Вселенная существует не вечно это подтверждается

Вселенная не имеет начала и существует вечно

Теория «радужной» гравитации утверждает, что наша Вселенная не имеет начала и существует вечно

Думать, что возраст нашей вселенной составляет 13,8 миллиарда лет достаточно сложно. Но теперь исследователи предполагают, что Вселенная простирается назад во времени бесконечно, и нет особой точки, где она началась.

Эта идея является следствием теории «радужной» гравитации, которая не получила широкого признания среди физиков, хотя многие считают, что она интересна.

Своё название теория получила из-за предположения, что сила тяжести в космосе по-разному действует на свет с разными длинами волн, которые соответствуют цветам радуги.

Теория была предложена 10 лет назад в попытке примирить различия между теориями общей теории относительности и квантовой механики.

Исследователи утверждают, что она подчёркивает недостатки в теории Большого Взрыва, которая предполагает, что вселенная родилась около 13,8 млрд. лет назад, когда взорвалась бесконечно плотная точка, известная как «сингулярность».

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, объекты огромной массы так деформируют пространство-время, что всё, проходя через него — даже свет (независимо от его частоты) — искривляет свою траекторию.

Теория Большого Взрыва была сформулирована в 1922 году Александром Фридманом.

Фридман работал с уравнениями общей теории относительности Эйнштейна и нашёл решение этих уравнений, исходя из которых, Вселенная началась из состояния с высокой плотностью и температурой.

«В теории «радужной» гравитации, на частицы с разными энергиями будут воздействовать разные гравитационные поля», говорит Адель Авад из центра теоретической физики в технограде Зевайл в Египте. Согласно статье, опубликованной в журнале Scientific American, исследователи обнаружили два возможных истока Вселенной на основе немного различных интерпретаций последствий «радужной» гравитации.

По одной из них, если идти во времени назад, то Вселенная становится более плотной — приближаясь к бесконечной плотности, но никогда не достигая её.

В другом сценарии Вселенная достигает чрезвычайно высокой, но конечной, плотности, а затем становится постоянной.

Профессор Авад утверждает, что в обоих сценариях, отслеживая путь материи и света во Вселенной, мы не придём к бесконечно малой точке происхождения, известной как Большой Взрыв.

В течение следующих нескольких лет учёные планируют найти признаки «радужных» гравитационных эффектов, изучая гамма-всплески и другие космические явления.

Источник

Наша Вселенная не вечна

29-06-2012, 12:29 | Наука и техника / Космические исследования | разместил: Редакция ОКО ПЛАНЕТЫ | комментариев: (0) | просмотров: (5 537)

Наша Вселенная не вечна

Согласно доминирующей сегодня модели происхождения Вселенной, она появилась около 14 млрд лет назад в результате Большого взрыва. Но есть и сценарии, по которым наша Вселенная представляется вечной, то есть момента рождения у неё просто не было. Другие утверждают, что Вселенная когда-то образовалась, но было это не миллиарды, а триллионы или даже квадриллионы лет назад.

Профессор Александр Виленкин, директор Института космологии при Университете Тафтса (США), проанализировал существующие сценарии вечной Вселенной и доказал, что все они противоречивы.

В последнее десятилетие из-за ряда трудностей в существующей теории развития Вселенной часто появляются альтернативные сценарии развития, с которыми мы стараемся знакомить вас по мере сил и возможностей. Подпитывает их многое. Одним из самых сложных моментов общепринятой модели является то, что Вселенная в момент Большого взрыва должна была представлять собой не комок вещества определённых размеров, а лишённую каких бы то ни было размеров нульмерную точку, так называемую точку сингулярности. Соответственно, в этой точке плотность материи и энергии должна была достигать бесконечности, равно как и температура, что в физическом смысле очень и очень сложно представить. Плотность и температура не могут быть одновременно бесконечными, так как при бесконечной плотности мера хаоса стремится к нулю, что никак не совместимо с бесконечной температурой.

Ещё сложнее понять причины Большого взрыва. Попытки списания их на квантовые флуктуации и прочее тоже пока не слишком гладки.

Среди альтернативных мейнстримных гипотез часто выплывают теории «вечной Вселенной». По ним, у Вселенной не было начала — а значит, проблемы объяснения Большого взрыва там решаются проще. Тем не менее большие теоретические трудности есть не только у такого рода построений: альтернативы тоже грешат нестыковками.

