Существует ли на самом деле космос: 10 мифов о космосе, которые кажутся реальными. Карточки

10 мифов о космосе, которые кажутся реальными. Карточки

Александр
Шереметьев

новостной редактор

Сегодня люди знают о космосе и Вселенной гораздо больше, чем несколько веков назад. Тем не менее, некоторые из космических мифов остаются популярными. Это неудивительно, если учесть, что они кажутся вполне достоверными. Глядя на небо, сложно усомниться в том, что Солнце представляет собой желтый огненный шар или что температура на Земле летом выше, чем зимой, потому что Земля вращается ближе к Солнцу. «Хайтек» разбирается, что здесь правда, а что — фейк.

Читайте «Хайтек» в

1. Звезды, которые мы видим на небе, давно умерли

Свет движется не мгновенно, а с фиксированной скоростью около 300 тыс. км/с. Неудивительно, что ему нужно время, чтобы достичь Земли. Существует популярное заблуждение, что большинство видимых звезд на небе давно мертвы, но свет от них продолжает свое путешествие к нашей планете.

На самом деле большинство из около 6 000 видимых звезд, которые можно увидеть невооруженным глазом, находятся в пределах тысячи световых лет от Земли. С точки зрения звезд, которые живут миллиарды лет, — это почти мгновение. Поэтому, хоть мы и не знаем точно, маловероятно, что все эти звезды или даже многие из них одновременно завершили свою эволюцию.

2. Черная дыра — мощная воронка, засасывающая все вокруг

Черные дыры — не «космические пылесосы», засасывающие все вокруг себя. На самом деле они ведут себя почти так же, как любой другой массивный объект во Вселенной. Скорость, необходимая для того, чтобы избежать гравитационного притяжения объекта, будь то планета или черная дыра, известна как скорость убегания или вторая космическая скорость. Например, для Солнца со скромным гравитационным притяжением объекту нужно двигаться со скоростью 618 км/с, чтобы «оторваться» от поверхности звезды.

На горизонте событий черной дыры даже объекты, движущиеся со скоростью света, будут недостаточно быстрыми, чтобы покинуть область гравитационного притяжения. Но чем больше расстояние от черной дыры, тем меньше гравитационное притяжение и скорость убегания. Поэтому на расстоянии они действуют, как обычные звезды, и все, что движется достаточно далеко и достаточно быстро, не будет «засосано» черной дырой.

3. Большой взрыв был взрывом

Современная космологическая теория действительно предполагает, что существование Вселенной началось с Большого взрыва, который произошел около 13,8 млрд лет назад. Несмотря на название, это событие не напоминает классический взрыв бомбы, при котором частицы разлетаются в сторону из одного эпицентра.

Большой взрыв был стремительным расширением пространства. Это можно сравнить с оболочкой воздушного шара. Когда его надувают, все «точки» остаются на своих местах, но расширяется «пространство» между ними. Расширение Вселенной напоминает этот процесс, только, в отличие от двумерной поверхности воздушного шара, расширяется трехмерное пространство. Это объясняет, почему в центре нашей Вселенной нет пустоты.

4. Космос — это вакуум

Космическое пространство — самое близкое к настоящему вакууму место во Вселенной, и в нем гораздо меньше частиц, чем во всем, что мы можем произвести на Земле. Но водорода во Вселенной так много, что в каждом кубическом метре пространства все еще можно найти несколько атомов этого легкого газа. Поэтому космос нельзя в полном смысле считать идеальным вакуумом, впрочем, в строгом смысле слова идеального вакуума просто не может существовать.

5. В космосе не слышно криков

Чтобы звуковые волны распространялись, им нужно вещество. Неудивительно, почему популярно представление о том, что гипотетический крик в космосе невозможно услышать. Однако эксперимент НАСА показал, что все зависит от места. Исследователям удалось обнаружить акустические волны, которые распространяются от богатой газом черной дыры, расположенной вблизи скопления Персея. Так что, если кричать довольно громко в области космоса с плотными газами, плазмой или другими частицами, то звук (распространение давления) вполне может существовать, хоть и будет слишком тихим.

