Космологи объяснили, почему Вселенная является трехмерной
РИА Новости. Мы живем в «плоском» трехмерном пространстве благодаря существованию особых узлообразных структур из элементарных частиц в ранней Вселенной, которые сохраняли стабильность только в среде с тремя измерениями, говорится в статье, опубликованной в European Physical Journal C.
Компьютерная модель «паутины» Вселенной
© V.Springel, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching bei München
«Наша идея «узлового» расширения Вселенной не только объясняет существование трех измерений, но и раскрывает то, откуда взялась энергия, необходимая для осуществления этого процесса, и почему он так резко остановился. Сеть этих узлов, грубо говоря, лопнула почти сразу после начала расширения Вселенной, что ликвидировало источник энергии, питавший этот процесс», — рассказывает Томас Кепхарт (Thomas Kephart) из университета Вандербильта в Нэшвилле (США).
На сегодняшний день среди ученых нет консенсуса насчет того, является ли наша Вселенная трехмерной, или же на самом деле в ней гораздо больше измерений, часть из которых мы просто не видим или даже не можем видеть по разным причинам. Существование этих измерений, как сегодня надеются физики, может помочь нам «примирить» теорию относительности и квантовую физику и создать теорию квантовой гравитации, объясняющую то, что происходит внутри черных дыр.
К примеру, теория суперструн постулирует, что Вселенная изначально родилась десятимерной и обладала одним временным и девятью пространственными измерениями. Часть сторонников этой теории считают, что «лишние» шесть измерений схлопнулись и замкнулись сами на себя. Другие физики считают, что наша трехмерная Вселенная является лишь частью многомерной мультивселенной (мультиверса), а остальные шесть измерений мы не можем увидеть и изучить.
Кепхарт и его коллеги предполагают, что существование трех измерений в нашей текущей Вселенной и сам факт ее расширения не были случайными событиями, а вполне логичными и связанными друг с другом вещами. Они пришли к такому выводу, пытаясь просчитать и описать первые мгновения жизни Вселенной после Большого Взрыва.
После рождения Вселенной, как отмечает ученый, в ней не было, ни материи, ни света – по сути, она была заполнена энергией и одномерными объектами-струнами, в сплетениях которых формировались первые элементарные частицы.
Эти струны, как показывают расчеты команды Кепхарта, периодически объединялись в сложные структуры, так называемые трубки, которые, в свою очередь, могли тоже переплетаться и образовать различные петли, узлы и прочие геометрические фигуры. Они сохраняли стабильность на протяжении более длительного времени, чем породившие их элементарные частицы, постоянно возникавшие и исчезавшие в кварково-глюонном «супе» первичной Вселенной.
В этой сети, по словам космологов, была заключена огромная энергия, которая заставила Вселенную стремительно и равномерно расширяться до тех пор, пока ее температура не упала до достаточно низкого уровня, чтобы энергия в этих узлах и трубках не начала превращаться в материю.
Подобная идея, как отмечает Кепхарт, позволяет не только понять то, почему Вселенная имеет только три измерения, но и объясняет то, почему она, как показывают последние наблюдения зондов WMAP и «Планк», является более однородной и «гладкой», чем предсказывает теория Большого Взрыва.
Сейчас ученые пытаются понять, как предсказания их «узловой» теории могут отличаться от того, что говорит нам классическая космология. Их открытие, как подчеркивают исследователи, критически важно для проверки этой идеи и доказательства ее жизнеспособности.
Источник
Космологи объяснили, почему Вселенная — трехмерна. Но согласны не все
Мы живем в «плоском» трехмерном пространстве благодаря существованию особых узлообразных структур из элементарных частиц в ранней Вселенной, которые сохраняли стабильность лишь в среде с тремя измерениями. К такому выводу пришли американские ученые, их исследование принято к публикации в European Physical Journal C, доступно на сайте arXiv.org, кратко о нем сообщает Phys.org.
