Источник изображения: Juergen Faelchle/Shutterstock
Как говорят некоторые современные физики, проблема теории струн (далее ТС) в том, что для её работы нужно слишком много Вселенных. Согласно ТС, существует 
версий окружающего мира, каждая со своими собственными законами физики. Но если перед нами лежит такой спектр вариантов мироустройства, то как приспособить теорию для объяснения принципов именно нашей реальности?
Читать полностью »
В 1920-х Эдвин Хаббл сделал революционное открытие – оказалось, что Вселенная расширяется. Изначально такое положение вещей предсказывала Общая теория относительности Эйнштейна. Скорость этого расширения получила название "постоянной Хаббла". К сегодняшнему дню с помощью современных телескопов – таких, как телескоп Хаббла – астрономы заново измерили и пересмотрели эту величину уже много раз.
Эти измерения подтвердили, что скорость расширения со временем увеличивалась, хотя учёные не уверены в том, почему. Последние измерения были проведены международной командой учёных, которые использовали данные с Хаббла, а потом сравнили их с данными, полученными на обсерватории Гайя Европейского космического агентства. В результате были получены наиболее точные измерения постоянной Хаббла на сегодняшний день, которые, однако, не сняли вопросы по поводу космического ускорения.
Читать полностью »
В последние моменты слияния две нейтронные звезды не просто испускают гравитационные волны – происходит взрыв катастрофической мощности, отзывающийся по всему электромагнитному спектру. Разница во времени прибытия между светом и гравитационными волнами позволяет нам многое узнать о Вселенной
Спросите астрофизика о величайшей загадке Вселенной на сегодня – и два наиболее частых ответа будут «тёмная материя» и «тёмная энергия». То, из чего состоит всё на нашей Земле, атомы, которые в свою очередь состоят из фундаментальных частиц, составляют лишь 5% бюджета космической энергии. И либо 95% энергии Вселенной содержится в двух этих формах, в форме тёмной материи и тёмной энергии, которые по сию пору не наблюдались напрямую, либо с нашим представлением о Вселенной что-то кардинально не так. Альтернативы этим теориям исследовали достаточно долго, и различные их варианты проводили к немного различным физическим последствиям. После того, как мы впервые пронаблюдали слияние нейтронных звёзд и приняли сигналы в виде гравитационных волн и света довольно широкого спектра, огромная часть этих альтернатив была отвергнута. Тёмная материя и тёмная энергия выдержали проверку экспериментом.
Читать полностью »
Если Вселенная расширяется, можно понять, почему далёкие галактики удаляются от нас. Но почему не расширяются звёзды, планеты и атомы?
Одним из крупнейших научных сюрпризов XX века стало открытие расширения Вселенной. Удалённые галактики разбегаются от нас и друг от друга быстрее, чем ближе расположенные, будто бы растягивается сама ткань пространства. На крупнейших масштабах плотность материи и энергии Вселенной падали миллиарды лет, и продолжают это делать. А если мы заглянем достаточно далеко, мы увидим галактики, разлетающиеся так быстро, что ничто, что мы могли бы отправить к ним сегодня, не сможет их догнать – не хватит даже скорости света. Но нет ли в этом парадокса? Именно об этом спрашивает читатель:
Если вселенная расширяется быстрее скорости света, почему это не влияет на нашу солнечную систему и расстояния от Солнца до планет? И почему относительное расстояние между звёздами нашей галактики не увеличивается… или оно увеличивается?
Мысль читателя верна, и Солнечная система, расстояния между планетами и звёздами не увеличиваются при расширении Вселенной. Так что же расширяется в расширяющейся Вселенной? Давайте разбираться.
Читать полностью »
В этой статье я расскажу вам кое-что о том, как работает квантовая механика, в частности, об удивительном явлении под названием «квантовые флуктуации», и как оно применяется в квантовой теории поля, примером которой служит Стандартная Модель (уравнения, используемые нами для предсказания поведения известных элементарных частиц и взаимодействий). Глубокое понимание этого явления и связанной с ним энергии ведёт нас прямиком к одному из самых серьёзных и неразрешённых конфликтов в науке: проблеме космологической постоянной. Также оно ведёт нас к загадке естественности, или к проблеме иерархии.
В квантовой теории поля квантовые флуктуации иногда называют или описывают, как «появление и исчезновение двух или более виртуальных частиц». Этот технический жаргон оказывается очень неудачным, поскольку эти штуки (как бы мы их ни называли), однозначно не являются частицами – к примеру, у них нет определённой массы – а также, поскольку понятие «виртуальной частицы» точно определяется только в присутствии относительно слабых взаимодействий.
