Γιατί είναι το σύμπαν όπως είναι; Με τα χρόνια, οι επιστήμονες ανακάλυψαν πολλές ιδέες για να εξηγήσουν το σύμπαν και το μέλλον του. Εδώ είναι μερικές από τις πιο περίεργες ιδέες, από το σενάριο braneworld που περιλαμβάνει το σύμπαν που επιπλέει σε χώρο υψηλότερων διαστάσεων, μέχρι το “Big Splat” που περιγράφει μια τέτοια μεμβράνη που συγκρούεται με μια άλλη για να σχηματίσει ένα εντελώς νέο σύμπαν.
1. Branworld
Μια πτυχή του σύμπαντος που θεωρούμε δεδομένο είναι ότι είναι τρισδιάστατο – υπάρχουν τρεις κάθετες κατευθύνσεις στις οποίες μπορείτε να κινηθείτε. Ωστόσο, ορισμένες θεωρίες δείχνουν μια άλλη χωρική διάσταση – την οποία δεν μπορούμε να αντιληφθούμε άμεσα – σε άλλη κάθετη κατεύθυνση. Αυτός ο χώρος υψηλότερης διάστασης αναφέρεται ως “μάζα”, ενώ το σύμπαν μας είναι μια τρισδιάστατη μεμβράνη – ή “μεμβράνη” – που επιπλέει μέσα στη μάζα.
Παρά την πολυπλοκότητά του, η εικόνα του braneworld επιλύει πολλά προβλήματα στη φυσική. Για παράδειγμα, οι θεωρητικοί φυσικοί Lisa Randall, του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, και Raman Sundrum του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ, πρότειναν, Εκδοση Από τον braneworld που εξηγεί την ασυμμετρία των υποατομικών δυνάμεων, υποδηλώνοντας ότι υπάρχουν και άλλα brane παράλληλα με τα δικά μας. Αλλά δεν αρκεί μια θεωρία να εξηγήσει τα γεγονότα που ήδη γνωρίζουμε – πρέπει να κάνει νέες προβλέψεις που μπορούν να δοκιμαστούν εμπειρικά. Στην περίπτωση του μοντέλου Randall-Sundrum, τέτοιες δοκιμές μπορούν να περιλαμβάνουν μέτρηση βαρυτικά κύματα εκπέμπεται από μαύρες τρύπες Συνδέστε τη μία μεμβράνη στην άλλη.
2. Τεράστιο μεγάλο
Στο μακρινό μέλλον, οι γαλαξίες τελικά θα παρασύρονται πολύ μακριά για να φτάσει το φως από το ένα στο άλλο. Πράγματι, καθώς τα αστέρια γερνούν και πεθαίνουν, θα έρθει μια στιγμή που δεν θα υπάρχει φως – ή θερμότητα – αριστερά. Το σύμπαν θα ήταν ένα κρύο, κενό σκοτεινό κενό. Φαίνεται σαν το τέλος των πάντων, αλλά σύμφωνα με μια θεωρία, είναι στην πραγματικότητα η αρχή του επόμενου σύμπαντος σε έναν ατελείωτο κύκλο επανάληψης. Θυμάστε τη θεωρία του παγκόσμιου πίτουρου; Αυτό συμβαίνει όταν μια κρύα, κενή μεμβράνη συγκρούεται με μια άλλη – η οποία αναμένεται να συμβεί τελικά, με δεδομένο αρκετό χρόνο. Οι κοσμολόγοι Neil Turok και Paul Steinhardt πιστεύουν ότι μια τέτοια σύγκρουση θα παράγει αρκετή ενέργεια για να σχηματίσει έναν πύραυλο. Το ολοκαίνουργιο σύμπαν. Το αποκαλούν “εκπρωτική θεωρία”, αν και ο φυσικός Michio Kaku την ονόμασε “μεγάλο κύκλο. “
3. Το σύμπαν είναι γεμάτο πλάσμα
ο η μεγάλη έκρηξη Παραμένει η αγαπημένη θεωρία πολλών επιστημόνων, υποστηριζόμενη από δύο κύριες παρατηρήσεις – την επέκταση του σύμπαντος και κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB). Αμέσως μετά το Big Bang, το σύμπαν ήταν πολύ μικρότερο και πιο ζεστό, γεμάτο με πλάσμα που λάμπει σαν τον ήλιο. Βλέπουμε ακόμα το τέλος αυτής της υπερθέρμανσης φάσης με τη μορφή μιας θάλασσας ακτινοβολίας που γεμίζει όλο το χώρο. Η επέκταση του σύμπαντος για δισεκατομμύρια χρόνια έχει δροσίσει την ακτινοβολία σε μείον 454 βαθμούς Φαρενάιτ (μείον 270 βαθμούς Κελσίου), αλλά εξακολουθεί να ανιχνεύεται με ραδιοτηλεσκόπια.
