Teorier från kanten. I vetenskapens zoo

Gränsvetenskap förstås på åtminstone två sätt. Först som sund vetenskap, men utanför mainstream och paradigm. För det andra, som alla teorier och hypoteser som har lite gemensamt med vetenskap.

Big Bang-teorin hörde också en gång till området mindre vetenskap. Han var den första som sa sina ord på 40-talet. Fred Hoyle, grundaren av teorin om stjärnutveckling. Han gjorde detta i en radiosändning (1), men hånfullt, med avsikten att förlöjliga hela konceptet. Och den här föddes när man upptäckte att galaxer "springer iväg" från varandra. Detta ledde forskarna till idén att om universum expanderar, så måste det någon gång starta. Denna tro låg till grund för den nu dominerande och universellt obestridliga Big Bang-teorin. Expansionsmekanismen förklaras i sin tur av en annan, som för närvarande inte heller ifrågasatts av de flesta forskare. inflationsteori. I Oxford Dictionary of Astronomy kan vi läsa att Big Bang-teorin är: ”Den mest allmänt accepterade teorin för att förklara universums uppkomst och utveckling. Enligt Big Bang-teorin expanderar universum, som uppstod ur en singularitet (ett initialt tillstånd av hög temperatur och densitet), från denna punkt."

Mot "vetenskapligt utanförskap"

Men inte alla, inte ens i det vetenskapliga samfundet, är nöjda med detta tillstånd. I ett brev som undertecknades för några år sedan av mer än XNUMX forskare från hela världen, inklusive Polen, läser vi särskilt att "Big Bang bygger" på ett ständigt växande antal hypotetiska enheter: kosmologisk inflation, icke -polär materia. (mörk materia) och mörk energi. (...) Motsättningar mellan observationer och förutsägelser av Big Bang-teorin löses genom att lägga till sådana entiteter. Varelser som inte kan eller har observerats. … I vilken annan vetenskapsgren som helst skulle det återkommande behovet av sådana föremål åtminstone väcka allvarliga frågor om giltigheten av den underliggande teorin – om den teorin misslyckades på grund av dess ofullkomlighet. »

"Denna teori", skriver forskarna, "kräver ett brott mot två väletablerade fysiklagar: principen om bevarande av energi och bevarande av baryonnummer (som säger att lika mängder materia och antimateria är sammansatta av energi). "

Slutsats? "(...) Big Bang-teorin är inte den enda tillgängliga basen för att beskriva universums historia. Det finns också alternativa förklaringar till grundläggande fenomen i rymden., inklusive: överflöd av lätta element, bildandet av jättestrukturer, bakgrundsstrålningsförklaringen och Hubble-kopplingen. Fram till idag kan sådana frågor och alternativa lösningar inte diskuteras och prövas fritt. Det öppna idéutbytet är det som saknas mest på stora konferenser. … Detta återspeglar en växande tankedogmatism, främmande för andan av fri vetenskaplig undersökning. Det här kan inte vara en hälsosam situation."

Kanske borde då teorier som ställer tvivel om Big Bang, även om de är förpassade till periferzonen, av allvarliga vetenskapliga skäl skyddas från "vetenskapligt utanförskap".

Vad fysiker sopade under mattan

Alla kosmologiska teorier som utesluter Big Bang eliminerar vanligtvis det irriterande problemet med mörk energi, omvandlar konstanter som ljusets hastighet och tid till variabler och försöker förena växelverkan mellan tid och rum. Ett typiskt exempel från de senaste åren är ett förslag från fysiker från Taiwan. I deras modell är detta ganska besvärligt ur många forskares synvinkel. mörk energi försvinner. Därför måste man tyvärr anta att universum varken har en början eller ett slut. Huvudförfattaren till denna modell, Wun-Ji Szu från National Taiwan University, beskriver tid och rum inte som separata, utan som närbesläktade element som kan bytas ut med varandra. Varken ljusets hastighet eller gravitationskonstanten är konstanta i denna modell, utan är faktorer i omvandlingen av tid och massa till storlek och rymd när universum expanderar.

