Mēs piedāvājam jums pilnīgi jaunu skatījumu uz Visuma izcelsmi, ko izstrādājusi Indiānas universitātes teorētisko fiziķu grupa un ko prezentējis šīs universitātes darbinieks Nikodims Poplavskis.
Katrs melnais caurums satur jaunu Visumu, mūsējais nav izņēmums, tas pastāv arī melnā cauruma iekšpusē. Šāds apgalvojums var šķist dīvains, taču tieši šis pieņēmums vislabāk izskaidro Visuma rašanos un visu to procesu norisi, ko mēs novērojam šodien.
Standarta Lielā sprādziena teorija nespēj atbildēt uz daudziem jautājumiem. Tas liek domāt, ka Visums sākās kā bezgalīgi maza punkta “singularitāte”, kurā bija bezgalīgi augsta matērijas koncentrācija, kas paplašina savu izmēru līdz stāvoklim, kādu mēs novērojam šodien. Inflācijas teorija, kosmosa superātrā izplešanās, protams, atbild uz daudziem jautājumiem, piemēram, kāpēc tieši mazi koncentrētas vielas gabaliņi Visuma attīstības agrīnajā stadijā apvienojās lielos debess ķermeņos: galaktikās un galaktiku kopās. Taču daudzi jautājumi paliek neatbildēti. Piemēram: kas sākās pēc Lielā sprādziena? Kas izraisīja Lielo sprādzienu? Kāds ir noslēpumainās tumšās enerģijas avots, kas nāk no ārpus Visuma robežām?
Teorija, ka mūsu Visums pilnībā atrodas melnajā caurumā, sniedz atbildes uz šiem un daudziem citiem jautājumiem. Tas izslēdz mūsu Visuma fiziski neiespējamo iezīmju jēdzienu. Un tas balstās uz divām galvenajām fizikas teorijām.
Pirmkārt, šī ir vispārējā relativitātes teorija, mūsdienu gravitācijas teorija. Tas apraksta Visumu lielā mērogā. Jebkurš notikums Visumā tiek uzskatīts par telpas, laika un telpas-laika punktu. Masīvi objekti, piemēram, Saule, izkropļo vai rada telpas laika "līknes", kas ir salīdzināmas ar boulinga bumbu, kas guļ uz piekārtas audekla. Gravitācijas iespiedums no Saules maina Zemes un citu planētu kustību, kas riņķo ap to. Planētu pievilkšanās ar Sauli mums šķiet kā gravitācija.
Otrais kvantu mehānikas likums, uz kura balstās jaunā teorija, apraksta Visumu vismazākos mērogos, piemēram, atomu un citas elementārdaļiņas.
Pašlaik fiziķi cenšas apvienot kvantu mehāniku un vispārējo relativitāti vienā “kvantu gravitācijas” teorijā, lai adekvāti aprakstītu svarīgākās dabas parādības, tostarp subatomisko daļiņu uzvedību melnajos caurumos.
Sešdesmitajos gados vispārējās relativitātes teorijas adaptāciju, ņemot vērā kvantu mehānikas ietekmi, sauca par Einšteina–Kartona–Sciama–Kibla gravitācijas teoriju. Tas ne tikai sniedz jaunu soli ceļā uz kvantu gravitācijas izpratni, bet arī rada alternatīvu pasaules ainu. Šīs izmaiņas vispārējā relativitātē ietver svarīgu mātes kvantu īpašību, kas pazīstama kā SPIN.
Mazām daļiņām, piemēram, atomiem un elektroniem, ir SPIN jeb iekšējais leņķiskais impulss, kas līdzīgs slidotāja griešanās procesam uz ledus. Šajā attēlā daļiņu SPIN mijiedarbojas ar telpu-laiku un nodrošina to ar īpašību, ko sauc par “vērpi”. Lai saprastu šāda veida vērpšanu, iedomājieties telpu nevis kā divdimensiju audeklu, bet gan kā elastīgu viendimensijas stieni. Stieņa liece atbilst spatiotemporālai vērpšanai. Ja stienis ir tievs, to var pagriezt, bet grūti redzēt, vai tas ir sagriezies vai nav.
Kosmosa vērpšanai vajadzētu būt pamanāmai vai drīzāk diezgan nozīmīgai Visuma rašanās agrīnajā stadijā vai melnajā caurumā. Šajos ekstrēmos apstākļos laiktelpas vērpšanai vajadzētu izpausties kā atgrūdošam spēkam vai gravitācijas spēkam tiem objektiem, kas ir vistuvāk telpas laika izliekumam.
Tāpat kā vispārējās relativitātes teorijas standarta versijā, ļoti masīvas zvaigznes nonāk melnajos caurumos: kosmosa reģionos, no kuriem nekas, pat gaisma, nevar izkļūt.
Lūk, kāda loma var būt vīšanas procesam sākotnējā Visuma rašanās brīdī:
Sākotnēji izliektās telpas gravitācijas spēks ļaus vērpšanai kļūt par atgrūdošu spēku, kas novedīs pie matērijas izzušanas mazākos telpas reģionos. Bet tad vīšanas process kļūst ļoti spēcīgs, pārvēršoties par bezgalīga blīvuma punktu, sasniedzot ārkārtīgi augsta, bet ierobežota blīvuma stāvokli. Tā kā enerģiju var pārvērst masā, ļoti augsta gravitācijas enerģija šajā ārkārtīgi blīvajā stāvoklī var izraisīt intensīvu daļiņu veidošanos, kas ievērojami palielina masu melnā cauruma iekšpusē.
Arvien lielāks SPIN daļiņu skaits izraisīs augstāku spatiotemporālo vīšanas līmeni. Atgrūdošais griezes moments var apturēt matērijas sabrukumu un radīt “lielā atlēciena” efektu, kas atgādina iepriekš nogrimušu lodi, kas izlido no ūdens, kas novedīs pie Visuma paplašināšanās procesa. Tā rezultātā mēs novērojam šai parādībai atbilstošus procesus Visuma masas, formas un ģeometrijas sadalījumā.
Savukārt vērpes mehānisms piedāvā pārsteidzošu scenāriju, uz kura pamata katrs melnais caurums spēj radīt jaunu, jaunu Visumu sevī.
Tādējādi mūsu pašu Visums var atrasties melnā caurumā, kas atrodas citā Visumā.
Tāpat kā mēs nevaram redzēt, kas notiek melnajā caurumā, visi novērotāji sākotnējā Visumā nespēj redzēt, kas notiek mūsu pasaulē.
Vielas kustība pāri melnā cauruma robežai tiek saukta par "notikumu horizontu" un notiek tikai vienā virzienā, nodrošinot laika vektora virzienu, ko mēs uztveram kā kustību uz priekšu.
Laika bulta mūsu Visumā tika mantota no mūsu vecāku Visuma, izmantojot savīšanas procesu.
Vīšana var izskaidrot arī novēroto nelīdzsvarotību starp matēriju un antimateriālu Visumā. Visbeidzot, vērpšanas process var būt tumšās enerģijas avots, noslēpumaina enerģijas forma, kas caurstrāvo visu mūsu telpu, palielinot Visuma izplešanās ātrumu. Vīšanas ģeometrija rada "kosmoloģisko konstanti", kas attiecas uz ārējiem spēkiem un ir vienkāršākais veids, kā izskaidrot tumšās enerģijas esamību. Tādējādi novērotā Visuma paātrinātā izplešanās var būt visspēcīgākais vīšanas procesa pierādījums.
Tāpēc savērpšana nodrošina teorētisko pamatu scenārijam, kurā katrā melnajā caurumā pastāv jauns Visums. Šis scenārijs darbojas arī kā līdzeklis, lai atrisinātu vairākas lielas problēmas mūsdienu gravitācijas teorijā un kosmoloģijā, lai gan fiziķiem joprojām ir jāapvieno Einšteina-Kartona-Sciama-Kibble kvantu mehānika ar gravitācijas kvantu teoriju.
Tikmēr jauna izpratne par kosmiskajiem procesiem rada citus svarīgus jautājumus. Piemēram, ko mēs zinām par sākotnējo Visumu un melno caurumu, kurā atrodas mūsu pašu Visums? Cik daudz slāņu mums ir visumā? Kā jūs varat pārbaudīt, vai mūsu Visums atrodas melnajā caurumā?
Potenciāli pēdējos jautājumus var izpētīt, jo visas zvaigznes un melnie caurumi rotē, mūsu Visumam kā “vēlamajam virzienam” vajadzēja mantot sākotnējā Visuma rotācijas asi.
Nesen veiktā 15 000 galaktiku vienā Visuma puslodē aptaujā atklājās, ka tās ir “kreisās puses”, kas nozīmē, ka tās griežas pulksteņrādītāja virzienā, bet otrās puslodes galaktikas ir “labās puses” jeb griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Bet šis atklājums joprojām prasa izpratni. Jebkurā gadījumā tagad ir skaidrs: telpas ģeometrijas savērpšanās process - laiks ir pareizais solis ceļā uz veiksmīgu kosmoloģijas teoriju.
Skatoties uz mākslas darbu, skaistu ainavu vai bērnu, cilvēks vienmēr izjūt esamības harmoniju.
Zinātniskā izteiksmē šo sajūtu, kas mums saka, ka viss Visumā ir harmonisks un savstarpēji saistīts, sauc par nelokālo saskaņotību. Pēc Ervina Laszlo domām, lai izskaidrotu ievērojama skaita daļiņu klātbūtni Visumā un visa pastāvošā nepārtrauktu, bet nekādā gadījumā ne vienmērīgu un lineāru evolūciju, mums ir jāatzīst tāda faktora klātbūtne, kas nav ne matērija, ne enerģiju.
Šī faktora nozīme tagad ir atzīta ne tikai sociālajās un humanitārajās zinātnēs, bet arī fizikā un dabaszinātnēs. Šī ir informācija - informācija kā reāls un efektīvs faktors, kas nosaka Visuma parametrus tā dzimšanas brīdī un pēc tam kontrolē tā pamatelementu evolūciju, kas pārvēršas par sarežģītām sistēmām.
Un tagad, balstoties uz jaunās kosmoloģijas datiem, beidzot esam pietuvojušies katra zinātnieka sapņa īstenošanai – holistiskas teorijas par visu radīšanai.
Holistiskas teorijas izveide par visu
Pirmajā nodaļā mēs apspriežam uzdevumu izveidot teoriju par visu. Teorijai, kas ir pelnījusi šo nosaukumu, patiesi ir jābūt teorijai par visu — holistiskai teorijai par visu, ko mēs novērojam, piedzīvojam un sastopamies, neatkarīgi no tā, vai tie ir fiziski objekti, dzīvās būtnes, sociālās un vides parādības vai prāta un apziņas radījumi. Ir iespējams izveidot tik holistisku teoriju par visu - un tas tiks parādīts šajā un nākamajās nodaļās.
Ir daudz veidu, kā izprast pasauli: caur savām idejām, mistisku intuīciju, mākslu un dzeju, kā arī caur pasaules reliģiju uzskatu sistēmām. No daudzajām mums pieejamajām metodēm viena ir pelnījusi īpašu uzmanību, jo tā ir balstīta uz reproducējamu pieredzi, stingri ievēro metodiku un ir pakļauta kritikai un pārvērtēšanai. Tas ir zinātnes ceļš.
Zinātnei ir nozīme. Tas ir svarīgi ne tikai tāpēc, ka tas ir jaunu tehnoloģiju avots, kas maina mūsu dzīvi un pasauli mums apkārt, bet arī tāpēc, ka tas sniedz mums uzticamu priekšstatu par pasauli un par mums šajā pasaulē.
