Строение Вселенной. Теории. Интересные факты
Вселенная (лат. universum) — весь мир который нас окружает, бесконечный во времени и пространстве и бесконечно различный по формам вечно движущейся материи. В современной астрономии наблюдаемая нами Вселенная называется Метагалактикой. Ее основными объектами являются звезды. Звездные скопления образуют галактики. Название нашей галактики — Млечный путь — содержит сотни миллиардов звезд, а в нашей Вселенной насчитывается сотни миллиардов галактик.
Галактики
Что такое галактика? – Основная структурная единица во Вселенной, галактика содержит — 150 — 200 миллиардов звезд; звездные системы разного вида, которые состоят из звезд, газовых и пылевых туманностей и межзвездного рассеянного вещества.
Есть одиночные галактики, но обычно они предпочитают располагаться группами. Как правило это 50 галактик, которые занимают в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает больше 40 галактик.
Скопления – это область с 50-1000 галактиками, которые могут достигать размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно заметить, что их скорости невероятно большие, а значит, должны преодолевать гравитацию. Однако они все же держатся вместе.
Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений.
Порой группы объединяются, тем самым формируя сверхскопление. Это одни из крупнейших вселенских структур. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, которая растянулась на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.
Черные дыры
Что такое Черные дыры? – Космические объекты, существование которых предсказано теорией тяготения Эйнштейна (общая теория относительности), как результат эволюционных изменений в крупных массивных звездах на последних стадиях их жизни, завершающихся неограниченным гравитационным сжатием (гравитационный коллапс).
По мнению американского физик Никодима Поплавского, они ведут в другие вселенные. Эйнштейн считал, что упавшее в черную дыру вещество сжимается в сингулярность. Согласно уравнениям ученого, с другой стороны черной дыры находится белая дыра — объект, из которого материя и свет только исторгаются. В паре они образуют кротовую нору, и все, что попадает туда с одной стороны и выходя с другой, образует новый мир. В начале 90-х годов XX века, физик Ли Смолин предложил похожую и в чем-то более странную гипотезу: он также верил во вселенные с той стороны черной дыры, но полагал, что они подчиняются закону наподобие естественного отбора: воспроизводятся и мутируют в ходе эволюции.
Поплавский со своей теорией может прояснить некоторые «темные» места в современной физике: к примеру, откуда могла взяться космологическая сингулярность до Большого взрыва и гамма-всплески на краю нашей Вселенной, или почему Вселенная не сферическая, а, как видно, плоская. Даже скептикам не кажется, что теория Поплавского менее правдоподобна, чем догадка Эйнштейна насчет сингулярности.
Размерность Вселенной
Проблема размерности Вселенной интенсивно рассматривается уже больше 100 лет. Ряд явлений и уникальных экспериментов показывает, что видимый физический мир, может быть, является только подпространством Гиперпространства и образует в нем сложное «геометрическое образование». О том, что наша Вселенная – многомерный объект, писалось в «Тайной Доктрине» и Е. Блаватской.
Еще ученые в Древней Греции для описания физических процессов нашего мира, в частности движения небесных тел, использовали понятия взаимовложенных концентрических сфер. На базе их представлений Аристотель создал теорию так называемых гомоцентрических сфер и дал ей «физическое» обоснование. По его теории, небесные тела считаются жестко прикрепленными к комбинации скрепленных между собой жестких сфер с общим центром, при этом движение от каждой внешней сферы передается внутренним. В последствии эта теория не нашла распространения и была отброшена (удивительно, но эта теория полностью совпадает с предложенным процессом!).
Плотность материального вещества в космическом пространстве в окрестностях Солнца составляет 0,88·10-22 кг/м3. Это больше чем в тысячу миллиардов миллиардов раз меньше плотности воды. Что же может удерживать в таком практически пустом пространстве структуры звезд и галактик на четко обозначенных траекториях?