Shus teori kan betraktas som en fantasi, men modellen av ett expanderande universum med ett överskott av mörk energi som får det att expandera väcker allvarliga problem. Vissa noterar att med hjälp av denna teori "ersatte forskare under mattan" den fysiska lagen om bevarande av energi. Det taiwanesiska konceptet bryter inte mot principerna för bevarande av energi, men har i sin tur problem med mikrovågsbakgrundsstrålning, som anses vara en kvarleva från Big Bang.

Förra året blev talet av två fysiker från Egypten och Kanada känt, och utifrån nya beräkningar utvecklade de en annan, mycket intressant teori. Enligt dem Universum har alltid funnits – Det var ingen Big Bang. Baserat på kvantfysik verkar denna teori desto mer attraktiv eftersom den löser problemet med mörk materia och mörk energi i ett svep.

2. Visualisering av en kvantvätska

Ahmed Farag Ali från Zewail City of Science and Technology och Saurya Das från University of Lethbridge provade det. kombinera kvantmekanik med allmän relativitetsteori. De använde en ekvation utvecklad av Prof. Amal Kumar Raychaudhuri från University of Calcutta, vilket gör det möjligt att förutsäga utvecklingen av singulariteter i allmän relativitet. Men efter flera korrigeringar märkte de att den faktiskt beskriver en "vätska", bestående av otaliga små partiklar, som så att säga fyller hela utrymmet. Under lång tid har försök att lösa gravitationsproblemet lett oss till det hypotetiska gravitationer är de partiklar som genererar denna interaktion. Enligt Das och Ali är det dessa partiklar som kan bilda denna kvant "vätska" (2). Med hjälp av sin ekvation spårade fysiker "vätskans" väg in i det förflutna och det visade sig att det verkligen inte fanns någon singularitet som var besvärlig för fysiken för 13,8 miljoner år sedan, men Universum verkar existera för alltid. Tidigare var den visserligen mindre, men den har aldrig komprimerats till den tidigare föreslagna oändliga punkten i rymden..

Den nya modellen kan också förklara förekomsten av mörk energi, som förväntas ge bränsle till universums expansion genom att skapa negativt tryck inom det. Här skapar själva "vätskan" en liten kraft som expanderar utrymmet, riktat utåt, in i universum. Och detta är inte slutet, eftersom bestämningen av gravitonens massa i denna modell tillät oss att förklara ett annat mysterium - mörk materia - som antas ha en gravitationseffekt på hela universum, samtidigt som den förblir osynlig. Enkelt uttryckt är "kvantvätskan" i sig mörk materia.

3. Bild av kosmisk bakgrundsstrålning från WMAP

Vi har ett stort antal modeller

Under andra hälften av det senaste decenniet uttalade filosofen Michal Tempczyk med avsky att "Det empiriska innehållet i kosmologiska teorier är sparsamt, de förutsäger få fakta och bygger på en liten mängd observationsdata.". Varje kosmologisk modell är empiriskt ekvivalent, d.v.s. baserad på samma data. Kriteriet måste vara teoretiskt. Vi har nu mer observationsdata än vi brukade, men den kosmologiska informationsbasen har inte ökat drastiskt - här kan vi hämta data från WMAP-satelliten (3) och Planck-satelliten (4).

Howard Robertson och Geoffrey Walker bildades oberoende mått för ett expanderande universum. Lösningar på Friedmann-ekvationen bildar tillsammans med Robertson-Walker-metriken den så kallade FLRW-modellen (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-metriken). Modifierad över tiden och kompletterad, har den status som en standardmodell för kosmologi. Denna modell presterade bäst med efterföljande empirisk data.

Naturligtvis har många fler modeller skapats. Skapad på 30-talet Arthur Milnes kosmologiska modell, baserad på hans kinematiska relativitetsteori. Det var tänkt att konkurrera med Einsteins allmänna relativitetsteori och relativistisk kosmologi, men Milnes förutsägelser visade sig vara reducerade till en av lösningarna av Einsteins fältekvationer (EFE).

4 Planck rymdteleskop

Också vid denna tid presenterade Richard Tolman, grundaren av den relativistiska termodynamiken, sin modell av universum – senare generaliserades hans tillvägagångssätt och den s.k. Modell LTB (Lemaitre-Tolman-Bondi). Det var en inhomogen modell med ett stort antal frihetsgrader och därför en låg grad av symmetri.