6. Меркурий — самая горячая планета Солнечной системы

Меркурий находится очень близко к Солнцу, но на Венере, расположенной почти в два раза дальше, жарче. Температура поверхности этой планеты составляет около 475 °С. Все дело в атмосфере: на Венере она плотная и состоит в основном из углекислого газа, удерживающего тепло внутри. Напротив, у Меркурия очень тонкая атмосфера. Когда ночью он поворачивается от Солнца, температура на поверхности падает до -180 °С.

7. Солнце — желтый огненный шар

Огонь — результат горения, а для этого химического процесса нужны кислород, тепло и топливо. Если последних двух на Солнце в избытке, то кислорода на Солнце практически нет, поскольку оно состоит в основном из водорода и газообразного гелия. Эти два вещества используются для термоядерного синтеза — каждую секунду внутри Солнца около 700 млн т водорода сливаются вместе, образуя 650 млн т гелия и 50 млн т энергии в виде гамма-излучения. Это напоминает бесконечную серию взрывов водородной бомбы.

Кроме того, Солнце не желтое, оно излучает во всех диапазонах видимого спектра и за его пределами. Поэтому в видимом спектре солнечный свет белый, а желтоватый оттенок ему придает земная атмосфера. Длины волн света в синей части спектра намного короче, чем в красной, поэтому они чаще сталкиваются с частицами в атмосфере. В течение дня синий свет рассеивается высоко в атмосфере, придавая небу голубой цвет, а солнце кажется желтым. 

Утром и вечером свет, падающий на землю, должен пройти большее расстояние, и этот эффект усиливается. Большинство более коротких волн синего цвета рассеивается до того, как они упадут на Землю, придавая восходу и закату его характерный красно-оранжевый оттенок.

8. Земля дальше от Солнца зимой, чем летом

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, но она не совсем такая, как представляют себе многие люди. В течение года расстояние между Землей и Солнцем меняется всего на 5 млн км — это около 3% от общего расстояния между ними. Более того, жители северного полушария зимой находятся ближе к солнцу, чем летом.

Истинная причина смены времен года — наклон земной оси. В течение года свет падает на северное и южное полушария под пропорционально разными углами и в разное время каждый день. Зимой дни короткие, и свет проходит сквозь атмосферу под пологим углом, сталкиваясь с молекулами газа и рассеиваясь. Летом дни намного длиннее, и солнечный свет падает на Землю под крутым углом, направляясь более прямо к поверхности и концентрируя энергию на меньшей площади.

9. Хвост следует за кометой

Кометы — это, по сути, глыбы грязного льда. По мере приближения к Солнцу они нагреваются, выделяя газ и пыль. На Земле можно было бы ожидать, что получившийся хвост будет направлен назад, как полоса падающего метеора, но в космосе воздуха нет. Основной источник формирования хвоста — давление солнечного ветра и радиация. 

Высокоэнергетический ультрафиолетовый свет врезается в испаряющийся газ кометы, отрывая электроны и образуя заряженные ионы. Они захватываются линиями магнитного поля и выстреливают в противоположную от Солнца сторону в виде голубого ионного хвоста. Одновременно солнечный ветер давит на частицы пыли, отбрасывая их в ту же сторону. Поэтому хвост кометы всегда направлен прочь от Солнца.

10. Космические корабли при посадке нагреваются из-за трения об атмосферу

Транспортные средства, предназначенные для спуска, не имеют обтекаемой формы, и трение не является основной причиной невероятных температур при входе в атмосферу. Когда широкий тупой космический корабль падает сквозь атмосферу, молекулы газа не могут достаточно быстро уйти с пути и начинают накапливаться, образуя подушку под кораблем. 

Нагрев достигается за счет давления. Чем ближе сжатые молекулы подходят друг к другу, тем выше поднимается температура. В конце концов давление становится настолько сильным, что молекулы начинают разрываться, создавая слой заряженной плазмы и обжигающую плазменную корону.

