной. И его дальнейшее развитие временно прекращается. Оно продолжит свое развитие к концу расширения Вселенной. Процессы, которые должны протекать внутри звезд типа нашего Солнца начинаются с постепенного сжатия окружающей средой матричного вакуума, холодной сильно разреженной среды из газа, и пыли. Вследствие этого, внутри объекта возрастает давление и температура. Так как процесс сжатия протекает беспрерывно и с возрастающей силой, то внутри этого объекта постепенно возникают условия для возникновения термоядерных реакций. Энергия, выделяемая при этой реакции, начинает уравновешивать силы тяготения и сжатие объекта прекращается. От этой реакции выделяется колоссальное количество энергии.
Но надо отметить, что не воя энергия, которая выделяется в объекте от термоядерной реакции идет на излучение в пространство. Значительная ее часть идет на утяжеление легких элементов, начиная с атомов железа до самых тяжелых элементов. Так как на процесс утяжеления требуется большая затрата энергии. После окружающей средой вакуума, т.е. силой тяжести стремительно сжимается до звезды белого или красного карлика. После этого внутри звезды начнут протекать ядерные реакции, т.е. реакции распада тяжелых элементов до атомов железа. И когда источника энергии в звезде не окажется, тогда она превратится в железную звезду. Звезда будет постепенно остывать, терять светимость и в дальнейшем будет темной и холодной звездой. Ее развитие в пространстве и во времени в дальнейшем полностью будет зависеть от развития в пространстве и во времени Вселенной. По причине недостаточности для этого массы, железная звезда в сферу Шварцшильда не войдет. Те изменения в разбегающемся веществе Вселенной, которые произошли после так называемого «Большого взрыва», в данной теории по настоящий момент описаны. Но вещество Вселенной продолжает разбегаться.
Скорость разбегающегося вещества с каждой секундой увеличивается, и изменения в веществе продолжаются. С точки зрения диалектического материализма, материя и её движение не создаваемы и неуничтожимы. Поэтому материя в микро и мега мирах имеет абсолютную скорость, которая равна скорости света. По этой причине в нашей среде вакуума любое материальное тело перемешаться выше этой скорости не может. Но так как любое материальное тело имеет не только одну форму движения, но может иметь и ряд других форм движений, например, поступательное движение, вращательное движение, колебательное движение, внутриатомное движение и ряд других форм. Поэтому материальное тело имеет суммарную скорость. Эта суммарная скорость так же не должна превышать абсолютную скоростью.
Отсюда можно предположить о тех изменениях, какие должны произойти в разбегающемся веществе Вселенной. Если скорость разбегающегося вещества Вселенной с каждой секундой увеличивается, то прямо пропорционально возрастает, внутриатомная скорость движения, т.е. возрастает скорость движения электрона вокруг ядра атома. Возрастают так же и спины протона и электрона. Так же будет возрастать скорость вращения тех материальных объектов, которые имеют крутящие моменты, т.е. ядра Галактик, звезды, планеты, «Черные дыры» из нейтронного вещества и другие объекты Вселенной. Опишем, о точки зрения данной теории, распад вещества с химическими свойствами. Таким образом, процесс распада вещества с химическими свойствами, протекает поэтапно. По мере изменения скорости разбегающегося вещества Вселенной, возрастают окружные скорости у объектов, которые имели крутящие моменты. Пол действие возросшей центробежной силы распадаются звезды, планеты и другие объекты Вселенной до атомов.
Объем Вселенной заполняется своеобразным газом, состоящим из различных атомов, которые хаотически перемещаются в объеме. Процессы распада вещества с химическими свойствами продолжаются. Возрастают спины протонов и электронов. По этой причине возрастают отталкивающие моменты между протонами и электронами. Окружающая среда вакуума перестает уравновешивать эти отталкивающие моменты, и атомы распадаются, т.е. электроны покидают атомы. Возникает из вещества с химическими свойствами плазма, т.е. протоны и электроны хаотически отдельно перемешаются в объеме Вселенной. После распада вещества с химическими свойствами, по причине увеличения скорости разбегающегося вещества Вселенной, начинают разрушаться, а точнее разрываться на частицы элементарного вещества среды вакуума, ядра Галактик, «черные дыры», нейтроны, протоны и электроны. Объем Вселенной, еще до момента конца расширения, заполняется своеобразным газом из элементарных частиц вещества среды вакуума. Эти частицы перемещаются в объеме Вселенной хаотически, и скорость этих частиц с каждой секундой увеличивается. Таким образом, еще до момента конца расширения, во Вселенной уже ничего не будет, кроме своеобразного газа (рис. 9.3).
