вселенная
Григорий Перельман, доказавший теорему Пуанкаре, над которой бились десятки лет все ученые мира, признался, что знает, как управлять Вселенной, а потому не видит смысла «бежать за миллионом».
Перельман рассказал, что еще школьником представлял СССР на математической олимпиаде в Будапеште. «Готовясь к олимпиаде, мы пытались решать задачи, где непременным условием было умение абстрактно мыслить. В этом отвлечении от математической логики и был главный смысл ежедневных тренировок. Чтобы найти правильное решение, необходимо было представить себе «кусочек мира». Если говорить об условных и безусловных рефлексах, младенец с рождения познает мир. Если можно тренировать руки и ноги, то почему нельзя тренировать мозг?» – сказал Перельман в интервью исполнительному продюсеру московской кинокомпании «Президент-фильм» Александру Забровскому.
Математик признался, что не может припомнить ни одной задачи той поры, которая казалась неразрешимой. «Неразрешимой… Пожалуй, нет. Труднорешаемой. Так точнее. Помните библейскую легенду о том, как Иисус Христос ходил по воде, аки посуху. Так вот мне нужно было рассчитать, с какой скоростью он должен был двигаться по водам, чтобы не провалиться», – сказал Перельман.
«Я имел право без экзаменов поступать в любое учебное заведение Советского Союза. Вот и колебался между мехматом и консерваторией. Выбрал математику… Мне сейчас очень интересно вспоминать студенческие годы. Мы так много успевали тогда… Процесс познания захватывал… Мы забывали о днях недели и времени года», – сказал он.
«Особенности современной математики заключаются в том, что она изучает искусственно изобретенные объекты. Нет в природе многомерных пространств, нет групп, полей и колец, свойства которых усиленно изучают математики. И если в технике постоянно создаются новые аппараты, всевозможные устройства, то и в математике создаются их аналоги – логические приемы для аналитиков в любой области науки. И всякая математическая теория, если она строгая, рано или поздно находит применение. К примеру, многие поколения математиков и философов пытались аксиоматизировать философию. В результате этих попыток была создана теория булевых функций, названных по имени ирландского математика и философа Джорджа Буля. Эта теория стала ядром кибернетики и общей теории управления, которые вместе с достижениями других наук привели к созданию компьютеров, современных морских, воздушных и космических кораблей. Таких примеров история математики дает десятки», – подчеркнул известный математик.
«Для чего столько лет нужно было биться над доказательством гипотезы Пуанкаре? Попросту суть ее можно изложить так: если трехмерная поверхность в чем-то похожа на сферу, то ее можно расправить в сферу. «Формулой Вселенной» утверждение Пуанкаре называют из-за его важности в изучении сложных физических процессов в теории мироздания и из-за того, что оно дает ответ на вопрос о форме Вселенной. Сыграет это доказательство большую роль в развитии нанотехнологий», – сказал Перельман.
«Я научился вычислять пустоты, вместе с моими коллегами мы познаем механизмы заполнения социальных и экономических «пустот». Пустоты есть везде. Их можно вычислять, и это дает большие возможности… Я знаю, как управлять Вселенной. И скажите, зачем же мне бежать за миллионом?!» – заявил он.
источник
Мало кто не любит загадки, и природа не мелочится, регулярно подбрасывая их людям на протяжении всей истории человечества. Сегодня мы поговорим о тайнах науки, которые серьезно смущают ученых.
Если современная наука не в силах понять хотя бы это, то что нас ожидает в дальнейшем? Возможно, одну из этих загадок решите именно вы. Однако пока они остаются за гранью понимания.
Континентальный дрейф
Теория континентального дрейфа впервые была предложена в 1500 году и утверждала, что континенты дрейфуют относительно друг друга через океан. Позже она была усовершенствована в теорию тектоники плит, которая утверждала, что на дне океана есть тектонические плиты, которые медленно движутся, разделяя континенты и создавая океаны за миллионы лет. Тайна, однако, заключается в том, что именно вызывает движение этих плит. В дальнейшем также стало известно, что теория не объясняет полностью этот феномен. Некоторые полагают, что из-за необъяснимой природы силы движения тектонических плит континенты могли разделиться гораздо быстрее, чем за миллионы лет, благодаря катастрофе вроде мощного наводнения.
Вымирание мегафауны
Когда-то по земле ходили гигантские животные, например, шерстистый мамонт. Общее название таким животным — мегафауна. Мегафауна исчезла по большей части совсем недавно, в диапазоне десяти тысяч лет назад. И ученые не смогли выяснить наверняка, почему. В качестве основных причин выдвинули такие тезисы, как охота и изменение климата. Но те, кто стоит за изменение климата, не обладают серьезными доказательствами, чаще они ссылаются на то, что нет достаточного количества доказательств и для другого тезиса. Что касается охоты в качестве причины, ученые говорят, что даже если бы это было правдой, археология приводит слишком мало доказательств в пользу этого. Тайна остается неразрешенной и мы никак не можем понять, почему на самом деле вымерли гигантские животные.
Эффект Мпембы
Эффект Мпембы гласит, что кипящая вода, при определенных обстоятельствах, может не только замерзнуть, но и сделать это быстрее, чем холодная. Это явление, согласно свидетельствам, обнаружили еще в Древней Греции, хотя оно, по всей видимости, противоречит законам термодинамики. В 1969 году ученый по имени Мпемба провел опыты, доказавшие, что эффект реален, однако они оставили ученым больше вопросов, нежели ответов. В качестве причин такого явления приводили множество вариантов, но ни один из них не удовлетворил ученых. Возможно, когда-нибудь ученые решат и эту загадку, но пока результаты исследований только удручают.