Распределение материи во Вселенной
В 1970-е годы группа советских и американских ученых под началом академика Зельдовича предприняла попытку построить объемную модель распределения материи во Вселенной. Для этой цели в компьютер были введены данные расстояний до многих тысяч галактик. Результат получился ошеломляющим – галактики, объединенные в метагалактики, располагались в пространстве как бы на гранях некой ячеистой структуры с шагом порядка 100 млн. световых лет. Внутри этих ячеек наблюдалась относительная пустота. Говоря по другому, пространственно-временной континуум оказался структурированным! Это сильно ослабило авторитет теории Большого Взрыва и сторонников фридмановской модели Вселенной.
Вероятно, кроме нашей метагалактики существует еще множество метагалактик, совокупность которых образует систему огромных размеров – так называемую терагалактику («террас» означает «чудовище»); множество терагалактик образует систему еще более колоссальных размеров и т. д.
Еще гипотезы
1908 год – ученый Шарлье (Франция) выдвинул гипотезу, по которой Вселенная представляет из себя последовательность систем все больших размеров. Звезды образуют звездные скопления, объединяющиеся в галактики. В свою очередь галактики образуют скопления галактик, составляющих метагалактику. И таким образом размеры этих огромных звездных систем должны нарастать до бесконечности. Это так называемая дискретная самоподобная космологическая парадигма, подчеркивающая иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик.
Гипотезы Шарлье в то время не имела особой популярности. Это объясняется тем, что одновременно появилась общая теория относительности, которая поразила умы своей необычной идеей о конечной, но неограниченной Вселенной. Но результаты наблюдений пока не дали убедительных доказательств в пользу выводов теории относительности и конечности Вселенной. Гипотеза бесконечной Вселенной кажется в большей степени правдоподобной. В такой ситуации модель Шарлье приобретает особый интерес.
Действительно, предложенный в монографии подход о пространстве, состоящем из взаимовложенных друг в друга сфер, совпадает как с гипотезой Шарлье, так и с дискретной самоподобной космологической парадигмой. Причем, как отмечает профессор Г. Альвен, гипотеза Шарлье объясняет парадокс Ольберса, по которой, если галактики равномерно распределены во Вселенной, то общая интенсивность их излучения будет необычайно велика, чего на самом деле не наблюдается. Кроме этого, гипотеза Шарлье позволяет избежать еще одной неприятности, связанной с тем, что при однородном распределении вещества во Вселенной необычно нарастает сила тяготения, обусловленная удаленными областями пространства.
Потому, по мнению автора монографии, Вселенную необходимо рассматривать, в соответствии с гипотезой Шарлье как последовательность концентрических сфер все больших размеров. К тому же «вопрос о том, что представляет из себя Вселенная без указания размерности пространства, из которого производится наблюдение, лишен смысла».
Недавно этому появилось научное подтверждение.
Новые гипотезы строения Вселенной
Английский физик Роджер Пенроуз из Оксфорда и его коллега Ваган Гурзадян из Ереванского физического института после тщательного изучения т.н. реликтового излучения – микроволнового фона, который остался после Большого взрыва и сохраняющий информацию о зарождении Вселенной и ее развитии, обнаружили во Вселенной странные неоднородности в виде концентрических кругов.
По мнению ученых, Вселенные возникают чередой – одна за другой. И конец предыдущей становится началом последующей.
«В будущем наша Вселенная возвратиться в то состояние, в котором она была в момент Большого взрыва, – говорит Пенроуз, – станет однородной. И из бесконечно большой снова превратится в бесконечно малую». Кстати, аналогичного мнения придерживаются и астрофизики Пол Стейнхардт из Принстона и Нейл Турок из Кембриджа.
В наше время появляется много новых теорий и гипотез о строении Вселенной, в частности, ученые приходят к выводу, что «наша Вселенная существует внутри Вселенной с бОльшим числом измерений пространства».
