Опубликована последняя работа Стивена Хокинга о природе нашей Вселенной
Перед тем как выдающийся физик современности Стивен Хокинг покинул этот мир, он успел оставить свой последний научный труд — свою последнюю теорию о природе Вселенной, которую он написал в соавторстве со своим бельгийским коллегой Томасом Хертогом из Левенского католического университета. Работа наконец-то была опубликована в научном журнале Journal of High Energy Physics, а более подробно с ней можно ознакомиться в онлайн-библиотеке arXiv.org.
Томас Хертог, который совместно писал работу с Хокингом, сказал, что их целью было «превратить идею мультивселенной в проверяемую научную основу». И в опубликованном в журнале Journal of High Energy Physics материале говорится, что Вселенная гораздо менее сложна, чем предполагают современные теории мультивселенной.
Работа основана вокруг концепта бесконечной инфляции Вселенной, впервые представленного в 1979-м и опубликованного в 1981 году.
После Большого Взрыва Вселенная испытала период экспоненциальной инфляции (быстрого расширения). Затем это расширение замедлилось, а энергия Вселенной перешла в материю и космическое излучение. Однако согласно теории бесконечной инфляции, во Вселенной остались пузыри пространства, которые полностью прекратили расширяться или взяли курс на полную остановку этого расширения, образовав тем самым фрактальные тупики статического пространства. В то же время в других пространственных пузырях из-за квантовых эффектов инфляция не прекратилась, что в свою очередь привело к образованию бесконечного числа мультивселенных. Согласно теории, все, что мы видим внутри наблюдаемой нами Вселенной, заключено лишь в один из таких пузырей. В нем инфляция остановилась, что позволило появиться звездам и галактикам.
Визуализация расширяющейся мультивселенной
«Привычная теория бесконечной инфляции предсказывает, что в общем масштабе наша Вселенная похожа на бесконечный фрактал, с мозаикой из различных карманных вселенных, разделенных расширяющимся океаном», — объясняет Хокинг.
«Местные законы физики и химии могут отличаться от одной карманной вселенной к другой, вместе образующих мультивселенную. Однако я никогда не был фанатом теории мультивселенной. Если масштаб разных вселенных внутри мультивселенной слишком огромен или даже бесконечен, то теорию невозможно будет проверить».
За последние годы модель бесконечной инфляции Вселенной подвергалась серьезной критике. Например, Пол Стейнхардт, физик Принстонского университета, выступил с заявлением о том, что изначально теория, взявшая на себя задачу универсально объяснить все то, что мы наблюдаем во Вселенной, просто сменила модель.
В новой работе Хокинг и Хертог говорят, что модель бесконечной инфляции является неверной, поскольку законы Общей теории относительности Эйнштейна разбиваются на квантовом уровне, становясь бесполезными.
«Проблема с привычной моделью бесконечной инфляции связана с тем, что она предполагает существование фоновой вселенной, которая эволюционирует в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна и рассматривает квантовые эффекты лишь как незначительные флуктуации», — объясняет Хертог.
«Однако динамика бесконечной инфляции стирает разделение между классической и квантовой физикой. Как следствие, теория Эйнштейна распадается в бесконечной инфляции».
Новая теория берет в основу теорию струн – одну из моделей, которая пытается увязать Общую теорию относительности с квантовой теорией, заменяя самые мельчайшие частицы из физики частиц крошечными колеблющимися одномерными струнами.
Согласно голографическому принципу в теории струн, объем пространства может быть описан его границами. Другими словами, в некотором смысле наша Вселенная подобна голограмме, в которой физически реальное трехмерное пространство может быть математически сведено к 2D-проекции на его поверхности.
Ученые предложили вариацию голографического принципа, который проецирует временное измерение в бесконечной инфляции, что позволяет описать общий концепт без необходимости полагаться на Общую теорию относительности. Это в свою очередь позволило исследователям математически сократить бесконечную инфляцию до бесконечного состояния на пространственной поверхности с начала Вселенной – голограммы бесконечной инфляции.
«Когда мы отслеживали эволюцию нашей Вселенной назад во времени, в какой-то момент мы достигли порога бесконечной инфляции, где наше знакомое понятие времени перестает иметь какое-либо значение», — отмечает Хертог.
В 1983 году Хокинг вместе с физиком Джеймсом Хартлом предложили концепцию безграничной теории Вселенной. В ней ученые говорили о том, что в момент Большого взрыва во Вселенной было только пространство, но не было времени и границ. Концепция Хокинга и Хартла допускала существование параллельных миров, для которых определена единая волновая функция. В этом многообразии вселенных наблюдаемая человеком действительность — лишь одна из возможных.