Скорость света
Хотя ни одно исследование скорости света не опровергает теорию того, что скорость света максимальна, появляется все больше доказательств того, что это утверждение может быть некорректным. Некоторые утверждают, что темная энергия движется быстрее с течением времени. Другие полагают, что если теория Большого Взрыва верна, вселенная расширялась намного быстрее скорости света в своем зачаточном состоянии. Хотя до сих пор непонятно, можем ли мы обнаружить скорость, превышающую световую, наука движется вперед. Кто знает, возможно мы сломаем фундаментальные пределы.
Внетелесный опыт
Люди давным-давно сообщают о странных переживаниях, когда находятся близко к смерти, а иногда и в другие моменты, что их сознание покидает тело, хотя тела остаются живыми. Одна группа исследователей попыталась проверить эти утверждения. Ученые использовали виртуальную реальность и камеры, чтобы испытуемый касался виртуального тела и реального тела, а затем только реального. Люди были убеждены, что касались реального тела, хотя в действительности все было наоборот. Этот эксперимент породил предположение о том, что человеческие переживания внетелесного опыта могут быть более серьезными. Также ученые планируют изучать переживания в состоянии клинической смерти, используя различные механизмы, подобные вышеописанным. Важно точно понять, что это: иллюзия или сознание действительно покидает тело. На данный момент это остается загадкой.
Птицы, падающие с неба
Несколько лет назад в Арканзасе куча черных птиц попадала с неба. Тогда обвинили фейерверки, хотя и не особо хорошо проверили эту теорию. Вскоре после этого птицы попадали снова, и в этот раз фейерверки были ни при чем. В то же время, в том же штате, мертвыми оказались тысячи рыб. Хотя объяснений была масса, ни одно из них не дало точный ответ на вопрос, почему тысячи птиц падают с неба и в том же районе внезапно погибают тысячи рыб. Возможно, это просто совпадение, но очень странное.
Космический рев
Ученые пытались изучать юные звезды, но в 2006 году столкнулись с проблемой: загадочный шум, который мешает исследованию. Ученые так и не поняли, что его вызывает. Хотя звук не может путешествовать сквозь космос, могут радиоволны, но откуда? Что их издает? Более того, этот звук был в шесть раз громче, чем ожидалось. Ученые сумели выяснить, что эти радиоволны не принадлежат никаким из известных на данный момент, их источниками не являются юные звезды и не частицы нашей пыли.
Лунная иллюзия
Лунная иллюзия существовала давным-давно, еще во времена Аристотеля. Иллюзия проявляется в том, что Луна кажется большей, будучи близко к горизонту, нежели будучи в зените. В прошлом люди предполагали, что виной остается атмосферный эффект или физика, но эти варианты оказались несостоятельными. Другие предполагали, что виной являются такие принципы, как относительный размер или иллюзия расстояния, но ученые так и не нашли точного объяснения этой иллюзии. Современная наука бессильна.
Корпускулярно-волновой дуализм
Долгое время люди спорили на тему того, является ли свет волной или частицей, но спустя много лет исследований оказалось, что вещи куда сложнее, чем кажутся на первый взгляд. Исследования показали, что фотон может одновременно выступать как свет и как частица. Однако когда ученые решили посмотреть, как именно фотон выбирает форму волны или форму частицы, все пошло наперекосяк — фотон не слушался. Это одна из самых интересных загадок квантовой механики — эффект наблюдателя.
Происхождение жизни
Происхождение жизни и создание вселенной оставалось предметом дебатов и исследований на протяжении всей истории человечества. Некоторые ученые объясняют сотворение вселенной моделью Большого Взрыва, которую многие из нас учили в школе. Много исследований было проведено и на тему абиогенеза, который подразумевает появление органической жизни из неорганики как единственный способ создания жизни не из другой жизни. Несмотря на невероятный объем научных исследований, ни одно из них не было подтверждено наверняка, а возможно, никогда и не подтвердится. Во всяком случае, теория Большого Взрыва не так прекрасна, как хотелось бы, а что было до Большого Взрыва и что находится за пределами Вселенной — на эти вопросы теория ответов не дает.
Тем не менее сторонники теории разумного сотворения утверждают, что даже если Большой Взрыв и будет доказан, нет никаких доказательств того, что в какой-то из моментов создания Вселенной не вмешался Бог. Даже ученые признают, что может быть некая первопричина, флуктуация, «щелчок пальцами», которую, возможно, мы никогда не узнаем. В любом случае, Вселенная огромна, а значит где-то на ее задворках может быть другая жизнь, до которой мы можем не добраться никогда.
Источник
В отрывке из книги «Наша математическая Вселенная» профессор Массачусетского технологического института (MIT) Макс Тегмарк рассматривает вопрос о том, что математика не просто описывает Вселенную, а порождает ее.
Как ответить на вопрос о сущности жизни, Вселенной и т.п.? В юмористическом фантастическом романе Дугласа Адамса «Автостопом по Галактике» («The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy») компьютер выдал ответ в виде цифры: «42». Однако сложнее всего найти правильный ответ. Понимаю, Дуглас Адамс пошутил. Но и он не станет отрицать, что математика внесла огромный вклад в раскрытие тайн Вселенной.
