Для того щоб нова теорія стала загальновизнаною, зазвичай потрібні роки, якщо не десятиліття. Фізики можуть захоплюватися красою ідеї, але визнають її лише тоді, коли передбачення теорії підтверджуються експериментами або астрономічними спостереженнями. Це подвійно справедливо щодо космології, де спостерігачам завжди було важко встигати за уявою теоретиків, і теорія Великого вибуху ілюструє це не гірше за інші. Перед прочитанням бажано ознайомитися з
- Космічна інфляція: ненав’язливий вступ;
- Космічна інфляція: проблема витонченого виходу та її витончене розв’язання;
- Наффілдський симпозіум, космологічні збурення і топологічні дефекти.
Статті Олександра Фрідмана за його життя залишалися непоміченими, а роботу Георгія Гамова чи не ігнорували протягом більш як десятиліття. Який контраст із тим, як зустріли теорію інфляції!
Майже 40 робіт із нової теорії було опубліковано протягом року після виходу першої статті Гута. Ще через рік їхня кількість зросла до 2оо і залишалася на рівні близько 200 статей на рік протягом усього наступного десятиліття. Здавалося, ніби люди покинули все, чим вони займалися, і взялися працювати над інфляційною теорією.
Із чим пов’язаний такий блискавичний успіх? Почасти його можна пояснити соціологічними причинами. Фізики, які займаються елементарними частинками, щойно завершили розроблення теорій сильної та електрослабкої взаємодій. І ця невелика армія несподівано виявила, що їй немає чим зайнятися. Усі нові ідеї у фізиці частинок були пов’язані з надзвичайно високими енергіями. Не було жодної надії перевірити ці теорії на наявних прискорювачах, і прогрес зупинився. Єдиним прискорювачем, який міг розігнати частинки до потрібних енергій, виявився Великий вибух, і фізики елементарних частинок дедалі частіше придивлялися до космології як до випробувального полігону для нових ідей. На початку 1980-х років почався масовий перехід із фізики елементарних частинок у космологію. Ті, хто перейшов, були новачками в цій сфері й шукали цікаві задачі, щоб докласти до них своїх сил.
Саме на цьому тлі Гут запропонував свою ідею інфляції і дав фізикам саме те, що вони шукали. Особливо допомогла незавершеність його теорії. Коли ви повністю розв’язуєте важливу проблему, робота може викликати захоплення, але індустрію на ній не побудуєш. Інфляція, навпаки, була лише начерком теорії з численними прогалинами, які належало заповнити. Вона пропонувала безліч задач для роботи і самим ученим, і їхнім аспірантам.
Однак, окрім соціологічних причин, тривала популярність інфляції пов’язана з привабливістю і силою самої цієї ідеї. У певному сенсі інфляція схожа на дарвінівську теорію еволюції. Обидві теорії пропонували пояснення того, що раніше вважалося незбагненним. Сфера наукового дослідження тим самим значно розширювалася. В обох випадках пояснення було надзвичайно привабливим, а переконливих альтернатив ніхто не запропонував.
Інша паралель із Дарвіном полягає в тому, що в той час, коли Гут запропонував ідею інфляції, вона вже витала в повітрі. Головне досягнення Гута полягало в чіткому розумінні того, чим добра інфляція, і, тим самим, у створенні мотивації для розв’язання проблеми витонченого виходу та подолання інших труднощів інфляційного сценарію.
Всесвіт як безкоштовний обід
Досі ми припускали, що початковою точкою інфляції був маленький замкнений Всесвіт зі скалярним полем у стані хибного вакууму на вершині енергетичного пагорба. Але ці припущення не є обов’язковими. Натомість ми можемо почати з невеликого шматочка хибного вакууму в нескінченному Всесвіті. Такий початок теж призводить до інфляції, але дещо несподіваним способом.
Пригадайте, хибний вакуум має величезний натяг, який спричиняє його відштовхувальну гравітацію. Якщо він заповнює весь простір, то натяг усюди однаковий і немає жодних фізичних проявів, крім гравітаційних. Але якщо він оточений істинним вакуумом, натяг усередині не врівноважується жодною зовнішньою силою і змушує шматочок хибного вакууму стискатися. Можна подумати, що натягу протистоїть відштовхувальна гравітація, але насправді це не так.
| Рис. 1.2 Куля хибного вакууму, що роздувається (темна), з’єднана із зовнішнім простором "кротовиною" і видима ззовні як чорна діра. |
Аналіз, заснований на загальній теорії відносності Ейнштейна, показує, що гравітаційне відштовхування є суто внутрішнім. Тож, якщо ви принесете шматочок хибного вакууму, щоб продемонструвати на лекції, предмети не будуть відштовхуватися від нього, як на рисунку 1.1. Натомість вони притягуватимуться. Ззовні хибного вакууму сила гравітації проявляється як звичайне тяжіння. Результат залежить від розмірів шматочка.