Taču skatījums uz pasauli caur mūsdienu zinātnes prizmu ir neviennozīmīgs. Vēl nesen zinātne veidoja sadrumstalotu pasaules tēlu, ko veidoja šķietami neatkarīgas disciplīnas. Zinātniekiem ir grūti pateikt, kas saista fizisko Visumu un dzīvo pasauli, dzīvo pasauli un sabiedrības pasauli, sabiedrības pasauli ar prāta un apziņas sfērām. Tagad situācija mainās; Zinātnes priekšgalā arvien vairāk pētnieku cenšas iegūt holistiskāku, vienotāku pasaules priekšstatu. Pirmkārt, tas attiecas uz fiziķiem, kuri strādā, lai radītu vienotas teorijas un lielas vienotas teorijas. Šīs teorijas saista dabas pamatlaukus un spēkus loģiskā teorētiskā ietvarā, liekot domāt, ka tiem ir kopīga izcelsme.
Pēdējos gados kvantu fizikā ir parādījusies īpaši daudzsološa tendence: mēģinājums izveidot teoriju par visu. Šis projekts ir balstīts uz stīgu un superstīgu teorijām (tā sauktas, jo šajās teorijās elementārdaļiņas tiek uzskatītas par vibrējošiem pavedieniem vai stīgām). Izstrādātās teorijas izmanto sarežģītu matemātiku un daudzdimensionālas telpas, lai izveidotu vienu galveno vienādojumu, kas varētu izskaidrot visus Visuma likumus.
Fizikālās teorijas par visu
Teorijas par visu, ko pašlaik izstrādā teorētiskie fiziķi, ir vērstas uz to, lai sasniegtu to, ko Einšteins kādreiz sauca par "Dieva domu lasīšanu". Viņš teica, ka, ja mēs varētu apvienot visus fiziskās dabas likumus un izveidot saskaņotu vienādojumu sistēmu, mēs spētu izskaidrot visas Visuma īpašības, pamatojoties uz šiem vienādojumiem, kas būtu līdzvērtīgi Dieva domu lasīšanai.
Einšteins izdarīja savu šāda veida mēģinājumu, izveidojot vienotu lauka teoriju. Lai gan viņš turpināja savus centienus līdz savai nāvei 1955. gadā, viņš neatklāja vienkāršu un spēcīgu vienādojumu, kas varētu loģiskā un saskaņotā veidā izskaidrot visas fiziskās parādības.
Einšteins tuvojās savam mērķim, ņemot vērā visas fiziskās parādības kā lauku mijiedarbības rezultātu. Tagad mēs zinām, ka viņš cieta neveiksmi, jo viņš neņēma vērā laukus un spēkus, kas darbojas realitātes mikrofiziskajā līmenī. Šie lauki (vāji un spēcīgi kodolspēki) ieņem centrālo vietu kvantu mehānikā, bet ne relativitātes teorijā.
Mūsdienās vairums teorētisko fiziķu izmanto atšķirīgu pieeju: viņi uzskata kvantu — atsevišķu fiziskās realitātes aspektu — par elementāru vienību. Bet kvantu fiziskā būtība ir pārskatīta: tās tiek uzskatītas nevis par atsevišķām materiāla un enerģijas daļiņām, bet gan par vibrējošiem viendimensijas pavedieniem - stīgām un superstīgām. Fiziķi mēģina iztēloties visus fizikas likumus kā superstīgu vibrācijas daudzdimensionālā telpā. Viņi uzskata katru daļiņu kā virkni, kas kopā ar visām pārējām daļiņām rada savu "mūziku". Kosmiskā līmenī kopā vibrē veselas zvaigznes un galaktikas, kā arī veseli Visumi. Fiziķu izaicinājums ir izveidot vienādojumu, kas parāda, kā viena vibrācija ir saistīta ar otru, lai tās visas varētu izteikt vienā supervienādojumā. Šis vienādojums atšifrētu mūziku, kas iemieso kosmosa neierobežotāko un fundamentālāko harmoniju.
Rakstīšanas laikā uz stīgu teoriju balstītās teorijas par visu joprojām ir mērķtiecīgas: neviens vēl nav radījis supervienādojumu, kas izsaka fiziskā Visuma harmoniju tik vienkāršā formulā kā Einšteina E = mc2. Patiesībā šajā jomā ir tik daudz problēmu, ka arvien vairāk fiziķu liek domāt, ka progresam būs nepieciešama jauna koncepcija. Stīgu teorijas vienādojumiem ir vajadzīgas vairākas dimensijas; ar četrdimensiju telpas laiku nepietiek.
Teorija sākotnēji prasīja 12 dimensijas, lai visas vibrācijas savienotu vienā teorijā, taču tagad tiek uzskatīts, ka pietiek ar "tikai" 10 vai 11 dimensijām, ja vien vibrācijas notiek daudzdimensionālākā "hipertelpā". Turklāt stīgu teorija pieprasa, lai tās stīgām būtu telpa un laiks, bet nevar parādīt, kā laiks un telpa varētu rasties. Visbeidzot, satrauc tas, ka šai teorijai ir tik daudz iespējamo risinājumu — aptuveni 10 500 —, ka kļūst pilnīgi neskaidrs, kāpēc mūsu Visums ir tāds, kāds tas ir (kaut arī katrs risinājums ved uz citu Visumu).
Fiziķi, kas cenšas saglabāt stīgu teoriju, ir izvirzījuši dažādas hipotēzes. Piemēram, visi iespējamie Visumi pastāv līdzās, lai gan mēs dzīvojam tikai vienā no tiem. Vai varbūt mūsu Visumam ir daudz šķautņu, bet mēs uztveram tikai to, kas mums ir pazīstams. Šeit ir dažas teorētisko fiziķu izvirzītās hipotēzes, kas cenšas parādīt, ka stīgu teorijām ir zināma reālisma pakāpe. Taču neviens no tiem nav apmierinošs, un daži kritiķi, tostarp Pīters Foigts un Lī Smolins, ir gatavi apglabāt stīgu teoriju.
Smolins ir viens no cilpas kvantu gravitācijas teorijas pamatlicējiem, saskaņā ar kuru telpa ir šūnu tīkls, kas savieno visus punktus. Teorija izskaidro, kā radās telpa un laiks, kā arī izskaidro "darbība no attāluma", tas ir, dīvainās "attiecības", kas ir pamatā fenomenam, kas pazīstams kā nelokalitāte. Šo fenomenu sīkāk aplūkosim 3. nodaļā.
Nav zināms, vai fiziķi spēs izveidot funkcionējošu teoriju par visu. Tomēr ir skaidrs, ka pat tad, ja notiekošie centieni vainagosies panākumiem, patiesas teorijas radīšana par visu pati par sevi nenozīmēs panākumus. Labākajā gadījumā fiziķi radīs fizikālu teoriju par visu – teoriju, kas nebūs teorija par visu, bet tikai teorija par visiem fiziskajiem objektiem. Patiesa visa teorija ietvers vairāk nekā tikai matemātiskas formulas, kas izsaka šīs kvantu fizikas nozares pētītās parādības. Visums satur vairāk nekā tikai vibrējošas stīgas un ar tiem saistītos kvantu notikumus. Dzīve, prāts, kultūra un apziņa ir daļa no pasaules realitātes, un patiesa teorija par visu to arī ņems vērā.
Tam piekrīt arī Kens Vilbers, kurš sarakstījis grāmatu Visa teorija. Viņš runā par "holistisko redzējumu", kas ietverts patiesajā visa teorijā. Taču viņš šādu teoriju neizvirza, bet galvenokārt apspriež, kas tā varētu būt, un apraksta to no kultūras un apziņas evolūcijas viedokļa saistībā ar viņa paša teorijām. Zinātniski pamatota holistiskā teorija par visu vēl ir jāizveido.
Pieejas pie patiesas visa teorijas
Var izveidot patiesu teoriju par visu. Lai gan tas pārsniedz stīgu un superstīgu teorijas, kuru ietvaros fiziķi cenšas izstrādāt paši savu superteoriju, tā labi iekļaujas pašas zinātnes ietvaros. Patiešām, uzdevums izveidot patiesu holistisku teoriju par visu ir vienkāršāks nekā uzdevums izveidot fizisku teoriju par visu. Kā redzam, fizikālās teorijas par visu cenšas reducēt fizikas likumus līdz vienai formulai – visiem tiem likumiem, kas regulē daļiņu un atomu, zvaigžņu un galaktiku mijiedarbību; daudzas sarežģītas vienības ar sarežģītu mijiedarbību. Vienkāršāk un saprātīgāk ir meklēt pamatlikumus un procesus, kas rada šīs vienības un to mijiedarbību.
Sarežģītu struktūru datorsimulācijas parāda, ka sarežģītība tiek radīta un izskaidrojama ar pamata un salīdzinoši vienkāršiem sākuma nosacījumiem. Kā parādīja Džona fon Neimaņa teorija par šūnu automātiem, pietiek definēt sistēmas pamatkomponentus un norādīt noteikumus - algoritmus -, kas nosaka to uzvedību (tas ir visu datoru modeļu pamatā: izstrādātāji norāda datoram, kas jādara katrā modelēšanas procesa posmā, un pārējo paveic dators). Ierobežots un pārsteidzoši vienkāršs pamatelementu kopums, ko regulē neliels skaits algoritmu, var radīt šķietami nesaprotamu sarežģītību, ja procesam ļauj attīstīties laika gaitā. Noteikumu kopums, kas satur informāciju par elementiem, uzsāk procesu, kas sakārto un organizē elementus, kas tādējādi spēj radīt arvien sarežģītākas struktūras un attiecības.
Mēģinot izveidot patiesu holistisku teoriju par visu, mēs varam iet līdzīgu ceļu. Mēs varam sākt ar elementārām lietām – lietām, kas rada citas lietas, kuras tās nerada. Tad mums ir jādefinē vienkāršākais noteikumu kopums, pēc kura tiks izveidots kaut kas sarežģītāks. Principā mums tad būtu jāspēj izskaidrot, kā radās katra "lieta" pasaulē.
Papildus stīgu un superstīgu teorijām jaunajā fizikā ir teorijas un koncepcijas, pateicoties kurām var realizēt šo grandiozo plānu. Izmantojot atklājumus daļiņu un lauka teoriju visprogresīvākajās jomās, mēs varam identificēt pamatu, kas rada visu, neko neģenerējot. Šis pamats, kā mēs redzēsim, ir virtuālās enerģijas jūra, kas pazīstama kā kvantu vakuums. Mēs varam arī aplūkot daudzos likumus (dabas likumus), kas mums stāsta, kā realitātes pamatelementi - daļiņas, kas pazīstamas kā kvanti - kļūst par sarežģītām lietām, mijiedarbojoties ar savu kosmisko pamatu.
Tomēr mums ir jāpievieno jauns elements, lai iegūtu patiesu holistisku teoriju par visu. Pašlaik zināmie likumi, saskaņā ar kuriem esošie pasaules objekti rodas no kvantu vakuuma, ir mijiedarbības likumi, kuru pamatā ir enerģijas pārnešana un pārveidošana. Šie likumi bija pietiekami, lai izskaidrotu, kā kvantu vakuumā un ārpus tā tiek radīti reāli objekti - daļiņu un pretdaļiņu pāru veidā. Taču tie nesniedz skaidrojumu, kāpēc Lielajā sprādzienā radās vairāk daļiņu nekā antidaļiņu; un kā miljardu gadu laikā izdzīvojušās daļiņas tika apvienotas arvien sarežģītākās struktūrās: galaktikās un zvaigznēs, atomos un molekulās un (uz piemērotām planētām) makromolekulās, šūnās, organismos, sabiedrībās, ekoloģiskās nišās un veselās biosfērās.
Lai izskaidrotu ievērojama skaita daļiņu klātbūtni Visumā ("matērija" pretstatā "antimatērijai") un visa pastāvošā nepārtraukta, bet nekādā gadījumā ne vienmērīga un lineāra evolūcija, mums ir jāatzīst tāda faktora klātbūtne, kas. nav ne matērija, ne enerģija. Šī faktora nozīme tagad ir atzīta ne tikai sociālajās un humanitārajās zinātnēs, bet arī fizikā un dabaszinātnēs. Šī ir informācija - informācija kā reāls un efektīvs faktors, kas nosaka Visuma parametrus tā dzimšanas brīdī un pēc tam kontrolē tā pamatelementu evolūciju, kas pārvēršas par sarežģītām sistēmām.
