Вопрос расширения вселенной

Пнд, 07/07/2014 - 19:34

Это поле относят к темной энергии. Больше объяснений расширяющейся Вселенной пока нет, поэтому приходится серьезно задумываться о дополнительных измерениях, которые хоть как-то могут повлиять на поведение гравитации. Согласно закону всемирного тяготения сила гравитационного взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами. Еще Фридрих Гаусс установил, что сила тяготения определяется плотностью линий гравитационного поля, которые как бы растягиваются на все большую поверхность при увеличении расстояния между объектами. Площадь этой воображаемой поверхности увеличивается как квадрат расстояния, так как пространство трехмерное, а граница — двумерная.

Если бы пространство было четырехмерным, то граница поверхности была бы трехмерной, тогда поверхность была бы объемом и пропорциональна кубу расстояния. В этом пространстве плотность силовых линий была бы обратно пропорциональна кубу расстояния между объектами, и гравитация была бы слабее, чем в трехмерном мире. Вот это уже может стать существенным объяснением расширения Вселенной, так как речь идет о космологических масштабах расстояний.

Почему раньше не было идеи, что гравитация может распространяться в дополнительное измерение? И почему движения планет и ракет так точно описываются все-таки традиционным законом обратных квадратов? Теория струн предусматривала дополнительные измерения только в свернутом крошечном виде, около 10-35 м, хотя современные работы показывают уже размеры порядка 0,2 мм. И считается, что влияние этих измерений на гравитацию возможно только на расстоянии, сопоставимом с размерами самих измерений. Теория струн не предполагает влияние дополнительных измерений на гравитацию при больших расстояниях.

ПОЖИЗНЕННОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сама идея о свернутых измерениях имеет и недостатки. Она не дает ответа на вопрос, почему одни измерения очень малы и свернуты, а другие измерения растянуты в бесконечность. Если так, что заставляет измерения разворачиваться и распрямляться?

Есть и другое объяснение, появившееся в 1999 году. Возможно, все без исключения измерения бесконечны. Наблюдаемая Вселенная — это трехмерная поверхность с большим числом измерений, и некоторые силы, такие как тяготение, могут выходить за пределы мембраны.

Дело в том, что, согласно квантовой теории поля, силу тяготения переносят гравитоны. Притяжение тел обусловлено потоком гравитонов между телами, наподобие электрическому току. Когда тяготение статично — одно тело испускает гравитоны, а другое тело эти гравитоны поглощает. Эти гравитоны нельзя рассматривать как независимые частицы.

Согласно теории струн, гравитоны представляют собой колебания крошечных струн. Протоны, нейтроны и фотоны рассматриваются как струны с открытыми концами, как струны в скрипке. В отличие от протонов, нейтронов и фотонов, гравитоны рассматриваются как колебания замкнутой петли, подобно резиновому кольцу. Йозеф Полчински (Joseph Polchinski) из Института теоретической физики в Санта-Барбаре показал, что концы открытых струн должны быть зафиксированы на мембране, однако струны гравитонов ни к чему не привязаны и могут перемещаться во всем 10-мерном пространстве. Однако гравитонам трудно покинуть три обычных измерения, так как дополнительные сильно изогнуты. Вот чем объясняется то, что работает классический закон тяготения.

Так интересно получается, что дополнительные измерения, несмотря на их бесконечную протяженность, имеют конечный объем. Это происходит из-за из сильного искривления. Это все равно что наливать воду в бесконечную воронку, которая бесконечно сужается. Для этого нужно конечное количество воды. Вода сконцентрируется в верхней части воронки. Примерно таже гравитоны концентрируются возле мембраны. Получается, что волновая функция гравитона достигает максимума на нашей мембране. Этот эффект назвали «локализация гравитации», а модель получила название «Модель Рэндалл-Сандрама».

Этот сценарий сильно отличается от идеи свернутых измерений, однако приводит к тому же результату. Он также объясняет изменение закона тяготения на малых расстояниях и не предусматривает изменение гравитации в космологических масштабах.