Бозон Хиггса предсказан все тем же инструментом, что и планета Нептун, и радиоволны – при помощи математики. Как известно, Галилей заявил, что Вселенная является «великой книгой», написанной на языке математики. Почему же наша Вселенная кажется нам столь математичной? Как это понимать? В моей новой книге «Наша математическая Вселенная» я разъясняю, что Вселенная не просто описывается при помощи математики, но она сама и есть математика в том смысле, что все мы представляем собой элементы гигантского математического объекта, который в свою очередь является частью мультивселенной – столь гигантской, что по сравнению с ней остальные мультивселенные, о которых говорили в последние годы, выглядят малыми.
Кругом одна математика!
О какой такой математике мы собираемся говорить? О математике, изучающей лишь числа? Оглянитесь вокруг себя, и вы, наверное, сможете увидеть где-нибудь небольшое количество каких-нибудь цифр (скажем, номера страниц в свежем выпуске журнала «Scientific American»), но эти цифры – всего лишь символы, придуманные и напечатанные людьми, поэтому, когда мы говорим о том, что Вселенная по своей сути является математическим объектом, то мы, конечно же, не эти цифры имеем в виду.
Многие люди приравнивают математику к арифметике – здесь сказывается влияние нашей системы образования. Однако, вопреки распространенному мнению, математики изучают и другие абстрактные структуры, гораздо более разнообразные, чем числа, – в том числе и геометрические объекты. Например, нас постоянно окружает множество всяких геометрических фигур и тел, не так ли? (Вещи, созданные человеком, типа моей книги в виде параллелепипеда, здесь мы в расчет не берем.) Бросьте камешек параллельно земле, и вы увидите, сколь совершенна линия траектории, созданная природой! Траектории брошенных тел представляют собой разновидности перевернутой параболы.
Зададим еще один вопрос: по какой орбите движутся космические тела? И здесь мы обнаружим разные виды одной и той же фигуры – эллипса. Интересно отметить, что парабола и эллипс родственны друг другу: если большую ось эллипса сильно вытянуть, то эллипс все больше и больше будет стремиться к параболе; таким образом, все траектории, в приближении являются разновидностями эллипса.
Постепенно люди обнаружили множество других форм и фигур, проявлявших себя в природе не только во время движения или под действием силы тяжести, но и при изучении других явлений – электричества, магнетизма, света, теплоты, химических процессов, радиоактивности и субатомных частиц. Именно эти формы как раз и воплощены в законах физики, которые можно описать с помощью математических уравнений так же, как мы описываем форму эллипса.
Уравнения – не единственные проявления математики. Помимо них есть еще и числа.
В данном случае я говорю не о цифрах – человеческих изобретениях (типа номеров страниц, проставленных в этой книге), а о числах, которые отражают основные свойства нашей физической реальности. Например, сколько нужно взять карандашей и расположить их таким образом, чтобы они были перпендикулярны, т.е. под углом 90 градусов друг другу? – Три карандаша. Посмотрите, например, на любой угол в своей квартире, и там вы также увидите три ребра при вершине. Откуда взялось именно число три? Мы называем это число размерностью нашего пространства, но почему она равна именно трем, а не четырем или двум, или сорока двум? И почему во Вселенной существует, насколько мы можем судить, ровно шесть видов кварков? Кроме того, при описании природы мы также используем числа, называемые десятичными, когда, например, говорим, что «протон в 1836,15267 раз тяжелее электрона». Всего из 32 таких чисел физики могут получить и любую другую физическую константу из тех, которые когда-либо были найдены.
Вселенной свойственна некая математичность, которая проявляется тем больше, чем глубже человек проникает во Вселенную. Словом, как же быть со всеми этими проявлениями математики в окружающем нас физическом мире? Большинство моих коллег-физиков всего лишь ограничиваются выводом, что природа по какой-то причине описывается на языке математики, по крайней мере приблизительно. Но я убежден, что надо идти дальше. Интересно, найдете ли вы в моей теории больше смысла, чем тот профессор, который сказал, что она погубит мою научную карьеру?
Гипотеза о математической Вселенной
Я был очарован этой математичностью мироздания еще будучи аспирантом. Как-то вечером 1990-го года в Беркли, когда я вместе со своим другом Биллом Пуарье сидел и рассуждал о природе вещей, мне вдруг пришла в голову мысль: окружающая нас реальность не просто описывается математикой – она сама является математикой, правда в очень специфическом смысле; причем я говорю не о некоторых сторонах реальности, но о всей реальности целиком, включая человека.
Мое первоначальное предположение – т.е. гипотеза об окружающей нас реальности – формулировалось так: существует внешняя физическая реальность, которая совершенно не зависит от человека. Когда мы из какой-нибудь теории выводим некие умозрительные конструкции, то для удобства обозначения приходится вводить новые понятия и слова, например, «протон», «атом», «молекула», «клетка», «звезда» и т.д. Необходимо помнить, что все эти понятия созданы людьми, однако, в принципе, все может быть описано и без субъективного влияния человека.
Но если предположить, что реальность существует независимо от человека, то для ее полного описания понадобится также помощь и внеземных существ или суперкомпьютеров, которым не ведомы наши научные концепции. Так возникла гипотеза о математической Вселенной, которая утверждает, что внешняя физическая реальность является математической структурой.