«Наша идея «узлового» расширения Вселенной не только объясняет существование трех измерений, но и раскрывает то, откуда взялась энергия, необходимая для осуществления этого процесса, и почему он так резко остановился», — говорит Томас Кепхарт из университета Вандербильта в Нэшвилле (США).
Ученый поясняет, что сеть этих узлов, «грубо говоря, лопнула почти сразу после начала расширения Вселенной», то есть почти 13,8 млрд лет назад. Это событие, по его словам, и ликвидировало источник энергии, питавший этот процесс. Стоит отметить, что пока ученые не пришли к консенсусу насчет того, является ли наша Вселенная трехмерной, или же в ней значительно больше измерений, часть из которых мы просто не видим по разным причинам.
К примеру, теория суперструн гласит, что Вселенная родилась десятимерной и обладала одним временным и девятью пространственными измерениями. Сторонники этой теории полагают, что «лишние» шесть измерений схлопнулись и замкнулись сами на себя. Другие физики уверены, что наша трехмерная Вселенная — лишь часть многомерной мультивселенной (мультиверса), а остальные шесть измерений мы не можем увидеть и изучить.
Существование иных измерений, как сегодня рассчитывают физики, может помочь нам «примирить» теорию относительности и квантовую физику и создать теорию квантовой гравитации, объясняющую то, что происходит внутри черных дыр.
Источник
Может ли наша трехмерная Вселенная быть иллюзией?
«Мы хотим выяснить, может ли пространство-время быть квантовой системой, подобно материи, — говорит Крейг Хоган, директор Центра астрофизики частиц лаборатории Ферми и разработчик теории голографического шума. — Если мы что-нибудь увидим, то совершенно поменяем представление о пространстве, которое сложилось у нас за тысячелетия».
Подобно персонажам на телевизионных шоу, которые не подозревают, что их двумерный мир существует в нашем трехмерном, мы можем не знать, что наше трехмерное пространство — иллюзия. Информация обо всем в нашей Вселенной на самом деле может быть закодирована в крошечных пакетах в двойном измерении. Уникальный эксперимент под названием Holometer, при поддержке Национальный лаборатории ускорения Ферми, поможет собрать данные, которые помогут ответить на несколько взрывающих мозг вопросов о нашей Вселенной — в том числе живем ли мы в голограмме.
Присмотритесь к экрану своего телевизора и увидите пиксели, небольшие точечки данных, которые создают цельное изображение, если вы смотрите издалека. Ученые полагают, что информация во Вселенной может храниться таким же образом, только вот размер пикселя будет в 10 триллионов триллионов раз меньше атома и приближаться к тому, что физики называют планковской длиной.
Квантовая теория предполагает, что невозможно знать точное местоположение и точную скорость субатомных частиц. Если пространство состоит из двумерных кубиков с ограниченной информацией о точном местоположении объектов, то само по себе будет подпадать под эту же теорию неопределенности. Точно так же, как материя продолжает дрожать даже будучи охлажденной до абсолютного нуля (чтобы мы никак не узнали точное местоположение мельчайшей частицы), такое оцифрованное пространство должно обладать встроенными вибрациями даже в низшем энергетическом состоянии. То есть пространство принимает свойства «пикселей», а значит и принцип неопределенности.
Эксперимент по сути исследует возможности Вселенной хранить информацию. Если есть определенный набор битов, которые говорят вам о том, что где находится, становится практически невозможным найти более определенную информацию о местоположении — даже в принципе. Инструмент, который будет проверять эти ограничения в процессе эксперимента Holometer в лаборатории Ферми, он же голографический интерферометр, это самое чувствительное устройство из всех когда-либо созданных, которое сможет измерить квантовую дрожь самого пространства.
Работающий в полную мощность, Holometer использует пару интерферометров, расположенных близко друг к другу. Каждый посылает лазерный луч в один киловатт (эквивалент — 200 000 лазерных указок) на светоделитель и по двум перпендикулярным 40-метровым манипуляторам. Затем свет отражается обратно в светоделитель, где два луча снова соединяются и создают колебания яркости в случае движения. Ученые анализируют эти колебания яркости возвращающегося света и смотрят, двигался ли определенным образом светоделитель — в процессе дрожи самого пространства.