Η ακτινοβολία CMB εμφανίζεται σχεδόν η ίδια σε κάθε κατεύθυνση, η οποία δεν μπορεί να εξηγηθεί εάν το σύμπαν επεκτείνεται πάντα με τον τρέχοντα ρυθμό του. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι πέρασε μια σύντομη περίοδο τελικής ταχύτητας. “οικονομικός πληθωρισμός«Ένα δευτερόλεπτο μετά το Big Bang, ξαφνικά διογκώνεται σε μέγεθος από μια υποατομική κλίμακα σε αρκετά έτη φωτός μακριά.
4. Ολογραφικό σύμπαν
Σκεφτείτε ένα ολόγραμμα ασφάλειας. Αυτό είναι βασικά ένα δισδιάστατο αντικείμενο που κωδικοποιεί μια πλήρη εικόνα 3D. Σύμφωνα με αυτήν τη θεωρία, ολόκληρο το τρισδιάστατο σύμπαν μπορεί να «κωδικοποιηθεί» στο δισδιάστατο όριό του. Μπορεί να μην ακούγεται τόσο συναρπαστικό όσο το να ζεις μέσα σε μια προσομοίωση, αλλά έχει το πλεονέκτημα να είναι μια επιστημονικά ελεγχόμενη θεωρία – έρευνα το 2017 από Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον, UK, ήταν σύμφωνο με το παρατηρούμενο πρότυπο μεταβλητότητας CMB.
5. Σταθερός κόσμος
Σύμφωνα με το Big Bang, είναι η καλύτερη μας εκτίμηση για το πώς δημιουργήθηκε το σύμπαν ΝΑΣΑ. Ήταν πιο έντονο στο παρελθόν και θα γίνει λιγότερο έντονο στο μέλλον. Δεν ήταν όλοι οι επιστήμονες ευχαριστημένοι με αυτό, οπότε βρήκαν έναν τρόπο ώστε η πυκνότητα να παραμείνει σταθερή, ακόμη και στο αναπτυσσόμενο σύμπαν. Αυτή η απόφαση περιλαμβάνει τη συνεχή δημιουργία της ύλης με ρυθμό περίπου τριών άτομα υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο ανά εκατομμύριο έτη. Αυτό το μοντέλο δεν άρεσε με την ανακάλυψη του CMB, το οποίο το μοντέλο δεν μπορεί εύκολα να εξηγήσει.
6. Πολυσύμπαν
Από την παραδοσιακή άποψη του Big Bang, για να εξηγήσουμε την κανονικότητα της ακτινοβολίας CMB, είναι απαραίτητο να υποθέσουμε μια πρώιμη ώθηση υπέρτατης επέκτασης γνωστή ως πληθωρισμός. Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι όταν το σύμπαν μας βγήκε από αυτήν την πληθωριστική φάση, ήταν μόνο μια μικρή φυσαλίδα σε μια απέραντη θάλασσα φουσκωμένου χώρου. Σε αυτήν τη θεωρία, ο «αιώνιος πληθωρισμός» που πρότεινε ονομάζεται Πολ Στάινχαρντ, άλλα σύμπαντα φυσαλίδων εμφανίζονται συνεχώς σε άλλα μέρη της φουσκωμένης θάλασσας, καθώς ολόκληρη η ομάδα σχηματίζει ένα “πολυσύμπαν”.
Η θεωρία γίνεται ακόμη πιο περίεργη, γιατί δεν υπάρχει κανένας λόγος για τον οποίο άλλα σύμπαντα πρέπει να έχουν τους ίδιους νόμους της φυσικής με τα δικά μας – ορισμένα σύμπαντα μπορεί να είναι ακόμη πιο ισχυρά. βαρύτηταή μια διαφορετική ταχύτητα φωτός. Αν και δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε άμεσα άλλα σύμπαντα, είναι δυνατόν να φανταστούμε ένα από αυτά να συγκρούεται με το δικό μας. Οι επιστήμονες επεσήμαναν ακόμη και ότι το «ψυχρό σημείο» στο CMB είναι δακτυλικό αποτύπωμα μιας τέτοιας σύγκρουσης.
7. Έχουμε λάθος βαρύτητα
Οι θεωρίες του σύμπαντος εξαρτώνται από την ακριβή κατανόηση της βαρύτητας – τη μόνη δύναμη στη φυσική που επηρεάζει την ύλη σε πολύ μεγάλες κλίμακες. Αλλά η βαρύτητα από μόνη της δεν μπορεί να εξηγήσει κάποιες αστρονομικές παρατηρήσεις. Εάν μετρήσουμε την ταχύτητα των αστεριών στις άκρες ενός γαλαξία, κινούνται πολύ γρήγορα για να παραμείνουν σε τροχιά, αν το μόνο πράγμα που τα συγκρατεί είναι η βαρύτητα του ορατού γαλαξία. Ομοίως, οι συστάδες γαλαξιών φαίνεται να συγκρατούνται πιο δυνατά από ό, τι μπορεί να εξηγηθεί από τη βαρύτητα της ορατής ύλης.