Согласно одному из таких сценариев, Вселенная представляется вечной и в среднем постоянно расширяющейся. Скорость расширения может меняться от одной области к другой, при этом могут наблюдаться даже периоды сжатия. Но сжатие всегда компенсируется последующим расширением так, что объём Вселенной в среднем увеличивается. При этих условиях, построив геодезические линии (то есть проделав обратную экстраполяцию каждой точки по времени назад), можно доказать, что как минимум одна геодезическая линия не может быть продолжена бесконечно далеко в прошлое. Напомним, что геодезическая линия — это обобщение понятия «прямая» в искривлённых пространствах, в данном случае в трёхмерном. А для утверждения того факта, что Вселенная существовала не всегда, такая невозможность продолжить в прошлое все «прямые» уже достаточна.

Второй сценарий вечного существования Вселенной — это периодическое сжатие и расширение. Это целая группа так называемых циклических теорий, по которым Вселенная живёт и расширяется, после чего сжимается до некоторого минимального объёма и опять расширяется. Камнем преткновения таких теорий стал второй закон термодинамики, согласно которому энтропия может только возрастать. А значит, предыдущие циклы были бы намного короче и вещество в них было бы намного горячее, чем в момент последнего Большого взрыва, что маловероятно. Энтропия (мера беспорядка системы) должна всегда расти. И если мы возьмём Вселенную, раздуем её, а потом схлопнем, то во второй раз мера беспорядка Вселенной будет значительно выше, чем до схлопывания. Так же происходит и со стеклянным стаканом, который падает и разбивается. До падения он представляет собой цельную конструкцию, а после него — набор осколков. Даже если собрать их в кучу, стаканом они не станут.

Кроме того, эволюция такой системы шла бы, сами понимаете, в каком направлении. «Энтропия растёт во времени, — замечает профессор Виленкин, — и если бесконечно долго подождать, то система придёт к термодинамическому равновесию. А это означает, что никаких галактик и прочих наблюдаемых вещей не окажется: грубо говоря, все разобьётся».

Едва ли не единственный аргумент против такого сценария заключается в том, что наблюдаемая энтропия — это не энтропия в чистом виде, а её показатель на единицу объёма. Эта удельная энтропия может остаться невозрастающей или даже убывающей, если на каждом цикле размер Вселенной будет увеличиваться. И сформировать звёзды и галактики тогда можно. Но тогда Вселенная будет в среднем расширяться, однако, исходя из выводов первого сценария, мы уже знаем, что такая Вселенная вечной быть не может.

Тут, правда, есть нюанс, а именно теория Стейнхардта и Тюрока. Она не является теорией вечно существующей Вселенной в чистом виде, но также отрицает Большой взрыв как «день рождения» всего сущего. По ней, у мироздания может быть начало, но оно было невероятно давно. Тёмная энергия — это единое энергетическое поле, пронизывающее всю Вселенную, в основном заполненную вакуумом. Плотность энергии вакуума на более ранних этапах эволюции Вселенной была намного выше, чем сейчас, а затем упала до наблюдаемых экспериментально значений. Процесс уменьшения плотности вакуума происходил не постепенно, а скачками, причём каждый новый скачок занимал больше времени, чем предшествующий. Для достижения текущего значения плотности вакуума требуется время, намного превосходящее 13,5 млрд лет, прошедших с момента Большого взрыва. Стейнхардт и Тюрок воспользовались идеей о постепенно снижающейся плотности вакуума, так как она отлично укладывалась в их модель длинных циклов развития Вселенной, каждый из которых занимает один триллион лет. В далёком прошлом, сотни, если не тысячи циклов назад, величина лямбда-члена (плотность вакуума, космологическая постоянная) была очень большой. Тогда, сотни триллионов лет назад (или более), не могли возникнуть условия для появления сколько-нибудь значимых неоднородностей (скоплений вещества типа звёзд и галактик): Вселенная была безжизненным пространством с рассеянным по нему очень редким веществом.

Недавно, несколько циклов или триллионов лет назад, снижение плотности вакуума дошло до таких значений, когда у обычного вещества появилась возможность превратиться в те крупномасштабные космические неоднородности (галактики, звёзды), которые и характеризуют нашу Вселенной с очень маленьким значением лямбда-члена (космологической постоянной). Так они решают проблему разрыва между наблюдаемой и теоретически верной плотностью вакуума.

