Физик-теоретик смог заглянуть за момент образования нашей Вселенной

Физик-теоретик из Института гравитационной физики и геометрии университета Пенсильвании (США) Мартин Боджовальд смог заглянуть за точку большого взрыва, то есть за момент образования нашей Вселенной. Как передает университетская служба новостей, «можно сказать, что ученый изобрел машину времени. Конечно, не материальную, а математическую». С помощью довольно простых формул он смог посмотреть на другую Вселенную – ту, что, согласно нескольким теориям, предшествовала нашей.
Доктор Боджовальд рассказал, что именно он увидел во Вселенной, которая существовала до большого взрыва. Правда, его оппоненты считают, что модель доктора не реалистична. Да и увидеть ему почти ничего не удалось.
Доктор Боджовальд рассказал, что именно он увидел во Вселенной, которая существовала до большого взрыва. Правда, его оппоненты считают, что модель доктора не реалистична. Да и увидеть ему почти ничего не удалось.
Физик-теоретик из Института гравитационной физики и геометрии университета Пенсильвании (США) Мартин Боджовальд смог заглянуть за точку большого взрыва, то есть за момент образования нашей Вселенной. Как передает университетская служба новостей, «можно сказать, что ученый изобрел машину времени. Конечно, не материальную, а математическую». С помощью довольно простых формул он смог посмотреть на другую Вселенную – ту, что, согласно нескольким теориям, предшествовала нашей.

К таким теориям относится учение о петлевой квантовой космологии (ПКК), в основе которого лежит понятие петлевой квантовой гравитации – фундамента исследований Боджовальда.

Теория ПКК была сформулирована еще в 80-е годы прошлого века в этом же университете и стала альтернативой классической идее возникновения нашей Вселенной в результате большого взрыва, который, по словам авторов теории ПКК, служит немалым препятствием в понимании происхождения окружающего нас мира. Согласно ПКК, в которой общая теория относительности Эйнштейна объединена с уравнениями квантовой физики, пространство и время состоят из дискретных частей. Квантовые ячейки пространства соединены друг с другом так, что в малом масштабе времени и длины создают дискретную структуру пространства, а в большем масштабе переходят в непрерывное пространство-время.

В 2006 году группа физиков из Университета Пенсильвании под руководством профессора Аштекара, одного из создателей теории петлевой квантовой космологии, обнародовала результаты математического моделирования, приблизившие ученых к описанию момента большого взрыва и свойств правселенной. Правда, модель не давала точных результатов в определении этих свойств.

Мартин Боджовальд продолжил исследования в этом направлении и предложил решаемую и более простую математическую модель. Полученные результаты опубликованы в номере электронной версии Nature Physics от 1 июля 2007 года, в печатном виде статья выйдет в августовском выпуске одноименного журнала.

Чтобы подробнее узнать о сути работы, «Газета.Ru» напрямую обратилась к Мартину Боджовальду за разъяснениями.

– Я предложил новую, точно разрешимую модель, которая описывает переход Вселенной через большой взрыв, – пояснил Боджовальд «Газете.Ru». – Основной результат – это ряд математических функций, которые описывают поведение Вселенной до и после взрыва. До него Вселенная сжималась, пока не достигла наименьшего размера в момент так называемого отскока, а затем начала расширятся. Такое ее поведение было известно из существующих моделей. К тому же у меня появилась возможность принять во внимание более детальные свойства квантовой гравитации, связанные с колебаниями в многократных изменениях размера Вселенной. Такие параметры важны, чтобы понять, была ли Вселенная до большого взрыва похожа на ту, в которой живем мы. Или она отличалась и имела свойства, которые можно описать с помощью квантовой, но не классической физики. Для примера: если она была квантована, ее свойства должны были быстро меняться во время квантового скачка. То, к чему я пришел, используя эту модель, подразумевает, что мы не можем определить, были ли такие квантовые скачки перед большим взрывом или нет.

Таким образом, квантовое состояние правселенной до большого взрыва, возможно, очень отличалось от состояния нашей, но мы не сможем обнаружить эти различия – возникает «эффект забывания».

– А вы работали на основе теории петлевой квантовой гравитации?

– Петлевая квантовая гравитация использует специальные методы для объединения общей относительности с квантовой гравитацией.

Один из главных результатов этого объединения – условие, что пространство и время не непрерывны и, что более вероятно, формируют решетчатую структуру.

Поэтому пространство и время могут изменяться наименьшими приращениями, а не произвольно. В своей модели я применил математический аппарат, описывающий решетчатую Вселенную. Это позволило мне решать уравнения размера Вселенной и квантовых колебаний как функций времени. Решения содержат все свободные параметры, которые имеет система. Связывая определяющие свойства перед большим взрывом со свойствами после него, я могу видеть, какую информацию можно получить о родительской Вселенной до момента взрыва.

– Как вы считаете, что же все-таки было до большого взрыва?