Lielākā daļa no mums informāciju saprot kā datus vai to, ko cilvēks zina. Fiziskās un dabas zinātnes atklāj, ka informācija pārsniedz atsevišķas personas un pat visu cilvēku apziņas robežas.
Informācija ir neatņemama fiziskā un bioloģiskās dabas sastāvdaļa. Lielais fiziķis Deivids Boms informāciju nosauca par procesu, kas ietekmē saņēmēju, “veidojot” viņu. Mēs pieņemsim šo koncepciju.
Informācija nav cilvēka produkts, nevis kaut kas, ko mēs radām, rakstot, domājot, runājot un nododot ziņojumus. Seno laiku gudrie zināja jau sen un mūsdienu zinātnieki to apgūst no jauna, ka informācija pasaulē ir klātesoša neatkarīgi no cilvēka gribas un rīcības un ir noteicošais faktors visa, kas piepilda reālo pasauli, evolūcijā. Pamats patiesas teorijas radīšanai par visu ir atziņa, ka informācija ir dabas pamatfaktors.
Par zagakiem un mītiem
Nākamās zinātnes paradigmas maiņas virzītājspēki
Mēs sāksim meklēt patiesu holistisku teoriju par visu, aplūkojot faktorus, kas tuvina zinātni paradigmas maiņai. Galvenie faktori ir noslēpumi, kas rodas un uzkrājas zinātnisko pētījumu gaitā: anomālijas, kuras esošā paradigma nespēj izskaidrot. Tas liek zinātnieku aprindām meklēt jaunas pieejas anomālām parādībām. Šādi pētniecības centieni (mēs tos sauksim par "zinātniskiem mītiem") satur daudzas idejas. Dažas no šīm idejām var ietvert galvenos jēdzienus, kas novedīs zinātniekus pie jaunas paradigmas – paradigmas, kas var noskaidrot noslēpumus un anomālijas un nodrošināt pamatu patiesai holistiskai teorijai par visu.
Vadošie zinātnieki cenšas paplašināt un padziļināt savu izpratni par pētāmo realitātes segmentu. Viņi saprot arvien vairāk par attiecīgo realitātes daļu vai aspektu, bet nevar tieši pētīt šo daļu vai aspektu - viņi spēj to aptvert tikai caur koncepcijām, kas pārvērstas hipotēzēs un teorijās. Koncepcijas, hipotēzes un teorijas nav pietiekami spēcīgas, un tās var būt kļūdainas. Patiesībā patiesi zinātniskas teorijas iezīme (saskaņā ar zinātnes filozofu seru Karlu Poperu) ir falsifikējamība. Teorijas tiek atspēkotas, ja no tām izdarītās prognozes neapstiprina novērojumi. Šajā gadījumā novērojumi ir anomāli, un attiecīgā teorija tiek uzskatīta par nepareizu un noraidīta, vai arī tā ir jāpārskata.
Teoriju atspēkošana ir patiesa zinātnes progresa dzinējspēks. Kad viss darbojas, progress var pastāvēt, taču tas ir daļējs (kas sastāv no esošās teorijas pilnveidošanas, lai tā atbilstu jauniem novērojumiem). Reāls progress notiek, ja tas nav iespējams. Agri vai vēlu pienāk brīdis, kad tā vietā, lai mēģinātu pārskatīt esošās teorijas, zinātnieki dod priekšroku meklēt vienkāršāku un skaidrojošāku teoriju. Ceļš paveras uz fundamentālu teorijas atjaunošanu: uz paradigmas maiņu.
Paradigmas maiņu izraisa novērojumu uzkrāšanās, kas neiekļaujas pieņemtajās teorijās un nevar iekļauties tajās pēc vienkāršas šādu teoriju pilnveidošanas. Tuvojas jaunas un pieņemamākas zinātnes paradigmas rašanās posms. Izaicinājums ir atrast fundamentālas jaunas koncepcijas, kas veidos jaunās paradigmas pamatu.
Zinātniskajai paradigmai ir stingras prasības. Uz to balstītai teorijai būtu jāļauj zinātniekiem izskaidrot visus atklājumus, ko varēja izskaidrot iepriekšējā teorija, kā arī anomālos novērojumus. Tai ir jāapvieno visi būtiskie fakti vienkāršākā un tajā pašā laikā pilnīgākā koncepcijā. Tieši to darīja Einšteins 20. gadsimta mijā, kad Ņūtona fizikas ietvaros pārtrauca meklēt iemeslus dīvainajai gaismas uzvedībai un tā vietā radīja jaunu fiziskās realitātes jēdzienu - relativitātes teoriju. Kā viņš pats teica, jūs nevarat atrisināt problēmu tajā pašā līmenī, kādā tā radās. Pārsteidzoši īsā laikā fizikas kopiena atteicās no Ņūtona dibinātās klasiskās fizikas un tika aizstāta ar Einšteina revolucionāro koncepciju.
20. gadsimta pirmajā desmitgadē zinātne piedzīvoja paradigmas maiņu. Tagad, 21. gadsimta pirmajā desmitgadē, atkal uzkrājas noslēpumi un anomālijas, un zinātnieku kopiena saskaras ar nākamo paradigmas maiņu – tikpat fundamentālu un revolucionāru kā pāreja no Ņūtona mehāniskās pasaules uz Einšteina relatīvo Visumu.
Mūsdienu paradigmas maiņa jau kādu laiku notiek visprogresīvākās zinātnes aprindās. Zinātniskās revolūcijas nav acumirklīgi procesi, kuros uzreiz stājas jauna teorija. Tās var būt ātras, kā Einšteina teorijas gadījumā, vai paplašinātas laikā, piemēram, pāreja no klasiskās Darvina teorijas uz plašākiem postdarvinisma bioloģiskajiem jēdzieniem.
Pirms sākušās revolūcijas noved pie gala rezultāta, zinātnes, kurās pastāv anomālijas, iziet cauri nestabilitātes periodam. Galvenie zinātnieki aizstāv esošās teorijas, savukārt brīvdomātāji progresīvās jomās pēta alternatīvas. Pēdējie izvirzīja jaunas idejas, kas piedāvā citu skatījumu uz tradicionālajiem zinātniekiem pazīstamām parādībām. Kādu laiku alternatīvie jēdzieni, kas sākotnēji pastāv darba hipotēžu veidā, šķiet ja ne fantastiski, tad dīvaini.
Dažkārt tie atgādina mītus, ko izgudrojuši izdomas bagāti pētnieki. Tomēr tie nav. Nopietnu pētnieku “mīti” balstās uz rūpīgi kalibrētu loģiku; tie apvieno to, kas jau ir zināms par pasaules segmentu, ko konkrēta disciplīna pēta, ar to, kas joprojām ir mulsinošs. Tie nav parastie mīti, tie ir “zinātniski mīti” — pārdomātas hipotēzes, kuras var pārbaudīt, un tāpēc tās var apstiprināt vai atspēkot ar novērojumiem un eksperimentiem.
Novērošanas un eksperimenta laikā atklāto anomāliju izpēte un pārbaudāmu mītu radīšana, kas var tās izskaidrot, ir fundamentālo zinātnisko pētījumu galvenās sastāvdaļas. Ja anomālijas turpina pastāvēt, neskatoties uz zinātnieku centieniem, kas pieturas pie vecās paradigmas, un ja viens vai otrs brīvdomātāju zinātnieku izvirzītais zinātniskais mīts piedāvā vienkāršāku un loģiskāku izskaidrojumu, kritiskā zinātnieku masa (galvenokārt jaunu) pārstāj pieķerties. uz veco paradigmu. Tā sākas paradigmas maiņa. Koncepcija, kas līdz šim bija mīts, tiek uzskatīta par uzticamu zinātnisku teoriju.
Zinātnes vēsturē ir neskaitāmi piemēri gan veiksmīgiem, gan neveiksmīgiem mītiem. Apstiprinātie mīti, kas tiek uzskatīti par uzticamām, lai gan ne pilnīgi patiesām zinātniskām teorijām, ietver Čārlza Darvina ierosinājumu, ka visas dzīvās sugas ir cēlušās no kopīgiem senčiem, un Alana Guta un Andreja Lindes hipotēzi, ka Visums sākās ar ļoti strauju "paplašināšanos", kas. sekoja tās dzimšanai Lielā sprādziena laikā. Neveiksmīgie mīti (tie, kas piedāvāja neprecīzus vai nepietiekamus skaidrojumus iesaistītajām parādībām) ietver Hansa Drīša ideju, ka dzīvības evolūcija notiek saskaņā ar iepriekš noteiktu plānu mērķtiecīgā procesā, ko sauc par entelehiju, un Einšteina hipotēzi, ka papildu fiziskais spēks, ko sauc par kosmoloģisko konstanti, to dara. neļauj Visumam iet bojā gravitācijas spēka ietekmē. (Interesanti, kā mēs uzzinām, dažas no šīm pozīcijām tagad tiek apšaubītas: iespējams, ka Gūta un Lindes paplašināšanās teorija tiks aizstāta ar plašāku cikliskā Visuma jēdzienu, un Einšteina kosmoloģiskā konstante galu galā nebija nepareiza... )
Mūsdienu zinātnisko mītu piemēri
Šeit ir trīs darba hipotēzes — “zinātniskie mīti”, ko izvirzījuši augsti cienīti zinātnieki. Visi trīs, lai arī šķietami neticami, ir saņēmuši nopietnu zinātnieku aprindu uzmanību.
10100 Visumu
1955. gadā fiziķis Hjū Everets piedāvāja satriecošu kvantu pasaules skaidrojumu (vēlāk par pamatu vienam no populārākajiem Maikla Krihtona romāniem Laika bulta). Evereta paralēlā Visuma hipotēze izriet no noslēpumaina atklājuma kvantu fizikā: ja vien daļiņa netiek novērota, mērīta vai manipulēta, tā pastāv dīvainā stāvoklī, kas ir visu iespējamo stāvokļu superpozīcija. Tomēr, kad daļiņu novēro, mēra vai uz to rīkojas, šis superpozīcijas stāvoklis pazūd: daļiņa atrodas vienā stāvoklī, tāpat kā jebkurš “parasts” objekts. Tā kā superpozīcijas stāvoklis tiek aprakstīts kā sarežģīta viļņa funkcija, kas saistīta ar Ervina Šrēdingera vārdu, tad, kad superpozīcijas stāvoklis pazūd, tiek uzskatīts, ka notiek Šrēdingera viļņu funkcijas sabrukums.
Problēma ir tāda, ka nav iespējams pateikt, kuru no daudzajiem iespējamajiem virtuālajiem stāvokļiem daļiņa ieņems. Šķiet, ka daļiņu izvēle ir nenosakāma - pilnīgi neatkarīgi no apstākļiem, kas izraisa viļņu funkcijas sabrukumu. Saskaņā ar Evereta hipotēzi viļņu funkcijas sabrukuma nenoteiktība neatspoguļo pasaulē pastāvošos apstākļus. Šeit nav nekādas neskaidrības: katrs daļiņas izvēlētais virtuālais stāvoklis ir noteikts – tas vienkārši ir pasaulē pats par sevi!
Tādā veidā notiek sabrukums: kad tiek mērīts kvants, ir vairākas iespējas, no kurām katra ir saistīta ar novērotāju vai mērierīci. Šķietami nejaušā atlases procesā mēs uztveram tikai vienu no iespējām. Taču, pēc Evereta teiktā, izvēle nav nejauša, jo šī izvēle nenotiek: visi iespējamie kvanta stāvokļi tiek realizēti katru reizi, kad to mēra vai novēro; viņi vienkārši
netiek realizēti vienā pasaulē. Daudzi iespējamie kvantu stāvokļi tiek realizēti tādā pašā skaitā Visumu.