Представим, что вы захотели, например, описать траекторию полета победного баскетбольного мяча, запущенного игроком за несколько секунд до окончания игры. Поскольку мяч состоит из элементарных частиц (кварков и электронов), то, в принципе, можно описать траекторию каждой частицы без ссылки на траекторию баскетбольного мяча, например, так:
частица № 1 движется по параболе;
частица №2 движется по параболе;
…
Частица № 138314159265358979323846264 движется по параболе.
Конечно, такой способ описания движения каждой из частиц мяча крайне непрактичен, ведь чтобы описать траектории всех частиц понадобится времени больше, чем возраст Вселенной. Но этого и не нужно делать, поскольку можно рассматривать не каждую частицу в отдельности, а их совокупность, которая двигается как единое целое – именно для обозначения этого единого целого люди изобрели слово «мяч», что позволяет нам сэкономить время и в дальнейшем описывать движение всей совокупности частиц целиком.
Мяч изобретен человеком, но сказанное выше точно так же относится и к другим природным объектам, таким как молекулы, скалы, звезды – этим объектам мы даем названия для экономии времени, а также для того, чтобы нагляднее представить себе эти явления природы. Слова-обозначения полезны, однако мы даем их по своему собственному усмотрению и произволу.
И здесь возникает вопрос: а возможно ли вообще найти такое описание окружающего нас мира, которое бы не зависело от нашего субъективного мнения? Если оно возможно, тогда получится, что описание объектов окружающего мира и отношений между ними окажется полностью абстрактным, а любые слова и символы превратятся в простые этикетки-указатели, не зависящие от мнения человека. В таком случае отношения между объектами и будут считаться их свойствами.
Для ответа на поставленный вопрос нужно иметь более глубокое представление о математике. По мнению специалистов-логиков, математическая структура представляет собой множество абстрактных объектов, на котором заданы отношения. Данный подход резко контрастирует с тем, как большинство из нас представляет себе математику (скажем, в виде наказания или всяких там фокусов с числами).
Итак, современная математика занимается формальным описанием структур, которые могут быть определены абстрактно, т.е. без какого-либо субъективного человеческого вмешательства. Скажем, математические символы – это всего лишь пустые этикетки без внутреннего смысла. Не имеет никакого значения, как мы записываем простую операцию сложения – словами («два плюс два равно четыре»), в виде формулы («2 + 2 = 4») или на каком-нибудь языке, например, по-испански («dos mas dos igual a cuatro»). Как именно мы будем обозначать сущность и отношения – не столь важно; мы знаем, что единственными свойствами целых чисел являются лишь те, с помощью которых обозначаются отношения между ними. Получается, что человек не изобретает математические структуры – он их обнаруживает, а потом лишь изобретает знаки для их обозначения.
Таким образом, нужно выделить два ключевых момента: 1) гипотеза об объективном существовании мира вне человека предполагает, что «теория всего» (полное описание физической реальности) не зависит от субъективного мнения человека, и 2) любой вариант объективного описания реальности представляет собой некую математическую структуру. Из этого вытекает гипотеза о математической Вселенной (т.е. что окружающая нас физическая реальность, описываемая «теорией всего», есть ни что иное как математическая структура). Словом, если вы верите в то, что существует не зависимый от человека физический мир, то вы, следовательно, должны также верить и в то, что наша физическая реальность – это математическая структура. Все в нашем мире полностью математично, в том числе и каждый человек.
Жизнь, очищенная от субъективности
Выше мы показали, как люди привносят свое субъективное мнение в описание окружающего мира. Теперь давайте посмотрим с другой стороны: каким образом математическая абстракция может раскрыть объективную сущность, очистив ее от привнесенной человеком субъективности. Рассмотрим знаменитую в шахматах «Бессмертную партию», в которой белым для достижения победы пришлось пожертвовать большим количеством фигур – обеими ладьями, слоном, ферзем, и поставить мат при помощи двух коней, слона и нескольких пешек [знаменитая «Бессмертная партия» была сыграна в 1851 г. – прим. перев.]. Когда любители шахмат называют эту партию красивой, то они имеют в виду не привлекательность игроков, шахматной доски или фигур, а более абстрактную сущность, которую можно было бы назвать абстрактной игрой, или последовательностью ходов.
Шахматы состоят из множества абстрактных объектов (различные шахматные фигуры, квадраты двух цветов на доске и т.д.), на котором заданы отношения. Например, отношение между шахматной фигурой и квадратом заключается в том, что фигура на нем стоит. Другой вид отношения: фигура ходит по определенным клеткам. Иными словами, описывать множество фигур на шахматной доске и отношения между ними можно по-разному, например, задать их на самой доске, использовать словесное описание на английском или, скажем, испанском языке или же обозначать алгебраически. Но если мы отбросим придуманные нами описания, то что же останется? Каков объект, которые они все описывают? – Ответ: «Бессмертная партия» сама по себе, шахматная партия как абстракция. Иными словами, все предпринятые нами эквивалентные описания этой партии говорят об одном и том же – об уникальной математической структуре, которая лежит в основе шахматной партии.