Эту теорию тоже трудно назвать безупречной: очень много «пиротехнических эффектов»; это, по сути, новая телеология, только вместо учения о целесообразности наблюдаемого бытия, апеллирующего к разумной творческой воле Бога, нам предлагают «удревнить» историю Вселенной в тысячи (и более) раз, только чтобы плотность вакуума совпала с наблюдаемой. Самое главное, по Полу Стейнхардту, — начало очередного цикла сжатия-расширения Вселенной вызывается циклическим столкновением нашей Вселенной с параллельной. Совершенно непонятно, почему Стейнхардт и Тюрок постулируют параллельность этих двух изначальных вселенных друг другу. Из чего вытекает эта исходная посылка? Как видим, проблему «первоначального устройства» решить не удалось и здесь.

Итак, постоянно расширяющейся вечной Вселенной быть не может, сценарии как с циклически сжимающейся-разжимающейся, так и сжимающейся-разжимающейся с ростом объёма Вселенной тоже не работают.

Как отмечает Александр Виленкин, эти сценарии противоречивы в первую очередь потому, что невозможно провести через расширяющуюся в среднем Вселенную геодезическую линию. Значит, нужно придумать такой вариант, согласно которому теорему можно обойти.

«Такой сценарий, — отмечает учёный, — был недавно предложен космологом Жоржем Эллисом. Альтернативная вечная Вселенная могла сначала, в течение бесконечно долгого времени, быть статичной, а расширяется она только последние 14 млрд лет. То есть в среднем такая Вселенная не расширяется».

Однако и на этот сценарий находится опровержение. Это далеко не тривиальное заключение, но можно доказать, что стационарная Вселенная оказывается неустойчивой по отношению к квантовым эффектам, и вероятность коллапса до сингулярного состояния отлична от нуля. Попросту говоря, любая статичная вселенная рано или поздно в силу случайной квантовой флуктуации схлопнется. За бесконечно долгое время она должна была схлопнуться обязательно. Вроде бы, как мы видим на примере нашей Вселенной, этого не произошло.

О доказательствах противоречивости сценариев вечной Вселенной профессор Виленкин рассказал во время Гинзбурговской конференции по физике, которая проходила в ФИАНее с 28 мая по 2 июня 2012 года.

Отметим, что вышеперечисленные доказательства относятся только к тем случаям, когда наша Вселенная действительно является вечной и более или менее замкнутой системой. Поэтому отдельных теорий, постулирующих, что возраст всего сущего больше, но не бесконечен, эти доводы не касаются. То же относится к гипотезам, исходящим из того, что наша Вселенная не является замкнутой системой. Вспомним хотя бы теорию Никодема Поплавского, согласно которой мы все находимся внутри чёрной дыры в «прародительской Вселенной». Там возраст материи, из которой состоит наша Вселенная, может быть больше 13,5 млрд лет. Ведь в такую ЧД проваливалась бы материя из исходной Вселенной, постоянно подпитывая энергией и веществом нашу, а возраст этой самой исходной Вселенной нам неизвестен. Теория Поплавского, по сути, не относится к теориям вечной Вселенной: мы никогда не увидим прародительскую Вселенную, поэтому вечна ли она, велик ли её возраст или нет, нам никогда не узнать.

В общем, в лагере альтернативных Большому взрыву теорий «вечной Вселенной» непротиворечивой модели пока нет. И не будет?

Источник

Может ли Вселенная существовать бесконечно?

13,8 миллиардов лет назад Вселенная представляла собой сингулярность — пространство, бесконечно сжатое высоким давлением. Однако менее чем за одну долю миллиардной секунды эта крохотная точка расширилась до невероятных размеров. Классическая история нашей Вселенной имеет начало, середину и конец. Так, согласно общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, со временем расширение Вселенной должно замедлиться. Однако реальность рисует совершенно иную картину: Вселенная продолжает расширяться все быстрее и быстрее. Причиной такого несоответствия ученые считают таинственную темную энергию, однако не исключено, что наше понимание Вселенной и ее эволюции необходимо пересмотреть.

Существует множество предположений о том, как зародилась и почему существует наша Вселенная

С чего все началось и могло ли быть иначе?

