Больше черных дыр, чем я могу объяснить

80 процентов – столько ультрафиолетового света “не хватает” в космосе. Об этом недавно заявили ученые на основе наблюдений, сделанных с помощью спектрографа Cosmic Origins, установленного в космическом телескопе Хаббл. Это значит, что его должно быть в пять раз больше, чем мы записываем. Это лишь один из многих примеров загадок и загадок Вселенной, которые существуют до сих пор.

Количество космического ионизированного водорода указывает на недостающее излучение. Ведь атомы должны были откуда-то получить фотоны, которые «выбили электроны» с их орбит вокруг атомных ядер. Известных источников света — квазаров или — недостаточно, чтобы объяснить такое большое количество ионизированных атомов.

Конечно, это может быть связано с недостаточной выборкой пространства, взятого для сравнения. Исследователи предполагают, что в более широком масштабе баланс ионов и излучения может совпадать. Можно, однако, спросить, не означает ли это, что космос неоднороден и где-то очень сильно отличается от того, что мы видим по соседству?

Повторяющаяся мысль о голограмме

Голографический принцип — это теория, разработанная Герардусом т Хофтом и Леонардом Сасскиндом, которая в своей «сильной версии» утверждает, что описание каждого трехмерного тела или области пространства содержится в двумерной поверхности, окружающей это тело.

1. Графическое изображение голографического эксперимента

В более умозрительном, «слабом» варианте она провозглашает, что всю Вселенную можно рассматривать как двумерную информационную структуру, «нарисованную» на космологическом горизонте. Голографический принцип может быть использован для объяснения информационного парадокса черные дыры в контексте теории струн.

Идея космической голограммы принадлежит самому Стивену Хокингу. В середине 70-х Хокинг теоретически предсказал, что черные дыры со временем испарятся и исчезнут. Эта пара называется Хокинговское излучение. Он не содержит никакой информации о черной дыре, поэтому при ее испарении все данные о звезде, из которой образовалась черная дыра, теряются навсегда.

Однако это противоречит широко распространенному мнению, что информацию нельзя уничтожить. Таким образом, был создан информационный парадокс. черная дыра. Джейкоб Бекенштейн, ученый из Еврейского университета в Иерусалиме, решил разрешить этот парадокс. По его мнению, энтропия черной дыры, синоним содержащейся в ней информации, пропорциональна площади ее горизонта событий.

Горизонт событий — это теоретическая точка, за которую нет возврата, т.е. все, что ее пересекает, поглощается черной дырой. Основываясь на теориях Хокинга и Бекенштейна, теоретики пришли к выводу, что микроскопические квантовые волны на горизонте событий могут кодировать информацию о черных дырах. Это означает, что трехмерная информация о звезде, образовавшей черную дыру, может быть закодирована в двумерном горизонте событий черной дыры.

Сасскинд и Хофт распространили это на всю Вселенную, предполагая, что у нее также есть горизонт событий. Это место, до которого он расширился за время своего существования. Ученые в области теории струн согласны с этой точкой зрения.

Говорят, что эксперимент, начатый летом 2014 года под кодовым названием Fermilab E-990, «проверит, является ли Вселенная голограммой». Его цель — продемонстрировать квантовую природу самого пространства и наличие того, что ученые называют «голографическим шумом».

Как известно, принцип квантовой неопределенности Гейзенберга показывает, что невозможно определить одновременно точное местоположение и скорость движения элементарных частиц. Сейчас ученые хотят выяснить, имеет ли пространство, в котором материя пребывает, вибрирует и движется, такую ​​же неопределенность, т.е. тоже имеет квантовый характер.

Если бы она была постоянной и не подвержена квантовым флуктуациям, то представляла бы собой теоретическую точку отсчета, позволяющую точно описывать частицы. Но ученые подозревают, что это не так, и геометрия пространства тоже подвержена таким квантовым флуктуациям, которые они называют «голографическим шумом».

В эксперименте, запланированном в Фермилабе, должно быть испытано устройство, называемое голометром. Он состоит из двух расположенных рядом интерферометров, которые посылают лазерные лучи мощностью один киловатт на устройство, которое разделяет их на два перпендикулярных 40-метровых луча.

Затем они возвращаются к точке деления, создавая колебания яркости световых лучей. Если они вызовут определенное движение в устройстве деления, то это докажет вибрацию самого пространства (1). Еще в 2009 году Крейг Хоган, физик из той же Фермилаб, предложил голографическую теорию, основанную на его экспериментах.

Он обнаружил, что шум исходит от границы пространства-времени, где время и пространство перестают формировать континуум. Теория голограмм хорошо объясняет некоторые парадоксы, связанные с черные дыры или основные концепции устройства Вселенной.

Некоторые ученые предлагают распространить его на всю реальность. Однако принятие его означало бы, что мы согласны с концепцией, согласно которой весь наш повседневный опыт есть не что иное, как голографическое отражение физического процесса, происходящего в отдаленном двухмерном пространстве.