Кротовина, або також «червоточина» (останнє є дослівним перекладом англ. wormhole) — гіпотетична топологічна особливість простору-часу, що являє собою в кожен момент часу «тунель» у просторі. Область поблизу найвужчої ділянки кротовини називається «горловиною».
Кротовини поділяються на «внутрішньосвітові» (англ. intra-universe) і «міжсвітові» (англ. inter-universe) залежно від того, чи можна з’єднати її входи кривою, що не перетинає горловину (на рисунку зображено внутрішньосвітову кротову нору).
Розрізняють також прохідні (англ. traversable) і непрохідні кротовини. До останніх належать ті тунелі, які колапсують надто швидко, щоб спостерігач або сигнал (зі швидкістю не більшою за швидкість світла) встигли дістатися від одного входу до іншого. Класичний приклад непрохідної кротовини — простір Шварцшильда, а прохідної — кротовини Морріса—Торна.
Загальна теорія відносності (далі — ЗТВ) не спростовує існування таких тунелів. Для існування прохідної кротової нори необхідно, щоб вона була заповнена екзотичною матерією, яка створює сильне гравітаційне відштовхування і перешкоджає схлопуванню нори. Розв’язки типу кротових нір виникають у різних варіантах квантової гравітації, хоча до повного дослідження питання ще дуже далеко.
Прохідна внутрішньосвітова кротова нора дає гіпотетичну можливість подорожей у часі, якщо, наприклад, один з її входів рухається відносно іншого або якщо він перебуває в сильному гравітаційному полі, де плин часу сповільнюється.
Якщо він менший за певну критичну величину, перемагає натяг, і шматочок стискається, як розтягнута гумка. Потім, після кількох коливань, він розпадається на елементарні частинки. Якщо розмір більший за критичний, перемагає гравітаційне відштовхування, і тоді хибний вакуум починає роздуватися. У ході цього процесу він викривляє простір подібно до повітряної кульки. Цей ефект проілюстровано на рисунку 1.2 для випадку сферичної області хибного вакууму. Показано лише два просторові виміри, тому сферичну межу області представлено колом. Натяг тягне межу всередину, до центра сфери, і це призводить до зменшення об’єму хибного вакууму. Але це скорочення абсолютно мізерне порівняно з експоненціальним розширенням внутрішньої частини.
Куля, що розширюється, з’єднана із зовнішнім простором вузькою "кротовою норою". Ззовні вона видима як чорна діра, і зовнішній спостерігач ніколи не зможе підтвердити або спростувати, що всередині цієї чорної діри приховано величезний Всесвіт, який роздувається. Так само спостерігач, який з’явиться всередині Всесвіту-бульбашки, що роздувається, побачить лише крихітну частину всього простору і ніколи не дізнається, що його Всесвіт має межу, за якою є інший великий Всесвіт.
Оскільки доля сфери з хибного вакууму так радикально залежить від того, чи перевищує її радіус критичне значення, важливо знати, чому ж воно дорівнює. Відповідь залежить від густини енергії вакууму: що більша густина енергії, то менший критичний радіус. Для електрослабкого вакууму він становить близько i міліметра, а для вакууму Великого об’єднання — у 10 трильйонів разів менше. Це все, що потрібно для створення Всесвіту! Воістину, абсолютно безкоштовний обід. Ну, або майже безкоштовний.
Уривок із книги А. Віленкіна "Many Worlds in One: The Search for Other Universes"
Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.
Коментарі (8):
Цитата статьи:
"Снаружи она видна как черная дыра, и внешний наблюдатель никогда не сможет подтвердить или опровергнуть, что внутри этой черной дыры скрывается огромная раздувающаяся вселенная"
Как это перекликается с моим подходом к нашей Вселенной !! ...
Хоть это и не совсем то, но во всяком случее ....
К Timi от 27 April, 10:42
Может эта статья Вас ещё больше порадует http://www.modcos.com/articles.php?id=11
К den от 27 April, 15:31
Спасибо den, посмотрел статью по ссылке, но для меня пока голографические принципы, подЪходы к Мироустройству, не находят внутреннего отклика, внутренней подЪдержки, не укладываются в картину Мира, существующую у меня как отправная точка отчёта при начале мысле_процесса.