Pieņemsim, ka, mērot kvantu, piemēram, elektronu, pastāv piecdesmit procentu iespēja, ka tas paaugstināsies, un vienāda iespēja, ka tas samazināsies. Tad mums ir nevis viens Visums, kurā kvants var iet uz augšu vai uz leju ar varbūtību 50/50, bet gan divi paralēli. Vienā Visumā elektrons faktiski virzās uz augšu, bet otrā – uz leju. Katrā no šiem Visumiem ir arī novērotājs vai mērierīce. Divos Visumos vienlaikus pastāv divi rezultāti, tāpat kā novērotāji vai mērinstrumenti.
Protams, kad daļiņas vairāki superpozīcijas stāvokļi saplūst vienā, ir ne tikai divi, bet vairāk iespējamie virtuālie stāvokļi, ko daļiņa var pieņemt. Tādējādi ir jābūt daudziem Visumiem, iespējams, apmēram 10 100, katrā no tiem ir novērotāji un mērinstrumenti.
Novērotāju radīts Visums
Ja ir 10 100 vai pat 10 500 Visumu (lai gan lielākajā daļā no tiem dzīvība nekad nebūtu varējusi rasties), kā tas nākas, ka mēs dzīvojam Visumā, kurā pastāv sarežģītas dzīvības formas? Vai tā varētu būt vienkārša sakritība? Daudzi zinātniski mīti attiecas uz šo jautājumu, tostarp antropiskais kosmoloģiskais princips, kas apgalvo, ka mūsu novērojumi par šo Visumu ir tik laimīgas sakritības dēļ. Nesen Stīvens Hokings no Kembridžas un Tomass Hertogs no CERN (Eiropas Kodolpētījumu organizācija) ierosināja matemātiski formulētu atbildi. Saskaņā ar viņu teoriju par novērotāju radīto Visumu, nav runa par to, ka atsevišķi Visumi atzarojas laikā un eksistē paši (kā liecina stīgu teorija), bet gan tas, ka visi iespējamie Visumi eksistē vienlaicīgi superpozīcijas stāvoklī. Mūsu eksistence šajā Visumā izvēlas ceļu, kas ved tieši uz šādu Visumu, starp visiem citiem ceļiem, kas ved uz visiem citiem Visumiem; visi pārējie ceļi ir izslēgti. Tādējādi šajā teorijā notikumu cēloņsakarība ir apgriezta otrādi: tagadne nosaka pagātni. Tas būtu neiespējami, ja Visumam būtu noteikts sākuma stāvoklis, jo no noteikta stāvokļa dzimtu noteikta vēsture. Bet Hokings un Hertogs apgalvo, ka Visumam nav sākotnējā noteiktā stāvokļa, nav sākuma punkta - šādas robežas vienkārši nav.
Hologrāfiskais Visums
Šis zinātniskais mīts apgalvo, ka Visums ir hologramma (vai vismaz to var uzskatīt par tādu). (Hologrammā, par kuru sīkāk runāsim nedaudz vēlāk, divdimensiju modelis izveido attēlu trīs dimensijās.) Tiek uzskatīts, ka visa informācija, kas veido Visumu, atrodas tā perifērijā, kas ir divdimensiju virsma. Šī divdimensiju informācija Visumā sastopama trīs dimensijās. Mēs redzam Visumu kā trīsdimensiju, lai gan tas, kāds tas ir, ir divdimensiju informācijas lauks. Kāpēc šī šķietami smieklīgā ideja ir kļuvusi par diskusiju un pētījumu tēmu?
Problēma, ko hologrāfiskā Visuma teorija novērš, ir termodinamikas problēma. Saskaņā ar viņas stingri iedibināto otro likumu, haosa līmenis nekad nevar samazināties slēgtā sistēmā. Tas nozīmē, ka haosa līmenis nekad nevar samazināties Visumā kopumā, jo, ja mēs aplūkojam kosmosu kopumā, tā ir slēgta sistēma (nav ārpuses un līdz ar to nekas, kas varētu kļūt atvērts). Tas, ka haosa līmenis nevar samazināties, nozīmē, ka kārtība, ko var attēlot kā informāciju, nav spējīga palielināties. Saskaņā ar kvantu teoriju informācijai, kas rada vai uztur kārtību, jābūt nemainīgai un nevar kļūt vairāk vai mazāk.
Bet kas notiek ar informāciju, kad matērija pazūd melnajos caurumos? Var likties, ka melnie caurumi iznīcina matērijā ietverto informāciju. Tomēr tas izaicina kvantu teoriju. Lai atrisinātu šo noslēpumu, Stīvens Hokings un Džeikobs Bekenšteins, kas toreiz strādāja Prinstonas universitātē, kopīgi secināja, ka haoss melnajā caurumā ir proporcionāls tā virsmas laukumam. Melnajā caurumā ir daudz vairāk vietas kārtībai un informācijai nekā virspusē. Piemēram, vienā kubikcentimetrā ir vieta 1099 Planka sējumiem un tikai 1066 bitiem informācijas uz virsmas (Planka apjoms ir gandrīz neaptverami maza telpa, kas ierobežota ar 10-35 metru malām). Leonards Saskinds no Stenfordas un Džerards Hūfs no Utrehas universitātes ir ierosinājuši, ka informācija melnajā caurumā netiek zaudēta — tā tiek hologrāfiski glabāta uz tā virsmas.
Matemātika atklāja negaidītu hologrammu pielietojumu 1998. gadā, kad Huans Maldacena, toreizējais Hārvardas universitātē, mēģināja strādāt ar stīgu teoriju kvantu gravitācijas apstākļos. Maldacena atklāja, ka ar stīgām ir vieglāk strādāt piecās dimensijās nekā četrās dimensijās. (Mēs uztveram telpu trīs dimensijās: divas plaknes gar virsmu un viena vertikāle. Ceturtā dimensija būs perpendikulāra šīm trim, taču to nevar uztvert. Matemātiķi var pievienot jebkādu skaitu dimensiju, attālinoties no uztvertās pasaules arvien tālāk. ) Risinājums šķita acīmredzams: pieņemsim, ka piecdimensiju telpa melnā caurumā patiesībā ir četrdimensiju telpas hologramma uz tā virsmas. Pēc tam, strādājot ar četrdimensiju telpu, ir iespējams veikt salīdzinoši vienkāršus aprēķinus piecās dimensijās.
Vai dimensiju skaita samazināšanas paņēmiens ir piemērots Visumam kopumā? Kā mēs redzējām, stīgu teorijas zinātnieki cīnās ar daudzām papildu dimensijām, atklājot, ka ar trīsdimensiju telpu nepietiek, lai paveiktu savu uzdevumu: saistīt dažādu Visuma stīgu vibrācijas vienā vienādojumā. Hologrāfiskais princips varētu palīdzēt, jo Visumu var uzskatīt par daudzdimensionālu hologrammu, kas glabājas mazākās dimensijās savā perifērijā.
Hologrāfiskais princips varētu atvieglot stīgu teorijas aprēķinus, taču tas nes līdzi fantastiskus pieņēmumus par pasaules dabu. Pat Džerards Hūfs, kurš bija viens no šī principa pamatlicējiem, vairs neuzskata to par neapstrīdamu. Viņš teica, ka šajā kontekstā hologrāfija nav princips, bet gan problēma. Iespējams, viņš ierosināja, ka kvantu gravitāciju varētu iegūt no fundamentālāka principa, kas nepakļaujas kvantu mehānikas likumiem.
Zinātnisko revolūciju laikos, kad esošā paradigma ir pakļauta spiedienam, tiek izvirzīti jauni zinātniski mīti, taču ne visi apstiprinās. Teorētiķi nostiprinājās uzskatā, ka, kā teica Galilejs, "dabas grāmata ir uzrakstīta matemātikas valodā", un viņi aizmirsa, ka ne viss matemātikas valodā pastāv dabas grāmatā. Rezultātā daudzi matemātiski formulēti mīti paliek tikai tādi: mīti. Tomēr citi nes sevī ievērojama zinātnes progresa sēklas. Sākotnēji neviens precīzi nezina, kuras sēklas uzdīgs un nesīs augļus. Laukā kūsā, valda radošs haoss.
Tāds ir mūsdienu stāvoklis daudzās zinātnes disciplīnās. Anomālas parādības vairojas fiziskajā kosmoloģijā, kvantu fizikā, evolūcijas un kvantu bioloģijā un jaunajā apziņas pētniecības jomā. Tie rada arvien lielāku nenoteiktību un liek atvērtiem zinātniekiem virzīt pieņemto teoriju robežas. Lai gan konservatīvie pētnieki uzstāj, ka tikai idejas, kas publicētas zinātniskos žurnālos un reproducētas mācību grāmatās, var uzskatīt par zinātniskām, progresīvākie pētnieki meklē fundamentāli jaunas koncepcijas, tostarp tās, kuras tika uzskatītas par ārpus viņu disciplīnu darbības jomas tikai pirms dažiem gadiem.
Arvien vairāk zinātnes disciplīnu apraksta pasauli arvien neticamākos veidos. Kosmoloģija ir pievienojusi tumšo vielu, tumšo enerģiju un daudzdimensionālās telpas; kvantu fizika - daļiņas, kas momentāni savienojas telpā-laikā dziļākos realitātes līmeņos; bioloģija - dzīvā viela, kas demonstrē kvantu integritāti; un apziņas pētījumi ir transpersonāli savienojumi, kas ir neatkarīgi no telpas un laika. Šīs ir tikai dažas no jau apstiprinātajām zinātniskajām teorijām, kuras tagad tiek uzskatītas par pamatotām.
Visums, pēc teorētisko fiziķu domām, nav dzimis Lielā sprādziena rezultātā, bet gan četrdimensiju zvaigznes pārtapšanas rezultātā melnajā caurumā, kas izraisīja “atkritumu” izdalīšanos. Tieši šie atkritumi kļuva par mūsu Visuma pamatu.
Fiziķu komanda - Razieh Pourhasan, Niayesh Afshordi un Robert B. Mann - ir izvirzījuši pilnīgi jaunu mūsu Visuma dzimšanas teoriju. Neskatoties uz visu tās sarežģītību, šī teorija izskaidro daudzas problemātiskas problēmas mūsdienu Visuma izpratnē.
Vispārpieņemtā teorija par Visuma rašanos runā par galveno lomu šajā Lielā sprādziena procesā. Šī teorija atbilst novērotajam Visuma paplašināšanās priekšstatam. Tomēr tai ir dažas problemātiskās jomas. Tātad, piemēram, nav pilnīgi skaidrs, kā singularitāte radīja Visumu ar gandrīz vienādu temperatūru dažādos stūros. Ņemot vērā mūsu Visuma vecumu - aptuveni 13,8 miljardus gadu - novēroto temperatūras līdzsvaru nav iespējams sasniegt.
Daudzi kosmologi apgalvo, ka Visuma izplešanās ir notikusi ātrāk nekā gaismas ātrums, taču Afšordi atzīmē Lielā sprādziena haotisko raksturu, tāpēc nav skaidrs, kā varēja veidoties tāda vai cita izmēra reģions, kurā temperatūra ir vienāda. .
Jauns Visuma izcelsmes modelis izskaidro šo noslēpumu. Trīsdimensiju Visums jaunajā modelī peld kā membrāna četrdimensiju Visumā. Patiesībā Visums ir daudzdimensionāls fizisks objekts, kura dimensija ir mazāka par telpas izmēru.
Četrdimensiju Visumā, protams, ir četrdimensiju zvaigznes, kas spēj dzīvot mūsu Visuma trīsdimensiju zvaigznēm raksturīgo dzīves ciklu. Vismasīvākās četrdimensiju zvaigznes savas dzīves beigās eksplodēs par supernovu un pārvērtīsies melnajā caurumā.
Savukārt četrdimensiju caurumam būtu tāds pats notikumu horizonts kā trīsdimensiju melnajam caurumam. Notikumu horizonts ir robeža starp melnā cauruma iekšpusi un ārpusi. Trīsdimensiju Visumā šis notikumu horizonts tiek attēlots kā divdimensiju virsma, savukārt četrdimensiju Visumā tas tiek attēlots kā trīsdimensiju hipersfēra.