– Определенно, это было другое состояние Вселенной. В отличие от нашей она не расширялась, а сжималась из большего объема. Чтобы узнать её точные свойства, необходимо усовершенствовать существующие модели. Но независимо от модели есть такие характеристики, а именно, уже упомянутые квантовые колебания, которые мы никак не сможем определить по текущему состоянию Вселенной. Поэтому Вселенная перед большим взрывом могла весьма отличаться от нашей.

– А какой промежуток времени до большого взрыва можно описать?

– Величины, которые относятся к периоду, очень близкому к моменту большого взрыва, мы не можем просчитать. Поэтому любое свойство Вселенной до взрыва, которое требует точного знания таких величин, не может быть рассчитано в принципе. Те же величины, которые мы можем знать в настоящем, могут быть вычислены и в далеком прошлом.

– Был ли это действительно большой взрыв или какой-либо другой переход материи из предшествующей Вселенной?

– Понятие «большой взрыв» обычно относят к горячей стадии существования Вселенной, когда она была мала и только начался процесс образования ядер и атомов. Этот процесс в нашей теории остается частью картины. Точкой перехода обычно называют момент «отскока», когда сжимающаяся Вселенная начала расширяться.

– Какие исследования лежат в основе вашей работы?

– Данное исследование в области петлевой квантовой гравитации я начал в 2001 году. Кроме меня в этом направлении работают доктора Аштекар, Павловский и Сингх, чьи численные вычисления я согласовал со своей моделью. Существуют и другие модели «большого отскока», которые базируются на дополнительных допущениях о моменте «отскока», но в них нет конкретного смысла. Это, например, циклическая модель Стейнхардта – Турока.

– Нужны ли дополнительные или новые исследования в данной области?

– Модель должна стать более реалистичной, и я над этим сейчас работаю. Эта работа позволит определять влияние, которое оказала прошлая Вселенная на нашу. Можно будет проверить предположения с помощью наблюдений, при этом непрямых, так как вовлечены огромные промежутки времени. Другое направление исследований относится к вопросу, каково влияние петлевой квантовой гравитации на нашу Вселенную после большого взрыва. Необходимо внести исправления в уравнения, в настоящее время используемые в космологии, которые могут быть проверены с помощью изучения космического микроволнового фона. Таким образом можно проверить некоторые свойства петлевой квантовой гравитации и узнать, подтверждаются ли допущения, используемые в модели «отскока». Эти исследования уже выполняются учеными Университета Пенсильвании, а также некоторыми исследователями в других научных заведениях.

– Чтобы подтвердить полученные результаты на практике, можно ли использовать новейшее поколение телескопов, разрабатываемое ведущими космическими агентствами?

– В данное время уже разрабатываются подходящие космические телескопы, способные к исследованиям космического микроволнового фона. Следующий новый аппарат такого типа – «Планк», который будет запущен Европейским космическим агентством (запуск запланирован на июль 2008 года – «Газета.Ru»).

– Могли бы вы рассказать, много ли сторонников у теории петлевой квантовой космологии?

– Да, петлевая квантовая космология имеет много сторонников. В эту область науки неоценимый вклад сделали такие ученые, как Эд Копленд, Джордж Эллис, Джим Лидси, Рой Мартенс и Реза Таваколь. Но имеются и скептики, хотя их критика направлена скорее на теорию петлевой квантовой гравитации, а не космологию в целом. Другие критики ссылаются на нехватку надежных уравнений, которые бы описывали эволюцию космологических структур, например тех, из которых образовались галактики. Но такие уравнения скоро будут выведены, что позволит более детально сравнить нашу теорию с другими и ответить на критические замечания в ее адрес.

Действительно, в теоретической физике есть много современников Мартина Боджовальда, развивающих другие теории возникновения и устройства вселенной, скептически настроенных по отношению к петлевой квантовой космологии. Корреспондент «Газеты.Ru» поговорил с одним из них – доктором Любошом Мотлом, физиком-теоретиком из Гарвардского университета.

– Я в курсе, что американские средства массовой информации, такие как New Scientist, USA Today или Scientific American, уже растиражировали на этой неделе информацию о «революционной работе» в области петлевой квантовой космологии, – отметил Мотл.

– Но она не выдерживает никакой критики и является худшей практически из всех, которые я прочел в этой области.

Автор анализирует несерьезную модель, не использует какие-либо значимые параметры и делает вывод, что «допущения или предположения всегда необходимы». Это полнейшая чушь. Если он не имеет возможности ответить на некоторые вопросы, используя примитивную модель, это не значит, что другие ученые испытывают подобные неудобства. Единственное, что можно отметить в данной работе, – отсутствие воображения и представления о текущем описании существующего мира, находящегося за пределами области, в которой работает автор.

Боджовальд сконструировал некоторую модель, в которой Вселенная имеет одну степень свободы, применив дискретное время и правила случайного выбора. Далее он анализирует стабильность и зависимость от начальных условий, хотя это весьма понятно даже в полуреалистичных моделях нашей вселенной, где имеются все необходимые степени свободы.

– А какой модели эволюции Вселенной придерживаетесь вы?