Stark konkurrens om FLRW-modellen, och nu om dess expansion, ZhKM modell, som även inkluderar lambda, den så kallade kosmologiska konstanten som är ansvarig för att påskynda universums expansion och för kall mörk materia. Det är en sorts icke-newtonsk kosmologi som har lagts på is av oförmågan att klara av upptäckten av kosmisk bakgrundsstrålning (CBR) och kvasarer. Uppkomsten av materia från ingenting, som föreslagits av denna modell, var också emot, även om det fanns en matematiskt övertygande motivering.

Den kanske mest kända modellen av kvantkosmologi är Hawking och Hartles Infinite Universe Model. Detta inkluderade att behandla hela kosmos som något som kunde beskrivas av en vågfunktion. Med tillväxt supersträngteori försök gjordes att bygga en kosmologisk modell på grundval av den. De mest kända modellerna baserades på en mer allmän version av strängteorin, den så kallade Mina teorier. Du kan till exempel byta ut modell Randall-Sandruma.

5. Multiversal vision

multiversum

Ett annat exempel i en lång rad gränsteorier är begreppet multiversum (5), baserat på kollisionen mellan kliuniverser. Det sägs att denna kollision resulterar i en explosion och omvandlingen av explosionens energi till het strålning. Införandet av mörk energi i denna modell, som också användes under en tid i inflationsteorin, gjorde det möjligt att konstruera en cyklisk modell (6), vars idéer till exempel i form av ett pulserande universum, avvisades tidigare flera gånger.

6. Visualisering av det oscillerande cykliska universum

Författarna till denna teori, även känd som den kosmiska eldmodellen eller den expirotiska modellen (från grekiskans ekpyros - "världseld"), eller Great Crash Theory, är forskare från universiteten i Cambridge och Princeton - Paul Steinhardt och Neil Turok . Enligt dem var rymden i början en tom och kall plats. Det fanns ingen tid, ingen energi, oavsett. Endast kollisionen mellan två platta universum belägna bredvid varandra initierade den "stora elden". Energin som sedan uppstod orsakade Big Bang. Författarna till denna teori förklarar också universums nuvarande expansion. Teorin om den stora kraschen antyder att universum har sin nuvarande form att tacka för kollisionen av den så kallade på vilken den befinner sig, med den andra, och omvandlingen av kollisionens energi till materia. Det var som ett resultat av kollisionen av en granndubbel med vår som saken som vi kände till bildades och vårt universum började expandera.. Kanske är cykeln av sådana kollisioner oändlig.

The Great Crash-teorin har godkänts av en grupp kända kosmologer, inklusive Stephen Hawking och Jim Peebles, en av upptäckarna av CMB. Resultaten av Planck-uppdraget överensstämmer med några av förutsägelserna i den cykliska modellen.

Även om sådana begrepp fanns redan under antiken, myntades termen "Multiverse" som oftast används idag i december 1960 av Andy Nimmo, dåvarande vicepresident för den skotska grenen av British Interplanetary Society. Begreppet har använts både korrekt och felaktigt i flera år. I slutet av 60-talet kallade science fiction-författaren Michael Moorcock det för samlingen av alla världar. Efter att ha läst en av sina romaner använde fysikern David Deutsch den i denna mening i sitt vetenskapliga arbete (inklusive utvecklingen av kvantteorin för många världar av Hugh Everett) som handlade om helheten av alla möjliga universum – i motsats till Andy Nimmos ursprungliga definition. Efter att detta arbete publicerats spreds ordet bland andra forskare. Så nu betyder "universum" en värld som styrs av vissa lagar, och "multiversum" är en hypotetisk samling av alla universum.

7. Det hypotetiska antalet universum som finns i multiversum.

I universum i denna "kvantmultiversum" kan helt andra fysiklagar fungera. Astrofysiker vid Stanford University i Kalifornien räknar ut att det kan finnas 1010 sådana universum, där styrkan 10 höjs till 10, vilket i sin tur höjs till 7 (7). Och detta nummer kan inte skrivas i decimalform på grund av att antalet nollor överstiger antalet atomer i det observerbara universum, uppskattat till 1080.