«Голографический шум», как ожидается, будет присутствовать на всех частотах, но задача ученых — отсечь все другие возможные источники вибраций. Holometer испытывает частоты так часто — миллионы циклов в секунду — что движение обычной материи не вызовет никаких проблем. Основной шум скорее будет произведен радиоволнами, излучаемыми ближайшей электроникой. Эксперимент Holometer должен выявить и устранить шум от подобных источников.
«Если мы обнаружим шум, от которого не сможем избавиться, мы сможем найти нечто фундаментальное в природе шума — шум, который присущ пространству-времени, — говорит физик лаборатории Ферми Аарон Чоу, ведущий ученый и руководитель проекта Holometer. — Это волнующий момент для физики. Положительный результат откроет целый ряд вопросов о том, как работает пространство».
Ожидается, что эксперимент Holometer будет собирать данные в течение следующего года.
Источник
Модели Вселенной
Модели Вселенной
1. Двухмерная Вселенная
Вселенная состоит из движущей ( энергия ) и материальной ( материя ) частей . Теория о том, что Вселенная является голограммой высокого разрешения, появилась в 1997 году. Один аргентинский математик придумал объединить теорию относительности с квантовой физикой. Согласно его гипотезе, модель всей нашей трехмерной реальности вместе со временем содержится в плоских 2D-границах. У Вселенной есть двухмерный макет. Далее набор голограмм , некая настольная игра , раскрывается в трехмерную , четырехмерную и пятимерную.
Профессор Костас Скендерис говорит: «Голограмма — это огромный прыжок вперед в осмыслении структуры вселенной и момента ее создания. Общая теория относительности Эйнштейна отлично работает, когда речь идет о больших масштабах. Когда исследования спускаются на квантовый уровень, то она начинает разваливаться. Ученые десятилетиями работали над примирением квантовой теории и теории гравитации Эйнштейна. Некоторые верят, что этого можно достичь с помощью голографического представления. Надеемся, что мы приблизились к этому моменту».
Голограмма представляет собой трехмерную фотографию, сделанную с помощью лазера. Чтобы изготовить голограмму, прежде всего фотографируемый предмет должен быть освещен светом лазера. Тогда второй лазерный луч, складываясь с отраженным светом от предмета, дает интерференционную картину, которая может быть зафиксирована на пленке. Готовый снимок выглядит как бессмысленное чередование светлых и темных линий. Hо стоит осветить снимок другим лазерным лучом, как тотчас появляется трехмерное изображение исходного предмета. Трехмерность — не единственное замечательное свойство, присущее голограмме. Если голограмму с изображением розы разрезать пополам и осветить лазером, каждая половина будет содержать целое изображение той же самой розы точно такого же размера. Если же продолжать разрезать голограмму на более мелкие кусочки, на каждом из них мы вновь обнаружим изображение всего объекта в целом. В отличие от обычной фотографии, каждый участок голограммы содержит информацию о всем предмете, но с пропорционально соответствующим уменьшением четкости. Принцип голограммы «все в каждой части» позволяет нам принципиально по-новому подойти к вопросу организованности и упорядоченности. На протяжении почти всей своей истории западная наука развивалась с идеей о том, что лучший способ понять физический феномен, будь то лягушка или атом, — это рассечь его и изучить составные части. Голограмма показала нам, что некоторые вещи во вселенной не поддаются исследованию таким образом. Если мы будем рассекать что-либо, устроенное голографически, мы не получим частей, из которых оно состоит, а получим то же самое, но поменьше точностью.
2. Трехмерная Вселенная
Три измерения пространства .
3. Четырехмерная Вселенная
Пространственно — временной континуум . Время признаётся равноправным четвертым измерением .
