Релятивистская модель Вселенной Эйнштейна (статистическая)
Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения — общая теория относительности. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве.
Согласно этой модели, пространство однородно и изотропно, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые свойства, материя распределена в нем равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании проведенных расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.
При этом не следует представлять себе данную модель Вселенной в виде обычной сферы.
Сферическое пространство есть сфера, но сфера четырехмерная, не поддающаяся наглядному представлению. По аналогии можно сделать вывод, что объем такого пространства конечен, как конечна поверхность любого шара, ее можно выразить конечным числом квадратных сантиметров. Поверхность всякой четырехмерной сферы также выражается конечным числом кубометров. Такое сферическое пространство не имеет границ, и в этом смысле оно безгранично. Летя в таком пространстве в одном направлении, мы в конце концов вернемся в исходную точку. Но в то же время муха, ползущая по поверхности шара, нигде не найдет границ и преград, запрещающих ей двигаться в любом избранном направлении. В этом смысле поверхность любого шара безгранична, хотя и конечна, т.е. безграничность и бесконечность — это разные понятия.
Итак, из расчетов Эйнштейна следовало, что наш мир является четырехмерной сферой. Объем такой Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе можно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в одном направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит хотя и большое, но все же конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна. Такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.
Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, Эйнштейн в своей космологической теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку статичности мира. Его более привлекал гармоничный и устойчивый мир, нежели мир противоречивый и неустойчивый.
Читать онлайн
книги о тайнах и загадках истории, а также о необъяснимых явлениях на нашем сайте
Источник
Гиперсфера это замкнутая вселенная по эйнштейну
Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения — об щая теория относительности. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравита ционных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. Согласно этой модели, пространство однородно и изотропно, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые свойства, материя распределена в нем равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании проведен ных расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.
При этом не следует представлять себе данную модель Вселенной в виде обычной сферы. Сферическое пространство есть сфера, но сфера четырехмерная, не поддающаяся наглядному представлению. По аналогии можно сделать вывод, что объем такого пространства конечен, как конечна поверхность любого шара, ее можно выразить конечным числом квадратных сантиметров. Поверхность всякой че тырехмерной сферы также выражается конечным числом кубометров. Такое сферическое пространство не имеет границ, и в этом смысле оно безгранично. Летя в таком пространстве в одном направлении, мы в конце концов вернемся в исходную точку. Но в то же время муха, ползущая по поверхности шара, нигде не найдет границ и преград, запрещающих ей двигаться в любом избранном направлении. В этом смысле поверхность любого шара безгранична, хотя и конечна, т.е. безграничность и бесконечность — это разные понятия.
Итак, из расчетов Эйнштейна следовало, что наш мир является четырехмерной сферой. Объем такой Вселенной может быть выра жен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубомет ров. В принципе можно облететь всю замкнутую Вселенную, двига ясь все время в одном направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит хотя и большое, но все же конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна. Такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.
Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, Эйнштейн в своей космологической теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку статич ности мира. Его более привлекал гармоничный и устойчивый мир, нежели мир противоречивый и неустойчивый.
Источник
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Забытая модель вселенной, предложенная Эйнштейном
В 1917 году Альберт Эйнштейн поразил физический мир, опубликовав общую теорию относительности, в которой он описал гравитацию как геометрическое свойство пространства-времени. Это сразу же поставило вопрос о структуре вселенной в целом, из которого развилась современная космология.
В течение нескольких следующих лет многие ученые разрабатывали различные модели структуры пространства-времени. Этим занимались и русский физик Александр Фридман, и голландский математик Виллем де Ситтер (Willem de Sitter), и бельгийский священник Жорж Леметр (Georges Lemaitre). В этой дискуссии Эйнштейн принимал сравнительно мало участия, ограничившись несколькими важными репликами.
В то время было принято считать, что вселенная находится в стабильном состоянии — не расширяется и не сокращается. Поэтому Эйнштейн ввел в свою модель космологическую постоянную, которая могла регулироваться, чтобы вселенная не расширялась и не сокращалась.
Однако у головоломки отсутствовала ключевая часть. Примерно тогда же Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) начал публиковать данные, согласно которым видные астрономам «островные вселенные» или галактики были намного дальше звезд и стремительно удалялись от нас. Его вывод, кардинально изменивший наши представления о мире, заключался в том, что вселенная расширяется.