Гипотеза о математической Вселенной предполагает, что мы живем, так сказать, в «реляционной реальности» в том смысле, что свойства окружающего нас мира проистекают не от свойств ее конечных строительных кирпичей, но от отношений между этими кирпичами. Следовательно, окружающая нас физическая реальность не сводится к сумме своих частей, а превосходит ее в том смысле, что эта реальность может обладать множеством каких-то своих уникальных свойств, в то время как ее части не имеют внутренних свойств вообще. Получается, что окружающий нас мир не только описывается с помощью математики, но он сам и есть математика. Опираясь на этот несколько безумный вывод, мы получаем, что люди – это части гигантского математического объекта, обладающие самосознанием. Вследствие сказанного, как я утверждаю в книге, снижается статус таких известных нам понятий, как «случайность», «сложность» и даже переоценивается понятие «иллюзии». Теперь можно предположить существование невиданных ранее параллельных вселенных, настолько обширных и необычных, что по сравнению с ними все вышеупомянутые странные вселенные бледнеют, вынуждая нас отказаться от многих наших наиболее глубоких представлений о реальности.
Когда сталкиваешься с такой гигантской реальностью, то чувствуешь себя маленьким и беспомощным. Люди испытывали подобные чувства и раньше, когда вдруг узнавали, что окружавший их конечный мир на самом деле является лишь небольшой частью более крупной структуры – так было в случае с нашей планетой и Солнечной системой, нашей Галактикой и Вселенной, а, возможно, и всей иерархией параллельных вселенных, вложенных одна в другую по типу русских матрешек. Тем не менее в этом подходе я также вижу большой потенциал, поскольку мы постоянно недооцениваем не только размеры нашей Вселенной, но и мощь человеческого разума, способного ее разгадать. У наших предков, живших в пещерах, объем головного мозга был такой же, как и у нас, а поскольку они не сидели по вечерам у телевизоров, то у них, конечно, было время задаться такими, например, вопросами: «Что это за штуки светятся там, на небе?» или «Откуда все это на небе взялось?» Для объяснения они придумали красивые мифы и байки, но им так и не удалось понять, что для получения ответов на эти вопросы главный инструмент находился в них самих. И для того, чтобы изучать небесные объекты, совсем не надо лететь самому в космос, – достаточно, чтобы заработал человеческий разум. Когда человеческое воображение впервые покинуло Землю и приступило к расшифровке тайн Вселенной, то делало оно это силой разума, а с помощью не ракетной тяги.
Стремление к знанию настолько меня очаровало, что я не смог ему сопротивляться и поэтому стал физиком. Я написал эту книгу, потому что хотел поделиться с читателями рассказом об этом завораживающем стремлении к открытиям, особенно в наше время, когда часто порой чувствуешь свою беспомощность. Если вы решили прочитать мою книгу, то это значит, что вы решили присоединиться ко мне и моим коллегам-физикам и заняться нашим совместным поиском.
источник
В 1982 году произошло замечательное событие. В Парижском университете исследовательская группа под руководством физика Alain Aspect провела эксперимент, который может оказаться одним из самых значительных в 20 веке.
Aspect и его группа обнаружили, что в определённых условиях элементарные частицы, например, электроны, способны мгновенно сообщаться друг с другом независимо от расстояния между ними. Не имеет значения, 10 футов между ними или 10 миллиардов миль.
Каким-то образом каждая частица всегда знает, что делает другая. Проблема этого открытия в том, что оно нарушает постулат Эйнштейна о предельной скорости распространения взаимодействия, равной скорости света.
Поскольку путешествие быстрее скорости света равносильно преодолению временного барьера, эта пугающая перспектива заставила некоторых физиков пытаться разъяснить опыты Aspect сложными обходными путями. Но других это вдохновило предложить даже более радикальные объяснения.
Например, физик лондонского университета David Bohm посчитал, что из открытия Aspect следует, что объективной реальности не существует, что, несмотря на её очевидную плотность, вселенная в своей основе — фантазм, гигантская, роскошно детализированная голограмма. Чтобы понять, почему Bohm сделал такое поразительное заключение, нужно сказать о голограммах. Голограмма представляет собой трёхмерную фотографию, сделанную с помощью лазера. Чтобы изготовить голограмму, прежде всего фотографируемый предмет должен быть освещён светом лазера. Тогда второй лазерный луч, складываясь с отражённым светом от предмета, даёт интерференционную картину, которая может быть зафиксирована на плёнке.
Что еще может нести в себе голограмма — еще далеко не известно. Готовый снимок выглядит как бессмысленное чередование светлых и тёмных линий. Но стоит осветить снимок другим лазерным лучом, как тотчас появляется трёхмерное изображение исходного предмета. Трёхмерность — не единственное замечательное свойство, присущее голограмме. Если голограмму с изображением розы разрезать пополам и осветить лазером, каждая половина будет содержать целое изображение той же самой розы точно такого же размера. Если же продолжать разрезать голограмму на более мелкие кусочки, на каждом из них мы вновь обнаружим изображение всего объекта в целом. В отличие от обычной фотографии, каждый участок голограммы содержит информацию о всём предмете, но с пропорционально соответствующим уменьшением чёткости. Принцип голограммы «все в каждой части» позволяет нам принципиально по-новому подойти к вопросу организованности и упорядоченности.