Все эти примеры убедительно показывают, что эволюция любой системы от микро- до мега размеров осуществляется развертыванием первичноцелостной монады на составляющие ее координаты материи. Указанное развертывание происходит путем последовательного усложнения системы с троичным переходом от более простой системы к более сложной с образованием трех взаимовложенных миров. Причем каждая следующая ось имеет свое пространство, в котором находится предшествующая ось со своим собственным пространством. К примеру, трехмерный объект, движущийся в пространстве оси у, в то же время совершает движение в пространстве собственной оси развития х.
Таким образом, теория связанных пространств лежит в основе строения человека, Земли и Вселенной. При этом выстраивается иерархическая структура всего пространства, состоящего из вложенных друг в друга иерархических сфер системы пространства. Отсюда становится понятной иерархическая система структур Вселенной.
Значит, в Природе существует подобие форм и свойств структур независимо от их пространственного масштаба, а Вселенная определяется как многомерная система в виде иерархии структур.
Имеет ли Вселенная границы
Отсюда также следует ответ на вопрос, есть ли у Вселенной границы. При рассмотрении развития Вселенной согласно предлагаемой теории связанных пространств ответ будет однозначный – у Вселенной, как и всего в нашем мире, есть границы. Только эти границы до такой степени велики, что человек не в состоянии охватить их своим умом. Это совпадает с мнением А. Эйнштейна: по его мнению, Вселенная представляет из себя замкнутую оболочку гиперсферы. Современная наука считает Вселенную многомерной, в которой наша «местная» трехмерная Вселенная является только одним из ее слоев, что также совпадает с теорией связанных пространств.
Эта теория дает возможность также объяснить парадокс, возникший с движением двух космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11», которые первые в истории человечества вышли за пределы Солнечной системы. По непонятной причине произошло их торможение, хотя казалось бы, они движутся в безвоздушном пространстве и торможения быть не должно. Исходя из предложенной в монографии гипотезы, выйдя за пределы Солнечной системы космические аппараты оказались в другом пространстве, в котором вектор развития направлен перпендикулярно, потому новое пространство имеет абсолютно другие характеристики по сравнению с предыдущим.
Новая научная парадигма уже возникает на основе тех знаний, которые накоплены человечеством. Многомерное строение Вселенной постепенно становится понятным и объяснимым фактором. Это дает основание утверждать, что найдены общие закономерности в иерархии систем.
Интересные факты о Вселенной
• Самым отдаленные звезды, которые нам видны, выглядят так-же, как выглядели 14 000 000 000 лет назад. Свет от этих звезд доходит до нас сквозь пространства через многие миллиарды лет, причем имеет скорость 300 000 км/сек.
• Таинственные Черные дыры – одни из самых любопытных и малоизученных объектов Вселенной. Они обладают до такой степени громадным притяжением, что выйти за пределы Черный дыры ничто не может, даже свет.
• Во Вселенной имеется гигантский пузырь, в составе которого имеется только газ. Появился он, по вселенским меркам, не так давно, только через два миллиарда лет после Большого Взрыва. Длинной пузырь – 200 миллионов космических лет, а расстояние от Земли до него – 12 миллиардов космических лет.
• Квазары – невероятно яркие объекты (намного ярче Солнца).
• В Солнечной Системе существует тело, похожее на Землю. Это спутник Сатурна, Титан. На его поверхности есть реки, вулканы, моря, а атмосфера имеет высокую плотность. Расстояние от Сатурна до его спутника приблизительно равно расстоянию от Земли до Солнца, соотношение массы тел примерно такое же. Однако разумной жизни на Титане, скорей всего не будет из-за водоемов – состоящих из метана и пропана.
• Невесомость в космосе, плохо влияет на здоровье человека. Одним из самых значительных изменений в организме человека в невесомости являются потеря кальция костями, перемещение жидкостей вверх и ухудшение работы кишечника.