Ведущие физики того времени сразу же осознали значимость открытия Хаббла. Если он был прав, модель вселенной нужно было менять.
В результате в 1932 году Эйнштейн и де Ситтер опубликовали новую модель, в рамках которой они отказались от космологической постоянной, позволив вселенной расширяться. В дальнейшем эта модель стала для космологического сообщества основной «рабочей лошадкой».
Сейчас Кормак O’Раферти (Cormac O’Raifeartaigh) и Брендан Макканн (Brendan McCann) из ирландского Уотефордского института технологии продемонстрировали важный этап продвижения Эйнштейна к этой модели, впервые переведя малоизвестную статью создателя теории относительности, написанную на год раньше работы 1932 года.
В этой статье, озаглавленной «Zum kosmologischen Problem der allgemeinen Relativitätstheorie» («К космологической проблеме общей теории относительности»), Эйнштейн предлагает модель вселенной, которая сначала расширяется, а потом сокращается. Этот процесс начинается с сингулярности и ею же заканчивается. Данная модель также важна, потому что она впервые придает космологической постоянной нулевое значение.
Сперва O’Раферти и Макканн обсуждают исторический контекст статьи. Эйнштейн, по-видимому, написал ее после своего визита в США, продолжавшегося три месяца. Большую часть этого времени он провел в Принстоне, но также успел съездить к Хабблу, чтобы обсудить его открытия.
Интересно, что в своей статье Эйнштейн постоянно пишет фамилию Хаббла с ошибкой. По мнению авторов, это доказывает, что он был плохо знаком с работами американского астронома. В статье также отсутствует ряд важных ссылок, вероятно, пропущенных в спешке — O’Раферти и Макканн считают, что Эйнштейн написал ее всего за четыре дня.
Модель, которую Эйнштейн опробует в статье, носит явно переходный характер. Скажем, она предполагает положительную кривизну пространства-времени. Это было необходимым элементом эйнштейновской модели стабильной вселенной, однако позднее оказалось необязательным в рамках расширяющейся модели, которая могла иметь как положительную кривизну, так и отрицательную или нулевую. О возможности последнего Эйнштейн и де Ситтер писали годом позже.
Один из наиболее интересных аспектов статьи связан с попыткой Эйнштейна на основании своей модели вычислить размер вселенной, который он оценивает в 10^8 световых лет или 9,5×10^25 сантиметров в радиусе (на несколько порядков меньше, чем по современным оценкам).
В связи с этим он оценивает возраст вселенной примерно в 10 миллиардов лет. Согласно современному консенсусу, вселенной около 14 миллиардов лет.
Как отмечают O’Раферти и Макканн, непонятно, на чем основана оценка Эйнштейна. Они предполагают, что в ее основе лежат некие расчеты Фридмана. Они также указывают, что в спешке Эйнштейн допустил в расчетах ряд ошибок.
«Эйнштейн здесь выглядит, скорее, увлекающимся космологом, чем ученым, пытающимся показать совместимость своей величайшей теории с поразительными новыми астрономическими наблюдениями», — отмечают они.
Это интересный материал не только об эволюции взглядов Эйнштейна на природу вселенной, но и о личности самого Эйнштейна. Кто из нас не работал второпях и потом не замечал ошибок в своей работе?
Заметим, что после совместной работы 1932 года с де Ситтером Эйнштейн почти не проявлял интереса к космологии, предпочитая заниматься не удавшимися в итоге попытками объединить относительность с квантовой теорией.
Эйнштейн один из самых обсуждаемых и изученных исследователей в истории. Поэтому крайне странно, что находятся его работы, которые до сих пор не были переведены на английский. Однако именно это и делает перевод O’Раферти и Макканна ценным добавлением к корпусу материалов об этом удивительном человеке.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Источник
The Batrachospermum Magazine
Научно-развлекательный журнал Батрахоспермум (официальный сайт)
Гиперсферическая Вселенная
Не имея физического образования, сложно претендовать на Нобелевскую премию по физике. Но я попытаюсь.
Хокинг забрался в мою голову!