4. Пятимерная Вселенная
Информация становится пятым полноправным измерением . Таким образом , наша Вселенная — это пятиугольник , имеющий 11 родственников , образуя Мультивселенную — додекаэдр , или » Футбольный мяч » .
Математик Джеффри Уикс (Jeffrey Weeks) считает что :
1. Додекаэдр имеет 60 млрд. световых лет в диаметре.
2. Путешествие начавшись на Земле на ней и окончится . Т.е. мы увидим далекую Землю , которая и есть наша Земля , но на другом этапе эволюции . Мы можем найти свою Землю на небосклоне , причем несколько раз , в том числе и в её прошлом .
3. Астрономы Земли наблюдают одну и ту же галактику в разных частях небосвода , причём с разных сторон и на разных этапах эволюции . Мультивселенная внутри , как зеркальная комната , каждый предмет имеет множество изображений . Это означает , что количество объектов в Мультивселенной в 12 раз меньше , чем мы их наблюдаем . Но все 12 проекций находятся в разных временных отрезках .
4. Перейти к иному » футбольному мячу » невозможно , не освоив полностью свою Мультивселенную.
5. Количество » футбольных мячей » в авоське , пока понять невозможно.
5. Модель Плыкина
Российский ученый Виктор Дмитриевич Плыкин, доктор технических наук, автор более 100 публикаций, на протяжении 25 лет экспериментальных и научных работ разрабатывал модель Вселенной. Его идеи очень оригинальны, необычны, а главное – они полностью описывают все процессы, протекающие во Вселенной, в соответствии с новейшими открытиями торсионных полей, а также в соответствии с божественным планом созидания материи и всеми чудесными математическими законами, которым подчиняется жизнь на земле.
Согласно модели В.Д.Плыкина во Вселенной есть единое организующее начало. Плыкин проводил эксперименты, нагревая воду до 97,5 градусов Цельсия в течение 2,5 часов и вбрасывал в кипящую воду кристаллики пенманганата калия (марганцовка). Как мы знаем кристаллики марганцовки опускаясь в сосуд с водой дают малиновые волокна. Так вот, при созданных условиях, когда вода находится в фазовом переходе из состояния жидкости в состояние пара — малиновые волокна образовывали шестигранные призмы, пчелиные соты. Совсем недавно ученые обнаружили, что галактики имеют энергетические сферы. В приложении имеется фотография из журнала «Нэшил джиогрэфик» на которой имеется в центре маленькая галактика со спиралевидными рукавами, заключенная в сферу. Далее вне этой сферы, есть другая огромная энергетическая сфера. Она здесь видна как решетка из шестиугольников!
Таким образом, мы видим, что вся Вселенная имеет структуру пчелиных сот. Вода в таком состоянии при температуре 97,5 градусов повторяет глобальную структуру Вселенной. Плыкин говорит: «Кто-то же должен формировать Вселенную, информационно-энергетический сгусток – Центральное управляющее ядро – Разум Вселенной. Он наращивает Вселенную, формирует её». Все мы знаем формулу Эйнштейна E=mc. Но если мы считаем, что информация первична, то из этой формулы можно сделать и такой вывод, что масса – это энергия, уплотненная в 90 миллиардов раз. Как только появляется информация, обладающая божественным свойством формировать материю – сразу начинается формирование полевых структур. Материя – это уплотненная энергия. Мир состоит из информации и энергии. Других субстанций нет! Творец формирует миры: галактики, Вселенную – по своей программе. Если мы добавим в формулу Эйнштейна информационную составляющую m=iE/c то это и есть формула формирования Божественным сознанием мира, материи. После 25 лет работы, Плыкин получил модель. Наша Вселенная состоит из разумного управляющего ядра и замкнутых управляемых энерго-информационных потоков. Из ядра по спирали выходят потоки и в ядро же возвращаются. Энерго-информационные потоки имеют очень сложную вихревую структуру. Согласно модели Плыкина во Вселенной 33 галактических слоя. Мы живем в 33 галактическом слое – самом далеком от ядра. Сейчас идет образование 34 галактического слоя. Вселенная растет, развивается. Энерго-информационные потоки обеспечивают снабжение всей Вселенной энергией и