На протяжении почти всей своей истории западная наука развивалась с идеей о том, что лучший способ понять физический феномен, будь то лягушка или атом, — это рассечь его и изучить составные части. Представьте себе аквариум с рыбой. Голограмма показала нам, что некоторые вещи во вселенной не поддаются исследованию таким образом. Если мы будем рассекать что-либо, устроенное голографически, мы не получим частей, из которых оно состоит, а получим то же самое, но меньшей точностью. Такой подход вдохновил Bohm на иную интерпретацию работ Aspect. Bohm был уверен, что элементарные частицы взаимодействуют на любом расстоянии не потому, что они обмениваются некими таинственными сигналами между собой, а потому, что их разделённость иллюзорна. Он пояснял, что на каком-то более глубоком уровне реальности такие частицы являются не отдельными объектами, а фактически расширениями чего-то более фундаментального. Чтобы это лучше уяснить,
Bohm предлагал следующую иллюстрацию. Представьте себе аквариум с рыбой. Вообразите также, что вы не можете видеть аквариум непосредственно, а можете наблюдать только два телеэкрана, которые передают изображения от камер, расположенных одна спереди, другая — сбоку аквариума. Глядя на экраны, вы можете заключить, что рыбы на каждом из экранов — отдельные объекты. Поскольку камеры передают изображения под разными углами, рыбы выглядят по-разному. Но, продолжая наблюдение, через некоторое время вы обнаружите, что между двумя рыбами на разных экранах существует взаимосвязь. Когда одна рыба поворачивает, другая также меняет направление движения, немного по-другому, но всегда соответственно первой; когда одну рыбу вы видите анфас, другую непременно в профиль. Если вы не владеете полной картиной ситуации, вы скорее заключите, что рыбы должны как-то моментально общаться друг с другом, чем что это случайное совпадение.
Вселенная — это голограмма
Bohm утверждал, что именно это и происходит с элементарными частицами в эксперименте Aspect. Согласно Bohm, явное сверхсветовое взаимодействие между частицами говорит нам, что существует более глубокий уровень реальности, скрытый от нас, более высокой размерности, чем наша, как в аналогии с аквариумом. И, он добавляет, мы видим частицы раздельными потому, что мы видим лишь часть действительности. Частицы — не отдельные «ч?6?
источник
Условия в нашей огромной Вселенной могут быть самыми разными. Жестокие падения небесных тел оставляют на поверхности планет шрамы. Ядерные реакции в сердцах звезд генерируют огромное количество энергии. Гигантские взрывы катапультируют вещество далеко в космос. Но как именно протекают процессы вроде этих? Что они говорят нам о Вселенной? Можно ли использовать их силу на благо человечества?
Чтобы выяснить это, ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC провели сложные эксперименты и компьютерное моделирование, воссоздающее жестокие космические условия в микромасштабах лаборатории.
«Сфера лабораторной астрофизики растет быстрыми темпами и подпитывается целым рядом технологических прорывов, — говорит Зигфрид Гленцер, глава научного отделения высоких плотностей энергии в SLAC. — Теперь у нас есть мощные лазеры для создания экстремальных состояний вещества, передовые рентгеновские источники для анализа этих состояний на атомном уровне и высокопроизводительные суперкомпьютеры для проведения комплексных симуляций, которые направляют и помогают объяснить наши эксперименты. С обширными возможностями в этих областях, SLAC становится особенно плодородной почвой для такого рода исследований».
Три недавно проведенных исследования, подчеркивающих этот подход, затрагивают падения метеоров, ядра гигантских планет и космические ускорители частиц, в миллионы раз мощнее Большого адронного коллайдера, крупнейшего ускорителя частиц на Земле.
Космические «побрякушки» указывают на метеоры
Известно, что высокое давление может превращать мягкую форму углерода — графита, который используется в качестве грифеля — в чрезвычайно тяжелую форму углерода, алмаз. Может ли такое произойти, если метеор попадет в графит на земле? Ученые считают, что может, и что эти падения, по сути, могут быть достаточно мощными, чтобы произвести так называемый лонсдейлит, особую форму алмаза, которая даже еще прочнее, чем обычный алмаз.
«Существование лонсдейлита оспаривалось, но теперь мы нашли убедительные доказательства этому», — говорит Гленцер, главный исследователь работы, опубликованной в марте в Nature Communications.
Ученые нагрели поверхность графита мощным оптическим лазерным импульсом, который отправлял ударную волну внутрь образца и быстро его сжимал. Просвечивая источник яркими, сверхбыстрыми рентгеновскими лучами LCLS, ученые смогли увидеть, как шок изменил атомную структуру графита.
«Мы увидели, что в некоторых образцах графита, за несколько миллиардных долей секунды и при давлении в 200 гигапаскалей (в 2 миллиона раз больше атмосферного давления на уровне моря) образовался лонсдейлит», говорит ведущий автор Доминик Крауц из Немецкого центра Гельмгольца, работавший в Калифорнийском университете в Беркли на момент проведения исследований. «Эти результаты мощно поддерживают идею о том, что жестокие удары могут синтезировать эту форму алмаза, и это, в свою очередь, может помочь нам выявить места падения метеоров».
Гигантские планеты превращают водород в металл
Второе исследование, опубликованное на днях в Nature Communications, посвящено другой важной трансформации, которая могла происходить внутри гигантских газовых планет вроде Юпитера, внутренняя часть которых по большей части состоит из жидкого водорода: при высокой температуре и давлении, этот материал переходит из «обычного», электроизолирующего состояния в металлическое, проводящее.
