Filosofai tūkstančius metų diskutavo apie „nieko“, „nieko“, „nieko“, „tuštumos“prigimtį, tačiau ką apie tai gali pasakyti šiuolaikinis mokslas? Į šį klausimą atsakys Martinas Reesas, Karališkosios draugijos astronomas ir Kembridžo universiteto kosmologijos ir astrofizikos emeritas profesorius. Jis aiškina, kad kai fizikai aptaria „nieko“, jie reiškia tuščią vietą (vakuumą). Tai gali atrodyti gana įprasta, tačiau eksperimentai rodo, kad tuščia erdvė tikrai nėra tuščia - joje yra paslaptingos energijos, galinčios mums ką nors papasakoti apie Visatos likimą.
Interviu su Martinu Reesu pristatė žurnalas „The Conversation“.
- „Salik.biz“
Ar tuščia vieta yra tokia pati kaip nieko?
Tuščia erdvė mums atrodo nieko. Pagal analogiją vanduo žuvims gali atrodyti „nieko“- tai vanduo, kuris išlieka, kai pašalini visa kita, kuris plūduriuoja jūroje. Lygiai taip pat tuščia vieta praktiškai tampa gana sudėtinga.
Mes žinome, kad Visata yra labai tuščia. Vidutinis erdvės tankis yra maždaug vienas atomas kiekvienam dešimčiui kubinių metrų - aplinka yra daug retesnė nei bet koks vakuumas, kurį galime gauti Žemėje. Bet net ir pašalinus visą materiją, erdvė pasižymi tam tikru elastingumu, kuris (kaip neseniai patvirtinta) leidžia gravitacinėms bangoms - pačiai erdvės bangai - sklisti per ją. Be to, mes sužinojome, kad tuščioje erdvėje egzistuoja egzotiška energijos forma.
Pirmą kartą apie šią vakuumo energiją sužinojome XX amžiuje, atsiradus kvantinei mechanikai, kuri paaiškina atomų ir dalelių elgseną mažiausiu mastu. Iš to išplaukia, kad tuščią erdvę sudaro foninės energijos svyravimo laukas, kuris suteikia gyvybę bangoms ir virtualioms dalelėms, kurios nuolat atsiranda ir nyksta į niekur. Jie netgi gali sukurti mažą jėgą. O kaip baltoji erdvė dideliu mastu?
Tai, kad tuščia erdvė sukuria didelio masto jėgą, buvo sužinota prieš 20 metų. Astronomai nustatė, kad visatos plėtimasis įsibėgėja. Tai buvo staigmena. Plėtra buvo žinoma daugiau nei 50 metų, tačiau visi manė, kad plėtra sulėtės dėl gravitacinio traukos, kurią galaktikos ir kitos struktūros daro viena kitai. Taigi visiems buvo didelis siurprizas, kad lėtėjimą dėl sunkio jėgos kompensavo kažkas, kas „pastūmėjo“plėtrą. Paaiškėjo, kad pačioje tuščioje erdvėje yra energijos, sukuriančios savotišką atstūmimą, kuris nusveria gravitacijos trauką šiais dideliais masteliais. Šis reiškinys - tamsi energija - yra pats neįtikėtiniausias faktas, kad tuščia vieta nėra raukšlėta ar tuščia. Be to,šis faktas lemia tolimesnį mūsų Visatos likimą.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Ar yra ribų to, ko galime išmokti? Trilijoną trilijonų kartų mažesnė nei atomas, kvantiniai erdvės laiko svyravimai gali sukelti ne tik virtualias daleles, bet ir virtualias juodąsias skyles. Tai neperžengia ribų, kurių mes negalime pastebėti ir suprasti, kuriuos bent hipotetiškai turime sujungti sunkio teoriją su kvantine mechanika - ir tai yra be galo sunku.
Yra keletas teorijų, kaip tai suprasti, iš kurių garsiausia yra stygų teorija. Tačiau nė viena iš šių teorijų dar nėra susijusi su realiuoju pasauliu - taigi jos vis dar nėra pagrįstos. Manau, beveik visi supras, kad pati kosmoso struktūra yra sudėtinga mažu mastu, kur susitinka gravitacinis ir kvantinis efektai.
Mes žinome, kad mūsų visata turi tris erdvinius matmenis: galite judėti kairėn ir dešinėn, pirmyn ir atgal, aukštyn ir žemyn. Laikas yra tarsi ketvirtasis matmuo. Tačiau yra rimtas įtarimas, kad jei padidinsite mažą erdvės tašką, kol pajusite tą mažą mastelį, pamatysite, kad tai bus tankiai suspaustas origami, turintis penkis papildomus matmenis, kurių mes nematome. Tarsi žvelgtumėte į žarną iš tolo ir manytumėte, kad tai tik eilutė. Judant arčiau, pamatytumėte, kad viena dimensija iš esmės yra trys. Styginių teorija apima ir sudėtingą matematiką, kaip ir konkuruojančios teorijos. Bet tai yra būtent ta teorija, kurios mums reikia, jei norime giliausiame lygmenyje suprasti arčiausiai tuštumos, kurią galima įsivaizduoti: aišku, tuščia vieta.