Источник
Наша Вселенная — огромная нейронная сеть, и вот почему
10 сентября 2020 года мир облетела новость о том, что мир, по мнению физика Виталия Ванчурина, может быть огромной нейронной сетью. Специально к старту новых потоков курса «Machine Learning» и версии для подготовленных спецов «Machine Learning Pro + Deep Learning» представляем вам перевод материала — рассуждения о таком подходе к модели мира в свете других современных и порой весьма смелых теорий.
Несколько дней назад я прочитал статью Виталия Ванчурина на arXiv «Мир как нейронная сеть». Моей первой мыслью было, что это будет что-то о гипотезе симуляции, но, прочитав часть статьи, я понял, что она не совсем об этом. Сегодня в физике наиболее популярна теория струн (или теории, потому что их много).
Согласно теории струн, пространство имеет 9 или более измерений и фундаментальный объект — это суперструна. Струны вибрируют в пространстве высокой размерности, а каждая частица Вселенной — это вибрация суперструны. Фундаментальный объект в теории Ванчурина — нейрон; Вселенная может описываться как нейронная сеть.
Нейронные сети — это тренируемые математические структуры, вдохновлённые человеческим мозгом. Нейрон такой сети — несложный блок обработки, который обычно описывается простой математической функцией. Нейронная сеть — это также граф, его нейроны зависят от силы соединения (настраиваемых самой нейронной сетью весов). Итак, нейронная сеть — это нечто, похожее на компьютер, который программируется весами. Ванчурин в своей статье показывает, что Вселенная может описываться как нейронная сеть, и он может вывести из неё и квантовую механику, и общую теорию относительности. Это по крайней мере такая же хорошая модель Вселенной, как струны или что-то другое. Статья Ванчурина полна математики и читать её трудно, если вы не математик или физик. Ниже — суть в двух словах.
Теория Ванчурина очень впечатляет, и важно отметить, что модель нейронной сети в этой работе — не «думающая машина», она не распознаёт паттерны и т. д., которые мы используем в компьютерных технологиях. Ванчурин применяет модель нейронной сети как математическую модель частиц.
Но что, если частицы и даже пространство и время не фундаментальны во Вселенной? Нефундаментальность пространства-времени необычна, но не нова. Дональд Хоффман — большой проповедник теории «сознательной Вселенной». В его теории фундаментальная вещь — сознательный агент, а пространство-время — возникающие свойства сознательного опыта.
В конце XIX века Эйнштейн дал новое определение пространства и времени, которые были неприкасаемыми фундаментальными свойствами реальности. Он предположил, что скорость света постоянна для каждого наблюдателя, и этот закон более фундаментален, чем независимость времени.
На этом основывалась специальная теория относительности. Другой пример — квантовая механика, где нелокальность кванта предполагает нечто отличное от нашего повседневного опыта.
Хотя теория пространства и времени Хоффмана более радикальна, эти случаи — хорошие примеры того, что иногда сомнение в фундаментальных вещах может быть основой хорошей теории. В теории Хоффмана фундаментальная реальность — это иерархическая структура сознательных агентов, а вся переживаемая реальность с её пространством и временем представляет собой что-то вроде «гарнитуры» в нашем сознании, поэтому теория очень близка к гипотезе симуляции.
Несколько лет назад я написал эссе на тему «Как построить симулированную реальность?!». В этом эссе я попытался представить будущее, в котором реальна загрузка разума, и задал вопрос: каков оптимальный способ создания симулированных реальностей для загруженных сознаний?
Впервые я прочитал о выгрузке сознаний в знаменитой книге Рэя Курцвейла The Singularity is near. Выгрузка разума — это полная цифровизация человеческого мозга. Технология, где мозг копируется нейроном за нейроном и моделируется на цифровом компьютере. Если человеческий разум — это результат работы мозга, то эта имитированная копия будет полностью идентична человеческому разуму. Итак, если выгрузка разума возможна, как можно создать оптимальную симулированную реальность для оцифрованных разумов?
Первое решение
Первое решение — моделирование реальности по частям, но это очень расточительно и требует невероятно огромных вычислительных мощностей.