Рис. 9.3. Максимально расширившаяся Вселенная: 1 – среда матричного вакуума; 2 – сфера максимально расширившейся Вселенной; 3 – сингулярная точка Вселенной – это момент зарождения молодой Вселенной; 4 – газовая среда из элементарных частиц вещества среды матричного вакуума
В конце концов, вещество Вселенной, т.е. своеобразный газ на мгновение остановится, затем под напором ответной реакции среды матричного вакуума начнет стремительно набирать скорость, но в обратном направлении, к центру тяжести Вселенной (рис. 9.4).
Рис. 9.4. Вселенная в начальной фазе сжатия: 1 – среда матричного вакуума; 2 – вещество элементарных частиц падающих к центру; 3 – воздействие среды матричного вакуума Вселенной; 4 – направления падения элементарных частиц вещества; 5 – расширяющийся сингулярный объем
Процесс сжатия Вселенной и процесс распада ее вещества в данной теории объединяется в одно понятие – понятие о гравитационном коллапсе Вселенной. Гравитационный коллапс это катастрофически быстрое сжатие массивных тел под действием гравитационных сил. Опишем процесс гравитационного коллапса Вселенной более подробно.
Гравитационный коллапс Вселенной
Современная наука определяет гравитационный коллапс как катастрофически быстрое сжатие массивных тел под действием гравитационных сил. Может возникнуть вопрос. Для чего нужно в данной теории описание это процесса Вселенной? Такой же вопрос возникал в начале описания об эволюции Эйнштейно-Фридманской Вселенной, т.е. нестационарной Вселенной. Если в первом описании, предлагалась вероятная модель частицы сред первого рода разных уровней. Согласно данной теории наша Вселенная определялась как частица среды первого уровня и представляет собой весьма массивное тело. То второе описание, т.е. механизм гравитационного коллапса Вселенной, так же необходимо для правильного понятия о конце цикла существования Вселенной в пространстве и во времени.
Если кратко изложить суть коллапса Вселенной, то это есть ответная реакция среды матричного вакуума на ее на максимально расширившийся объем. Процесс сжатия Вселенной, окружающей средой вакуума, это есть процесс восстановления полной ее энергии. Далее, гравитационный коллапс Вселенной это обратный процесс процессу возникновения вещества среды матричного вакуума, т.е. вещества новой молодой Вселенной. Ранее говорилось об изменениях в веществе Вселенной от увеличения скорости ее разбегающегося вещества. По причине этого возрастания скорости вещество Вселенной распадается на элементарные частицы среды вакуума. Этот распад вещества, которое находилось в разных формах и состояниях, произошел еще задолго до момента начала сжатия Вселенной. В то время, когда Вселенная еще продолжала расширяться, в ее объеме был своеобразный газ, который равномерно заполнял весь этот расширяющийся объем. Этот газ состоял из элементарных частиц вещества среды матричного вакуума, который перемещался в этом объеме хаотически, т.е. по всем направлениям. Скорость этих частиц с каждой секундой увеличивалась. Равнодействующая всех этих хаотических перемещений направлена на периферию расширяющейся Вселенной.