Несколько лет назад я придумал свою собственную гипотезу строения Вселенной. Я тогда читал «Краткую историю времени» Стивена Хокинга – вот тогда-то меня и осенило. То ли это было гениальное озарение из разряда эврик, то ли это какая-то ноосферная связь возникла между мной и Хокингом или, если хотите, «кротовина» в пространственно-временном континууме, что вызвало наложение его умудренного мозга на мой tabula rasa и породило в резонансе нечто оригинальное, то ли это струна из теории струн прошла через мою голову, активировав зону, отвечающую за космофизику. Не знаю. Но я вдруг придумал, как все устроено. И теперь я решил наконец изложить свою гипотезу на бумаге – пришло время, потому что… появилась реальная научная работа, которая с ней согласуется. Но об этом позже.
Я пытался донести свои мысли до некоторых друзей-физиков и даже хотел выйти через них на каких-нибудь отечественных мастодонтов астрофизики, чтобы посоветоваться с ними, желательно честных, чтобы они не присвоили мою теорию себе и не лишили меня положенной части нобелевских денег. Но когда физики слушали меня, они все усложняли, будучи перегруженными багажом физических знаний, и в результате не могли или не хотели понять всю простоту строения Вселенной, предложенного мной. Мэтры так вообще завалили бы меня своими суперсимметриями и сингулярностями – но ведь я хотел придумать для обычных людей, а не для астрофизиков, и на фига портить мою стройную теорию ненужными деталями, которые к тому же нисколько ей не должны противоречить, поскольку они работают внутри Вселенной, а я как бы смотрел на нее еще и снаружи, из «над-Вселенной», а там физика может отличаться. И вообще, как мы выясним дальше, здесь можно обойтись и без всяких сингулярностей и даже без Большого взрыва.
Жизнь в плоскости
Многие, как и я, знают, что пространство, в котором мы живем, трехмерное. И в этом мы на голову выше тех, кто живет в двухмерном мире. Не знаю, живет ли там кто на самом деле, но если да, то эта жизнь невероятно скучна – как у масляных кругов на поверхности борща, которые могут менять размер только в двух координатах. Им стало бы значительно веселее, если бы они вдруг начали произвольно подниматься конусами-цилиндриками над супом или нырять в его глубь. Правда, для нас это был бы кошмар, а не обед. Хорошо, что этого не происходит.
Вместе с тем, пока я размышляю о жизни в двухмерной плоскости, кто-то разумный из мира четырехмерного вполне может фантазировать о тех, кто по воли судьбы ограничен лишь тремя координатами, – то есть о нас, убогих. Для него мы настолько же примитивны, насколько для нас – разводы на простынях.
Хотя, знаете, я не думаю, что двумерные существа испытывают какие-то неудобства от своей «недомерности». Мы же вполне комфортно себя чувствуем, имея высоту тела, длину, ширину, но не имея, скажем, скружину – четвертый параметр тела, который весьма активно меряют какие-нибудь дизайнеры в домах мод, существующих в четырехмерном мире. Двумерные спокойно перемещаются по своей плоской вселенной и без всякого «роста», или как там они называют гипотетические для них вертикальные параметры. Единственное – они ничего не знают о прыжках и приседаниях, но наверняка они нашли свой способ поддерживать физическую форму – во всех смыслах этого словосочетания.
Жизнь теней происходит в двухмерном мире, но они там тоже физически активны.
Да и мы тоже в обычной жизни не прыгаем и не приседаем – как правило, данный тип движений нам не нужен для перемещения. Так что наши миграции, в общем-то, происходят в достаточно «плоском» пространстве. Благодарим мы за это матушку-гравитацию, удерживающую нас от магических полетов, и силу реакции опоры, которую нам обеспечивает поверхность под ногами и которая не позволяет нам провалиться сквозь нее. Оглянитесь вокруг – без особенных усилий и техники нам недоступны как небесные просторы, так и грунт (перемещаться сквозь который, впрочем, не столь заманчиво). Мы – пешеходы плоскости, Плоской Земли, и, если бы не древнегреческие мыслители и их последователи, мы бы так и оставались в неведении о том, что на самом деле живем на шарообразной планете. Пока в один прекрасный день кто-то не отправился вперед – только вперед – и в другой прекрасный день не пришел в точку отправления, сильно удивившись и задумавшись. Потом бы его сожгли на костре за крамольные идеи о том, что плоскость Земли на самом деле свернута как минимум в трубку, но это уже другая история.