Рис. 1
Читать полностью »
Вы уже наверняка слышали, что Вселенная началась с Большого взрыва 13,8 млрд лет назад, и сформировала атомы, звёзды, галактики, и, наконец, планеты с нужным для появления жизни составом. Заглядывая в отдалённые места Вселенной, мы также заглядываем и назад во времени, и каким-то образом, благодаря возможностям физики и астрономии, мы вычислили не только, как началась Вселенная, но и её возраст. Но откуда нам известно, сколько ей лет? Именно такой вопрос и задаёт нам читатель:
Итан, как подсчитали это число в 13,8 млрд лет? (Только объясни понятным языком, пожалуйста!)
На самом деле есть два разных, независимых метода измерения этой величины, и хотя один из них гораздо точнее другого, в менее точном используется гораздо меньше предположений.
Читать полностью »
Показанные здесь звёзды, галактики и скопления связаны гравитацией и не будут расширяться вместе со Вселенной
У расширения Вселенной длинная и поразительная история. Когда Хаббл впервые заметил взаимосвязь между расстоянием от нас до галактики и красным смещением её света, он сразу же понял, что это – последствия общей теории относительности Эйнштейна. Когда Хаббл объявил о своём открытии, Эйнштейн сразу же отрёкся от своей космологической константы – «дурацкого фактора», призванного держать Вселенную статичной – и назвал его своим величайшим промахом. Но в то время, как пространство между галактиками расширяется, атомы, люди и планеты сохраняют свой размер. Чем же это определяется? Наш читатель хочет выяснить:
Каков имеется в виду масштаб размеров, когда идёт речь о расширении Вселенной? Значит ли это, что планковская длина непостоянна? Растут ли орбиты атомов вместе с этим растяжением пространства или этому препятствует сильное взаимодействие?
Читать полностью »
Сверхскопление Ланиакея. Расположение Млечного пути показано красным.
На крупнейших масштабах тёмная энергия заставляет расширение Вселенной ускоряться. Оно не только отдаляет удалённые галактики друг от друга, оно заставляет их ускоряться друг относительно друга. С другой стороны, гравитация заставляет материю скапливаться вместе, так, как скопились наша Галактика и наша локальная группа, и может победить это ускорение, если соберёт достаточно большое количество вещества в одном месте. Но галактики и группы – не крупнейшие из известных нам структур. Во Вселенной существуют скопления и сверхскопления галактик, одно из которых находится прямо у нас под боком! Победит ли в итоге какое-нибудь из таких сверхскоплений тёмную энергию? Наш читатель спрашивает:
Если мы гравитационно связаны только с Андромедой, и всё остальное в итоге исчезнет из видимой области Вселенной, как же мы все можем двигаться по направлению к Великому аттрактору (или куда мы там направляемся к гравитационному центру Ланиакеи)?
С точки зрения космических масштабов недалеко от нас находятся тысячи галактик, притягивающих нас к себе.
Читать полностью »
Есть какое-то сверхъестественное сходство с началом нашей Вселенной – периодом космической инфляции, и определяющим конечную судьбу Вселенной ускоренным расширением тёмной материи. Поневоле начнёшь размышлять, не связаны ли они между собою. На этой неделе я выбрал вопрос читателя Эндрю Жилетта, спрашивающего:
Если верна вечная инфляция, может ли тёмная энергия быть предшественником возвращения к этому изначальному состоянию?
Это не только возможно, тёмная энергия вообще не зависит от правильности теории вечной инфляции. Начнём с этапа, предшествовавшего началу Вселенной и подготовившего его наступление: с космической инфляции.
Читать полностью »
У меня уже давно сложилось мнение, что у проявляющих себя в различных формах сил материи один источник. Или, иначе говоря, они так напрямую связаны и взаимно зависят друг от друга, что могут превращаться друг в друга, и энергия их действий эквивалентна.
— Майкл Фарадей
Сотни лет существовала идея, согласно которой нельзя получить что-то из ничего, и она появилась задолго до того, как мы узнали про важнейший закон сохранения во Вселенной: закон сохранения энергии.
К примеру, катящийся с холма шар, набирающий скорость и кинетическую энергию, не получает их из ниоткуда! Он превращает в кинетическую другую форму энергии – гравитационную потенциальную. И в любой момент путешествия общее количество энергии – его кинетическая и потенциальная – остаётся неизменным.
При рассмотрении замкнутой системы, такой, которая не может получать энергию извне или терять её, закон сохранения энергии работает идеально.
Читать полностью »