Tādējādi, četrdimensiju zvaigznei uzsprāgstot, no notikumu horizonta atlikušā materiāla veidojas trīsdimensiju brāna, tas ir, mums līdzīgs Visums. Cilvēka iztēlei tik neparasts modelis var atbildēt uz jautājumu, kāpēc Visumam ir gandrīz tāda pati temperatūra: četrdimensiju Visums, kas radīja trīsdimensiju Visumu, pastāvēja daudz ilgāk par 13,8 miljardiem gadu.
No cilvēka viedokļa, kurš pieradis iztēloties Visumu kā milzīgu un bezgalīgu telpu, jaunā teorija nav viegli uztverama. Grūti apzināties, ka mūsu Visums, iespējams, ir tikai lokāls traucēklis, sena, milzīga izmēra četrdimensiju cauruma “lapa uz dīķa”.
Lai iegūtu pareizu priekšstatu par mūsu vakuuma vides būtību, jēdzienu par matērijas rašanos matricas vakuuma vidē un par gravitācijas raksturu vakuuma vidē, ir nepieciešams detalizēti, protams, nosacīti pakavēties pie evolūcijas. mūsu Visuma. Šajā nodaļā aprakstītais daļēji ir publicēts zinātniskos un populāros žurnālos. Šis materiāls no zinātniskiem žurnāliem tika sistematizēts. Un tas, kas zinātnei vēl nav zināms, tiek aizpildīts no šīs teorijas viedokļa. Pašlaik mūsu Visums atrodas paplašināšanās fāzē. Šajā teorijā tiek pieņemts tikai izplešas un saraujas Visums, t.i. nestacionārs. Visums, kas tikai mūžīgi paplašinās vai nekustīgs, šajā teorijā tiek noraidīts. Šāda veida Visums izslēdz jebkādu attīstību un noved pie stagnācijas, t.i. uz vienu visumu.
Protams, var rasties jautājums. Kāpēc šis Einšteina-Frīdmaņa Visuma evolūcijas apraksts ir iekļauts šajā teorijā? Tas apraksta iespējamu pirmā veida mediju daļiņu modeli dažādos līmeņos. Kur tiek sniegta loģiska interpretācija par to rašanās procesiem, pastāvēšanas ciklu telpā un laikā, par to apjomu un masu modeļiem katrai atbilstošā līmeņa videi. Pirmā veida barotņu daļiņām ir mainīgs tilpums, t.i. laika gaitā iziet paplašināšanās un saraušanās ciklu. Bet paši pirmā veida mediji ir mūžīgi laikā un bezgalīgi apjomā, satur viens otru, veidojot vienmēr kustīgas matērijas struktūras struktūru, mūžīgas laikā un bezgalīgas apjoma ziņā. Šajā gadījumā ir jāapraksta mūsu Visuma evolūcija no tā sauktā “Lielā sprādziena” līdz mūsdienām. Raksturojot Visuma evolūciju, izmantosim šobrīd zinātniskajā pasaulē zināmo un hipotētiski turpināsim tā attīstību telpā un laikā, līdz tas būs pilnībā saspiests, t.i. līdz nākamajam Lielajam sprādzienam.
Šajā teorijā tiek pieņemts, ka mūsu Visums nav vienīgais dabā, bet ir vides daļiņa citā līmenī, t.i. pirmā veida vide, kas arī ir mūžīga laikā un bezgalīga apjoma ziņā. Saskaņā ar jaunākajiem astrofizikas datiem mūsu Visums ir izturējis piecpadsmit miljardu gadu ilgu attīstības posmu. Joprojām ir daudz zinātnieku no zinātniskās pasaules, kuri šaubās, vai Visums paplašinās vai nepaplašinās, citi uzskata, ka Visums neizplešas un ka nav bijis “Lielā sprādziena”. Vēl citi uzskata, ka Visums nepaplašinās un nesaraujas, tas vienmēr ir bijis nemainīgs un unikāls pēc būtības. Tāpēc šajā teorijā ir nepieciešams netieši pierādīt, ka “Lielais sprādziens”, visticamāk, ir noticis. Un ka Visums šobrīd paplašinās un pēc tam saruks un ka tas nav vienīgais dabā. Tagad Visums turpina paplašināties ar paātrinātu ātrumu. Pēc “Lielā sprādziena” topošā matricas vakuuma vides elementārā matērija ieguva sākotnējo lejupslīdes ātrumu, kas salīdzināms ar gaismas ātrumu, t.i. vienāds ar 1/9 gaismas ātruma, 33 333 km/s.
Rīsi. 9.1. Visums atrodas kvazāru veidošanās fāzē: 1 – matricas vakuuma vide; 2 – vielas elementārdaļiņu vide; 3 – vienskaitļa punkts; 4 – kvazāri; 5 – Visuma matērijas lejupslīdes virziens
Pašlaik zinātniekiem, izmantojot radioteleskopus, ir izdevies iekļūt 15 miljardu gaismas gadu garumā Visuma dziļumos. Un interesanti ir tas, ka, ejot dziļāk Visuma bezdibenī, izkliedētās vielas ātrums palielinās. Zinātnieki ieraudzīja gigantiska izmēra objektus, kuru apgriešanas ātrums bija salīdzināms ar gaismas ātrumu. Kas ir šī parādība? Kā mēs varam saprast šo fenomenu? Visticamāk, zinātnieki redzēja Visuma vakardienu, tas ir, jaunā Visuma dienu. Un šie milzu objekti, tā sauktie kvazāri, bija jaunas Galaktikas, kas atradās savas attīstības sākumposmā (9.1. att.). Zinātnieki redzēja laiku, kad Visumā matērijas elementārdaļiņu veidā radās matricas vakuuma vides viela. Tas viss liek domāt, ka, visticamāk, noticis tā sauktais “Lielais sprādziens”.
Lai hipotētiski turpinātu tālāko mūsu Visuma attīstības aprakstu, mums ir jāskatās, kas mūs ieskauj šobrīd. Mūsu Saule ar planētām ir parasta zvaigzne. Šī zvaigzne atrodas vienā no Galaktikas spirālveida atzariem, tās nomalē. Visumā ir daudz tādu galaktiku kā mūsējā. Mēs šeit nerunājam par bezgalīgu kopu, jo mūsu Visums ir vides daļiņa citā līmenī. Galaktiku formas un veidi, kas piepilda mūsu Visumu, ir ļoti dažādi. Šī daudzveidība ir atkarīga no daudziem cēloņiem to rašanās brīdī agrīnā attīstības stadijā. Galvenie iemesli ir šo objektu sākotnējās masas un griezes momenti. Līdz ar matricas vakuuma vides elementārās vielas rašanos un tās nevienmērīgo blīvumu tās aizņemtajā tilpumā, saspringtajā vakuuma vidē rodas daudzi smaguma centri. Vakuuma vide velk elementāro vielu uz šiem smaguma centriem. Sāk veidoties pirmatnējie milzu objekti, tā sauktie kvazāri.
Tādējādi kvazāru rašanās ir dabiska parādība dabā. Kā no sākotnējiem kvazāriem Visums 15 miljardu gadu laikā ir ieguvis tik dažādas formas un kustības? Sākotnējos kvazārus, kas dabiski radās matricas vakuuma vides neatbilstības rezultātā, šī vide sāka pakāpeniski saspiest. Un, saspiešanai progresējot, to apjomi sāka samazināties. Samazinoties tilpumam, palielinās arī elementārās vielas blīvums un paaugstinās temperatūra. Rodas nosacījumi sarežģītāku daļiņu veidošanai no elementārās vielas daļiņām. Veidojas daļiņas ar elektrona masu, un no šīm masām veidojas neitroni. Elektronu un neitronu masas tilpumus nosaka matricas vakuuma vides elastība. Jaunizveidotie neitroni ieguva ļoti spēcīgu struktūru. Šajā laika periodā neitroni atrodas svārstību kustībā.
Bezgalīgi pieaugošā vakuuma vides spiedienā kvazāra neitronu viela pakāpeniski kļūst blīvāka un sasilst. Arī kvazāru rādiusi pakāpeniski samazinās. Un tā rezultātā palielinās griešanās ātrums ap kvazāru iedomātajām asīm. Bet, neskatoties uz kvazāru starojumu, kas zināmā mērā neitralizē saspiešanu, šo objektu saspiešanas process nepielūdzami palielinās. Kvazāra vide strauji virzās uz tā gravitācijas rādiusu. Saskaņā ar gravitācijas teoriju gravitācijas rādiuss ir sfēras rādiuss, uz kura gravitācijas spēks, ko rada šajā sfērā esošās matērijas masa, tiecas uz bezgalību. Un šo gravitācijas spēku nevar pārvarēt ne tikai daļiņas, bet pat fotoni. Šādus objektus bieži sauc par Švarcšilda sfērām vai to pašu, tā sauktajiem “melnajiem caurumiem”.
1916. gadā vācu astronoms Karls Švarcšilds precīzi atrisināja vienu no Alberta Einšteina vienādojumiem. Un šī lēmuma rezultātā tika noteikts gravitācijas rādiuss, kas vienāds ar 2 MG/Ar 2 kur M- vielas masa, G- pastāvīga gravitācija c- gaismas ātrums. Tāpēc zinātniskajā pasaulē parādījās Schwarzschild sfēra. Saskaņā ar šo teoriju šī Švarcšilda sfēra jeb tas pats “Melnais caurums” sastāv no ārkārtēja blīvuma neitronu vielas vides. Šīs sfēras iekšpusē ir bezgala liels gravitācijas spēks, ārkārtīgi augsts blīvums un augsta temperatūra. Šobrīd atsevišķās zinātnes pasaules aprindās valda uzskats, ka dabā bez kosmosa pastāv arī antikosmoss. Un ka tā saucamie “melnie caurumi”, kuros Visuma masīvo ķermeņu matērija tiek savilkta kopā ar gravitācijas spēku, ir saistīti ar antikosmosu.
Tā ir viltus ideālistiska tendence zinātnē. Dabā ir viena telpa, bezgalīga pēc apjoma, mūžīga laikā, blīvi piepildīta ar vienmēr kustīgu matēriju. Tagad ir jāatceras kvazāru rašanās brīdis un svarīgākās īpašības, ko tie ieguva, t.i. sākotnējās masas un griezes momenti. Šo objektu masas darīja savu darbu, iedzenot kvazāra neitronu vielu Švarcšilda sfērā. Kvazāri, kuri kaut kādu iemeslu dēļ neieguva griezes momentus vai nepietiekamus griezes momentus, pēc ieiešanas Švarcšilda sfērā uz laiku pārtrauca savu attīstību. Viņi pārvērtās par Visuma slēpto vielu, t.i. "Melnajos caurumos". Tos nav iespējams noteikt ar parastajiem instrumentiem. Bet tie objekti, kuriem izdevās iegūt pietiekamu griezes momentu, turpinās savu attīstību telpā un laikā.
Laika gaitā attīstoties, kvazāri tiek saspiesti vakuuma vide. Šīs saspiešanas dēļ šo objektu apjomi samazinās. Bet šo objektu griezes momenti nesamazinās. Līdz ar to palielinās griešanās ātrums ap tā iedomātajām asīm neiedomājami lielu tilpumu gāzes-putekļu miglājos. Radās daudzi smaguma centri, tāpat kā elementārās vielas daļiņām matricas vakuuma vidē. Attīstības procesā telpā un laikā no saspiestās matērijas līdz gravitācijas centriem veidojās zvaigznāji, atsevišķas zvaigznes, planētu sistēmas un citi Galaktikas objekti. Topošās zvaigznes un citi Galaktikas objekti, kuru masa un ķīmiskais sastāvs ir ļoti atšķirīgi, turpina nepārtraukti saspiesties, un arī šo objektu perifēriskais ātrums pakāpeniski palielinās. Pienāk kritisks brīdis, neiedomājami liela centrbēdzes spēka ietekmē kvazārs eksplodē. No šī kvazāra sfēras strūklu veidā tiks izmesti neitronu vielas, kas pēc tam pārvērtīsies par Galaktikas spirālveida zariem. Šobrīd mēs to redzam lielākajā daļā mūsu redzamo galaktiku (9.2. att.).
