 |
Экзотическая новая частица. Теории f(R). Множественные вселенные и антропный принцип. Виртуальные частицы. Квинтэссенция
|
|
|
|
Экзотическая новая частица
Эта теория на тему частиц и полей витает в воздухе уже столетия. Мы знаем, что электрон создает электрическое поле, а также, совсем недавно, гравитационное поле стали ассоциировать с «гравитоном» — «частицей-переносчиком силы» гравитации. Физики частиц и теоретики нормально относятся к мысли, что энергия отдельного поля должна переноситься частицами, а не самим полем.
Эту концепцию можно применить на темную энергию, и тогда темная материя (на которую приходятся остальные 27% Вселенной) будет ее частицей-переносчиком силы. Поскольку некоторые частицы ненаблюдаемы в принципе (тот же гравитон), эта идея вполне имеет право на жизнь. Только вот доказательств, говорящих в ее пользу, крайне мало. У нас просто нет способа измерить хоть какое-нибудь свойство, связанное с темной энергией или темной материей.
Теории f(R)
Теории f(R) — это модели нынешней кривизны Вселенной (где кривизна обозначается как R). В 2007 году ученые из Университета Чикаго показали, что при определенном значении R может быть создана модель Вселенной, в которой не требуется темная энергия для объяснения расширения Вселенной.
Этот тип Вселенной сглаживает себя таким образом, что его общая кривизна сводится к минимуму, создавая сверхгравитационно-подобную силу, которая может либо притягивать, либо отталкивать объекты в зависимости от поставленных условий.
Теоретики Университета Чикаго согласны в том, что для выполнения этой теории дополнительная сила должна исчезать там, где сила гравитации относительно сильна (например, в масштабах планет и галактик), и проявляться только в самых больших масштабах. Группа астрономов из Пекинского университета начала проводить измерения кластеров, чтобы убедиться, что теория f(R) может быть правильным описанием нашей Вселенной.
|
|
|
Множественные вселенные и антропный принцип
Один из грандиознейших провалов современной физики состоит в прогнозе действительной величины темной энергии. Квантовая теория предсказывает очень малое число, но физики рассчитывают число в 10120 раз больше.
Вот здесь-то в игру вступает антропный принцип. Он состоит в том, что фундаментальные константы физики и химии (такие как скорость света, гравитационная постоянная и т. п. ) «подходят» для поддержания жизни в отдельно взятой Вселенной, но могут иметь иные значения в других вселенных. В бесконечном множестве параллельных вселенных, кажется вполне вероятным, что может появиться и наша вселенная, с заданными значениями темной энергии, подходящей для формирования жизни.
Виртуальные частицы
Квантовая механика очень странная. Она позволяет частицам появляться из ниоткуда и уходить в никуда, разрушая все идеи классической физики. «Материя не может быть создана или уничтожена. Она должна лишь переходить из одного состояния в другое».
Эта теория берет за основу идею виртуальных частиц — мелких частичек материи, которые появляются и исчезают. Это постоянное появление и исчезновение частиц высвобождает энергию, потому что материя преобразуется в энергию, когда эти частицы исчезают.
Физики считают, что именно так пространство само по себе может набрать достаточно непрерывной энергии, чтобы создать «отрицательное давление», которое вызывает расширение Вселенной. Если эта теория верна, энергетическое пространство, получаемое от этих виртуальных частиц, может быть таинственной темной энергией, и наша Вселенная будет продолжать расширяться до тех пор, пока этот процесс протекает.
Квинтэссенция
|
|
|
Вселенная, в которой преобладает «квинтэссенция», будет полна «энергетической жидкости». Некоторые физики называют эту энергию «фантомной энергией».
Идея заключается в том, что эта квинтэссенция меняется со временем, а ее плотность энергии увеличивается. Судьба такой Вселенной закончится Большим Разрывом, когда Вселенная буквально взорвется, поскольку сами атомы не смогут противостоять силе, которая их растаскивает и разрывает на части.
Флуктуации пространства и времени: предложено новое объяснение темной энергии
В новом исследовании ученые Университета Британской Колумбии предположили, что Вселенная расширяется из-за флуктуаций пространства и времени.
Команда начала с рассмотрения несоответствий, возникающих из двух основных теорий, которые вместе объясняют все явления природы во Вселенной. Эти теории — не что иное, как общая теория относительности и квантовая механика — объясняют, как Вселенная ведет себя на самых больших масштабах (звезды, галактики, кластеры) и наименьших (субатомные частицы).
К сожалению, две этих теории несовместимы, когда дело доходит до гравитации. Ученые до сих пор пытаются объяснить ее с точки зрения квантовой механики. Существование темной энергии и расширение Вселенной — еще одна точка разногласий. Во-первых, кандидатские теории вроде энергии вакуума, которые являют собой самые популярные объяснения темной энергии, имеют серьезные несоответствия.
Согласно квантовой механике, энергия вакуума должна иметь невероятно большую плотность энергии. Но если это так, то из общей теории относительности вытекает, что эта энергия должна иметь невероятно сильный гравитационный эффект, которого было бы достаточно, чтобы Вселенная взорвалась в размерах.
В то время как другие ученые пытались модифицировать общую теорию относительности и квантовую механику, чтобы разрешить эти несоответствия, Вонг и его коллеги искали другой путь.
В рамках своего исследования Вонг и его коллеги произвели новые расчеты энергии вакуума, учитывающие высокую предсказанную плотность энергии. Затем рассмотрели возможность того, что на самых маленьких масштабах — в миллиарды раз меньше электронов — ткань пространства-времени подвержена диким флуктуациям, осциллирующим в каждой точке между расширением и сжатием.
|
|
|
По мере раскачивания назад и вперед, эти колебания приводят к тому, что Вселенная расширяется медленно, но с нарастающей скоростью. После выполнения своих расчетов они отметили, что это объяснение согласуется как с наличием квантовой вакуумной плотности энергии, так и с ОТО. Кроме того, все это согласуется с тем, что ученые наблюдают уже почти век.
«Наши расчеты показали, что Вселенная на самых крошечных масштабах действительно расширяется и сжимается с абсурдно большой скоростью. Но в широких масштабах из-за усреднения мелких масштабов, физики не замечают этой «квантовой пены». Она обладает небольшим остаточным эффектом в создании космологической постоянной (эффекта темной энергии). В некотором роде это похоже на волны в океане, которые движутся так, будто океан идеально гладкий, но на деле мы знаем, что под этой мнимой простотой прячется бешеный танец атомов, составляющих воду, и волны усредняют эти флуктуации, поэтому поверхность гладкая».
В отличие от противоречивых теорий Вселенной, в которой различные силы, управляющие ею, не могут жить в мире и должны отменять одна другую, в картине Вонга и его коллег Вселенная постоянно движется. Эффекты энергии вакуума взаимоисключаются, при этом приводя к расширению и ускорению, которые мы наблюдаем все это время.
|
|
|