2. Усовершенствованная космическая антенна лазерного интерферометра — eLISA

Взгляните на космос поближе

Существование первичных гравитационных волн также связано с «шумом» пространства-времени. Их громкое открытие астрономов и обсерватории BICEP2, которое некоторые считают самым важным научным событием века, уже было поставлено под сомнение, поскольку скептики считают, что наблюдения не учитывают космическую пыль и поэтому могут быть ошибочными. .

Однако на практике это не делает открытие недействительным, а лишь означает, что его результаты могут нуждаться в дополнительной проверке. Говорили, что это лучшее подтверждение общей теории относительности, и хотя оно не является ни единственным доказательством справедливости утверждений Альберта Эйнштейна, ни, как видно, самым убедительным, видение великого физика должно быть проверено многими раз так, что нет никаких сомнений в том, что это лучшее описание Вселенной.

В ближайшие годы у ученых будет и будет все больше и больше инструментов для изучения явлений, известных до сих пор в основном из теоретических рассуждений. Один из них, названный Космической антенной усовершенствованного лазерного интерферометра (eLISA), предназначен для обнаружения гравитационных волн, возникающих в результате столкновений огромных черные дыры (2).

Другая космическая обсерватория, Евклид, должна исследовать, как расширялась Вселенная и как это связано с темной материей и энергией. В свою очередь, ожидается, что космический телескоп Athena зарегистрирует мощные источники рентгеновского излучения на окраинах черных дыр. Наземная лазерно-интерферометрическая гравитационная обсерватория (LIGO) также будет заниматься изучением черных дыр.

А сеть телескопов, расположенных в разных точках земного шара, известная под общим названием «Телескоп горизонта событий», может взглянуть на черная дыра в центре нашего Млечного Пути. Самые большие надежды на проверку общей теории относительности Эйнштейна возлагаются еще на одну обсерваторию — Square Kilometre Array (SKA).

Как следует из названия, общая площадь антенн этого комплекса должна составить квадратный километр (3), а его чувствительность должна в 50 раз превышать возможности известных нам до сих пор устройств. Он будет состоять из 4 тыс. отдельные антенны в Западной Австралии и Южной Африке.

Все элементы этой системы будут соединены оптическими волокнами с большим суперкомпьютером, задачей которого будет создание комплексного изображения. СКА начнет работать не раньше 2022 года.

3. Массив квадратных километров

Фирма Big Bang – НЕТ!

Однако до того, как адекватно точные научные приборы дадут нам несомненные данные, застрельщикам теоретической астрофизики есть где покрасоваться. И они могут шокировать вас. Можно сказать, что новая космологическая теория тайваньских физиков дает что-то для чего-то.

В их модели исчезает темная энергия, что с точки зрения многих исследователей весьма проблематично. К сожалению, приходится исходить из того, что Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Так что никакого Большого Взрыва, к которому уже привыкло большинство ученых и обывателей, не было!

Автор новой модели всего Вун-И Шу из Тайваньского национального университета Цинхуа описывает время и пространство не как отдельные элементы, а как тесно связанные элементы, которые могут взаимозаменяться друг с другом.

Ни скорость света, ни гравитационная постоянная в этой модели не являются постоянными, но являются факторами преобразования времени и массы в размер и пространство по мере расширения Вселенной. Теорию Шу можно считать фантазией, но «традиционная» модель расширяющейся Вселенной с 75-процентным расширением темной энергии также вызывает проблемы.

Некоторые отмечают, что с помощью этой теории ученые «заместили под ковер» физический закон сохранения энергии. Тайваньская теория не нарушает принципов сохранения энергии, но, в свою очередь, имеет проблему с микроволновым фоновым излучением, считающимся реликтом Большого взрыва. Работа над усовершенствованием его теории продолжается.

4. Мультивселенная — одно из художественных видений

Индийский ученый Абхас Митра также на протяжении многих лет был последовательным критиком теории Большого взрыва. Он публикует свои работы в крупных научных журналах, но большинство ученых игнорируют его. Это также ставит под сомнение существование черные дыры как понимает современная наука.

Когда вышеупомянутый Стивен Хокинг модифицировал свою теорию черных дыр в начале 2014 года, Митра заявил, что знаменитый физик теперь говорит об этих объектах то же самое, что и сам говорил на протяжении многих лет, удивляясь тому, что когда его игнорируют, речь Хокинга так широко комментируется на.

Как мы знаем, Хокинг недавно утверждал, что одна из наиболее часто повторяющихся «уверенностей» в черные дыры – понятие горизонта событий, за который ничто не может выйти, несовместимо с квантовой физикой.