Rīsi. 9.2. Paplašinošais Visums: 1 – bezgalīgas matricas vakuuma vide; 2 – kvazāri; 3 – galaktikas veidojumi
Līdz šim no Galaktikas kodola izmestās neitronu vielas attīstības procesā ir izveidojušās zvaigžņu kopas, atsevišķas zvaigznes, planētu sistēmas, miglāji un cita veida matērijas. Visumā lielākā daļa matērijas atrodas tā sauktajos “melnajos caurumos”, kurus parastie instrumenti neuztver un mums ir neredzami. Bet zinātnieki tos atklāj netieši. Neitronu viela, kas izstumta ar centrbēdzes spēku no Galaktikas kodola, nespēj pārvarēt šī Galaktikas kodola gravitāciju un paliks tā satelīts, izkliedēts daudzās orbītās, turpinot tālāku attīstību, rotējot ap Galaktikas kodolu. Tādējādi radās jauni veidojumi - Galaktikas. Tēlaini izsakoties, tos var saukt par Visuma atomiem, kuriem līdzīgas planētu sistēmas un vielas atomi ar ķīmiskām īpašībām.
Tagad mentāli, hipotētiski sekosim līdzi neitronu matērijas attīstības gaitai, kas ar centrbēdzes spēku strūklu veidā tika izmesta no Galaktikas kodola. Šis izmestais neitronu materiāls bija ļoti blīvs un ļoti karsts. Ar izmešanu no Galaktikas kodola šī viela tika atbrīvota no milzīgā iekšējā spiediena un bezgala spēcīgas gravitācijas apspiešanas, un sāka strauji paplašināties un atdzist. Neitronu vielas izmešanas procesā no galaktikas kodola strūklu veidā lielākā daļa neitronu papildus izkliedes kustībām ieguva arī rotācijas kustības ap savām iedomātajām asīm, t.i. muguras. Dabiski, ka šī neitrona iegūtā jaunā kustības forma sāka radīt jaunu matērijas formu, t.i. viela ar ķīmiskām īpašībām atomu veidā, sākot no ūdeņraža līdz smagākajiem periodiskās tabulas elementiem D.I. Mendeļejevs.
Pēc izplešanās un dzesēšanas procesiem izveidojās milzīgi gāzes un putekļu apjomi, ļoti reti sastopami un auksti miglāji. Ir sācies apgrieztais process, t.i. vielas ar ķīmiskām īpašībām saraušanās līdz daudziem smaguma centriem. Brīdī, kad beidzās vielas ar ķīmiskām īpašībām izkliede, tā atradās ļoti reti sastopamos un aukstos gāzu-putekļu miglējos ar neiedomājami lielu tilpumu. Radās daudzi smaguma centri, arī elementārās vielas daļiņām matricas vakuuma vidē. Attīstības procesā telpā un laikā no saspiestās matērijas līdz gravitācijas centriem veidojās zvaigznāji, atsevišķas zvaigznes, planētu sistēmas un citi Galaktikas objekti. Topošās zvaigznes un citi Galaktikas objekti ir ļoti atšķirīgi pēc masas, ķīmiskā sastāva un temperatūras. Zvaigznes, kas absorbēja lielas masas, attīstījās paātrinātā ātrumā. Tādām zvaigznēm kā mūsu Saule ir ilgāks attīstības laiks.
Citi objekti Galaktikā, neiegūstot atbilstošu vielas daudzumu, attīstās vēl lēnāk. Un arī tādi Galaktikas objekti kā mūsu Zeme, nesaņemot atbilstošu masu, savā attīstībā varēja tikai sasilt un izkust, saglabājot siltumu tikai planētas iekšienē. Taču pretī šie objekti radīja optimālus apstākļus jaunas matērijas formas — dzīvās matērijas — rašanās un attīstībai. Citi objekti ir kā mūsu mūžīgais pavadonis. Mēness savā attīstībā nav pat sasniedzis iesildīšanās stadiju. Saskaņā ar astronomu un fiziķu aptuvenām aplēsēm mūsu Saule radās pirms aptuveni četriem miljardiem gadu. Līdz ar to neitronu vielas izmešana no galaktikas kodola notika daudz agrāk. Šajā laikā Galaktikas spirālveida atzaros notika procesi, kas noveda galaktiku tās modernajā formā.
Zvaigznēs, kas absorbējušas desmitiem vai vairāk saules masu, attīstības process norit ļoti ātri. Šādos objektos to lielo masu un lielā gravitācijas spēka dēļ apstākļi termokodolreakciju rašanai rodas daudz agrāk. Rezultātā radušās kodoltermiskās reakcijas šajos objektos notiek intensīvi. Bet, tā kā zvaigznē samazinās vieglais ūdeņradis, kas kodoltermiskās reakcijas rezultātā pārvēršas hēlijā, un rezultātā samazinās kodoltermiskās reakcijas intensitāte. Un līdz ar ūdeņraža pazušanu tas pilnībā apstājas. Tā rezultātā arī zvaigznes starojums strauji samazinās un pārtrauc līdzsvarot gravitācijas spēkus, kas mēdz saspiest šo lielo zvaigzni.
Pēc tam gravitācijas spēki saspiež šo zvaigzni baltā pundurī ar ļoti augstu temperatūru un augstu vielas blīvumu. Tālāk savā turpmākajā attīstībā, patērējot smago elementu sabrukšanas enerģiju, baltais punduris arvien pieaugošu gravitācijas spēku spiediena ietekmē nonāk Švarcšilda sfērā. Tādējādi viela ar ķīmiskām īpašībām pārvēršas par neitronu vielu, t.i. Visuma slēptajā matērijā. Un tā tālākā attīstība uz laiku apstājas. Tā turpinās savu attīstību, tuvojoties Visuma paplašināšanās beigām. Procesi, kam jānotiek tādās zvaigznēs kā mūsu Saule, sākas ar pakāpenisku matricas vakuuma saspiešanu, kas ir auksta, ļoti reta gāzu un putekļu vide. Tā rezultātā objektā palielinās spiediens un temperatūra. Tā kā saspiešanas process notiek nepārtraukti un ar pieaugošu spēku, šī objekta iekšienē pakāpeniski rodas apstākļi termokodolreakcijām. Šīs reakcijas laikā izdalītā enerģija sāk līdzsvarot gravitācijas spēkus un objekta saspiešana apstājas. Šī reakcija atbrīvo milzīgu enerģijas daudzumu.
Bet jāņem vērā, ka kosmosā izplūst nevis enerģija, kas objektā izdalās no kodoltermiskās reakcijas. Ievērojama tā daļa tiek izmantota, lai padarītu smagākus vieglos elementus, sākot no dzelzs atomiem līdz smagākajiem elementiem. Tā kā svēršanas process prasa daudz enerģijas. Pēc vakuuma vides, t.i. gravitācija tiek ātri saspiesta baltā vai sarkanā pundurzvaigznē. Pēc tam zvaigznes iekšpusē sāks notikt kodolreakcijas, t.i. smago elementu sadalīšanās reakcijas uz dzelzs atomiem. Un, kad zvaigznē nebūs enerģijas avota, tad tā pārvērtīsies par dzelzs zvaigzni. Zvaigzne pakāpeniski atdziest, zaudēs spožumu, un nākotnē tā būs tumša un auksta zvaigzne. Tās attīstība telpā un laikā nākotnē būs pilnībā atkarīga no Visuma attīstības telpā un laikā. Tam nepietiekamās masas dēļ dzelzs zvaigzne neiekļūs Švarcšilda sfērā. Tās izmaiņas Visuma izkliedētajā matērijā, kas notika pēc tā sauktā “Lielā sprādziena”, joprojām ir aprakstītas šajā teorijā. Bet Visuma matērija turpina izklīst.
Izplūstošās vielas ātrums palielinās ar katru sekundi, un vielas izmaiņas turpinās. No dialektiskā materiālisma viedokļa matērija un tās kustība nav radīta un neiznīcināma. Tāpēc matērijai mikro un mega pasaulē ir absolūts ātrums, kas ir vienāds ar gaismas ātrumu. Šī iemesla dēļ mūsu vakuuma vidē neviens materiāls ķermenis nevar sajaukties virs šī ātruma. Bet tā kā jebkuram materiālam ķermenim ir ne tikai viena kustības forma, bet var būt arī vairākas citas kustības formas, piemēram, translācijas kustība, rotācijas kustība, svārstību kustība, intraatomiskā kustība un vairākas citas formas. Tāpēc materiālajam ķermenim ir kopējais ātrums. Šis kopējais ātrums arī nedrīkst pārsniegt absolūto ātrumu.
No šejienes mēs varam pieņemt par izmaiņām, kurām vajadzētu notikt Visuma izkliedētajā matērijā. Ja Visuma izplūstošās matērijas ātrums palielinās ar katru sekundi, tad intraatomiskais kustības ātrums palielinās tieši proporcionāli, t.i. palielinās elektronu kustības ātrums ap atoma kodolu. Palielinās arī protonu un elektronu spini. Palielināsies arī to materiālo objektu rotācijas ātrums, kuriem ir griezes momenti, t.i. Galaktiskie kodoli, zvaigznes, planētas, neitronu matērijas “melnie caurumi” un citi Visuma objekti. No šīs teorijas viedokļa aprakstīsim vielas ar ķīmiskām īpašībām sadalīšanos. Tādējādi vielas ar ķīmiskām īpašībām sadalīšanās process notiek pakāpeniski. Mainoties Visuma izplūstošās matērijas ātrumam, palielinās to objektu perifērie ātrumi, kuriem ir griezes momenti. Paaugstināta centrbēdzes spēka ietekmē zvaigznes, planētas un citi Visuma objekti sadalās atomos.
Visuma tilpums ir piepildīts ar sava veida gāzi, kas sastāv no dažādiem atomiem, kas haotiski pārvietojas tilpumā. Turpinās vielu ar ķīmiskām īpašībām sadalīšanās procesi. Protonu un elektronu spini palielinās. Šī iemesla dēļ palielinās atgrūšanas momenti starp protoniem un elektroniem. Vakuuma vide pārstāj līdzsvarot šos atbaidošos momentus, un atomi sadalās, t.i. elektroni atstāj atomus. Plazma rodas no vielas ar ķīmiskām īpašībām, t.i. protoni un elektroni nejauši sajauksies atsevišķi Visuma tilpumā. Pēc vielas sabrukšanas ar ķīmiskām īpašībām, palielinoties Visuma atkāpšanās matērijas ātrumam, tās sāk sabrukt vai drīzāk sadalīties vakuuma vides elementārās vielas daļiņās, galaktiku kodolos, “melnajos caurumos ”, neitroni, protoni un elektroni. Visuma tilpums pat pirms izplešanās beigām ir piepildīts ar sava veida gāzi no vielas elementārdaļiņām vakuuma vidē. Šīs daļiņas haotiski pārvietojas Visuma tilpumā, un šo daļiņu ātrums palielinās katru sekundi. Tādējādi arī pirms izplešanās beigām Visumā nebūs nekā, izņemot sava veida gāzi (9.3. att.).
Rīsi. 9.3. Maksimāli paplašinātais Visums: 1 – matricas vakuuma vide; 2 – maksimāli paplašinātā Visuma sfēra; 3 – Visuma vienskaitlis – tas ir jaunā Visuma dzimšanas brīdis; 4 – gāzu vide no vielas elementārdaļiņām matricas vakuuma vidē
Galu galā Visuma matērija, t.i. īpatnējā gāze uz mirkli apstāsies, tad zem matricas vakuuma vides reakcijas reakcijas spiediena sāks strauji uzņemt ātrumu, bet pretējā virzienā uz Visuma smaguma centru (att. 9.4).
