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
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 является трехмерной
МОСКВА, 17 окт – 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.
«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.
Источник
10 измерений наглядно: поберегите мозг
Мы живем в трехмерном мире. Вообразить большую мерность для нас – задача не из простых. Однако, теория струн говорит о 10 измерениях. Попробуем себе их представить.
1. Теория струн
Одна из наиболее распространенных теорий мира – теория струн . Чтобы объединить все физические взаимодействия (слабое и сильное, гравитационное и электромагнитное) в единую ипостась понадобилось изобретение подобной гипотезы.
Задачу эту она еще не решила, но основана на 10-мерном представлении о Вселенной . При других мерностях ничего не получается. Углубляться в теорию не будем. Скажу лишь, что над ней работали и работают: Саскинд, Грин, Шварц, Намбу, Нильсен, Шерк.
2. Привычный мир
Окружающая действительность для нас более-менее понятна. Что представляют из себя 3 и менее измерений мы можем представить.
Начнем с нулевого измерения. В геометрии оно представлено точкой. Что такое точка – каждый понимает. Это просто указание на объект. Она не имеет каких-то параметров длины или ширины. У нее нет размера.
Когда мы соединим две точки пространства – получим одномерную систему. Это линия. По ней можно передвигаться, но объекты здесь могут иметь только ширину.
Построив стандартную систему координат – получим двумерный мир. Здесь уже есть ширина и высота. С такими объектами мы сталкиваемся постоянно: изображение на мониторе, рисунки, игры являются двумерными.
Ну а добавив глубину, т.е. третью ось, получим наш мир. Все что мы видим вокруг – трехмерное (за редкими исключениями).
3. Временные ситуации
Эйнштейн сделал великое открытие: показал, что пространство и время взаимосвязаны. Поэтому, не так сложно представить 4-ое измерение.
Вообразите свою жизнь. Каждое ее мгновение можно зафиксировать в виде отдельного слепка. Если соединить все эти события – получим данное измерение. Четвертое измерение для вас – это кадры всей вашей жизни.
Согласно теории Мультивселенной, каждое мгновение мы создаем иную реальность в другом измерении. Вы вышли из дома и повернули налево, а в другом ответвлении вашего бытия – вы повернули направо. Это – пятое измерение.
С шестым немного сложнее. Предположим, вам сейчас 41 год. Где-то в параллельном мире есть другой вы, который стал олимпийским чемпионом. Как туда попасть? Вернувшись в прошлое через 5-ое измерение вы не попадете в то другое настоящее. Вы лишь сумеете как-то поменять события своего детства, чтобы прийти к этому результату.
Есть вариант проще – нужно изогнуть 5-ую мерность через шестую. Это позволит попасть не только в событие прошлого, но и любую возможную бытность в параллельном мире настоящего.
4. Рвем мозг
В более низких мерностях у нас была точка отсчета. В седьмом измерении их бесчисленное множество. Появляется возможность сделать начало любого события любым.
Восьмое измерение дает еще больше возможностей: бесконечное число начал и развитий событий. Прошлое и будущее имеет бесчисленное количество ответвлений. По сути, вы получаете шанс поменять во Вселенной всё: от начала до конца.
Девятая мерность позволяет создать бесконечное число Вселенных. Не только наш мир получает мультивариантность, но и любой другой: новые законы физики вам в помощь.
5. Точка
Если ваш мозг начал кипеть, то сейчас мы его добьём. Для этого понадобится десятое измерение. Так вот, вообразите все то, что мы выше перечисляли. Многочисленное число возможностей в бесчисленном ряде Вселенных. Получилось?
Источник