Kaip paaiškinti dabartinį supratimą, kaip visa mūsų visata plečiasi iš nieko? Ar tai galėjo prasidėti mažais vakuumo energijos svyravimais?
Kai kurie paslaptingi perėjimai ar svyravimai staiga galėjo lemti tai, kad dalis kosmoso pradėjo plėstis, kaip mano kai kurie teoretikai. Kvantinei teorijai būdingi svyravimai galėtų sukrėsti visą visatą, jei ji būtų suspausta iki pakankamai mažų mastelių. Tai turėjo įvykti per maždaug 10 (iki -44) sekundžių - tai yra Plancko laikas. Šiose skalėse laikas ir erdvė yra persipynę, todėl pažymėti laikrodį idėja neturi prasmės. Mes galime ekstrapoliuoti savo visatą aukšto tikrumo laipsniu atgal į nanosekundę ir su didele tikimybe grįšime arčiau Plancko laiko. Bet po to mūsų spėjimai nebegalioja - šios skalės fizika pakeičiama kita, sudėtingesne teorija.
Jei gali būti, kad atsitiktinės tuščiosios erdvės dalies svyravimas atnešė visatai gyvybės, kodėl tas pats negali nutikti kitai tuščios erdvės daliai - ir suteikti gyvenimą paralelinėms visatoms begalinėje daugialypėje erdvėje?
Idėja, kad mūsų Didysis sprogimas nėra vienintelis ir kad tai, ką mes matome per savo teleskopus, yra tik maža fizinės realybės dalis, yra gana populiari tarp fizikų. Yra daug cikliškos visatos variantų. Vos prieš 50 metų atsirado tvirtų įrodymų, kad net įvyko Didysis sprogimas. Bet nuo tada buvo spėliojama, kad jis galėjo būti tik cikliškos visatos epizodas. Taip pat yra tendencija suprasti, kad fizinė tikrovė yra kur kas daugiau nei erdvės ir laiko tūris, kurį galime jausti, net turėdami galingiausius teleskopus.
Todėl mes net neįsivaizduojame, ar buvo vienas didelis sprogimas, ar jų buvo daug - yra scenarijų, numatančių daug didžiųjų sprogimų, ir scenarijų, kurie prognozuoja vieną. Manau, kad turėtume juos visus išstudijuoti.
Kuo baigiasi visata?
Paprasčiausia tolimos ateities prognozė yra ta, kad visata toliau plečiasi vis sparčiau ir greičiau, vis šaltesnė ir tuštesnė. Jame esančios dalelės gali suirti, be galo ištirpdamos tuštumoje. Galime atsidurti didžiulėje erdvės erdvėje, tačiau ji bus dar tuščia, nei dabar yra vietos. Tai yra vienas iš scenarijų. Yra ir kitų, kurie prognozuoja tamsiosios energijos krypties „pasikeitimą“- nuo atbaidymo iki pritraukimo - dėl to mes būsime suspausti į tankų tašką.
Taip pat yra Rogerio Penrose'o mintis, kad visata ir toliau plėsis, vis labiau skiedžiasi, tačiau kažkodėl - kai joje nėra nieko, išskyrus fotonus, šviesos daleles - joje esantys objektai bus iš naujo kalibruojami, o erdvė tam tikru būdu taps naujo didžiojo sprogimo generatoriumi. … Tai bus labai egzotiška senosios ciklinės visatos versija, tačiau neprašykite manęs paaiškinti Penrose'o idėjas.
Ar esate įsitikinęs, kad mokslas vieną dieną atskleis paslaptį, kas yra tas „niekas“? Net jei galėtume įrodyti, kad Visata atsirado dėl keistų vakuumo lauko svyravimų, ar neturėtume domėtis, iš kur atsirado šis vakuumo laukas?
Mokslas bando pateikti atsakymus, tačiau kiekvieną kartą, kai juos randame, kyla naujų klausimų - niekada neturėsime išsamaus vaizdo. Kai septintojo dešimtmečio pabaigoje pradėjau daryti tyrimus, kilo abejonių, ar išvis yra didelis sprogimas. Dabar nebėra abejonių ir galime pasakyti maždaug 2% tikslumu, kad visata buvo tokia pati 13,8 milijardo metų iki pat pirmosios nanosekundės. Tai didelė pažanga. Juokingai optimistiška manyti, kad per ateinančius 50 metų išspręsime sunkius klausimus, kas vyksta kvantinėje ar „infliacinėje“epochoje.
Bet, be abejo, kyla kitas klausimas: kiek mokslas bus suprantamas žmogaus smegenims? Gali būti, kad stygų teorijos matematika tam tikra prasme yra teisingas tikrovės apibūdinimas, tačiau niekada negalime to suprasti taip gerai, kad galėtume patikrinti, ar tai nėra tikras stebėjimas. Tada mums gali tekti laukti, kol pasirodys keli žmonės, norint gauti išsamesnį supratimą.
Ilja Khel