Слишком этот подход не естесственый в моём понимании.
Про себя:
Если есть понятие и принятие какого-то процесса_явления на уровне внутренней моей логики рассуждений, то и все мат. навороты, все мат. приёмы познаются на толко на одном естественном стремлении к знанию.
Но при отЪторжении или хотя бы не принятии логики развития, логики начальных условий процесса_явления, то всё моё существо противится... и, как результат сего непринятия, всегда нахожу не логичные, не корректные, спорные мат. навороты мат. выводы.
Я могу себе это позволить. Все интересующие меня вопросы на сём прекрасном сайте не являются для меня жизненными и принципиальными в этом смысле.
Это для меня просто интересная тематика для тренировки серого вещества (во всяком случае в рамках сегодняшнего контекста я понимаю это примерно так).
К Timi от 27 April, 22:41
То есть Ваша картина мира идёт в разрез с научной?
К den от 28 April, 1:47
Для меня научные выводы не есть догма.
Я, естесственным образом, оставляю для себя право:-
Принять или не принять те или иные выводы конкретных мыслителей от науки.
Также считаю:
Сама постановка такого вопроса крайне неуместна (в ней "зашит" отрицательный контекст). А, смею заметить, что в обоснованном (хотя бы на уровне внутренней логики Миро_восприятия) сомнении как раз и возникают революционные идеи_открытия_прорывы.
Так было и будет всегда!! Поскольку научная точка зрения есть не результат простого голосования большинства..., ВСЕГДА есть тот, кто первым говорит:
Ребята!, да не так же ВСЁ ЭТО, а ВОТ ТАК!!!
Мои принципы просты:
1. Абсолютного знания не существует (постулат о бесконечности свойств_характеристик любого реального обЪекта_явления).
2. Мироустройство имеет абсолютный приоритет над наукой (как следствие из 1).
3. Всю инф. пропускать через фильтр_логику с учётом принципа бритвы Оккама и первого прямого следствия из оного.
4. Мы, люди, имеем право на ошибку.
Этот набор принципов хоть и обязательный (для меня, во всяком случае), но, конечно же не полный.
В нём (в наборе) самом "зашито" несколько противоречий при экстраполяции сего подхода на всех мыслителей от науки. Нет принципов, сдерживающих от безудержного взрыва фантазий, нет критерия научной дисциплины (в смысле норм и условий принятия и упорядочивания знаний). Нет критерия сложности в обЪяснениях ...
Над этим я думаю, думаю постоянно, но пока ...
К Timi от 28 April, 12:25
За отрицательный контекст простите, я его не подозревал, с наметенными Вами принципами я в принципе тоже согласен.
Физика в ТэВ-области энергий может кардинально отличаться от той физики, к которой мы привыкли. Например, не исключено, что масштаб порядка 1 ТэВ -это не только электрослабый, но и гравитационный масштаб. Такое возможно в моделях с дополнительными пространственными измерениями большого размера, в которых связь планковского масштаба с фундаментальным гравитационным масштабом зависит от объёма дополнительных измерений, так что фундаментальный масштаб может быть значительно меньше, чем $M_{Pl}$
Если в экспериментах на LHC будет действительно обнаружено, что фундаментальный гравитационный масштаб энергий находится в ТэВ-области, то произойдёт настоящий прорыв как в физике частиц, так и в космологии. С точки зрения физики частиц, такой прорыв будет связан с возможностью исследовать на коллайдерах квантовую гравитацию и её высокоэнергетическое расширение (каковым, возможно, является теория суперструн). С точки зрения космологии, такое открытие приведёт к пересмотру многих представлений о ранней Вселенной. Например, необходимо будет рассматривать инфляцию (если на ней настаивать) в режиме низких плотностей энергии или в режиме квантовой гравитации; максимальная температура на обычной горячей стадии будет ограничена величиной порядка 1 ТэВ, так что тёмная материя и барионная асимметрия должны будут образовываться либо при сравнительно низких температурах, либо в квантово-гравитационном режиме. Необычайно интересным представляется исследование космологии в условиях сильных квантово-гра-витационных эффектов на основе поступающих коллай-дерных данных. Эта перспектива, пожалуй, является слишком радужной, чтобы быть реалистичной.
Более вероятно, что на LHC будет обнаружено что-то совсем новое, о чём теоретики и не догадывались. Или, наоборот, будет обнаружено настолько мало, что необходимо будет всерьёз вставать на точку зрения антроп-ного принципа. В любом случае, результаты экспериментов на LHC существенно дополнят наши представления о физике, и космология здесь - не исключение.