Согласно новой теории, ранняя Вселенная имела границы, и это позволило Хокингу и Хертогу получить более надежные прогнозы относительно ее структуры.
«Мы прогнозируем, что наша Вселенная в общем масштабе достаточно гладкая и имеет границы. Она не представляет собой фрактальную структуру», — сказал Хокинг.
Полученные в результате этой работы выводы не опровергают идею мультивселенных, однако сокращают их до гораздо меньшего диапазона. Другими словами, теорию мультивселенной в будущем можно будет проверить, если, конечно, выводы Хокинга и Хертога удастся повторить и подтвердить другими физиками.
Сам Хертог хотел бы проверить свои с Хокингом выводы через наблюдения за гравитационными волнами, которые могли бы создаваться бесконечной инфляцией. Эти волны слишком огромны для того, чтобы их можно было определить с помощью интерферометра LIGO, однако будущие интерферометры гравитационных волн, такие как наземный LISA, а также последующие наблюдения за фоновым космическим излучением могли бы их выявить, считает исследователь.
Источник
Стивен Хокинг рассказал перед смертью о том, что находится за пределами Вселенной
Знаменитый британский физик-теоретик и космолог Стивен Хокинг , скончавшийся 14 марта нынешнего года, работал перед смертью над весьма интересным проектом.
В своем последнем труде 76-летний ученый переосмыслил ортодоксальную теорию Большого взрыва и предоставил нам удивительную модель Вселенной, заставляющую взглянуть на Мироздание под совершенно другим углом. Результаты этой работы были опубликованы 3 мая в научном журнале «Journal of High Energy Physics».
Абсолютная пустота за пределами космоса
Долгое время Хокинг считал, что Вселенная расширяется бесконечно, однако теперь стало ясно, что он изменил свое мнение относительно этого вопроса. В финальном труде покойного физика-теоретика говорится, что процесс расширения космического пространства явно остановился, и Мироздание достигло своих максимальных размеров.
В последние годы жизни исследователь был убежден в существовании границы, за которой Вселенная заканчивается. И за этой границей, дескать, находится абсолютная пустота, в которой нет ни света, ни материи, ни пространства, ни даже времени. Увы, человеческий ум не способен всецело постичь концепцию такой пустоты, однако мы можем выдвигать предположения, чем она является и каким законам подчиняется.
Параллельные миры Стивена Хокинга
Кроме того, в последние годы британец всерьез заинтересовался теорией Мультивселенной, которую светила науки разрабатывают уже более трех десятилетий. Ученый предположил, что Больших взрывов было великое множество, все они произошли одновременно, и каждый из них породил отдельный мир.
Если это правда, то мы с вами живем в одной из многочисленных (или даже бесчисленных) параллельных реальностей. Некоторое время назад Хокинг считал, что в этих мирах действуют различные законы физики, однако затем он стал склонятся к мнению, что физические законы весьма схожи в параллельных вселенных. Таким образом, исследуя происходящие в нашей реальности процессы, гипотетически можно изучать и другие миры.
Наша Вселенная – плоская голограмма?
В своей работе Хокинг также доказывает, что наша Вселенная является сложной голограммой. Ученый пришел к выводу, что объемная действительность, которую мы ежедневно наблюдаем вокруг себя, представляет собой иллюзию. Иными словами, трехмерная реальность, включая пространство и время, проецируется из данных, которые находятся на двумерной плоскости.
Исходя из такой гипотезы, можно предположить, что Вселенная – всего лишь проекция, которая возникла их загадочной двумерной области, существовавшей вне Большого взрыва. Проще говоря, окружающую нас реальность можно сравнить с нарисованным на бумаге параллелепипедом, который только кажется трехмерным, однако не является таковым на деле.
К сожалению, гипотеза Хокинга о том, что где-то существует так называемая «плоскость первоздания», поверхность которая хранит данные об искажении пространства и времени, вряд ли может быть подтверждена экспериментально.
А причина этому, по мнению других мировых ученых, предельно проста: если Вселенная в самом деле плоская, и эффект ее трехмерности достигается благодаря специальным алгоритмам, то применение к такой действительности законов и вычислений, рассчитанных на настоящую объемную реальность, не имеет никакого смысла.
Источник
Последняя работа Хокинга решила парадокс параллельных вселенных
В 1980-х годах Хокинг вместе с американским астрофизиком Джеймсом Хартлом разработал новую теорию возникновения Вселенной
В своей последней работе профессор Стивен Хокинг говорит о существовании параллельных вселенных, похожих на нашу.