Вселенная как трехмерная плоскость
И вот я подумал: а что если то же самое случится, если перемещаться в пространстве? Если мы полетим строго в одном направлении сквозь Вселенную, двигаясь только вперед, и спустя стопицотлетия благополучно придем туда, откуда улетели? Шанс-то, конечно, ничтожный, но вдруг наша трехмерная Вселенная действительно является аналогом сферы – поверхности, окружающей шар, – только «обернута» вокруг некого четырехмерного тела? В таком случае, если исключить всякие вселенские помехи – силы, мешающие прямолинейному движению сквозь пространство, – и двигаться четко прямо, то теоретически мы должны вернуться в точку старта вне зависимости от изначально выбранного направления!
Представить, как Вселенная замыкается сама на себе, – это не то же самое, что представить, как поверхность Земли замыкается в сферу. Второе значительно проще, поскольку, живя в трехмерном мире, мы все же имеем элементарные представления о взаимодействии планиметрических и стереометрических фигур – о том, например, как грани образуют куб или плоская бумага может быть обернута вокруг мяча (если расчертить на ней развертку шара – то вообще хорошо). И понять, что то, что выглядит бесконечной плоскостью, может на деле являться участком гигантской сферы, вполне в наших силах. Проблема может возникнуть лишь с тем, чтобы это принять. И такие проблемы встречаются у некоторых представителей человечества даже в наше просвещенное время – и мы справедливо называем их «проблемами с головой». Для полной логики голова таких людей тоже должна быть плоской, как и придуманная ею Земля, и из-за этого в ней не может содержаться мозг.
Двухмерная проекция трехмерной проекции аппроксимации гиперсферы четырехмерного пространства. Что я только что прочитал?
Но Вселенная как гиперсфера… мы не то что не можем доказать это – мы даже вообразить ее не можем! В лучшем случае математики могут представить ее проекцию на трехмерное пространство.
Я вот только могу оперировать аналогами четырехмерных фигур в трехмерном мире с понижением «мерности»: гиперсферическую Вселенную я представляю как простой сфероид, по которому можно путешествовать как по поверхности Земли. Не строгую сферу, а фигуру, близкую к ней, как огромный мыльный пузырь, поверхность которого даже может меняться. Если она гибкая, то какие-то ее точки могут иногда сближаться – так могут образовываться те самые гипотетические «кротовые норы», позволяющие резко перемещаться из одной точки пространства в другую. Они не требуют допущения об «искривлении пространственно-временного континуума», поскольку наш континуум, как минимум пространственный, и так искривлен и замкнут сам на себе, просто он может искривиться чуть больше обычного. Но это я уже докручиваю детали, хотя в деталях все может быть иначе.
Прошу подтвердить
Доказать такую модель Вселенной можно, только если действительно найдется новый Магеллан, личность воистину вселенского масштаба, желательно бессмертная, или если это будет аппарат, который когда-нибудь все же облетит вокруг Вселенной и вернется… допустим, в нашу Галактику, которая к тому времени уже наверняка будет освоена нашими потомками, или дружественной цивилизацией каких-нибудь наших соседей по Млечному Пути, или разумными машинами – в любом случае нужно, чтобы кто-то все это время следил за полетом «Магеллана» (а именно так следует называть корабли под подобные экспедиции) или хотя бы помнил о его миссии и зафиксировал его возвращение в альма-матер, насколько бы она ни расширилась с момента его вылета.
Другой вариант проверки гипотезы – попытаться разглядеть в телескоп… нас самих. Только с другой стороны. Это как в детстве: пендель, которым мы придавали движение воздуху, якобы облетал Землю и возвращался в зад нашему товарищу. Ну, это, конечно, недостижимый идеал, но можно направить взоры мощнейших телескопов ровно в противоположные направления и поискать хоть какие-то совпадения. Скажем, первый телескоп увидит галактику А, а дальше него – туманность Б, а для второго ближе располагаться будет Б, а за ним – А, причем телескопы видят их с разных сторон, и, соответственно, одна и та же галактика или туманность выглядит двояко, поэтому их попросту принимают за разные астрономические объекты! Необходимо выявить идентичность таких объектов, например, смоделировав их 3D-изображения на компьютерах, или по сходству в химическом составе, или какие еще там методики прячут за пазухой астрофизики. Как только совпадения будут обнаружены – все, я готов выезжать за Нобелевской премией хоть сейчас, и давайте, скорее кладите мне ручки на стол.