ФИЗИКА НА МЕМБРАНЕ

Существует еще один подход к объяснению нарушения законов гравитации в космологических масштабах без привлечения темной энергии.
В 2000 г. автор вместе с Григорием Габададзе (Gregory Gabadadze) и Массимо Поррати (Massimo Porrati) предположили, что дополнительные измерения точно такие же, как обычные. Но даже в этом случае гравитоны не могут свободно гулять по измерениям. Гравитоны, испущенные звездами, могут уходить в другие измерения только после прохождения ими некоего критического расстояния. Подобное происходит, когда чем-то стукнуть по длинному железному листу. Звуковая волна пойдет по металлу, но часть рассеется в воздухе. Чем больше расстояние, тем больше рассеивание.

Рассеивание гравитонов оказывает сильное влияние на притяжение объектов, которые сильно удалены друг от друга. Гравитоны, просочившиеся через дополнительные измерения, для нас остаются потерянными навсегда. В условиях маленьких расстояний дополнительные измерения могут проявляться так, как это описывала предыдущая гипотеза. На средних расстояниях гравитоны ведут себя как трехмерные и описываются классическим законом тяготения.

Главным действующим лицом является мембрана — полноценный материальный объект, в котором гравитация распространяется не так, как в окружающем пространстве. Обычные частицы, такие как электроны и протоны, могут существовать только на мембране. Даже на вид пустая, она содержит бурлящую массу виртуальных электронов, протонов и других частиц. Окружающее пространство, напротив, действительно пусто, и гравитоны свободно пролетают через него, взаимодействуя только друг с другом.

Другие материалы рубрики


  • Однако сторонники потоков воды провели всестороннее исследование гипотезы о жидкой углекислоте и других средах. Были детально рассмотрены практически все ее аспекты и сделаны убедительные выводы. Например, в аккуратной работе Стьюарта и Ниммо, вышедшей в 2002 году, результаты сформулированы следующим образом: «Мы нашли, что ни конденсированный CO2, ни клатраты CO2 не могут быть накоплены в коре Марса в достаточных количествах... Таким образом, мы заключаем, что овраги не могут быть образованы жидким CO2. В свете этих результатов потоки жидкой воды остаются предпочтительным механизмом формирования свежих протоков на поверхности».


  • Варварские наклонности некоторых звезд иногда возмущают. Пока одни отнимают вещество у ближайших тел, другие поступают еще более нагло и жестоко. Они скидывают со звезд газопылевые диски, которые могли бы дать начало новой планетной системе, а то и новым формам жизни. Но не со всех, а лишь с тех, кто решается переступить опасную черту.



  • ...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


  • Никто пока не определил, всякая ли звезда в Галактике окружена другими планетами, либо Солнце является исключением из данного правила. За последние 9 лет астрономы при наблюдении за колебательными движениями звезд, которые вызваны воздействием, оказываемым на них планетами, обнаружили сотни таких планет. Но этот метод помогает фиксировать лишь самые массивные планеты, находящиеся неподалеку от звезд. Так можно обнаружить Юпитер, Сатурн в Солнечной системе, но мелкие тела (кометы, астероиды, планеты земного типа), делающие Солнечную систему такой разнообразной, астрономы бы не смогли найти, используя эти методы наблюдения.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Эксперты ООН в ежегодных докладах публикуют данные, говорящие, что Землю в перспективе ждет катастрофическое глобальное потепление, обусловленное возрастающими выбросами углекислого газа в атмосферу. Однако наблюдение за Солнцем позволяет утверждать, что в повышении температуры углекислый газ «не виноват» и в ближайшие десятилетия нас ждет не катастрофическое потепление, а глобальное, и очень длительное, похолодание.

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


  • 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.



  • В августе 1989 года с космодрома Куру ракетой-носителем Ариана 4 был запущен на орбиту вокруг Земли искусственный спутник HIPPARCOS. Название этого аппарата напоминает имя известного древнегреческого астронома Гиппарха (II в. до н.э.), открывшего явление прецессионного движения оси вращения Земли и предложившего первую фотометрическую шкалу измерения блеска звезд. Отдавая дань уважения Гиппарху, специалисты из Европейского Космического Агентства дали своему спутнику имя, которое они составили из первых букв полного названия научного проекта: HIgh Precision PARarallax COllecting Satellite — «Спутник для получения высокоточных параллаксов». Космический аппарат просуществовал на орбите 37 месяцев, и за это время он провел миллионы измерений звезд. В результате их обработки появились на свет два звездных каталога. Первый из них — HIPPARCOS.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • 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.



  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

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