Rīsi. 9.4. Visums atrodas saspiešanas sākuma fāzē: 1 – matricas vakuuma vide; 2 – uz centru krītoša elementārdaļiņu viela; 3 – Visuma matricas vakuuma vides ietekme; 4 – vielas elementārdaļiņu krišanas virzieni; 5 – paplašinās vienskaitļa apjoms
Visuma saspiešanas process un tā matērijas sabrukšanas process šajā teorijā ir apvienoti vienā jēdzienā - Visuma gravitācijas sabrukuma koncepcijā. Gravitācijas sabrukums ir katastrofāli strauja masīvu ķermeņu saspiešana gravitācijas spēku ietekmē. Sīkāk aprakstīsim Visuma gravitācijas sabrukšanas procesu.
Visuma gravitācijas sabrukums
Mūsdienu zinātne gravitācijas sabrukumu definē kā katastrofāli strauju masīvu ķermeņu saspiešanu gravitācijas spēku ietekmē. Var rasties jautājums. Kāpēc šī teorija ir nepieciešama, lai aprakstītu šo Visuma procesu? Tas pats jautājums radās arī Einšteina-Frīdmaņa Visuma evolūcijas apraksta sākumā, t.i. nestacionārs Visums. Ja pirmajā aprakstā tika piedāvāts pirmā veida dažādu līmeņu vides daļiņas iespējamais modelis. Saskaņā ar šo teoriju mūsu Visums tika definēts kā pirmā līmeņa vides daļiņa un ir ļoti masīvs ķermenis. Tas otrais apraksts, t.i. Visuma gravitācijas sabrukuma mehānisms ir nepieciešams arī pareizai Visuma pastāvēšanas cikla beigu koncepcijai telpā un laikā.
Īsumā rezumējot Visuma sabrukuma būtību, tā ir matricas vakuuma vides reakcija uz tās maksimāli paplašināto tilpumu. Visuma saspiešanas process vakuuma vidē ir tā pilnas enerģijas atjaunošanas process. Turklāt Visuma gravitācijas sabrukums ir apgriezts process matērijas rašanās procesam matricas vakuuma vidē, t.i. jaunā jaunā Visuma vielas. Iepriekš mēs runājām par izmaiņām Visuma matērijā, palielinoties tā atkāpušās matērijas ātrumam. Pateicoties šim ātruma pieaugumam, Visuma matērija sadalās vakuuma vides elementārdaļiņās. Šī matērijas sabrukšana, kas bija dažādās formās un stāvokļos, notika ilgi pirms Visuma saspiešanas sākuma. Laikā, kad Visums vēl izplešas, tā tilpumā bija sava veida gāze, kas vienmērīgi piepildīja visu šo izplešanās tilpumu. Šī gāze sastāvēja no matērijas elementārdaļiņām matricas vakuuma vidē, kuras haotiski kustējās šajā tilpumā, t.i. visos virzienos. Šo daļiņu ātrums palielinājās katru sekundi. Visu šo haotisko kustību rezultāts tiek virzīts uz izplešanās Visuma perifēriju.
Šobrīd savdabīgas gāzes daļiņu haotiskās kustības ātrums nokrītas līdz nulles ātrumam, visa Visuma matērija visā tās tilpumā uz brīdi apstāsies un no nulles ātruma visā tilpumā sāksies. strauji uzņemt ātrumu, bet pretējā virzienā, t.i. uz Visuma smaguma centru. Tajā brīdī, kad sākas tā saspiešana, notiek matērijas process, kas nokrīt pa rādiusu. 1,5...2 sekundes pēc starta notiek elementārās vielas daļiņu sadalīšanās process, t.i. vecā Visuma vielas. Šajā vecā Visuma krītošās matērijas procesā visā tā tilpumā ir neizbēgamas diametrāli pretēji virzienu krītošu daļiņu sadursmes, kuras, saskaņā ar šo teoriju, satur savā struktūrā matricas vakuuma vides daļiņas. Tie pārvietojas vakuuma vidē ar gaismas ātrumu, t.i. veikt maksimālo maksimālo kustību apjomu. Pēc sadursmes šīs daļiņas sarūkošā Visuma centrā ģenerē sākotnējo vidi ar vienu tilpumu, t.i. vienskaitlī punktā. Kāda ir šī vide? Šī vide veidojas no liekām matricas vakuuma daļiņām un parastajām vakuuma daļiņām. Pārmērīgās daļiņas šajā tilpumā pārvietojas ar gaismas ātrumu attiecībā pret šī tilpuma daļiņām. Pati vienskaitļa tilpuma vide izplešas ar gaismas ātrumu, un šī izplešanās ir vērsta uz sarūkošā Visuma perifēriju.
Tādējādi vielas sabrukšanas process vecajā Visumā ietver divus procesus. Pirmais process ir vecā Visuma matērijas krišana līdz smaguma centram ar gaismas ātrumu. Otrs process ir vienskaitļa tilpuma paplašināšanās, arī ar gaismas ātrumu, virzienā uz vecā Visuma krītošo vielu. Šie procesi notiek gandrīz vienlaicīgi.
Rīsi. 9.5. Jauns attīstošs Visums paplašināta vienskaitļa tilpuma telpā: 1 – matricas vakuuma vide; 2 – uz centru krītošas elementārdaļiņu vielas paliekas; 3 – gamma starojums; 4 – maksimālais vienskaitļa tilpums pēc masas; 5 – maksimāli paplašinātā Visuma rādiuss
Beidzoties vecā Visuma matērijas krišanas procesam vienskaitļa tilpuma vidē, sākas jaunā jaunā Visuma matērijas rašanās process (5.9. att.). Atsevišķa tilpuma virsmas matricas vakuuma vides topošās elementārdaļiņas haotiski izkliedējas ar sākotnējo ātrumu 1/9 no gaismas ātruma.
Vecā Visuma matērijas krišanas process un vienskaitļa tilpuma izplešanās ir vērsti viens pret otru ar gaismas ātrumu un to kustības ceļiem jābūt vienādiem. Pamatojoties uz šīm parādībām, ir iespējams noteikt maksimāli paplašinātā Visuma pilnu rādiusu. Tas būs vienāds ar divreiz lielāku attālumu no jaunizveidotās matērijas izkliedes ar sākotnējo izkliedes ātrumu 1/9 no gaismas ātruma. Tā būs atbilde uz jautājumu, kāpēc ir nepieciešams Visuma gravitācijas sabrukuma apraksts.
Pēc tam, kad šajā teorijā ir izklāstīts mūsu Visuma rašanās un attīstības process telpā un laikā, ir jāapraksta arī tā parametri. Šie galvenie parametri ietver:
- Nosakiet Visuma izplešanās matērijas paātrinājumu vienā sekundē.
- Nosakiet Visuma rādiusu matērijas izplešanās brīdī.
- Nosakiet Visuma izplešanās procesa laiku sekundēs no izplešanās sākuma līdz beigām.
- Nosakiet izvērstās vielas masas sfēras laukumu Visumā kvadrātmetros. km.
- Nosakiet matricas vakuuma vides daļiņu skaitu, kuras var novietot uz maksimāli paplašinātās vielas masas laukuma Visumā un tās enerģiju.
- Nosakiet Visuma masu tonnās.
- Nosakiet laiku līdz Visuma izplešanās beigām.
Nosakām Visuma bēgošās matērijas paātrinājumu, atkāpšanās ātruma pieaugumu vienā sekundē. Lai atrisinātu šo problēmu, mēs izmantosim rezultātus, kurus iepriekš atklāja zinātne; Alberts Einšteins vispārējā relativitātes teorijā noteica, ka Visums ir ierobežots. Un Frīdmens teica, ka Visums pašlaik paplašinās un pēc tam saruks; zinātne ar radioteleskopu palīdzību ir iekļuvusi Visuma bezdibenī piecpadsmit miljardu gaismas gadu. Balstoties uz šiem datiem, mēs varam atbildēt uz uzdotajiem jautājumiem.
No kinemātikas ir zināms:
S = V 0 – plkst 2 /2,
Kur V 0 ir Visuma matērijas sākotnējais izplešanās ātrums un saskaņā ar šo teoriju ir vienāds ar vienu devīto daļu no gaismas ātruma, t.i. 33 333 km/s.
S = Vt – plkst 2 /2,
Kur V 0 – sākuma ātrums; S– ceļa attālums, kas vienāds ar gaismas ceļu virs piecpadsmit miljardiem gadu kilometros, tas ir vienāds ar 141912·10 18 km (šis ceļš ir vienāds ar Visuma attālinātās matērijas attālumu līdz pašreizējam brīdim ); t– laiks vienāds ar 15·10 9 gadiem, sekundēs – 47304·10 13.
Nosakiet paātrinājumu:
a = 2 (S – V 0 · t) 2 / t= 2 / 5637296423700 km/s.
Aprēķināsim laiku, kas nepieciešams pilnīgai Visuma paplašināšanai:
S = V 0 · t + plkst 2 /2.
Plkst S = 0:
V 0 · t + plkst 2 /2 = 0.
t= 29792813202 gadi
Atlikums līdz paplašināšanas beigām:
t– 15 10 9 = 14792913202 gadi.
Mēs nosakām Visuma izplešanās matērijas attālumu no izplešanās sākuma līdz izplešanās beigām.
Vienādojumā:
S = V 0 · t + plkst 2 /2
matērijas lejupslīdes ātrums V 0 = 0, tad
S = V 0 2 / 2A= 15669313319741·10 9 km.
Kā jau tika norādīts iepriekš, vienskaitļa tilpuma masas pieauguma pārtraukšanas brīdis sakrīt ar vecā Visuma saspiešanas beigu brīdi. Tas ir, vienskaitļa tilpuma esamība gandrīz sakritīs ar vielas izplešanās laiku:
S = V 0 · t.
No dialektiskā materiālisma viedokļa izriet, ka, ja vienai dabas parādībai pienāk beigas, tad tas ir sākums citai dabas parādībai. Protams, rodas jautājums: kur sākas jaunā, jaunā Visuma tikko radušās matērijas izkliede?
Šajā teorijā tiek definēts paātrinājums, t.i. no Visuma izplūstošās matērijas ātruma palielināšanās. Ir noteikts arī Visuma maksimālās, pilnīgas izplešanās laiks, t.i. līdz matērijas ātrumam. Aprakstīts Visuma atkāpjošās matērijas izmaiņu process. Tālāk tika ierosināts Visuma matērijas fiziskais sabrukšanas process.
Saskaņā ar šīs teorijas aprēķinu maksimāli paplašinātā Visuma patiesais rādiuss sastāv no diviem ceļiem, t.i. vienskaitļa tilpuma rādiuss un Visuma izplūstošās matērijas ceļš (5.9. att.).
Saskaņā ar šo teoriju matricas vakuuma vides viela veidojas no vakuuma vides daļiņām. Enerģija tika iztērēta šīs vielas veidošanai. Elektrona masa ir viena no matērijas formām vakuuma vidē. Lai noteiktu Visuma parametrus, nepieciešams noteikt mazāko masu, t.i. matricas vakuuma vides daļiņas masa.
Elektrona masa ir:
M e = 9,1·10 –31 kg.
Šajā teorijā elektrons sastāv no matērijas elementārdaļiņām matricas vakuuma vidē, t.i. darbības elementārie kvanti:
M el = h · n.
Pamatojoties uz to, ir iespējams noteikt matricas vakuuma vides papildu daļiņu skaitu, kas ir iekļautas elektronu masas struktūrā:
9,1 10 –31 kg = 6,626 10 –34 J s n,
Kur n– elektronu masas struktūrā iekļauto matricas vakuuma vides papildu daļiņu skaits.
Samazināsim J·s un kg vienādojuma kreisajā un labajā pusē, jo Vielas elementārā masa atspoguļo kustības apjomu:
N= 9,1·10 –31 / 6,626·10 –34 = 1373.
Noteiksim matricas vakuuma barotnes daļiņu skaitu vienā masas gramā.