информацией. Во Вселенной царит глобальный порядок. Все упорядочено, развитие Вселенной идет по программе. Солнечная система представляет собой спираль перпендикулярную галактическому потоку. Все солнечные системы повторяют спирали галактических потоков. Все они расположены на витках галактических потоков и перпендикулярны к ним. Все планеты солнечной системы вращаются вокруг Солнца также по спирали, постепенно удаляясь от него, постепенно наращивая свою массу и постепенно разогреваясь. Ежегодно Земля удаляется от Солнца на 15,6м. Луна отдаляется от Земли на 3 см в год. Плыкин описывает механизм образования планет: галактический поток пронизывает Солнце и выносит из Солнца плотный энергетический сгусток в котором записывается вся информация о будущей планете. Постепенно новая планета по спирали удаляется от Солнца. Когда планета удалится на критическое расстояние, в Солнце начнет зарождаться новая планета. Согласно материалистического мировоззрения, жизнь зародилась на Земле случайно. А появление человека – 1 миллионная доля процента. По модели Плыкина, человек – существо Вселенной. А жизнь – это явление закономерное. Жизнь существует только в определенном диапазоне. От Солнца до Венеры 108млн.км, от Солнца до Земли – 150 млн.км, от Солнца до Марса – 210 млн.км. Биологическая жизнь может существовать в пределах от 110 до 195 млн.км от Солнца. По мере удаления планеты от Солнца и с наступлением критического расстояния, при котором условия для жизни становятся невозможными, жизнь переносится на следующую планету. Это глобальная программа Творца. В течение 32 слоев Вселенная наращивала материю. Человек не случайное порождение Вселенной. Человек имеет энерго-информационную природу, как и все во Вселенной. Человек – это энерго-информационный сгусток, как и ядро Вселенной. Энерго-инфоримационная сущность человека вечна. Мы будем участвовать в дальнейшем росте Вселенной. Во Вселенной нет борьбы, а действет закон глобального Взаимодействия. К сожалению наше общество построено с противоречиями этому закону. Если человек живет в соответствии с законом глобального Взаимодействия, с законом Единства, Любви и Созидания, то его вибрации войдут в резонанс со Вселенной. У плохих людей — антирезонанс и как результат болезни, неудачи. Бог создал человека творцом. Он нам дает множество жизней, для того чтобы мы могли достичь высочайшего духовного уровня. Бог проводит человека через все формы жизни. Те люди, которые достигают высочайшего уровня духовного развития, приобретают связь с Творцом. Очевидно, что в следующих существованиях они будут подниматься все выше по лестнице иерархий, о которых мы даже не представляем. Творцу нужно создать иерархию сознаний.
Модель Вселенной Плыкина полностью согласуется с мировосприятием толтеков. Видящие толтеки видят Вселенную как поток энергетических волокон, а человека как светящийся энергетический кокон, состоящий также их светящихся волокон.
6. Вселенная — лабиринт
Вселенная заполнена не только пустотой и галактиками , между сегментами Вселенной есть преграды. Вероятно , мы видим не всю Вселенную , а лишь кусок лабиринта. Если Вселенная лабиринт , то в ней есть тупики и пещеры , норы, взрывы энергии , болота и чёрные дыры .
7. Модель Вселенной 2005, Millennium Run , созданная европейскими учеными, основывалась на данных о реликтовом микроволновом излучении, полученных зондом WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Этот зонд помог создать карту малых вариаций в микроволновом фоне, который является следом Большого взрыва. Однако с момента создания Millennium Run объем данных значительно вырос и в основу модели «Большой» лег набор данных WMAP5, накопленный за пять лет. Теоретической основой для модели стала стандартная космологическая модель Lambda-CDM (Lambda-Cold Dark Matter), основанная на предположении, что гравитация, действовавшая на небольшие колебания плотности, возникшие после Большого взрыва, создала первые скопления темной материи, которые, разрастаясь, породили структуры, давшие начала скоплениям галактик.