Ett ruttnande vakuum

I början av 80-talet, den s.k inflationär kosmologi Alan Guth, amerikansk fysiker, specialist inom elementarpartiklar. För att förklara några av observationssvårigheterna i FLRW-modellen introducerade hon ytterligare en period av snabb expansion i standardmodellen efter att ha passerat Planck-tröskeln (10–33 sekunder efter Big Bang). Guth 1979, medan han arbetade med ekvationerna som beskrev universums tidiga existens, märkte något konstigt - ett falskt vakuum. Den skilde sig från vår kunskap om vakuum genom att den till exempel inte var tom. Snarare var det ett material, en kraftfull kraft som kunde antända hela universum.

Föreställ dig en rund bit ost. Låt det bli vårt falskt vakuum innan den stora smällen. Den har den fantastiska egenskapen av vad vi kallar "avstötande gravitation". Det är en kraft så kraftfull att ett vakuum kan expandera från storleken av en atom till storleken på en galax på en bråkdel av en sekund. Å andra sidan kan det sönderfalla som radioaktivt material. När en del av vakuumet bryts ner skapar det en expanderande bubbla, lite som hål i schweizerost. I ett sådant bubbelhål skapas ett falskt vakuum - extremt varma och tätt packade partiklar. Sedan exploderar de, som är Big Bang som skapar vårt universum.

Det viktiga som den ryskfödde fysikern Alexander Vilenkin insåg i början av 80-talet var att det inte fanns något tomrum som var föremål för det aktuella förfallet. "Dessa bubblor expanderar väldigt snabbt", säger Vilenkin, "men utrymmet mellan dem expanderar ännu snabbare, vilket ger plats för nya bubblor." Det betyder att När den kosmiska inflationen väl har börjat slutar den aldrig, och varje efterföljande bubbla innehåller råmaterialet för nästa Big Bang. Således kan vårt universum bara vara ett av ett oändligt antal universum som ständigt dyker upp i ett ständigt växande falskt vakuum.. Det kan med andra ord vara verkligt universums jordbävning.

För några månader sedan observerade ESA:s rymdteleskop Planck "vid kanten av universum" mystiska ljusare prickar som vissa forskare tror kan vara spår av vår interaktion med ett annat universum. Till exempel, säger Ranga-Ram Chari, en av forskarna som analyserar data som kommer från observatoriet vid Kaliforniens centrum. Han lade märke till konstiga ljusa fläckar i det kosmiska bakgrundsljuset (CMB) som kartlagts av Planck-teleskopet. Teorin är att det finns ett multiversum där "bubblor" av universum växer snabbt, drivna av inflation. Om fröbubblorna ligger intill, är interaktion möjlig i början av deras expansion, hypotetiska "kollisioner", vars konsekvenser vi bör se i spåren av den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen från det tidiga universum.

Chari tror att han hittat sådana fotspår. Genom noggrann och lång analys fann han regioner i CMB som är 4500 XNUMX gånger ljusare än vad bakgrundsstrålningsteorin antyder. En möjlig förklaring till detta överskott av protoner och elektroner är kontakt med ett annat universum. Naturligtvis har denna hypotes ännu inte bekräftats. Forskare är försiktiga.

Det finns bara hörn

En annan punkt på vårt program för att besöka ett slags rymdzoo, full av teorier och resonemang om skapandet av universum, kommer att vara hypotesen om den enastående brittiske fysikern, matematikern och filosofen Roger Penrose. Strängt taget är detta inte en kvantteori, men den har några av dess element. Själva namnet på teorin konform cyklisk kosmologi () - innehåller kvantets huvudkomponenter. Dessa inkluderar konform geometri, som uteslutande arbetar med begreppet vinkel, som avvisar frågan om avstånd. Stora och små trianglar går inte att särskilja i detta system om de har samma vinklar mellan sidorna. Raka linjer går inte att skilja från cirklar.