M el / 1373 = 1 g / k,
Kur k– vakuuma barotnes daļiņu skaits vienā gramā.
k = 1373 / M el = 1,5 10 30
Vakuuma daļiņu skaits vienas tonnas vielas masā:
m = k· 10 6 = 1,5 · 10 36.
Šajā masā ietilpst 1/9 no vakuuma barotnes impulsiem. Tas ir elementāro impulsu skaits vienas tonnas vielas masā:
N = m/ 9 = 1,7 10 35.
V e = 4π r 3/3 = 91,0 10–39 cm 3,
Kur r ir klasiskais elektronu rādiuss.
Noteiksim daļiņas tilpumu matricas vakuuma vidē:
V m.v. = V e / 9π = 7,4·10 –42 cm.
Kā mēs varam atrast daļiņas rādiusu un šķērsgriezuma laukumu matricas vakuuma vidē:
R m.v. = (3 V m.v. / 4π) 1/3 = 1,2·10 –14 cm.
S m.v. = π R m.v. = 4,5·10 –38 km 2 .
Tāpēc, lai noteiktu enerģijas daudzumu, ko satur neatvairāmi lielais uztvērēja tilpums, ir jāaprēķina šī uztvērēja virsmas laukums, t.i. maksimāli paplašinātā Visuma laukums
S pl. = 4π R 2 = 123206365 10 38 km 2.
Noteiksim matricas vakuuma vides daļiņu skaitu, kas var ietilpt Visumā maksimāli paplašinātās vielas masas sfēras laukumā. Šim nolūkam jums ir nepieciešama vērtība S pl. laukums dalīts ar matricas vakuuma daļiņas šķērsgriezuma laukumu:
Z in = S pl. / Sв = 2,7·10 83.
Saskaņā ar šo teoriju, lai matricas vakuuma vidē veidotos viena elementāra matērijas daļiņa, ir nepieciešama divu elementāru impulsu enerģija. Viena elementāra impulsa enerģija tiek novirzīta vienas elementārās vielas daļiņas veidošanai matricas vakuuma vidē, un cita elementārā impulsa enerģija piešķir šai vielas daļiņai kustības ātrumu vakuuma vidē, kas vienāds ar vienu devīto daļu no gaismas, t.i. 33 333 km/s.
Tāpēc visas matērijas masas veidošanai Visumā ir nepieciešams uz pusi mazāks matricas vakuuma vides daļiņu skaits, kas piepilda tās maksimālo paplašināto vielas masu vienā slānī:
K = Z in / 2 = 1,35 10 83.
Lai noteiktu vienu no Visuma pamatparametriem, t.i. masu tonnās vai vakuuma vides vielu, ir nepieciešams dalīt pusi no tā elementāro impulsu skaita ar elementāro impulsu skaitu, kas ietilpst vienā tonnā vielas vakuuma vidē
M = K / N= 0,8 10 48 tonnas
Vakuuma vides daļiņu skaits, kas aizpilda maksimāli paplašinātās vielas masas sfēras laukumu Visumā vienā slānī. Un saskaņā ar uztvērēja principu, kas tiek pieņemts šajā teorijā. Šis daļiņu skaits atspoguļo elementāro impulsu skaitu, kas veido vielas masu un ir iekļauti Visuma struktūrā. Šis elementāro impulsu skaits veido Visuma enerģiju, ko rada visa matērijas masa. Šī enerģija būs vienāda ar barotnes elementāro impulsu skaitu, kas reizināts ar gaismas ātrumu.
W = Z s = 2,4 10 60 kg m/s
Pēc iepriekš minētā var rasties jautājums. Kāda ir mūsu Visuma izplešanās un saraušanās būtība?
Pēc Visuma pamatparametru noteikšanas: rādiuss, masa, izplešanās laiks un tā enerģija. Jāpievērš uzmanība tam, ka maksimāli paplašinātais Visums radīja darbu ar savu atkāpušos matēriju, t.i. ar savu enerģiju vakuuma vidē caur spēcīgu daļiņu izplešanos matricas vakuuma vidē, šo daļiņu saspiešana tilpumā, kas ir vienāds ar visas Visuma vielas tilpumu. Un rezultātā šī dabas noteiktā enerģija tika iztērēta šim darbam. Saskaņā ar šajā teorijā pieņemto “Lielā uztvērēja” principu un vakuuma vides dabisko elastību, Visuma izplešanās procesu var formulēt šādi.
Izplešanās beigu brīdī Visuma paplašinātās sfēras daļiņas iegūst vienādus atgrūšanas momentus ar vakuuma vides daļiņām, kas ieskauj šo sfēru. Tas ir iemesls Visuma izplešanās beigām. Bet vakuuma vides aptverošais apvalks pēc tilpuma ir lielāks nekā Visuma sfēras ārējais apvalks. Šai aksiomai nav nepieciešami pierādījumi. Šajā teorijā matricas vakuuma vides daļiņu iekšējā enerģija ir vienāda ar 6,626·10 –27 erg·s. Vai tikpat daudz kustību. No apjomu nevienlīdzības rodas nevienlīdzība kustības daudzumos, t.i. starp Visuma sfēru un vakuuma vidi Atgrūšanās momentu vienlīdzība starp daļiņām, maksimāli paplašināto Visuma sfēru un matricas vakuuma vides daļiņām, kas ieskauj šo sfēru, apturēja Visuma izplešanos. Šī vienlīdzība ilgst vienu brīdi. Tad šī Visuma matērija strauji sāk uzņemt ātrumu, bet pretējā virzienā, t.i. uz Visuma smaguma centru. Vielas saspiešana ir vakuuma vides reakcija. Saskaņā ar šo teoriju matricas vakuuma vides reakcija ir vienāda ar absolūto gaismas ātrumu.
Vairs nebūs iespējams atklāt jaunas elementārdaļiņas. Arī alternatīvs scenārijs ļauj atrisināt masu hierarhijas problēmu. Pētījums publicēts vietnē arXiv.org, par to sīkāk stāsta Lenta.ru.
Teoriju sauca par dabiskumu. To nosaka enerģētiskās skalas elektrovājās mijiedarbības secībā pēc elektromagnētiskās un vājās mijiedarbības atdalīšanas. Tas bija apmēram desmit līdz mīnus trīsdesmit divas līdz desmit līdz mīnus divpadsmitās sekundes pēc Lielā sprādziena. Tad, pēc jaunās koncepcijas autoru domām, Visumā atradās hipotētiska elementārdaļiņa - rehitons (jeb reheaton, no angļu valodas reheaton), kuras sabrukšanas rezultātā izveidojās mūsdienās vērojama fizika.
Tā kā Visums kļuva aukstāks (materiālu un starojuma temperatūra pazeminājās) un plakanāks (telpas ģeometrija tuvojās eiklīdam), rehitons sadalījās daudzās citās daļiņās. Tie veidoja daļiņu grupas, kas gandrīz nesadarbojās savā starpā, gandrīz identiskas pēc sugām, bet atšķiras pēc Higsa bozona masas un līdz ar to arī savās masās.
Šādu daļiņu grupu skaits, kas, pēc zinātnieku domām, pastāv mūsdienu Visumā, sasniedz vairākus tūkstošus triljonus. Viena no šīm ģimenēm ietver fiziku, kas aprakstīta standarta modelī (SM), un daļiņas un mijiedarbības, kas novērotas eksperimentos LHC. Jaunā teorija ļauj atteikties no supersimetrijas, kuru viņi joprojām mēģina atrast neveiksmīgi, un atrisina daļiņu hierarhijas problēmu.
Jo īpaši, ja rehitona sabrukšanas rezultātā izveidotā Higsa bozona masa ir maza, tad atlikušo daļiņu masa būs liela un otrādi. Tas atrisina elektrovājās hierarhijas problēmu, kas saistīta ar lielo plaisu starp eksperimentāli novērotajām elementārdaļiņu masām un agrīnā Visuma enerģijas skalām. Piemēram, jautājums par to, kāpēc elektrons ar masu 0,5 megaelektronvolti ir gandrīz 200 reizes vieglāks par mionu ar tādiem pašiem kvantu skaitļiem, pazūd pats no sevis - Visumā ir tieši tādas pašas daļiņu kopas, kur šī atšķirība nav tik izteikta. .
Saskaņā ar jauno teoriju LHC eksperimentos novērotais Higsa bozons ir vieglākā šāda veida daļiņa, kas izveidojusies rehitona sabrukšanas rezultātā. Ar smagākiem bozoniem ir saistītas citas vēl neatklātu daļiņu grupas - šobrīd atklāto un labi izpētīto leptonu (nav iesaistīti spēcīgajā mijiedarbībā) un hadronu (piedalās spēcīgajā mijiedarbībā) analogi.
Jaunā teorija neatceļ, bet padara to mazāk nepieciešamu supersimetrijas ieviešanu, kas paredz zināmo elementārdaļiņu skaita dubultošanu (vismaz) superpartneru klātbūtnes dēļ. Piemēram, fotonam - fotons, kvarks - skvarks, higs - higsino utt. Superpartneru spinam ir jāatšķiras par pusveselu skaitli no sākotnējās daļiņas griešanās.
Matemātiski daļiņa un superdaļiņa tiek apvienotas vienā sistēmā (supermultipletā); visi kvantu parametri un daļiņu un to partneru masas sakrīt precīzā supersimetrijā. Tiek uzskatīts, ka dabā supersimetrija ir salauzta, un tāpēc superpartneru masa ievērojami pārsniedz to daļiņu masu. Lai atklātu supersimetriskas daļiņas, bija nepieciešami jaudīgi paātrinātāji, piemēram, LHC.
Ja pastāv supersimetrija vai kādas jaunas daļiņas vai mijiedarbības, tad, pēc jaunā pētījuma autoru domām, tās var atklāt desmit teraelektronvoltu mērogā. Tas ir gandrīz pie LHC spēju robežas, un, ja piedāvātā teorija ir pareiza, jaunu daļiņu atklāšana tur ir ārkārtīgi maza.
Attēls: arXiv.org
Signāls tuvu 750 gigaelektronvoltiem, kas varētu liecināt par smagas daļiņas sadalīšanos divos gamma staru fotonos, kā 2015. un 2016. gadā ziņoja zinātnieki no CMS (Compact Muon Solenoid) un ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) sadarbības LHC. , tika atpazīts statistiskais troksnis. Pēc 2012. gada, kad kļuva zināms par Higsa bozona atklāšanu CERN, nav identificētas jaunas fundamentālās daļiņas, ko paredzēja SM paplašinājumi.
Irāņu izcelsmes kanādiešu un amerikāņu zinātnieks Nima Arkani-Hameds, kurš ierosināja jaunu teoriju, 2012. gadā saņēma Fundamentālās fizikas balvu. Balvu tajā pašā gadā iedibināja krievu uzņēmējs Jurijs Milners.
Tāpēc sagaidāma tādu teoriju rašanās, kurās zūd nepieciešamība pēc supersimetrijas. "Ir daudzi teorētiķi, tostarp es, kuri uzskata, ka šis ir ļoti unikāls laiks, kurā mēs risinām jautājumus, kas ir svarīgi un sistēmiski, nevis par jebkuras elementārdaļiņas detaļām," sacīja jaunā pētījuma vadošais autors. , Prinstonas universitātes (ASV) fiziķis.
Ne visi piekrīt viņa optimismam. Tādējādi fiziķis Mets Straslers no Hārvardas universitātes uzskata, ka jaunās teorijas matemātiskais pamats ir tālejošs. Tikmēr Pedijs Fokss no Enriko Fermi Nacionālās akseleratora laboratorijas Batavijā (ASV) uzskata, ka jauno teoriju varēs pārbaudīt tuvāko desmit gadu laikā. Pēc viņa domām, daļiņām, kas veidojas grupā ar jebkuru smago Higsa bozonu, būtu jāatstāj pēdas kosmiskajā mikroviļņu fona starojumā - senajā mikroviļņu starojumā, ko paredz Lielā sprādziena teorija.