Вопрос расширения вселенной

Пнд, 07/07/2014 - 19:34

Изменение силы притяжения в зависимости от мерности пространства

Способы введения дополнительных измерений

Почему Вселенная расширяется? Есть мнение, что это происходит из-за темной энергии, а может быть из-за утечки гравитации?

Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

Из школьной физики мы знаем, что тяготение порождается материей и энергией. Но если тяготение странное, значит странными должны быть или материя, или энергия. Вот откуда взялась идея о темной энергии. А может быть, неверны сами законы? Так уже было в истории: закон тяготения Ньютона однажды столкнулся с рядом принципиальных ограничений, и в 1915 году его место заняла общая теория относительности Эйнштейна (ОТО). Эта теория тоже не идеальна, так как не объясняет многие явления, протекающие при очень малых расстояниях, например, в квантовой механике. Следовательно, ОТО, видимо, превратится в частный случай другой теории — квантовой теории гравитации (КТГ).

Так вот, пресловутая теория струн (см. НиТ № 6,2011) — это всего лишь один из подходов к КТГ. Эта теория должна объяснять действие гравитации на микроскопических расстояниях, например внутри черной дыры, где обнаруживаются удивительно необычные квантовые свойства материи.

Теория струн пренебрегает квантово-механическими эффектами, когда речь идет о больших расстояниях. Но расширение Вселенной — это и есть те самые большие расстояния. Поэтому приходится срочно пересматривать устоявшиеся положения. А вдруг теория струн поможет объяснить изменения законов тяготения и на сверхбольших расстояниях? В этой теории предусмотрены дополнительные пространственные измерения, в которых могут двигаться частицы, и это может стать ключом к успеху.

Раньше считалось, что тела из нашего измерения не могут попадать в дополнительные, так как те очень малые. Но наука уже доказывает, что некоторые измерения могут быть бесконечно большими. Но тем не менее мы не попадаем в них только потому, что наши тела не могут покинуть пределы трех измерений. Однако гравитоны, передающие гравитационные взаимодействия, могут вырываться из нашего измерения, что уже приведет к изменению закон гравитации.

ВСЕ ИЗ НИЧЕГО?

Поначалу астрономы связывали космическое ускорение с так называемой космологической постоянной. Эта постоянная была введена Эйнштейном и была призвана выражать энергию, свойственную простому пустому объему пространства. Пустой объем пространства без материи должен содержать энергию, эквивалентную примерно 10-26 кг/м3. Сам Эйнштейн впоследствии отказался от этой постоянной, хотя она прекрасно согласуется со всеми известными данными. Ее проблема в ее малости. Она настолько мала, что не может влиять на процессы в космической истории, тем более в период раннего формирования Вселенной.

Далее физики предположили, что ускорение Вселенной связано не с самим пространством, а с неким энергетическим полем в этом пространстве. Тем более, что потенциальная энергия некоторых пространственных полей согласуется с космологической постоянной. Такое поле назвали «инфлятор», и оно действительно призвано объяснить период инфляции, т.е. период ускоренного расширения Вселенной на ее ранней стадии развития. Но откуда взялась поздняя инфляция? Вероятное новое инфляционное поле назвали «квинтэссенцией», но плотность энергии в этом поле должна быть очень маленькой.

Другие материалы рубрики


  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Среди прочих лептонов в 1936 году, среди продуктов взаимодействий космических лучей, был открыт мюон. Он оказался одной из первых известных нестабильных субатомных частиц, которая во всех отношениях, кроме стабильности, напоминает электрон, то есть имеет тот же заряд и спин и участвует в тех же взаимодействиях, но имеет бóльшую массу. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. На долю мюона приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счетчиком Г. Гейгера...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • Итак, знакомимся с действующими лицами драмы. Коричневый карлик 2M1207 спектрального класса M8 (его можно увидеть хорошо вооруженным глазом в созвездии Центавр) и его небольшой компаньон — планета 2M1207b. Последняя уже несколько лет как мучает ученых своими загадками. И вот теперь новейшее исследование позволило предположить: странные особенности данного объекта объясняются тем, что он рожден в результате совсем недавнего столкновения двух планет.



  • В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.



  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В нашей Галактике за пределами Солнечной системы обнаружено несколько сотен планет. Исследовать их проще и дешевле при помощи автоматических зондов сверхмалого размера. Запускать эти аппараты можно с Земли из электромагнитной пушки, а ускорять и корректировать орбиты будут гравитационные поля встречных звезд.
    Полеты к звездам — любимая тема фантастов и авторов компьютерных игр. Лихо носятся их звездолеты на просторах Галактики! Вот только неясно — как и зачем? Но эти вопросы не очень волнуют любознательных читателей: «как» — это придумают инженеры, а уж «зачем» — вообще неприлично спрашивать. Вы только представьте: новые неизведанные миры, братья по разуму... Разве это неинтересно?!
    Но не все фантазии удается воплотить в жизнь. Романтическая эпоха поиска внеземных цивилизаций, рожденная в начале 1960-х успехами космонавтики и радиоастрономии, к концу столетия почти сошла на нет.



  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2