Читать далее:

Ученые из зоны вечной мерзлоты: как они разрабатывают умную одежду и вакцину против рака

Ученые «обманули» время и отправили фотон в прошлое: как этот прорыв изменит физику

10 научных фактов, которые оказались фейками. Карточки

Найдем ли мы способ общаться в дальнем космосе?

• Питер Рэй Эллисон
• BBC Future

6 апреля 2015

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Thinkstock

Если мы намерены исследовать отдаленные уголки космоса, то поиск возможностей оставаться на связи с Землей станет для нас насущной задачей. Существует ли способ сделать так, чтобы наши слова преодолевали пространство со скоростью, превышающей скорость света? Корреспондент
BBC Future провел свое расследование, и вот его выводы.

Свет перемещается так быстро, что может пересечь Атлантику и покрыть расстояние от Лондона до Нью-Йорка более 50 раз за одну секунду. Зная это, вы можете задаться вопросом, почему никто не проявил интереса к изобретению способа коммуникации, который бы позволил передавать данные быстрее скорости света. На самом деле такой интерес существует.

Расстояния в дальнем космосе настолько огромны, что даже сообщениям, передающимся со скоростью света, там требуется значительное время, чтобы долететь до адресата. Плохая новость заключаются в том, что передавать сообщения быстрее, не нарушая установленных законов физики, невозможно. Однако есть и хорошая новость: предлагаются такие способы обойти это препятствие, которые сулят поражающие воображение перспективы, позволяющие осуществлять сверхсветовую коммуникацию.

(Похожие статьи из раздела «Журнал»)

До настоящего времени человечество не сталкивалось с необходимостью заниматься развитием «сверхсветовой» коммуникации для поддержания возможности общения. Самым дальним путешествием для человека стал полет на Луну, т.е. на расстояние примерно в 384 000 километров. Свет преодолевает этот путь за 1,3 секунды. Это сравнимо с задержкой, которую вы могли ощутить во время звонка в противоположную часть земного шара. Этого достаточно для возникновения неловких пауз в разговоре, что, однако, не содержит в себе ничего особо раздражающего.

Гнет расстояния

Если мы задумаем предпринять более далекое путешествие, например, на Марс, то тогда у нас уже начнутся проблемы. Марс, в среднем, находится на отдалении в 225 миллионов километров от Земли. Свет преодолевает это расстояние за 12,5 минуты. По этой причине разговор с человеком, находящимся на Марсе, будет крайне затрудненным. И с увеличением расстояния проблема будет только усугубляться. Космический корабль Voyager уже находится за пределами нашей Солнечной системы, на расстоянии 19,5 млрд километров от Земли. Несмотря на огромную дистанцию, мы все еще можем получать от него сообщения, однако на их доставку требуется 18 часов.

Для того чтобы осуществлять связь с ближайшей к нашей Солнечной системе звездной системой Альфа Центавра, находящейся на расстоянии 40 триллионов километров, на доставку одного сообщения потребуется четыре года.

В соответствии со специальной теорией относительности (СТО) Эйнштейна, существующий порядок вещей останется неизменным. Ничто не может двигаться со сверхсветовой скоростью, как было доказано Эйнштейном, поскольку скорость света является фундаментальной физической константой. Она составляет в вакууме с = 299 792 458 м/с.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Радиоволны слишком медленные для нормального общения в космосе

Если будут открыты какие-то способы преодолеть этот предел, «это нарушит законы теории информации и потребует переосмысления фундаментальных законов физики», утверждает Лес Дойч из Лаборатории реактивного движения в Калифорнийском технологическом институте. Дойч в течение десяти лет занимался созданием систем телекоммуникации в глубоком космосе для американского космического агентства NASA.

Сегодня для обычного общения в космосе используются радиоволны, которые передаются со скоростью света сквозь вакуум безвоздушного пространства. Сейчас уже внедряются технологии оптической (лазерной) коммуникации, однако они все еще находятся на стадии разработки.

