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


  • Теория эволюции звезд основана на диаграмме «спектр-светимость». Спектр звезды связан с температурой ее поверхностных слоев, светимость — это количество световой энергии, излучаемой звездой в единицу времени. По оси абсцисс откладывается последовательность спектральных классов, по оси ординат — светимость. Звезды Галактики изображаются на диаграмме точками. Точки могли бы расположиться как попало, могли бы сгуститься к одной линии. Но они сгущаются к нескольким линиям и областям, из которых выделяются пять. Им соответствуют группы звезд: звезды главной последовательности, субкарлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые карлики. Сопоставляя диаграммы «спектр-светимость», составленные для различных звездных скоплений, можно с уверенностью утверждать, что звезды главной последовательности на определенном этапе эволюции превращаются в красные гиганты. Из диаграмм также видно, как это происходит: температура звезды начинает уменьшаться, размеры и светимость, наоборот, увеличиваются. Через некоторое время температура опять начинает расти. Скорость эволюции определяется начальной массой звезды.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...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


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • 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».


  • Невиданный успех фильма «Аватар» о событиях на экзопланете Пандора на самом деле может быть не такой уж и фантастикой. По крайней мере, обнаружение новых планет в других звездных системах дает нам надежды на то, что мы на самом деле увидим причудливых инопланетных существ.
    Фантастика зачастую является таковой лишь для определенной эпохи, и с развитием научно-технического прогресса она становится реальностью. Вот и «Аватар» не зря был снят, точнее, смонтирован именно сейчас — ведь еще десять-пятнадцать лет назад подобное казалось уж больно нереальным. Примерно, как обнаружение живого динозавра.
    Современные астрономы уже не отрицают, что где-то там, в других галактиках или даже в нашем родном Млечном пути, есть жизнь. Завлабораторией астроинформатики Главной астрономической обсерватории НАН Украины Ирина Вавилова так и говорит: «Считаю, что она существует. В форме простейших организмов — так точно».

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Уходить от Солнца на еще большее расстояние, по подсчетам швейцарского астрофизика, нет смысла. Потому что в стадии красного гиганта Солнце пробудет всего несколько миллионов лет, а затем станет снова быстро сжиматься, превратится в белого карлика и начнет деградировать как источник энергии. И тогда Земле, чтобы получать достаточное количество тепла и света, понадобится орбита меньшая, чем сейчас у Меркурия. Но при таком приближении к светилу силы притяжения довольно скоро остановят вращение Земли вокруг ее оси. Планета будет повернута к Солнцу всегда одной стороной. Значит, жизнь на Земле быстро погибнет: на ночной стороне — от тьмы и холода, а на освещенной — от жары и губительного для всего живого ультрафиолетового и рентгеновского излучения, идущего от белого карлика.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • 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.



  • 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