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


  • О спонтанном возникновении вещества из пустого пространства говорят как о рождении “из ничего”, которое близко по духу рождению ex nihilo в христианской доктрине. Для физики пустое пространство совсем не “ничего”, а весьма существенная часть Вселенной, а мысль о рождении самого пространства может показаться вообще странной. Однако в каком-то смысле это все время происходит вокруг нас. Расширение Вселенной есть не что иное, как непрерывное “разбухание” пространства. С каждым днем доступная современным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет. Здесь полезна аналогия с резиной. Если упругий резиновый жгут вытянуть, его “становится больше”. Пространство напоминает суперэластик тем, что оно, насколько известно физикам, может неограниченно долго растягиваться не разрываясь. Растяжение и искривление пространства напоминает деформацию упругого тела тем, что “движение” пространства происходит по законам механики точно так же, как и движение обычного вещества. В данном случае это законы гравитации. Квантовая теория в равной мере применима как к веществу, так и к пространству и к времени.
    Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для “создания” материи — это есть космический бутстрэп (bootstrap — в переводе “зашнуровка”, в переносном смысле — отсутствие иерархии в системе элементарных частиц).



  • Объект, отснятый близ звезды, сходной с Солнцем, не вписывается в привычные теории формирования планет. Специалистам еще предстоит разобраться с особенностями рождения этого странного мира, а широкая публика просто любуется снимками. Еще бы — не каждый день можно увидеть планету другой звезды, пусть и открыты их сотни.
    Звезда 1RXS J160929.1-210524 расположена примерно в 500 световых лет от нас. Она очень похожа на Солнце. Ее «вес» равен 85% массы нашей родной звезды. Правда, это светило значительно моложе нашего — 210524 возникла порядка пяти миллионов лет назад.
    Новая планета, по расчетам астрономов, обладает массой примерно в восемь масс Юпитера. И она не была бы такой уж уникальной, если б не два обстоятельства. Первое — она «вживую» запечатлена на снимках. А о втором скажем позже.
    Впервые астрономы непосредственно увидели объект планетарной массы на орбите вокруг звезды, такой как Солнце, и если подтвердится, что этот объект действительно гравитационно привязан к звезде, это будет крупным шагом вперед.
    Интригу, впрочем, принесло не яркое достижение наблюдательной астрономии как таковое, а выявленные параметры системы.



  • ...Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт - на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. км/с. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость - 30 тыс. км/с (или 0,1 скорости света, так что цвет излучения начинает меняться все заметнее). А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено - лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом.

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


  • 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».


  • ...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


  • 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


  • 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


  • ...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


  • Впервые астрономы обнаружили планету вне нашей Солнечной системы, которая является потенциально пригодной для жизни, с температурами подобными земным, сопоставимыми с Землей массой и размером и, вероятно, жидкой водой на поверхности. Что приятно, потенциально обитаемый мир находится всего в двух десятках световых лет от нас. Когда-нибудь люди туда смогут добраться.
    О сенсационной находке рассказала 25 апреля 2007 года международная группа из 11 астрономов (из Швейцарии, Португалии и Франции), которая работала в Чили, на одном из телескопов Европейской южной обсерватории (ESO). Ученые нашли сходную с Землей планету у звезды Gliese 581 — красного карлика, расположенного в созвездии Весы.
    Планета, получившая имя Gliese 581c, обладает массой примерно в 5 масс Земли. Ее диаметр оценивается в 1,5 диаметра нашей планеты, так что сила тяжести на ее поверхности составляет приблизительно 1,6 g. Из-за этих параметров астрономы окрестили ее также «Суперземлей» (super-Earth).
    Ученые предполагают, что эта планета — скалистый мир, сходный с Землей по облику. Как возможный вариант — это может быть ледяная планета. Но в обоих случаях на ее поверхности должна быть жидкая вода. Причем, в случае с ледяным миром — она может быть покрыта океаном полностью.



  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.