Вселенная начала расширяться сразу после Большого взрыва. Скорость расширения на раннем этапе ее эволюции — этот процесс называется космологической инфляцией — была значительно больше, чем после окончания инфляции. Так, постепенно Вселенная расширялась и охлаждалась, но лишь с долей начальной скорости. В течение следующих 380 000 лет Вселенная была настолько плотной, что космос представлял собой непрозрачную, сверхгорячую плазму рассеянных частиц. Когда Вселенная охладилась достаточно для того, чтобы образовались первые атомы водорода, она стала прозрачной для прохождения света. Затем излучение вспыхнуло во всех направлениях и Вселенная была на пути к тому, чтобы стать такой, какой мы видим ее сегодня — пустое пространство, которое чередуется со сгустками газа и пыли, звезд, галактик, черных дыр и других форм материи и энергии. В конце концов, согласно некоторым моделям, все сгустки вещества разойдутся так далеко друг от друга, что постепенно исчезнут. Вселенная станет холодным однородным супом из изолированных фотонов. Но что, если Большой Взрыв не был началом всего этого?

Теория Большого взрыва настолько общепринята, что иногда можно забыть о том, что это лишь теория, в которой есть недостатки. Именно по этой причине ученые предлагают самые разные варианты развития событий. Так, выдвигались предположения о том, что Большой взрыв, возможно, был скорее «Большим отскоком» — неким поворотным моментом в продолжающемся цикле сокращения и расширения Вселенной. Еще одно предположение гласит, что Большой взрыв стал точкой отражения, когда зеркальное отображение нашей Вселенной расширяется за «другую сторону», в которой антивещество заменяет материю, а само время течет в обратном направлении. Согласно третьему предположению Большой взрыв — это точка перехода во Вселенной, которая существовала всегда и продолжит расширяться бесконечно. Все эти теории находятся за пределами основной космологии, но все они нашли поддержку среди уважаемых ученых. Растущее количество новых, конкурирующих друг с другом теорий, говорит о том, что, возможно, пришла пора пересмотреть сам факт того, что Большой взрыв знаменует собой начало пространства и времени.

Вселенная, которую мы в настоящее время видим, состоит из скоплений газа и пыли, звезд, черных дыр и галактик

Что, если Большого взрыва на самом деле не было?

В академических кругах не раз высказывалась идея о том, что Большого взрыва… не было. Так, Эрик Лернер, автор одноименной книги, которую он написал еще в 1992 году, представил результаты исследования, согласно которым, как пишет издание Invers, существует несоответствие между теорией Большого взрыва и наблюдаемыми фактическими данными. «Для развития космологии необходимо отказаться от основной гипотезы Большого взрыва», — говорится в заявлении Лернера. «Настоящий кризис в космологии заключается в том, что Большого взрыва никогда не было».

Речь идет о несоответствии доказательств присутствия лития в космосе, о чем астрономам, по словам Лернера, уже давно известно. Сегодня ученые считают, что точное количество гелия, дейтерия и лития было получено в результате реакций синтеза в плотном, очень горячем облаке химических элементов, появившемся после Большого взрыва. Однако Лернер, который провел десятилетия детально наблюдая за такими реакциями говорит, что результаты его и других ученых не совпадают с давними теориями, основанными на наблюдениях более старых звезд. Он обнаружил, что в старых звездах наблюдается менее половины гелия и менее одной десятой лития, чем предсказывает теория нуклеосинтеза Большого взрыва, согласно которой четверть всей массы Вселенной состоит из гелия. Лернер убежден, что ни литий, ни гелий не были созданы до появления первых звезд в нашей галактике.

Могла ли наша Вселенная возникнуть из ничего?

Однако далеко не все ученые согласны с теорией Лернера. По мнению профессора астрономии из университета Южной Калифорнии Ваэ Перумяна, Лернер редко ссылается на рецензируемые статьи, а многие его аргументы не выдерживают критики. Так, Перумиан считает, что микроволновое космическое фоновое излучение (или реликтовое излучение), которое свидетельствует о радиации, исходящей от Большого взрыва, является опорой космологической теории, которую Лернер не может оспорить. Кроме того, если бы в теории Большого взрыва были настолько серьезные недостатки, Лернер не был бы единственным критиком этой теории.

А как вы думаете, был ли на самом деле Большой взрыв? Поделитесь своим мнением с участниками нашего Telegram-чата и в комментариях к этой статье

Но Лернер не одинок. Лауреат Нобелевской премии космолог Джеймс Пиблз считает, что необходимо прекратить называть самые ранние моменты нашей Вселенной «Большим взрывом». Как передает агентство Франс Пресс, Пиблз полагает, что нет хорошего способа проверить, действительно ли такое событие как Большой взрыв имело место — у космологов есть доказательства быстрого расширения вовне, но нет ничего более дискретного, чем особая точка, которая взорвалась, чтобы создать все во Вселенной. У Пиблза нет альтернативы теории Большого взрыва, при этом он убежден, что без достаточных данных ученые не должны полагать, что эта удобная гипотеза верна. При этом ученый признает, что в отсутствие лучшего способа описания начала Вселенной Большой взрыв прекрасно работает. В своих расчетах Пиблз также придерживается общепринятой теории, хотя она ему очень не нравится.