В фильме «Игры разума» ручки в знак уважения кладутся на стол перед профессором Джоном Нэшем, которого номинировали на Нобелевскую премию.
Жаль, что такого рода доказательства мы, скорее всего, не получим, потому что, если мои аналогии верны, как бы близко к «краям Вселенной» ни подобрались лучшие современные телескопы, они должны неизбежно столкнуться с космическим горизонтом, где трехмерное пространство скрывается за четырехмерным изгибом, равно как мы не можем даже в самую мощную подзорную трубу увидеть то, что скрывается за горизонтом земным. Представьте теперь себе, насколько наша Вселенная больше видимой ее части! Зато если все же найти с помощью телескопов этот самый космический горизонт и определить расстояние до него, то наверняка можно довольно точно рассчитать размер Вселенной.
Кстати, о горизонтах
В таком виде моя модель, повторю, посетила мою голову несколько лет назад, она доступна для понимания обычными людьми, поскольку не отягощена всякими физическими сложностями. Естественно, я не брался проверять ее законами физики, как-то объяснять расширение Вселенной или придумывать, как такая Вселенная могла возникнуть, – это все прерогатива профессионалов. И я откладывал ее описание – пока не так давно мировые научные СМИ не облетела новость о новой теории происхождения Вселенной, которая удивительным образом согласуется с моей моделью.
Канадский астрофизик Ниайеш Афшорди из Института теоретической физики «Периметр» решил пофантазировать о четырехмерной вселенной и предположил, что в ней тоже есть, если можно так выразиться, астрономические объекты – в частности, 4D-звезды. Некоторые из них при определенных условиях коллапсируют и порождают четырехмерные черные дыры (4D-ЧД). Каждая черная дыра – по крайней мере в нашей Вселенной – окружена горизонтом событий, который суть сфера. У 4D-ЧД горизонт событий будет представлять собой 3-сферу – четырехмерный аналог сферы, частный случай гиперсферы. При коллапсе 4D-звезды ее внешние слои разлетаются во все стороны и, согласно предложенной теории, образуют вокруг 3-сферического горизонта событий такую же 3-сферическую брану. Чтобы понять, что это за брана такая, нужно обратиться к теории струн, но сейчас нам это не так важно. Нас интересует лишь то, что данная брана представляет собой аналог мембраны, замкнутой в обычном трехмерном пространстве, как оболочка мыльного пузыря, только это будет огромный четырехмерный пузырь, внутри которого находится хищная четырехмерная черная дыра.
По краю черного кружка (его граница и есть горизонт событий) виднеется тонюсенькая белая пленочка. Происходи дело в четырехмерном мире, она бы являлась браной – трехмерной Вселенной, в которой мы живем. Иллюстрация: Alain r.
Вот эта брана и является нашей замкнутой в четырехмерном пространстве Вселенной. Кроме того, горизонт событий 4D-ЧД медленно увеличивается в размерах за счет его удаления от черной дыры, а значит, расширяется и брана вдоль него. Это и есть регистрируемое расширение нашей Вселенной! И это еще один фактор, почему будет проблематично совершить круговселенское путешествие. Команде Магеллана в этом плане было значительно проще – Земля не имеет тенденции увеличиваться в объеме (хотя на всякий случай следует это проверить – вдруг совершите неожиданное открытие).
Таким образом, согласно Афшорди, наша Вселенная началась не с Большого взрыва, а с коллапса четырехмерной черной дыры. Что ж, такое объяснение возникновения Вселенной из моей теории вполне меня устраивает! Правда, в своей работе ученый ссылается на каких-то немецких физиков, которые в 2000 году выдвинули гипотезу о том, что Вселенная является одной из бран четырехмерного мира, и меня это немного напрягает, ведь на первый взгляд идея звучит похоже на мою. С другой стороны, какую именно брану они там себе напредставляли – гиперсферическую или какую-нибудь дурацкую, – я не знаю, не читал. В любом случае дотошные немцы наверняка больше внимания уделили математике и уж точно ничего не писали про будущих Магелланов, космические горизонты, скружину – за одно это, считаю, я должен получить Нобелевку. Хотя бы по литературе. Готовьте ваши ручки.
Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: arXiv (Pourhasan, Afshordi, Mann, 2013)
Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться фрагментом с друзьями и подписчиками, не забудьте поставить активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.
Источник