8. Вселенная 2011 , наиболее точную и всеобъемлющую на данный момент компьютерную модель эволюции крупномасштабной структуры Вселенной, получившую название «Bolshoi», создали астрономы из США, Германии и России под руководством профессора университета Нью-Мексико Анатолия Клыпина.Модель, рассчитанная с помощью суперкомпьютера Pleiades, установленного в исследовательском центре NASA имени Эймса, станет мощным инструментом для исследования эволюции Вселенной в целом, в частности, процесса формирования галактик, а также для поисков ответа на вопрос о природе темной материи и темной энергии.
9. Новые модели
15 февраля 2021 , ученые из России и Финляндии использовали квантовый компьютер для исследования малоизученной области физики — неэрмитовой квантовой механики, впервые продемонстрировав новые возможности квантового моделирования, позволяющие проверить на практике смелые математические идеи, противоречащие классическим правилам физики. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Physics. Правила квантовой физики, которые определяют поведение очень малых объектов, используют математические операторы, называемые эрмитовыми гамильтонианами. Эрмитовы операторы используются в квантовой физике уже почти 100 лет, но недавно теоретики осознали, что можно расширить ее фундаментальные уравнения, используя операторы, которые не являются эрмитовыми, то есть действующими с нарушением симметрии четности и времени, или PT-симметрии. Новые уравнения описывают вселенную со своими собственными правилами: например, глядя в зеркало и меняя направление времени, можно увидеть ту же версию себя, что и в реальном мире. Однако, существующие вычислительные мощности до сих пор не позволяли создать модель такой вселенной. Исследователи из Университета Аалто в Финляндии и Артем Мельников из МФТИ впервые смоделировали с помощью квантового компьютера IBM игрушечную вселенную , которая ведет себя в соответствии с этими новыми правилами. Для этого они заставили кубиты — элементы квантового компьютера, которые отвечают за вычисления — вести себя в соответствии с новыми правилами неэрмитовой квантовой механики. На выходе авторы получили несколько захватывающих результатов. Во-первых, оказалось, что применение подобных операций к кубитам приводило к потере квантовой информации — явлению, аналогичному гипотетическому парадоксу исчезновения информации в черной дыре, предложенному Стивеном Хокингом и не имеющему объяснений в рамках стандартной квантовой механики.Второй захватывающий результат был получен, когда авторы экспериментировали с двумя запутанными кубитами. Запутанность — это тип корреляции, которая возникает между кубитами, как если бы они испытывали волшебную связь, которая заставляет каждый из них синхронизироваться с каждым. Известно, что Эйнштейну очень не нравилась концепция запутанности, он называл ее «жутким действием на расстоянии». В рамках обычной квантовой физики невозможно изменить степень сцепления между двумя частицами, вмешиваясь только в одну из них. Однако в неэрмитовой квантовой механике исследователи смогли изменить уровень запутанности кубитов, манипулируя только одним из них, и получили результат, который запрещен в обычной квантовой физике. «Самое интересное в этих результатах состоит в том, что квантовые компьютеры сейчас достаточно развиты, чтобы начать использовать их для проверки нетрадиционных идей, которые до сих пор были только математическими, — приводятся в пресс-релизе Университета Аалто слова руководителя исследования доцента Сорина Параоану (Sorin Paraoanu). — В данной работе «жуткие действия на расстоянии» становятся еще более пугающими. И хотя мы очень хорошо понимаем, что происходит, это вызывает у нас дрожь». Несмотря на то, что исследование чисто теоретическое, у него есть потенциальные практические приложения, считают авторы. В частности, в последнее время были получены несколько новых оптических и микроволновых устройств, которые, похоже, ведут себя в соответствии с новыми правилами. Настоящая работа открывает путь к моделированию этих устройств на квантовых компьютерах.
Источник