Så länge det finns mänskligheten, så mycket och det försöker förstå universums struktur. Ja, många säger att detta är "värdelöst krångel", vi vet inte riktigt någonting, och vi kommer inte att lära oss någonting under de kommande generationerna, och kanske till och med innan den mänskliga civilisationen upphör. De kanske har rätt, men låt oss spekulera …
Big Bang-teorin har blivit nästan lika mycket en allmänt accepterad kosmologisk modell som jordens rotation runt solen. Enligt teorin, för cirka 14 miljarder år sedan, ledde spontana svängningar i absolut tomhet till universums uppkomst. Något som kan jämföras i storlek med en subatomär partikel som utvidgas till otänkbara storlekar på en sekund. Men i den här teorin finns det många problem som fysiker kämpar över och lägger fram fler och fler nya hypoteser.
Så vad är fel med Big Bang-teorin?
Vad är fel med Big Bang-teorin
1. FRÅN TEORIEN följer att alla planeter och stjärnor bildades av dammet spridda över rymden som ett resultat av explosionen. Men vad som föregick det är oklart: här slutar vår matematiska modell för rymdtid att fungera. Universum uppstod från ett initialt singulärt tillstånd på vilket modern fysik inte kan tillämpas. Teorin tar inte heller hänsyn till orsakerna till singularitet eller materia och energi för dess förekomst. Man tror att svaret på frågan om existensen och ursprunget till den initiala singulariteten kommer att ges av teorin om kvantgravitation.
Kampanjvideo:
2. MEST KOSMOLOGISKA MODELLER förutsäger att hela universum är mycket större än den observerbara delen - en sfärisk region med en diameter på cirka 90 miljarder ljusår. Vi ser bara den delen av universum, vars ljus lyckades nå jorden på 13,8 miljarder år. Men teleskop blir bättre, vi upptäcker alltmer avlägsna föremål och hittills finns det ingen anledning att tro att denna process kommer att stoppa.
3. FRÅN DEN STORA EXPLOSIONENS ÖKNADE UTVIDAR DET UNIVERSELLA MED ACCELERATION. Det svåraste mysteriet med modern fysik är frågan om vad som orsakar acceleration. Enligt en arbetshypotes innehåller universum en osynlig komponent som kallas "mörk energi". Big Bang-teorin förklarar inte om universum kommer att expandera på obestämd tid, och i så fall vart det kommer att leda - till dess försvinnande eller något annat.
4. Även om NEWTONS MEKANIK UTSTÅENDE AV RELATIVISTISK FYSIK, kan den inte kallas felaktig. Men uppfattningen av världen och modellerna för att beskriva universum har förändrats helt. Big Bang Theory förutspådde ett antal saker som inte var kända tidigare. Således, om en annan teori kommer på sin plats, bör den vara likadan och utvidga förståelsen för världen.
Vi kommer att fokusera på de mest intressanta teorierna som beskriver alternativa Big Bang-modeller.
Universum är som en spegel av ett svart hål
Universum härstammar från kollapsen av en stjärna i ett fyrdimensionellt universum, säger forskare från Perimeter Institute for Theoretical Physics. Resultaten av deras forskning publicerades i Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann och Razi Purhasan säger att vårt tredimensionella universum blev ett slags "holografiskt mirage" när en fyrdimensionell stjärna kollapsade. Till skillnad från Big Bang-teorin, enligt vilken universum uppstod från extremt het och tät rymdtid, där fysikens standardlagar inte gäller, förklarar den nya hypotesen om det fyrdimensionella universum både orsakerna till ursprunget och dess snabba expansion
Enligt scenariot formulerat av Afshordi och hans kollegor är vårt tredimensionella universum ett slags membran som flyter genom ett ännu mer voluminöst universum som redan finns i fyra dimensioner. Om egna fyrdimensionella stjärnor fanns i detta fyrdimensionella utrymme, skulle de också explodera, precis som tredimensionella i vårt universum. Det inre lagret skulle bli ett svart hål och det yttre lagret skulle kastas i rymden.
I vårt universum är svarta hål omgivna av en sfär som kallas händelsehorisonten. Och om denna gräns i tredimensionellt utrymme är tvådimensionell (som ett membran), så kommer händelseshorisonten i det fyrdimensionella universum att begränsas av en sfär som finns i tre dimensioner. Datorsimuleringar av en fyrdimensionell stjärnas kollaps har visat att dess tredimensionella händelsehorisont gradvis kommer att expandera. Detta är vad vi observerar och kallar tillväxten av 3D-membranet för expansionen av universum, tror astrofysiker.
Stor frysning
Ett alternativ till Big Bang kan vara Big Freeze. Ett team av fysiker från University of Melbourne, leds av James Kvatch, presenterade en modell av universums födelse, som ser mer ut som en gradvis process för att frysa amorf energi än dess stänk och expansion i tre rymdriktningar.
Formlös energi, enligt forskare, som vatten, svalnat till kristallisering, vilket skapar de vanliga tre rumsliga och engångsdimensionerna.
The Big Freeze Theory tvivlar på Albert Einsteins för närvarande accepterade uttalande om kontinuitet och mjukhet i rum och tid. Det är möjligt att rymden har dess beståndsdelar - odelbara byggstenar som små atomer eller pixlar i datorgrafik. Dessa block är så små att det är omöjligt att observera dem, men enligt den nya teorin är det möjligt att upptäcka defekter som skulle bryta flöden av andra partiklar. Forskare har beräknat sådana effekter med hjälp av en matematisk apparat, och nu kommer de att försöka upptäcka dem experimentellt.