Тогда что можно сделать?
Можно сделать так, как делается в любой компьютерной игре: отображать только то, что видит пользователь. У нас 5 чувств, поэтому визуализации недостаточно, нужны запахи, звуки и т. д. Но модель та же: воспроизводится только то, что мы наблюдаем.
Некоторые интерпретации квантовой механики говорят нечто подобное о реальности. В этих интерпретациях реальны только наблюдаемые вещи. Но этот «трюк» не решает проблему вычислительной мощности, потому что смоделированная реальность будет согласованной только в том случае, если частицы моделируются, когда они не наблюдаются.
Например, если я держу яблоко в руке и закрываю глаза, яблоко должно быть в руке, когда я снова открываю глаза. В квантовой механике волновая функция описывает частицы, когда их никто не наблюдает, и она коллапсирует в реальный объект, когда наблюдатель наблюдает за ними.
Для моделирования волновой функции также потребуются огромные (почти бесконечные) вычислительные мощности. К счастью, есть еще один «трюк» для решения этой проблемы. Если целью является моделирование реальности для наблюдателя, достаточно учесть ожидания наблюдателя. Если мы будем придерживаться примера с яблоком, когда я открываю глаза, я ожидаю, что яблоко будет в руке.
Итак, если система знает о моих ожиданиях, она может имитировать для меня полностью согласованную реальность. Передача ожиданий — это что-то вроде проецирования реальности. Человеческий мозг делает это изо дня в день. Мы всегда воспринимаем только частички реальности, а наш мозг добавляет к ней недостающие части. Но что, если эти части реальности происходят не извне, а из проекции другого разума?
Если вам интересно, как наш мозг проецирует реальность, посмотрите выступление Анила Сета на TED по этой теме.
Моя гипотетическая система симуляции ничего не симулирует, а только «объединяет» проекции разных сознаний, чтобы создать из них непротиворечивую реальность, поэтому я называю эту симуляцию «машиной согласованности». Машина согласованности собирает прогнозы из загруженных сознаний отдельных людей, объединяет их и представляет им согласованную реальность. Машине согласования не нужна внешняя память, и ей не нужно моделировать какие-либо частицы. Она передаёт только стимулы для пяти чувств из объединённых проекций.
Но что, если машина согласованности не сможет объединить прогнозы потому, что между ними существует основное противоречие? В этом случае машина согласованности должна изменить ожидания, чтобы синхронизировать их. Ожидания индивидуального разума исходили из прошлого опыта, поэтому манипулирование разумом и изменение ожиданий — это что-то вроде путешествия во времени. Машина согласованности «возвращается в прошлое» и меняет события, чтобы синхронизировать ожидания. Это также идеальное решение для защиты модели. Если бы кто-то смог доказать, что мы живем в симуляции, машина согласованности могла бы вернуться в прошлое и залатать «дыру в безопасности». Таким образом, в этой системе вы никогда не сможете доказать, что система — симуляция.
В 2012 году Рэй Курцвейл опубликовал теорию о том, как работает человеческий разум. Согласно этой теории, неокортекс человеческого мозга построен из модулей распознавания образов. Модуль — это группа нейронов, способных распознать паттерн. Эти модули связаны между собой в иерархическую структуру. Модули нижнего уровня распознают примитивные шаблоны и отправляют сигналы вперед модулям более высокого уровня, а модули более высокого уровня, в свою очередь, могут также отправлять сигналы модулям нижнего уровня для их активации.
В этой модели мышление представляет собой что-то вроде ассоциативной цепочки активаций распознавателя образов. Во многих случаях распознаватели образов конкурируют друг с другом, и на более высоком уровне решается, какой модуль выиграл. Также в этой модели сознательный опыт является результатом конкуренции на верхнем уровне иерархии. Модель способна обеспечить согласованность на верхнем уровне. Если есть несоответствие на каком-либо уровне, распознаватель шаблонов отправляет сигналы модулям нижнего уровня, чтобы заблокировать их или изменить активации нижнего уровня.