Теоретические эксперименты, проведенные физиком Джо Полчински из Института Кавли в Калифорнии, показывают, например, что если бы этот непроходимый горизонт событий согласовывался с квантовой физикой, он должен был бы быть чем-то вроде стены огня, распадающейся частицы.

Хокинг опубликовал свои новые взгляды в Интернете как работу «Сохранение информации и прогноз погоды для черных дыр». Эволюцию взглядов он объяснил в интервью Nature. Новое предложение Хокинга — это «видимый горизонт», в котором материя и энергия временно хранятся, а затем высвобождаются в искаженном виде.

Точнее, это отход от представления о четкой границе черной дыры. Физик в своей последней работе утверждает, что это около черная дыра никакого абсолютного горизонта не образуется, поэтому никогда не существует замкнутого пространства, за которое ничто не может выйти.

Вместо этого вокруг нее происходят огромные колебания пространства-времени, при которых трудно говорить о резком отрыве черной дыры от окружающего пространства. Еще одним следствием новых идей Хокинга является то, что материя временно оказывается в ловушке черной дыры, которая может «растворяться» и высвобождать все изнутри. Чтобы информация не терялась, она вышла раньше черная дыра он полностью испарится.

Мультивселенная и видения

Если объединить в научных рассуждениях два великих открытия — бозон Хиггса 2012 и этого года, сделанный телескопом BICEP2, и касающийся гравитационных волн, подтверждающих инфляционную фазу расширения Вселенной, то… результаты могут оказаться неожиданными.

5. Визуализация Вселенной

Например, такой, что без «чего-то другого» Вселенная не просуществовала бы очень долго. Британские ученые из лондонского Королевского колледжа опубликовали статью, в которой показано, что если все, что мы знаем, существует в «поле Хиггса», которое придает частицам массу, и наблюдения BICEP2 верны, то подтверждается, что существовала инфляционная фаза «выталкивания». частицы в поле Хиггса, но вселенная тогда это займет не больше секунды!

Поскольку этого не произошло, мы должны предположить существование дополнительного «чего-то», некоего элемента, благодаря которому получившаяся вселенная не схлопывается сразу же обратно в себя. Между тем, Вселенная существует уже 13,8 миллиардов лет.

«Если то, что показал BICEP2, верно, то помимо Стандартной модели должна существовать какая-то интересная физика элементарных частиц», — комментирует Роберт Хоган, один из авторов исследования Лондонского университета. Видение мультивселенной (4), в которой наша вселенная является лишь одной из бесконечного множества других, возникающих, как пузыри в мыльной пене, становится все более и более популярным..

Тогда пространство-время было бы гораздо более широким понятием, чем то, что мы наблюдаем в нашем пузыре. Интересно, что эта в высшей степени спекулятивная концепция не подрывает теорию Эйнштейна, а ставит ее в совершенно новую перспективу. Эта точка зрения представляет собой объединение теории относительности с квантовой механикой.

Это означало бы отказ от представлений о непрерывном и расширяемом пространстве, которое развивается, вращается и изгибается в пользу чего-то фрагментарного и атомизированного. Новая физика, которая появится из этого, может быть намного проще, чем теории, господствующие сегодня!

Загадки и парадоксы, терзающие науку, исчезнут. Однако трудно сказать, займут ли их места другие, следующие. Новое состояние вселенная ибо нам было бы трудно это понять, как и ситуацию до Большого Взрыва, когда не было времени, по крайней мере, в том смысле, в каком мы можем его воспринять.

Пока у нас нет ответа и хотя бы одного определенного представления о происхождении, природе и судьбе Вселенной, мы должны хотя бы утешать себя красивыми визуализациями… Например, такими, как компьютерная симуляция Illustris, созданная астрономами.

Впервые удалось так подробно воссоздать эволюцию космоса, начиная с периода сразу после Большого взрыва и до настоящего времени. Суперкомпьютеры, использовавшиеся для создания модели, работали над этим шесть месяцев. Моделирование не охватывает все это вселенная, потому что наши машины с этим пока не справляются.

Итак, мы видим эволюцию космической материи, заполняющей куб с ребром в 350 миллионов световых лет — это достаточно большая область, представляющая весь космос. Действие начинается через 12 лет после Большого взрыва. Он показывает изменения за миллиарды лет, формирование галактик и более крупных структур.

Для создания этой симуляции были использованы все полученные до сих пор знания о законах, управляющих космосом, и результаты телескопических наблюдений, прежде всего телескопа Хаббл. Исследователи учли загадочную темную материю и темную энергию.

Со временем темная материя сгустилась в скопления и длинные волокна (5), создав своего рода космическую паутину. Со временем к этим плотностям притянулась нормальная материя, первоначально состоявшая из смеси водорода и гелия.

Из него родились межзвездные газовые облака, звезды, галактики и скопления галактик. В визуализации они различаются по цвету от зеленого и красного до белого, в зависимости от температуры. Даже если это было не совсем так, предложенное видение неплохо…