«Понимание этого процесса обеспечивает новые подробности о формировании планет и эволюции Солнечной системы», говорит Гленцер, который также был одним из главных исследователей этой работы. «Хотя такой переход уже был предсказан в 1930-х годах, мы никогда не открывали прямое окошко в атомные процессы».
То есть не открывали до тех пор, пока Гленцер и его коллеги-ученые не провели эксперимент в Национальной лаборатории Ливермора (LLNL), где использовали высокомощный лазер Janus, чтобы быстро сжимать и нагревать образец жидкого дейтерия, тяжелой формы водорода, и создать вспышку рентгеновских лучей, которая выявила последовательные структурные изменения в образце.
Ученые увидели, что выше давления в 250 000 атмосфер и температуры в 7000 градусов по Фаренгейту, дейтерий действительно меняется из нейтральной изолирующей жидкости в ионизированную металлическую.
«Компьютерные моделирования показывают, что переход совпадает с разделением двух атомов, как правило, связанных между собой в молекулах дейтерия», говорит ведущий автор Пол Дэвис, аспирант Калифорнийского университета в Беркли на момент написания исследования. «По всей видимости, давление и температура вызванной лазером ударной волны разрывают молекулы на части, их электроны становятся несвязанными и могут проводить электричество».
В дополнение к планетарной науке, это исследование могло бы также помочь в исследованиях, направленных на использование дейтерия в качестве ядерного топлива для термоядерных реакций.
Как построить космический ускоритель
Третий пример экстремальной вселенной, вселенной «на грани», это невероятно мощные космические ускорители частиц — вблизи сверхмассивных черных дыр, например — извергающие потоки ионизированного газа, плазмы, на сотни тысяч световых лет в космос. Энергия, которая содержится в этих потоках и их электромагнитных полях, может конвертироваться в невероятно энергичные частицы, которые производят очень короткие, но интенсивные вспышки гамма-лучей, которые могут быть обнаружены на Земле.
Ученым хотелось бы узнать, как работают эти энергетические ускорители, поскольку это поможет понять Вселенную. Кроме того, из этого можно было бы извлечь свежие идеи для строительства более мощных ускорителей. В конце концов, ускорение частиц лежит в основе множества фундаментальных физических экспериментов и медицинских устройств.
Ученые полагают, что одна из главных движущих сил, стоящих за космическими ускорителями, может быть «магнитным пересоединением» — процессом, в котором линии магнитного поля в плазме разбиваются и пересоединяются иным путем, выпуская магнитную энергию.
«Магнитное пересоединение ранее наблюдали в лаборатории, например, в экспериментах со столкновением двух плазм, которые были созданы с помощью высокомощных лазеров», говорит Фредерико Фиуца, ученый из научного отделения высоких плотностей энергии и главный исследователь теоретической работы, опубликованной в марте в Physical Review Letters. «Тем не менее ни в одном из таких лазерных экспериментов не наблюдали нетермальное ускорение частиц — ускорение, не связанное с нагревом плазмы. Наша работа показывает, что при определенном проектировании наши эксперименты должны его увидеть».
Его команда провела ряд компьютерных моделирований, которые предсказали, как должны вести себя частицы плазмы в таких экспериментах. Самые серьезные расчеты на основе 100 миллиардов частиц потребовали более миллиона часов работы CPU и более терабайта памяти суперкомпьютера Mira Аргоннской национальной лаборатории.
«Мы определили ключевые параметры для требуемых детекторов, включая энергетический диапазон, в котором они будут работать, необходимое энергетическое разрешение и местоположение в эксперименте, — говорит ведущий автор исследования Самуэль Тоторика, аспирант Стэнфордского университета. — Наши результаты представляют собой рецепт для проектирования будущих экспериментов, которые захотят узнать, как частицы получают энергию в процессе магнитного пересоединения».
источник
Ученые заметили свечение в космосе, которое могло прийти из другой Вселенной за пределами нашей, которая была рядом, когда материя, нас окружающая, впервые появилась.
Уже давно возникла мысль, что наша Вселенная, возможно, была не единственной, которая появилась из Большого Взрыва: наша Вселенная могла быть всего одним кусочком вечно надувающейся большей вещи. Возможно, появилось большое число различных вселенных — но мы вряд ли когда-нибудь что-нибудь о них узнаем.
Мы могли бы быстренько взглянуть на нее, если бы она появилась достаточно близко рядом с нашей Вселенной, чтобы их столкновение оставило «сигнатуры» в нашем мире.
Чтобы обнаружить эти следы, ученые сравнили карту космического микроволнового фона Вселенной — который состоит из света, оставшегося от ранней Вселенной — с изображением всего неба, сделанным телескопом Планка. Когда их вычли одну из другого, в небе осталось жуткое пятно света, которое могло бы быть остаточным от столкновения с другими вселенными.
Выводы — опубликованные Ранга-Рам Чари в статье под названием «Спектральные вариации неба: ограничения альтернативных вселенных» в этом месяце в New Scientist — показывают, что эта вселенная должна была иметь совершенно отличный от нашей состав. Но это возможно, поскольку альтернативные вселенные могут существенно отличаться от нашей.
Информация, используемая для исследования, была собрана телескопом Планка, который является одним из космических спутников, изучающим космическим микроволны, распространяющиеся по всему космосу, или же реликтовое излучение. До Большого Взрыва вся существующая материя была сжата в один очень маленький энергетический шарик, который затем расширился, создав расширяющуюся Вселенную, в которой мы живем, а также возможные другие, которых мы никогда не увидим.