I Einsteins fyrdimensionella rum-tid finns det förutom tre dimensioner också tid. Konform geometri gör det till och med avskräckt. Och detta passar perfekt med kvantteorin att tid och rum kan vara en illusion av våra sinnen. Så vi har bara hörn, eller rättare sagt ljuskottar, d.v.s. ytor på vilka strålning sprids. Ljushastigheten är också exakt bestämd, eftersom vi pratar om fotoner. Matematiskt är denna begränsade geometri tillräcklig för att beskriva fysiken, såvida den inte handlar om massobjekt. Och universum efter Big Bang bestod bara av högenergipartiklar, som egentligen var strålning. Nästan 100 % av deras massa omvandlades till energi i enlighet med Einsteins grundläggande formel E = mc².

Så, om vi försummar massan, med hjälp av konform geometri, kan vi visa själva processen för skapandet av universum och till och med en period före denna skapelse. Du behöver bara ta hänsyn till gravitationen som uppstår i ett tillstånd av minimal entropi, d.v.s. till en hög grad av ordning. Sedan försvinner särdraget av Big Bang, och början av universum framträder helt enkelt som en regelbunden gräns för en del rumtid.

8. Vision av ett hypotetiskt vitt hål

Från hål till hål, eller kosmisk metabolism

Exotiska teorier förutsäger existensen av exotiska föremål, d.v.s. vita hål (8) är hypotetiska motsatser till svarta hål. Det första problemet nämndes i början av Fred Hoyles bok. Teorin är att ett vitt hål måste vara ett område där energi och materia flödar ut ur en singularitet. Tidigare studier har inte bekräftat förekomsten av vita hål, även om vissa forskare tror att exemplet på universums uppkomst, det vill säga Big Bang, faktiskt kan vara ett exempel på just ett sådant fenomen.

Per definition kastar ett vitt hål ut det som ett svart hål absorberar. Det enda villkoret vore att föra de svarta och vita hålen närmare varandra och skapa en tunnel mellan dem. Förekomsten av en sådan tunnel antogs redan 1921. Det hette bron, då hette det Einstein-Rosen-bron, uppkallad efter de vetenskapsmän som utförde de matematiska beräkningarna som beskrev denna hypotetiska skapelse. På senare år hette det maskhål, känd på engelska under det mer säregna namnet "maskhål".

Efter upptäckten av kvasarer föreslogs det att det våldsamma utsläppet av energi i samband med dessa föremål kunde vara resultatet av ett vitt hål. Trots många teoretiska överväganden tog de flesta astronomer inte denna teori på allvar. Den största nackdelen med alla vita hålsmodeller som utvecklats hittills är att det måste finnas någon form av formation runt dem. mycket starkt gravitationsfält. Beräkningar visar att när något faller i ett vitt hål bör det få en kraftfull frigöring av energi.

Men skarpsinniga beräkningar av forskare hävdar att även om vita hål, och därför maskhål, fanns, skulle de vara mycket instabila. Materia skulle strängt taget inte kunna passera genom detta "maskhål", eftersom det snabbt skulle sönderfalla. Och även om kroppen kunde ta sig in i ett annat, parallellt universum, skulle den komma in i det i form av partiklar, som kanske skulle kunna bli material för en ny, annorlunda värld. Vissa forskare hävdar till och med att Big Bang, som var tänkt att föda vårt universum, var just resultatet av upptäckten av ett vitt hål.

kvanthologram

Den erbjuder mycket exotism i teorier och hypoteser. kvantfysiken. Sedan starten har den gett ett antal alternativa tolkningar till den så kallade Köpenhamnsskolan. Idéer om en pilotvåg eller ett vakuum som en aktiv energiinformationsmatris av verkligheten, avsatta för många år sedan, fungerade i vetenskapens periferi, och ibland till och med lite utanför den. Men på senare tid har de fått mycket vitalitet.

Till exempel bygger du alternativa scenarier för utvecklingen av universum, antar en variabel ljushastighet, värdet av Plancks konstant, eller skapar variationer på temat gravitation. Den universella gravitationens lag revolutioneras till exempel av misstankar om att Newtons ekvationer inte fungerar på stora avstånd, och antalet dimensioner måste bero på universums nuvarande storlek (och öka med dess tillväxt). Tid förnekas av verkligheten i vissa begrepp och flerdimensionellt rum i andra.