Большой отскок: может ли Вселенная расширяться бесконечно?

Наиболее распространенная в научных кругах гипотеза Большого отскока берет начало в недовольстве идеей космологической инфляции. Космическое микроволновое фоновое излучение является фундаментальным фактором в каждой модели Вселенной с тех пор, как было впервые обнаружено в 1965 году. Более того, реликтовое излучение является основным источником информации о том, как выглядела ранняя Вселенная и одновременно загадкой для физиков. Дело в том, что реликтовое излучение выглядит одинаково даже в регионах, которые, казалось бы, никогда не могли взаимодействовать друг с другом за всю историю Вселенной.

Шрамы, оставленные Большим взрывом в слабом реликтовом излучении, которое пронизывает весь космос, дают подсказки о том, как выглядела ранняя Вселенная

Согласно гипотезе Большого отскока, Вселенная будет расширяться до тех пор, пока не распадется до одной бесконечно малой точки — это цикл, который длится вечность. В 2007 году Мартин Боджавальд, физик из Пенсильванского университета, основываясь на модели Эйнштейна, выдвинул теорию Петлевой квантовой гравитации — область квантовой физики, описывающая чрезвычайно высокие энергии, которые доминировали в ранней Вселенной.Так, исследователи пришли к выводу, что Вселенная не возникла из ничего и не будет расширяться бесконечно. Однако исследование Божавальда показывает, что гипотетическая предыдущая Вселенная не была в точности такой, как наша. В общем и целом, гипотеза Большого отскока согласуется с картиной Большого взрыва о горячей, плотной вселенной, зародившейся 13,8 миллиардов лет назад, которая начала расширяться и охлаждаться. Но вместо того, чтобы стать началом пространства и времени, большой взрыв оказался моментом перехода Вселенной от более ранней фазы существования, во время которой пространство сокращалось.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram

Однако критики считают, что существует мало доказательств в поддержку этой теории. Так, Питер Войт, математик из Колумбийского университета, написал в своем блоге Not Even Wrong: «Для того, чтобы считаться легитимной теорией, такие заявления должны быть подкреплены доказательствами».

Поиск ответов: все пути ведут к темной энергии

Исходя из того, что общепризнанной теорией появления и эволюции Вселенной является теория Большого взрыва, ученые пытаются найти ответ на вопрос о том, почему Вселенная расширяется с ускорением.

Темная материя и темная энергия, вероятно, и есть ключ к пониманию нашей Вселенной

По мере того, как исследователи анализировали движение звезд и галактик, они пришли к выводу о существовании невидимых частиц, которые они назвали темной материей. А постоянное ускорение расширения Вселенной (постоянная Хаббла), позволило предположить, что оно вызвано неким феноменом, который исследователи назвали темной энергией. Темная энергия и темная материя являются главными научными загадками современности, поэтому поисками ответов занимаются исследователи международной группы по изучению темной энергии (DES). DES приступили к работе в 2004 году, сейчас в проекте принимают участие 400 ученых, представляющих 26 различных научных институтов из семи стран. Поиск темной энергии ученые ведут с помощью самой чувствительной астрономической цифровой фотокамерой с разрешением в 570 мегапикселей. Камера установлена на телескопе Viktor Blanco в обсерватории Черро Толедо в чилийских Андах. Это своего рода скальпель, оснащенный пятью линзами.

Ответы на фундаментальные вопросы о том, как появилась Вселенная и что такое темная материя и темная энергия, как полагают исследователи, должны быть представлены широкой общественности примерно через пять лет. Целью DES является анализ 100 000 галактик, которые находятся от нас на расстоянии до 8 миллиардов световых лет. Так как темную энергию нельзя увидеть, исследователи измеряют постоянную Хаббла, чтобы точно определить, существует ли темная энергия и из чего состоит. Так или иначе, нам с вами остается ждать результатов работы международной команды ученых и строить предположения о том, что же из себя представляет наша Вселенная.

Источник