В момент падения скорости хаотического перемещения частиц своеобразного газа до нулевой скорости все вещество Вселенной, во всем ее объеме на мгновение остановится, И с нулевой скорости, во всем ее объеме начнет стремительно набирать скорость, но в обратном направлении, т.е. к центру тяжести Вселенной. В момент начала ее сжатия возникает процесс падения вещества по радиусу. Через 1,5...2 секунды после момента начала, возникает процесс распада частиц элементарного вещества, т.е. вещества старой Вселенной. В этом процессе падения вещества старой Вселенной во всем объеме неизбежны столкновения падающих частиц с диаметрально противоположных направлений, Эти частицы элементарного веществ согласно данной теории, в своей структуре содержат частицы среды матричного вакуума. Они перемещаются в среде вакуума со скоростью света, т.е. несут предельно максимальное количество движения. При столкновении эти частицы порождают изначальную среду сингулярного объема в центре сжимающейся Вселенной, т.е. в сингулярной точке. Что эта, за среда? Эта среда образовывается из лишних частиц матричного вакуума и обычных частиц вакуума». Лишние частицы перемещаются в этом объеме со световой скоростью относительно частиц этого объема. Сама среда сингулярного объема расширяется со световой скоростью и это расширение направлено на периферию сжимающейся Вселенной.
Таким образом, процесс распада вещества старой Вселенной включает в себя два процесса. Первый процесс это падение вещества старой Вселенной к центру тяжести со световой скоростью. Второй процесс это расширение сингулярного объема так же со световой скоростью навстречу падающего вещества старой Вселенной. Возникают эти процессы почти в одно время.
Рис. 9.5. Новая развивающаяся Вселенная в пространстве расширившегося сингулярного объема: 1 – среда матричного вакуума; 2 – остатки вещества элементарных частиц падающих к центру; 3 – гамма-излучение; 4 – максимальный по массе сингулярный объем; 5 – радиус максимально расширившейся Вселенной
Конец процесса падения вещества старой Вселенной в среду сингулярного объема порождает начала процесса возникновения вещества новой молодой Вселенной (рис. 5.9). Возникшие элементарные частицы среды матричного вакуума поверхности сингулярного объема хаотически разбегаются с начальной скоростью 1/9 скорости света.
Процесс падения вещества старой Вселенной и расширение сингулярного объема направлены навстречу друг друга со световой скоростью и пути их перемещения должны быть равны. На основании этих явлений можно и определить полный радиус максимально расширившейся Вселенной. Он будет равен удвоенному пути разбегающегося вновь возникшего вещества с начальной скоростью разбегания 1/9 скорости света. Вот в этом и будет заключаться ответ на вопрос, для чего нужно описание гравитационного коллапса Вселенной.
После изложения в данной теории процесса возникновения и развития в пространстве и во времени нашей Вселенной необходимо так же описать ее параметры. К этим основным параметрам отнесем следующее:
- Определить ускорение разбегающегося вещества Вселенной за одну секунду.
- Определить радиус Вселенной в момент ее расширения вещества.
- Определить время в секундах процесса расширения Вселенной от начала и до конца расширения.
- Определить площадь сферы расширившейся массы вещества Вселенной в кв. км.
- Определить количество частиц среды матричного вакуума, которые могут разместиться на площади максимально расширившейся массы вещества Вселенной и ее энергию.
- Определить массу Вселенной в тоннах.
- Определить время до конца расширения Вселенной.
Определяем ускорение разбегающегося вещества Вселенной, увеличение скорости разбегания за одну секунду. Для решения этого вопроса воспользуемся результатами, которые ранее были открыты наукой, Альберт Эйнштейн в общей теории относительности определил, что Вселенная конечна. А Фридман высказал, что Вселенная в настоящее время расширяется, а затем будет сжиматься, наука при помощи радиотелескопов проникла в бездну Вселенной на пятнадцать миллиардов световых лет. Опираясь на эти приведенные данные можно ответить на поставленные вопросы.
Из кинематики известно:
S = V 0 – at 2 /2,
где V 0 – начальная скорость разбега вещества Вселенной и согласно данной теории равна одной девятой скорости света, т.е. 33 333 км/с.
S = Vt – at 2 /2,
где V 0 – начальная скорость; S – расстояние пути, который равен пути света за пятнадцать миллиардов лет в километрах, он равен 141912·10 18 км (этот путь равен расстоянию разбегающегося вещества Вселенной к настоящему моменту); t – время равное 15·10 9 лет, в секундах – 47304·10 13 .
Определяем ускорение:
a = 2 (S – V 0 ·t ) 2 / t = 2 / 5637296423700 км/с.