Эта теория покойного астрофизика помогает решить выведенный им же космический парадокс и наводит астрономов на поиск свидетельств существования параллельных вселенных.
Работа была передана в научное издание Journal of High-Energy Physics за десять дней до смерти Хокинга.
В 1980-х годах Хокинг вместе с американским астрофизиком Джеймсом Хартлом разработал новую теорию возникновения Вселенной.
Теория Хартла-Хокинга устраняла внутреннее противоречие теории Эйнштейна, в которой постулировалось, что наша Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад, но не говорилось, каким образом это произошло.
Ученые прибегли к квантовой механике, чтобы объяснить, как Вселенная могла возникнуть из ничего.
Эта теория решила одну проблему, но создала другую, или даже бесконечное число других.
Выстраивая свою теорию, физики пришли к выводу, что Большой взрыв вероятнее всего создал не одну вселенную, а бесконечное их количество.
Автор фото, DETLEV VAN RAVENSWAAY/SCIENCE PHOTO LIBRARY
В соответствии с теорией Хартла-Хокинга некоторые из параллельных вселенных похожи на нашу
В соответствии с теорией Хартла-Хокинга некоторые из параллельных вселенных похожи на нашу: в них существуют похожие на Землю планеты, общества, похожие на наши, и даже схожие с нами люди.
Другие вселенные могут быть немного другими — это может быть планета, похожая на Землю, но сохранившая популяцию динозавров. В третьих все может быть совсем по-другому: без Земли, возможно даже без звезд и галактик, с другими законами физики.
Может быть, это звучит как фантастика, но в соответствии с математической частью теории Хартла-Хокинга это возможно.
Тут возникает проблема, поскольку если существует бесконечное число вселенных с бесконечными вариациями законов физики, то теория не может способствовать пониманию того, в какой именно вселенной мы находимся и каковы ее особенности по сравнению с другими.
Именно этот парадокс в своей последней работе пытается решить Хокинг совместно с профессором Томасом Хертогом из Левенского католического университета в Бельгии.
«Ни Стивен, ни я не были удовлетворены таким положением дел», — говорит Хертог в беседе с Би-би-си.
«Получается, что мультивселенная возникла случайно, а больше мы почти ничего сказать не можем. Мы сказали друг другу: «Возможно, с этим придется смириться». Но сдаваться мы не хотели», — рассказывает ученый.
Автор фото, NASA/SCIENCE PHOTO LIBRARY
Теория Хартла-Хокинга — плод двадцатилетней работы двух ученых
Теория Хартла-Хокинга — плод двадцатилетней работы двух ученых. Парадокс в рамках новой теории разрешается с помощью математического арсенала другой экзотической теории — теории струн.
Этот подход позволил физикам по-другому взглянуть на науку. А новая оценка теории Хартла-Хокинга, которая содержится в работе, восстанавливает порядок в мультивселенной.
В соответствии с теорией Хокинга-Хертога, параллельные миры существуют, но законы физики в них должны быть такими же, как в нашей.
Это значит, что наша Вселенная типична, а значит выводы, которые мы делаем из наблюдений за ней, применимы и к параллельным мирам.
Все это может показаться заумным, но эти идеи будут реальным подспорьем для физиков, которые стараются разработать более полную теорию возникновения Вселенной, говорит профессор Хертог.
«Законы физики, которые мы проверяем в наших лабораториях, существовали не всегда. Они выкристаллизовались после Большого взрыва, по мере того, как наша Вселенная расширялась и остывала. То, какие именно законы возникнут, в большой степени зависело от физических параметров Большого взрыва. Изучая их, мы надеемся получить более глубокое понимание того, откуда берутся наши теории по физике, как они появляются, и уникальны ли они», — говорит ученый.
Один из волнующих выводов новой теории в том, что, по словам Хертога, она может помочь исследователям обнаружить следы параллельных вселенных в нашей. Это можно сделать, изучая микроволновые следы Большого взрыва.
Но каким-то образом перескочить из одной вселенной в другую вряд ли получится, уточняет ученый.
Источник
Последняя теория Стивена Хокинга о нашей Вселенной
Гениальный физик Стивен Хокинг перед смертью успел поделиться с миром еще одной своей идеей — в последней статье, написанной в соавторстве с Томасом Хертогом (Thomas Hertog) из Лёвенского католического университета (KU Leuven), он выдвинул теорию о зарождении Вселенной.
По их словам, Вселенная намного проще, чем предполагают современные теории о мультивселенной. Идея Хокинга и Хертога основывается на хаотической теории инфляции — сценарии развития Вселенной в инфляционной модели Вселенной, впервые предложенном в 1979 году и обоснованном в статье 1981 года .