De mest kända kvantalternativen är Koncept av David Bohm (9). Hans teori antar att tillståndet för ett fysiskt system beror på vågfunktionen som ges i systemets konfigurationsutrymme, och att systemet självt när som helst är i en av de möjliga konfigurationerna (som är positionerna för alla partiklar i systemet eller tillstånden för alla fysiska fält). Det senare antagandet finns inte i standardtolkningen av kvantmekaniken, som antar att fram till mätningsögonblicket ges systemets tillstånd endast av vågfunktionen, vilket leder till en paradox (den så kallade Schrödingers kattparadox) . Utvecklingen av systemkonfigurationen beror på vågfunktionen genom den så kallade pilotvågsekvationen. Teorin utvecklades av Louis de Broglie och återupptäcktes och förbättrades sedan av Bohm. De Broglie-Bohm-teorin är uppriktigt sagt icke-lokal eftersom pilotvågsekvationen visar att hastigheten för varje partikel fortfarande beror på positionen för alla partiklar i universum. Eftersom andra kända fysiklagar är lokala och icke-lokala interaktioner i kombination med relativitet leder till kausala paradoxer, finner många fysiker detta oacceptabelt.

10. Space hologram

1970 introducerade Bohm långtgående vision av universum-hologrammet (10), enligt vilken, liksom i ett hologram, varje del innehåller information om helheten. Enligt detta koncept är vakuum inte bara en reservoar av energi, utan också ett extremt komplext informationssystem som innehåller en holografisk registrering av den materiella världen.

1998 introducerade Harold Puthoff, tillsammans med Bernard Heisch och Alphonse Rueda, en konkurrent till kvantelektrodynamiken - stokastisk elektrodynamik (SED). Vakuum i detta koncept är en reservoar av turbulent energi som genererar virtuella partiklar som ständigt dyker upp och försvinner. De kolliderar med verkliga partiklar och återför energi till dem, vilket i sin tur orsakar ständiga förändringar i deras position och energi, vilket uppfattas som kvantosäkerhet.

Vågtolkningen formulerades redan 1957 av den redan nämnda Everett. I denna tolkning är det vettigt att tala om tillståndsvektorn för hela universum. Denna vektor kollapsar aldrig, så verkligheten förblir strikt deterministisk. Detta är dock inte den verklighet vi brukar tänka på, utan en sammansättning av många världar. Tillståndsvektorn är uppdelad i en uppsättning tillstånd som representerar ömsesidigt oobserverbara universum, där varje värld har en specifik dimension och statistisk lag.

Huvudantagandena vid utgångspunkten för denna tolkning är följande:

• postulat om världens matematiska natur – den verkliga världen eller någon isolerad del av den kan representeras av en uppsättning matematiska objekt;
• postulat om världens sönderfall – världen kan betraktas som ett system plus apparat.

Det bör tilläggas att adjektivet "kvantum" har förekommit en tid i New Age-litteraturen och modern mystik.. Till exempel, den berömda läkaren Deepak Chopra (11) främjade ett koncept som han kallar kvantläkning, vilket tyder på att med tillräcklig mental styrka kan vi bota alla sjukdomar.

Enligt Chopra kan denna djupgående slutsats dras från kvantfysiken, som han säger har visat att den fysiska världen, inklusive våra kroppar, är observatörens reaktion. Vi skapar våra kroppar på samma sätt som vi skapar upplevelsen av vår värld. Chopra säger också att "tror, ​​tankar och känslor utlöser livsuppehållande kemiska reaktioner i varje cell" och att "världen vi lever i, inklusive upplevelsen av våra kroppar, helt och hållet bestäms av hur vi lär oss att uppfatta den." Så sjukdom och åldrande är bara en illusion. Genom medvetandets rena kraft kan vi uppnå vad Chopra kallar "för evigt ung kropp, evigt ungt sinne."

Det finns dock fortfarande inget avgörande argument eller bevis för att kvantmekaniken spelar en central roll i det mänskliga medvetandet eller att det ger omedelbara sammanhängande kopplingar i hela universum. Modern fysik, inklusive kvantmekanik, förblir helt materialistisk och reduktionistisk, och samtidigt kompatibel med alla vetenskapliga observationer.