Рассчитаем время, необходимое для полного расширения Вселенной:
S = V 0 ·t + at 2 /2.
При S = 0:
V 0 ·t + at 2 /2 = 0.
t = 29792813202 лет
До конца расширения осталось:
t – 15·10 9 = 14792913202 лет.
Определяем величину пути разбегающегося вещества Вселенной от начала расширения и до конца расширения.
В уравнении:
S = V 0 ·t + at 2 /2
скорость разбегания вещества V 0 = 0, тогда
S = V 0 2 / 2а = 15669313319741·10 9 км.
Как уже раннее указывалось, что момент прекращения возрастания массы сингулярного объема совпадает с моментом конца сжатия старой Вселенной. То есть существования сингулярного объема почти совпадет со временем разбегания вещества:
S = V 0 ·t.
С точки зрения диалектического материализма следует, что если для одного явления природы наступает конец, то это является началом другого явления природы. Закономерно возникает вопрос, с чего начинается разбегание вновь возникшего вещества новой молодой Вселенной?
В данной теории определено ускорение, т.е. увеличение скорости разбегающегося вещества Вселенной. Так же определено время максимального, полного расширения Вселенной, т.е. до нулевой скорости вещества. Описан процесс изменения в разбегающемся веществе Вселенной. Далее были предложен физический процесс распада вещества Вселенной.
Согласно расчету в данной теории истинный радиус максимально расширившейся Вселенной состоит из двух путей, т.е. радиуса сингулярного объема и пути разбегающегося вещества Вселенной (рис. 5.9).
Согласно данной теории, вещество среды матричного вакуума образовано из частиц среды вакуума. На образование этого вещества была затрачена энергия. Масса электрона эта одна из форм вещества среды вакуума. Для определения параметров Вселенной необходимо определить наименьшую массу, т.е. массу частицы среды матричного вакуума.
Масса электрона равна:
M э = 9,1·10 –31 кг.
В данной теории электрон состоит из элементарных частиц вещества среды матричного вакуума, т.е. элементарных квантов действия:
М эл = h · n .
На основании этого можно определить количество лишних частиц среды матричного вакуума, которые входят в структуру массы электрона:
9,1·10 –31 кг = 6,626·10 –34 Дж·с · n ,
где n – количество лишних частиц среды матричного вакуума, входящие в структуру массы электрона.
Сократим в левой и правой частях уравнения Дж·с и кг, т.к. элементарная масса вещества представляет количество движения:
N = 9,1·10 –31 / 6,626·10 –34 = 1373.
Определим количество частиц среды матричного вакуума в одном грамме массы.
М эл / 1373 = 1 гр / k ,
где k – количество частиц среды вакуума в одном грамме.
k = 1373 / М эл = 1,5·10 30
Количество частиц среды вакуума в массе одной тонны вещества:
m = k · 10 6 = 1,5·10 36 .
В эту массу входит 1/9 часть импульсов среды вакуума. Это количество элементарных импульсов в массе одной тонны вещества:
N = m / 9 = 1,7·10 35 .
V э = 4πr 3 / 3 = 91,0·10 –39 см 3 ,
где r – классический радиус электрона.
Определим объем частицы среды матричного вакуума:
V м.в. = V э / 9π = 7,4·10 –42 см.
Откуда найдем радиус и площадь сечения частицы среды матричного вакуума:
R м.в. = (3V м.в. / 4π) 1/3 = 1,2·10 –14 см.
S м.в. = πR м.в. = 4,5·10 –38 км 2 .
Следовательно, для определения количества энергии, которая заключена в неотразимо большом объеме ресивера, необходимо вычислить площадь поверхности этого ресивера, т.е. площадь максимально расширившейся Вселенной
S пл. = 4πR 2 = 123206365·10 38 км 2 .
Определим количество частиц среды матричного вакуума, которые могут разместиться на площади сферы максимально расширившейся массы вещества Вселенной. Для этого необходимо величину S пл. площади разделить на площадь сечения частицы среды матричного вакуума:
Z в = S пл. / S в = 2,7·10 83 .