После Большого взрыва Вселенная пережила период экспоненциальной инфляции. Затем расширение замедлилось, а энергия превратилась в материю и излучение.
Согласно хаотической теории инфляции, некоторые пузыри пространства вообще прекратили расширяться или замедлились почти до полной остановки, создав маленькие фрактальные островки статического пространства.
Тем временем в других пузырях пространства инфляция никогда не останавливается из-за квантовых эффектов, что ведет к образованию бесконечного количества мультивселенных.
Согласно этой теории, всё, что мы видим в видимой части Вселенной, находится в одном из таких пузырей, где инфляция остановилась, дав дорогу формированию звезд и галактик.
Обычная хаотическая теория инфляции предсказывает, что наша вселенная похожа на бесконечный фрактал с мозаикой разных карманных вселенных, разделенных расширяющимся океаном, — объясняет Хокинг.
Местные законы физики и химии могут различаться в разных кармашках вселенных, из которых состоит множественная Вселенная. Но мне никогда не нравилась идея множественной Вселенной. Если количество различных вселенных в мультивселенной велико или бесконечно, эту теорию нельзя будет протестировать .
Даже один из авторов хаотической теории инфляции не так давно отказался от этой модели. Пол Стейнхардт , физик из Принстонского университета, официально заявил, что эта теория взяла проблему, которую должна была решить,— теоретизировать Вселенную, которая бы совпадала с нашими наблюдениями ,— и просто перенесла ее в новую модель.
Хокинг и Хертог утверждают, что хаотическая теория инфляции неверна , потому что общая теория относительности Эйнштейна не выполняется на квантовом уровне.
Проблема в том, — объясняет Хертог, —что хаотическая теория инфляции предполагает существование вселенной, которая развивается согласно общей теории относительности, а квантовые эффекты по этой модели являются лишь небольшими отклонениями.
Динамика хаотической теории инфляции размывает разделение между классической и квантовой физикой. И в итоге, теория Эйнштейна целиком распадается в хаотической теории инфляции.
Последняя теория Хокинга основывается на теории струн — модели, которая пытается связать общую теорию относительности с квантовой теорией путем замены частиц-точек на маленькие, вибрирующие одномерные струны.
В теории струн голографический принцип предполагает, что пространство может быть описано на границе этого пространства, то есть вся информация, содержащаяся в некой области пространства, может быть представлена как «голограмма» — теория, которая «живёт» на границе этой области. Вселенная — это голограмма, в которой физическая реальность трехмерного формата может быть математически сжата в двумерные проекции на ее поверхности.
Ученые разработали вариант голографического принципа, который преобразует измерение времени в хаотической теории инфляции, что позволило им описать модель, не полагаясь на общую теорию относительности.
Это позволило математически сжать хаотическую теорию инфляции до безвременного состояния на пространственной поверхности в начале вселенной — создать голограмму хаотической инфляции .
Если отследить эволюцию нашей Вселенной обратно во времени, в какой-то момент мы окажемся на границе хаотической инфляции, где знакомое нам понятие времени теряет весь смысл, — объясняет Хертог.
В 1993 году Хокинг совместно с физиком Джеймсом Хартлом предложили идею “ безграничной теории ” или “ состояния Хокинга-Хартла ”. Они предположили, что до Большого взрыва с уществовало пространство, но не было времени . То есть Вселенная расширилась из одной точки, но у нее нет границ.
Согласно этой новой теории у ранней Вселенной все же была граница , именно это и позволило Хокингу и Хертогу вынести более надежные предсказания о структуре Вселенной.
Мы предсказываем, что наша вселенная, в самом большом масштабе, относительно равномерна и в общем-то конечна. Поэтому она не является фрактальной структурой,
Такой результат не опровергает теорию множественной Вселенной, но сокращает ее до более мелкого масштаба. А это означает, что теорию о мультивселенной будет проще протестировать в будущем, если выкладки Хокинга и Хертога будут подтверждены другими физиками.
Хертог планирует протестировать теорию, изучая гравитационные волны, которые могли быть созданы хаотической инфляцией.
Эти волны теоретически слишком велики, чтобы их мог зафиксировать LIGO, но их смогут уловить будущие интерферометры гравитационных волн, вроде космического LISA , и дальнейшие исследования реликтового излучения.
Подписывайтесь наш VK , там мы кстати не только публикуем статьи, но и проводим опросы наших подписчиков. Обнаружили что этот интсрумент реализован там очень удобно. Сейчас идет опрос на какую тему снять следующий ролик для нашего YouTube канала .
Источник