Распознаватели образов Курцвейла — это что-то вроде сознательных агентов Хоффмана. Разница в том, что агенты Хоффмана представляют собой более абстрактные фундаментальные объекты, а распознаватели Курцвейла — это примитивные модули, построенные из группы нейронов.
Обе теории утверждают, что человеческое сознание — результат иерархии. Иерархическая сеть модулей, которая приводит к последовательному сознательному опыту, очень похожа на машину согласованности. Что, если индивидуальный разум (я) находится не на верхнем уровне в иерархии модулей, а в структуре только среднего уровня? Здесь вершина иерархии — не индивидуальный разум, а глобальное сознание верхнего уровня, содержащее индивидуальные сознания и поддерживающее согласованность переживаемой ими реальности. Это что-то вроде гигантского мозга со множеством личностей.
Хотя множественность личностей звучит странно, она не так уж необычна, как можно подумать. Один из любимых примеров Хоффмана — эксперименты с разделенным мозгом. Каллозотомия — это хирургическая процедура для лечения резистентной с медицинской точки зрения эпилепсии. При этой процедуре мозолистое тело перерезается, чтобы ограничить распространение эпилептической активности между двумя половинами мозга. После процедуры во многих случаях пациент ощущает себя двумя личностями. Такие эксперименты предполагают, что каждый человеческий мозг состоит из двух сознательных сущностей, но если две половины мозга связаны между собой, они образуют одну последовательную личность.
В модели глобального сознания индивидуальные сознания взаимосвязаны одинаково, что воспринимается этими сознаниями как непротиворечивая реальность. В такой модели пространство, время, частицы и каждый элемент реальности — результат взаимосвязи сознаний.
Если пространство-время и частицы являются только результатом взаимосвязанных сознаний, то что можно сказать о «внешней» объективной реальности? Почти ничего. Но если предположить, что глобальное сознание построено из абстрактных нейроноподобных математических структур, то можно сравнить его с текущей физической моделью.
В современной модели физического мира Вселенная возникла из ничего во время Большого взрыва, и ее самый фундаментальный строительный блок — суперструна.
Суперструны — это математические структуры большой размерности, которые образуют частицы. Каждую частицу можно описать вектором состояния, и физические законы являются операторами этих векторов. Со временем эти операторы непрерывно преобразуют векторы состояния.
Сознание — результат эволюции, а причина его образования — антропный принцип. Антропный принцип — это простой и элегантный ответ на вопрос, почему существует наша Вселенная и почему она адаптирована для осознанной разумной жизни.
Возможно, в мультивселенной есть множество вселенных, но во вселенных, которые не созданы для сознательной разумной жизни, некому спросить: «Почему моя вселенная построена именно так?». Мультивселенная играет в лотерею, и наша Вселенная выиграла джекпот: это мы. Нейросеть Вселенной подобна этому. Она также могла возникнуть из ничего, но построена из нейронов, а не из частиц. На самом низком уровне нейроны и частицы очень похожи.
И нейроны, и частицы представляют собой описываемые вектором состояния математические структуры, который непрерывно трансформируется по законам нейронов через их взаимодействия. Возможно, существует много пустых нейронных Вселенных, но некоторые из них подходят для некоей эволюции и в ней развиваются сознательные сущности.
Корректна ли эта модель для нашей Вселенной? Может быть и так, и, как написано выше, возможно, мы никогда не сможем доказать или опровергнуть, что наша Вселенная является нейронной сетью или нет.
Что можно сделать, исходя из этой теории? Если Хоффман прав и пространство-время не является фундаментальным, то, по его словам, возможно, мы сможем как-то «взломать Вселенную».
Если он не прав и сознание — результат функции мозга и может быть объяснено физическими законами, тогда мы сможем смоделировать их и в будущем построить наши собственные реальности. Так что правильный вопрос: «Когда мы будем жить в симуляции или мы уже живем в ней?»
Источник