Все тепло, которое было в этом шаре, постепенно остыло, оставив вселенную с температурой в три градуса выше абсолютного нуля. Эти три градуса энергии являются микроволновым фоном, которые изучаются телескопами вроде Планка, запущенного в 2009 году, а также другими спутниками вроде Cosmic Background Explorer и Wilkinson Microwave Anisotropy Probe.
Ученые пока не уверены, что дополнительный свет пришел из другой вселенной. New Scientist также предупреждает, чтобы мы не особо принимали новые выводы за чистую монету — одно из подобных открытий прошлого года оказалось на вине космической пыли, спутавшей ученых.
Однако NASA надеется в ближайшее время запросить финансирование для Pixie, Primorial Inflation Explorer. Это поможет обеспечить более подробную информацию о сигналах, поможет нам восстановить процесс расширения Вселенной и расскажет нам, на что смотреть в поиске следов соприкосновения с другими вселенными.
Источник
Физики из Великобритании, США, Германии и Португалии попробовали объяснить пространственную трехмерность наблюдаемой Вселенной и указать на возможные причины ее раннего инфляционного расширения.
Препринт своего исследования авторы выложили на ресурсе arXiv.org, а кратко с ним можно ознакомиться на сайте New Scientist.
Согласно выдвинутой учеными модели, структура вакуума на ранних этапах развития Вселенной (до стадии инфляционного расширения) представляла собой сеть плотно заузленных и связанных между собой силовых трубок. Они, по замыслу физиков, сформировались в ходе КХД-подобного космологического фазового перехода.
Наблюдаемую трехмерность пространства ученые объяснили топологической устойчивостью сети из одномерных силовых трубок, а инфляционную стадию эволюции Вселенной — высвобождением энергии, сопровождающим расширение сети трубок и ее охлаждением.
Структуру Вселенной на ранних этапах авторы сравнивают с запутанными проводами наушников. «Я думаю, что это идея, которую стоит изучать», — сказал о гипотезе ученых один из авторов инфляционной модели физик Алан Гут из Массачусетского технологического института.
Ученые пока не предложили экспериментального способа подтверждения своей гипотезы. Теоретические построения авторы основывали на модели Абрикосова-Ниельсена-Ольсена, в которой возникают необходимые образования в виде струноподобных решений четырехмерной (в пространстве и времени) теории Хиггса специального вида.
КХД (квантовая хромодинамика) описывает сильные взаимодействия частиц (кварков), осуществляемое частицами-переносчиками взаимодействия (глюонами). Ученые полагают, что на ранних этапах развития Вселенной существовало единое сильное и электрослабое взаимодействие, из которого на инфляционной стадии (промежутка экспоненциального расширения) произошло выделение сильного взаимодействия.
Этот процесс (получивший название бариогенеза) сопровождался объединением кварков и глюонов в адроны, а также вероятным появлением космологических топологических дефектов (в частности, космологических струн, стенок и монополей). После бариогенеза наступила стадия лептогенеза — выделения из электрослабого взаимодействия электромагнитных и слабых сил.
источник
Группа ученых из разных стран, проведя масштабное исследование, выяснила, что ждет нашу Вселенную в будущем. Согласно представленным выводам, она медленно умирает.
Говоря простым языком, энергии, которую сейчас вырабатывает Вселенная, в два раза меньше, чем было 2,3 млрд лет назад. Конечно, процесс «затухания» медленный, но необратимый. Таким образом, впереди у нашего мира только старость.
Саму по себе медленную гибель всего сущего нельзя считать открытием: о том, что Вселенная умрет, ученые говорили еще в конце прошлого века. Но теперь удалось выяснить некоторые детали. При помощи телескопов, действующих как в космосе, так и на Земле и работающих в разных диапазонах, ученые проследили за силой излучения 220 тыс. галактик. Была сопоставлена их яркость в разные временные периоды. Удалось выяснить, сколько энергии Вселенная вырабатывала раньше.
Ученые говорят, что нашу Вселенную ожидает чрезвычайно долгое «мертвое» состояние. Оно наступит через 100 триллионов лет, когда свое «горючее» исчерпают все красные карлики. Визитной карточкой эпохи вырождения станет тьма. Вселенная будет состоять их черных дыр, белых карликов, коричневых карликов, а также нейтронных звезд. Будут существовать последние мертвые планеты, но и они окончательно разрушатся через квадриллион лет. Десять квинтиллионов лет спустя оставшиеся объекты (нейтронные звезды, карлики) и расположенные в центрах галактик сверхмассивные черные дыры сольются воедино.
Эра черных дыр будет длиться неимоверно долго – 2×1099 лет. Однако излучение Хокинга приведет к тому, что испарятся и эти объекты. Вселенная на тот момент будет представлять собой лишь скопление электронов, фотонов и позитронов.
В рамках общепринятой космологической модели считается, что наша Вселенная возникла более 13 млрд лет назад (во всяком случае если речь идет о наблюдаемой ее части). С тех пор мы можем фиксировать ее непрерывное расширение и охлаждение.
Напомним, недавно другие исследователи пришли к выводу, что Вселенная пережила семь замедлений и ускорений своего расширения. Таким образом, она напоминает своего рода «гармошку».
источник