– Мои исследования относятся к теории струн, но это не модель эволюции, а раздел науки, в котором физика частиц объединена с гравитацией. Что касается эволюции Вселенной, то я придерживаюсь большого взрыва – стандартной модели в космологии, которая уже довольно хорошо развита. То есть Вселенная начала эволюционировать с маленького объема, пошел процесс расширения и так далее – это классическое описание. Но до этого, вероятно, был период инфляции или эквивалентное ей состояние. Инфляция объясняет множество вопросов во Вселенной, но ее существование пока не доказано (здесь доктор Мотл не совсем прав – «Газета.Ru»). Я полагаю, что вероятность того, что инфляция все-таки была, составляет около 90%. Понятие инфляции может быть согласовано с теорией струн, но это не главное ее достоинство.

Конечно, любой может спросить: что же было до периода инфляции? Я лично думаю, что нет причин для поиска ответа на этот вопрос.

Вселенная начала расти с нулевого размера и может быть описана волновой функцией Хартля – Хокинга или другим ее эквивалентом. Некоторые кардинально противятся и утверждают, что очень важно учитывать постоянную инфляцию и явления, имеющие начало в родительских вселенных, и что необходимо изучить генеалогическое дерево всех этих вселенных, чтобы получше узнать собственную. Другие же ученые придерживаются теории о циклической Вселенной, но я не вижу хорошей доказательной базы. Нет веских причин им верить.

   
автор: Сергей Краснокутский
Кроме того...
Изобретение зонта
Изобретение зонта датируется XI веком до нашей эры. В Китае и Египте зонт являлся...
Северное ледовое побоище
Россия готова забрать себе большую часть Северного...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Растяжимая электроника
Растяжимая электроника Растяжимая электроника
Чтобы электронные схемы и проводники можно было встраивать в одежду или различные приборы, надеваемые на тело
Проблема контакта с наномиром
Проблема контакта с наномиром Проблема контакта с наномиром
Прежде чем внедрить нанотрубки в микросхему, необходимо создать и стандартизировать систему
Разработан пропотип нового биоскафандра
Разработан пропотип нового биоскафандра Разработан пропотип нового биоскафандра
Чем сильнее мы желаем защитить астронавта от открытого космоса, тем тяжелее становится его костюм
Разработан первый дальнобойный электрошок
Разработан первый дальнобойный электрошок Разработан первый дальнобойный электрошок
"Добро пожаловать в мир беспроводных технологий!" — гласит рекламный лозунг
Поликлиника на поясе
Поликлиника на поясе Поликлиника на поясе
В Университете Ноттингема создан прибор, который может спасти жизнь миллионам эмбрионов по всему миру
Enertia - совершенный электрический мотоцикл
Enertia - совершенный электрический мотоцикл Enertia - совершенный электрический мотоцикл
Он не игрушка на батарейках, однако его использование окажется немногим сложнее и накладнее эксплуатации кофемолки
Самоходные пассажирские вагоны
Самоходные пассажирские вагоны Самоходные пассажирские вагоны
Гибридный привод на транспорте продолжает наступление. Даже на железной дороге он завоёвывает, пока ещё, узкие ниши. Но
Нейтронные звёзды присвоили право на джеты
Нейтронные звёзды присвоили право на джеты Нейтронные звёзды присвоили право на джеты
Учёные обнаружили, необычные космические объекты, которые источают джеты. Раньше-то думали
Безжизненный Марс
Безжизненный Марс Безжизненный Марс
Есть ли жизнь на Марсе, была ли она на нем когда-нибудь? Исследования планеты поставляют довольно противоречивые данные
Не уснуть и не проснуться
Не уснуть и не проснуться Не уснуть и не проснуться
Уставать можно по-разному. Но хроническая усталость почти у всех одинакова. Впервые описанный в 1984 году
Мать заморозила свои яйцеклетки для дочери
Мать заморозила свои яйцеклетки для дочери Мать заморозила свои яйцеклетки для дочери
Впервые в мире женщина получила официальное разрешение на криоконсервирование своих яйцеклеток для того
Жадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергии
Жадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергии Жадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергии
Люди лишь один из миллионов видов, обитающих на Земле, но при этом мы используем больше четверти солнечной энергии
Бактерии ожили через 8 млн лет
Бактерии ожили через 8 млн лет Бактерии ожили через 8 млн лет
Микроорганизмы были извлечены из старейшего льда Земли в долине Бикон в Антарктиде, и начали расти
Океанологи достали из океанской глубины необычное создание
Океанологи достали из океанской глубины необычное создание Океанологи достали из океанской глубины необычное создание
Оно живёт на глубине 1 км в районе Гавайских островов и походит одновременно и на кальмара, и на осьминога
Гнев Посейдона
Гнев Посейдона Гнев Посейдона
Иногда появление гигантских волн на поверхности океана вполне понятно и ожидаемо, но иногда они — настоящая загадка
Банкомату исполнилось 40 лет
Банкомату исполнилось 40 лет Банкомату исполнилось 40 лет
Банкомат — это не только электронный программно-технический комплекс
Игровая площадка - компьютер
Игровая площадка - компьютер Игровая площадка - компьютер
"Поколение Playstation" стремительно набирает вес. Очевидно

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
001