Согласно данной теории для образования одной элементарной частицы вещества среды матричного вакуума необходима энергия двух элементарных импульсов. Энергия одного элементарного импульса идет на образование одной частицы элементарного вещества среды матричного вакуума, а энергия другого элементарного импульса придает этой частице вещества скорость перемещения в среде вакуума, равную одной девятой скорости света, т.е. 33 333 км/с.
Поэтому на образование всей массы вещества Вселенной необходима половина количества частиц среды матричного вакуума, которые заполняют в один слой ее максимально расширившуюся массы вещества:
K = Z в / 2 = 1,35·10 83 .
Для определения одной из основных параметров Вселенной, т.е. массы в тоннах или вещества среды вакуума, необходимо половину ее количества элементарных импульсов разделить на количество элементарных импульсов, которые входят в одну тонну вещества среды вакуума
М = K / N = 0,8·10 48 тн
Количество частиц среды вакуума, которые заполняют площадь сферы максимально расширившейся массы вещества Вселенной в один слой. И согласно принципу ресивера, который принят в данной теории. Это количество частиц представляет собой количество элементарных импульсов, образующих массу вещества и входящих в структуру Вселенной. Это количество элементарных импульсов составляет энергию Вселенной, созданной всей массой вещества. Данная энергия будет равна количеству элементарных импульсов среды умноженная на скорость света.
W = Z в · с = 2,4·10 60 кг·м/с
После выше изложенного может возникнуть вопрос. Какова природа расширения и сжатия нашей Вселенной?
После определения основных параметров Вселенной: радиуса, массы, время расширения и ее энергии. Надо обратить внимание на то, что максимально расширившаяся Вселенная произвела работу своим разбегающим веществом, т.е. своей энергией, в среде вакуума по силовому раздвижению частиц среды матричного вакуума, сжатие этих частиц на объем, который равен объему всему веществу Вселенной. И вследствие эта энергия, определенная природой была израсходована на эту работу. Согласно принятому в данной теории принципу «Большого ресивера» и природной упругости среды вакуума процесс расширения Вселенной можно сформулировать следующим образом.
В момент конца расширения частицы расширившейся сферы Вселенной приобретают равные отталкивающие моменты с частицами среды вакуума, которые объемлют эту сферу. Эта является причиной конца расширения Вселенной. Но объемлющая оболочка среды вакуума по объему больше наружной оболочки сферы Вселенной. Эта аксиома не требует доказательств. В данной теории частицы среды матричного вакуума имеют внутреннюю энергию, равную 6,626·10 –27 эрг·с. Или то же самое количество движения. Из неравенства в объемах возникают и неравенство в количествах движениях, т.е. между сферой Вселенной и окружающей средой вакуума Равенство отталкивающих моментов между частицами, максимально расширившейся сферой Вселенной и частицами среды матричного вакуума, которые объемлют эту сферу, остановило расширение Вселенной. Эта равенство длится одно мгновение. Затем это вещество Вселенной стремительно начинает набирать скорость перемещения, но в обратном направлении, т.е. к центру тяжести Вселенной. Сжатие вещества это есть ответная реакция среды вакуума. Согласно данной теории ответная реакция среды матричного вакуума равна абсолютной скорости света.
Новые элементарные частицы обнаружить уже не удастся. Также альтернативный сценарий позволяет решить проблему иерархии масс. Исследование опубликовано на сайте arXiv.org, подробнее о нем рассказывает «Лента.ру».
Теория получила название Nnaturalness. Она определена на масштабах энергий порядка электрослабого взаимодействия, после разделения электромагнитного и слабого взаимодействий. Это было спустя примерно десять в минус тридцать второй - десять в минус двенадцатой секунд после Большого взрыва. Тогда, по мнению авторов новой концепции, во Вселенной существовала гипотетическая элементарная частица - рехитон (или рехеатон, от английского reheaton), распад которой привел к формированию наблюдаемой сегодня физики.
По мере того как Вселенная становилась более холодной (уменьшалась температура материи и излучения) и плоской (геометрия пространства приближалась к евклидовой), рехитон распался на множество других частиц. Они сформировали почти не взаимодействующие друг с другом группы частиц, практически идентичные по видовому набору, но отличающиеся массой бозона Хиггса, а значит, и собственными массами.