Ett universum utan början eller slut
Ahmed Farag Ali från Benha University i Egypten och Sauria Das från Lethbridge University i Kanada har föreslagit en ny lösning på singularitetsproblemet genom att överge Big Bang. De introducerade idéerna från den berömda fysikern David Bohm i Friedman-ekvationen som beskriver universums expansion och Big Bang. "Det är fantastiskt att små ändringsförslag potentiellt kan lösa så många frågor", säger Das.
Den resulterande modellen kombinerar allmän relativitet och kvantteori. Det förnekar inte bara den singularitet som föregick Big Bang utan tillåter inte universum att dras tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd över tiden. Enligt de erhållna uppgifterna har universum en begränsad storlek och en oändlig livstid. I fysiska termer beskriver modellen universum fylld med en hypotetisk kvantvätska, som består av gravitoner - partiklar som ger gravitationell interaktion.
Forskarna hävdar också att deras resultat är förenliga med de senaste mätningarna av universums densitet.
Oändlig kaotisk inflation
Termen "inflation" avser den snabba expansionen av universum, som inträffade exponentiellt under de första ögonblicken efter Big Bang. I sig själv motbevisar inte teorin om inflationen Big Bang-teorin, utan tolkar den bara annorlunda. Denna teori löser flera grundläggande problem inom fysiken.
Enligt inflationsmodellen utvidgades universum exponentiellt under mycket kort tid strax efter starten: dess storlek fördubblades många gånger. Forskare tror att på 10 till -36 grader av sekunder har universum ökat i storlek med minst 10 till 30-50 grader, och möjligen mer. I slutet av inflationsfasen fylldes universum med en superhot plasma av fria kvarkar, gluoner, leptoner och högenergikvantum.
Konceptet innebär att det finns många isolerade universum i världen med olika enheter.
Fysiker har kommit till slutsatsen att logiken i inflationsmodellen inte strider mot idén om nya universums konstanta födelse. Kvantfluktuationer - samma som de som gav upphov till vår värld - kan förekomma i vilken kvantitet som helst, förutsatt att förhållandena är rätta. Det är mycket möjligt att vårt universum uppstod från fluktueringszonen som bildades i föregångarvärlden. Det kan också antas att någon gång och någonstans i vårt universum kommer en fluktuering att bildas som kommer att "spränga ut" ett ungt universum av ett helt annat slag. I den här modellen kan barnuniverserna ständigt bryta av. Dessutom är det inte alls nödvändigt att samma fysiska lagar etableras i de nya världarna. Konceptet innebär att det finns många isolerade universum i världen med olika enheter.
Cyklisk teori
Paul Steinhardt, en av fysikerna som lade grunden för inflationskosmologin, bestämde sig för att utveckla denna teori vidare. Forskaren som är chef för Center for Theoretical Physics i Princeton, tillsammans med Neil Turok från Perimeter Institute for Theoretical Physics, lade fram en alternativ teori i boken Endless Universe: Beyond the Big Bang. Deras modell är baserad på en generalisering av kvant supersträngsteori som kallas M-teori. Enligt henne har den fysiska världen 11 dimensioner - tio rumsliga och en tidsmässig. Utrymmen med lägre dimensioner "flyter" i den, de så kallade branorna (förkortning för "membran"). Vårt universum är bara en sådan bran.
Steinhardt och Turok-modellen hävdar att Big Bang inträffade som ett resultat av kollisionen mellan vår bran och en annan brane - ett okänt universum. I detta scenario inträffar kollisioner oändligt. Enligt hypotesen från Steinhardt och Turok "flyter" en annan tredimensionell bran bredvid vår bran, åtskild av ett litet avstånd. Det expanderar, plattar och töms också, men efter en biljon år kommer branerna att konvergera och så småningom kollidera. Detta kommer att frigöra en enorm mängd energi, partiklar och strålning. Denna katastrof kommer att starta en ny cykel av expansion och kylning av universum. Det följer av Steinhardt- och Turok-modellen att dessa cykler var tidigare och säkert kommer att upprepas i framtiden. Hur dessa cykler började är teorin tyst.
Universum är som en dator
En annan hypotes om universums struktur säger att hela vår värld är inget annat än en matris eller ett datorprogram. Idén att universum är en digital dator föreslogs först av den tyska ingenjören och datapionjären Konrad Zuse i sin bok Beräkna rymden. Bland dem som också betraktade universum som en jätte dator finns fysikerna Stephen Wolfram och Gerard 't Hooft.
Digitalfysiksteoretiker antar att universum i huvudsak är information och därför kan beräknas. Av dessa antaganden följer att universum kan ses som resultatet av ett datorprogram eller en digital datoranordning. Den här datorn kan till exempel vara en gigantisk mobilautomat eller en universell Turing-maskin.
Osäkerhetsprincipen i kvantmekanik kallas ett indirekt bevis på universums virtuella natur.
Enligt teorin kommer varje objekt och händelse i den fysiska världen från att ställa frågor och registrera svar "ja" eller "nej". Det vill säga, bakom allt som omger oss är en viss kod dold, liknande den binära koden för ett datorprogram. Och vi är ett slags gränssnitt genom vilket åtkomst till data på det "universella Internet" visas. Osäkerhetsprincipen i kvantmekanik kallas ett indirekt bevis på universums virtuella natur: materiepartiklar kan existera i en instabil form och "fixeras" i ett specifikt tillstånd endast när de observerar dem.
Den digitala fysikföljaren John Archibald Wheeler skrev:”Det vore inte orimligt att föreställa sig att information ligger i kärnan i fysik såväl som i kärnan i en dator. Allt från lite. Med andra ord, allt som existerar - varje partikel, varje kraftfält, till och med själva rymdtidskontinuumet - får sin funktion, dess betydelse och i slutändan själva dess existens."
Textförfattare Artyom Luchko