Υπάρχουν δύο πιθανές λύσεις. Το βασικό κριτήριο – προτιμάται από τους περισσότερους επιστήμονες – είναι ότι το σύμπαν περιέχει το αόρατο σκοτεινή ύλη, που παρέχει το χαμένο oomph. Η διαφορετική εναλλακτική λύση είναι ότι η θεωρία μας για τη βαρύτητα είναι λανθασμένη και πρέπει να αντικατασταθεί από κάτι που ονομάζεται Modified Newtonian Dynamics (MOND), όπως πρότειναν οι επιστήμονες το 2002 στο περιοδικό. Ετήσια ανασκόπηση της Αστρονομίας και της Αστροφυσικής. Οι δύο επιλογές – MOND και σκοτεινή ύλη – συμφωνούν εξίσου με τις παρατηρήσεις, αλλά δεν έχουν ακόμη αποδειχθεί. Απαιτούνται περισσότερα πειράματα.
8. Διάρκεια υπερρευστού
Ακόμα κι αν ο χώρος έχει μόνο τρεις διαστάσεις, υπάρχει ακόμα μια τέταρτη διάσταση με τη μορφή του χρόνου, έτσι μπορούμε να απεικονίσουμε το σύμπαν σε τέσσερις διαστάσεις. Ελεύθερος χρόνος. Σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες, όπως αυτή που προτάθηκε από τον Stefano Liberati της Διεθνούς Σχολής Προηγμένων Σπουδών και τον Luca Maccioni του Πανεπιστημίου Ludwig Maximilian, στο Επιστολές επισκόπησης φυσικής Περιοδικό, αυτό δεν είναι απλώς ένα αφηρημένο πλαίσιο αναφοράς που περιέχει φυσικά πράγματα όπως τα αστέρια και οι γαλαξίες, αλλά μια ουσία από μόνη της, ανάλογη με έναν ωκεανό νερού. Ακριβώς όπως το νερό αποτελείται από αμέτρητα σωματίδια, ο χωροχρόνος – σύμφωνα με αυτήν τη θεωρία – αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια σε επίπεδο βαθύτερο από αυτό που μπορούν να φτάσουν τα όργανα μας.
Η θεωρία αντιλαμβάνεται τον χωροχρόνο ως υπερρευστό με μηδενικό ιξώδες. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτών των υγρών είναι ότι δεν μπορούν να γίνουν να περιστρέφονται με χύδην τρόπο, όπως κάνει ένα κανονικό υγρό όταν αναδεύεται. Χωρίζεται σε μικροσκοπικές στροφές – οι οποίοι μπορεί να είναι οι σπόροι που συνιστούν τους γαλαξίες σε υπερρευστή κατάσταση του χωροχρόνου.
9. Θεωρία προσομοίωσης
Μέχρι στιγμής, όλες οι θεωρίες προέρχονται από επιστήμονες – αλλά αυτή είναι μια από τους φιλόσοφους. Εάν όλες οι πληροφορίες σχετικά με το σύμπαν μπαίνουν στον εγκέφαλό μας μέσω των αισθήσεων και των επιστημονικών μας οργάνων, ποιος θα πει ότι δεν είναι απλώς μια έξυπνα σχεδιασμένη ψευδαίσθηση; Ολόκληρο το σύμπαν μπορεί να είναι απλώς μια εξαιρετικά εξελιγμένη προσομοίωση υπολογιστή. Είναι μια ιδέα που προωθείται από τις ταινίες “Matrix”, αλλά όσο παράξενη μπορεί να ακούγεται η ιδέα, ορισμένοι φιλόσοφοι την παίρνουν στα σοβαρά. Ωστόσο, αποτυγχάνει να δοκιμάσει την αληθινή επιστημονική θεωρία, επειδή δεν υπάρχει τρόπος να αποδειχθεί αληθής ή ψευδής.
10. Το Κοσμικό Ταξίδι του Εγώ
Οι νόμοι της φυσικής περιλαμβάνουν μια χούφτα θεμελιωδών σταθερών που καθορίζουν τη δύναμη της βαρύτητας, Ηλεκτρομαγνητικός Και το υποατομικές δυνάμεις. Από όσο γνωρίζουμε, αυτοί οι αριθμοί μπορούν να έχουν οποιαδήποτε πιθανή τιμή – αλλά αν αποκλίνουν ελαφρώς από τις τιμές που έχουν ήδη, το σύμπαν θα ήταν εντελώς διαφορετικό μέρος. Το πιο σημαντικό για εμάς είναι ότι η ζωή όπως τη γνωρίζουμε – φυσικά και εμείς – δεν μπορεί να υπάρχει. Μερικοί άνθρωποι το βλέπουν αυτό ως απόδειξη ότι το σύμπαν είχε σχεδιαστεί συνειδητά για να εξελιχθεί η ανθρώπινη ζωή – η λεγόμενη αυτοκεντρική ανθρωπολογική θεωρία, που πρότεινε ο Nick Bostrom στο βιβλίο του,anthropic bias تحيز. “
Αυτό το άρθρο είναι απόσπασμα από μια προηγούμενη έκδοση που δημοσιεύτηκε στο How It Works, μια έκδοση Future Ltd. Για να μάθετε περισσότερα για τα φυσικά θαύματα του κόσμου, εγγραφείτε στο Πως δουλεύει περιοδικό.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”