Число таких групп частиц, которые, по мнению ученых, существуют в современной Вселенной, достигает нескольких тысяч триллионов. К одному из таких семейств относятся и описываемая Стандартной моделью (СМ) физика и наблюдаемые в экспериментах на БАКе частицы и взаимодействия. Новая теория позволяет отказаться от суперсимметрии, которую до сих пор пытаются безуспешно найти, и решает проблему иерархии частиц.
В частности, если масса образовавшегося в результате распада рехитона бозона Хиггса мала, то масса остальных частиц будет велика, и наоборот. Именно это решает проблему электрослабой иерархии, связанную с большим разрывом между экспериментально наблюдаемыми массами элементарных частиц и масштабами энергий ранней Вселенной. Например, вопрос о том, почему электрон массой 0,5 мегаэлектронвольта почти в 200 раз легче мюона с теми же квантовыми числами, отпадает сам собой - во Вселенной есть точно такие же наборы частиц, где это различие проявляется не так сильно.
По новой теории, наблюдаемый в экспериментах на БАКе бозон Хиггса - самая легкая частица подобного типа, образовавшаяся в результате распада рехитона. С более тяжелыми бозонами связаны другие группы пока еще не обнаруженных частиц - аналоги открытых сегодня и хорошо изученных лептонов (не участвующих в сильном взаимодействии) и адронов (участвующих в сильном взаимодействии).
Новая теория не отменяет, но делает не столь необходимым введение суперсимметрии, предполагающей удвоение (как минимум) числа известных элементарных частиц за счет наличия суперпартнеров. Например, для фотона - фотино, кварка - скварк, хиггса - хиггсино и так далее. Спин суперпартнеров должен на полуцелое число отличаться от спина исходной частицы.
Математически частица и суперчастица объединяются в одну систему (супермультиплет); все квантовые параметры и массы частиц и их партнеров в точной суперсимметрии совпадают. Считается, что в природе суперсимметрия нарушена, и поэтому масса суперпартнеров значительно превышает массу их частиц. Для обнаружения суперсимметричных частиц и понадобились мощные ускорители вроде БАКа.
Если суперсимметрия или какие-либо новые частицы или взаимодействия и существуют, то, по мнению авторов нового исследования, они могут быть открыты на масштабах десяти тераэлектронвольт. Это почти на границе возможностей БАКа, и если предложенная теория верна, обнаружение там новых частиц крайне маловероятно.
Изображение: arXiv.org
Сигнал вблизи 750 гигаэлектронвольт, который мог указывать на распад тяжелой частицы на два гамма-фотона, о чем ученые коллабораций CMS (Compact Muon Solenoid) и ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), работающих на БАКе, сообщали в 2015 года и 2016 года, признан статистическим шумом. После 2012 года, когда стало известно об открытии в ЦЕРНе бозона Хиггса, новых фундаментальных частиц, предсказываемых расширениями СМ, не выявлено.
Канадский и американский ученый иранского происхождения Нима Аркани-Хамед, предложивший новую теорию, в 2012 году получил премию «Фундаментальная физика». Награда была учреждена в том же году российским бизнесменом Юрием Мильнером.
Поэтому возникновение теорий, в которых необходимость в суперсимметрии отпадает, ожидаемо. «Есть много теоретиков, в том числе я, считающих, что сейчас совершенно уникальное время, когда мы решаем важные и системные вопросы, а не касающиеся деталей какой-либо очередной элементарной частицы», - сказал ведущий автор нового исследования, физик из Принстонского университета (США).
Его оптимизм разделяют не все. Так, физик Мэтт Страсслер из Гарвардского университета полагает надуманным математическое обоснование новой теории. Между тем Падди Фокс из Национальной ускорительной лаборатории Энрико Ферми в Батавии (США) считает, что новую теорию удастся проверить в ближайшие десять лет. По его мнению, частицы, образованные в группе с каким-либо тяжелым бозоном Хиггса, должны оставить свои следы на реликтовом излучении - древней микроволновой радиации, предсказываемой теорией Большого взрыва.