Искривление кротовых нор

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Возможно, нам так и не удастся увеличить скорость передачи данных; однако мы можем увеличить объем информации, передаваемой за секунду. «Одно из направлений нашей работы заключается в достижении максимальной несущей частоты передачи информации с 8 до 30 гигагерц», — говорит Дойч. Чем выше частота сигнала, тем больше пропускная способность и тем более значительный объем информации вы можете передать каждую секунду. Использование технологии сжатия данных и исправления ошибок позволяет нам и далее увеличивать объем передаваемой информации и массив данных, передаваемых в секунду.

Быть может, в будущем мы сможем найти способы увеличить скорость передачи информации. «Теория относительности допускает существование так называемых «кротовых нор». Их можно представить себе, как искривление в пространстве, благодаря чему расстояние между точками сокращается»,- говорит Дойч. Один из простых способов представить себе «кротовую нору», она же «червоточина» или «туннель между двумя плоскостями пространства, заключается в том, чтобы нарисовать на листке бумаги две точки. Вы можете прочертить между ними прямую линию, и она будет кратчайшим расстоянием между этими точками на листе бумаги. Однако если бумагу сложить так, чтобы эти две точки оказались рядом друг с другом, то можно будет одной булавкой проткнуть обе точки. «Кротовые норы» в космосе редко будут располагаться подобным образом, но, тем не менее, с их помощью можно будет увеличить скорость передачи информации. Но и такой способ коммуникации все равно не будет моментальным.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Использовать «кротовую нору» заманчиво, только вот реально ли это?

Сейчас рассматриваются и другие варианты сверхсветовой связи. Один из них включает в себя так называемую квантовую запутанность – странное качество, благодаря которому две частицы могут обмениваться содержимым вне зависимости от того, на каком расстоянии друг от друга они находятся.

«В условиях квантовой запутанности, когда вы имеете две запутанные частицы, отделенные друг от друга, если вы меняет состояние одной из них, то вы меняете и состояние другой», — говорит Эд Троллоп, инженер по операциям с космическими кораблями компании Telespazio VEGA Deutschland. – И очень соблазнительно сделать вывод, что, используя запутанные частицы, мы сможем осуществлять мгновенную коммуникацию».

Квантовая путаница и тахионы

Однако все не так просто. Если у вас есть пара запутанных частиц, одна которых находится на космическом корабле, бороздящем пространство в дальних уголках Вселенной, а другая на Земле, то действительно изменения частицы на космическом корабле вызовет изменения в частице на Земле. Но, как объясняет Троллоп, человек, отслеживающий состояние частицы на Земле, не сможет истолковать произошедшие с ней перемены, не получив поясняющего сообщения с космического корабля, а подобные сообщения нельзя доставить быстрее, чем со скоростью света. Иными словами, квантовая запутанность далека от того, чтобы обеспечить возможность осуществления сверхсветовой коммуникации.

Существуют также гипотетические частицы, столь любимые авторами и героями телесериала «Стар Трек», он же «Звездный путь», известные как тахионы или сверхсветовые частицы. Теория относительности не отрицает их существования, и если так, то они всегда будут передвигаться со скоростью, превышающей скорость света. Впрочем, они тоже не способны обеспечить средства для сверхсветовой коммуникации.

«Они могут передвигаться быстрее, чем со скоростью света, но сверхсветовые частицы, предположительно, не взаимодействуют», — объясняет Троллоп. Это отсутствие взаимодействия означает, что сверхсветовые частицы нельзя использовать для связи, поскольку мы полагаем, что создать или обнаружить их невозможно.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Опровергнуть Альберта Эйнштейна не удается — сверхсветовая связь пока не возможна

Если бы сверхсветовая коммуникация была возможна, это оказало бы мощное воздействие на развитие космических экспедиций. «В ходе работ по проекту «Розетта» (миссия Европейского космического агентства, во время которой в прошлом году была осуществлена посадка зонда «Филы» на комету Чурюмова — Герасименко) у нас было 30-40 минут светового времени. Следовательно, это действительно оказывает влияние на то, как происходит планирование и проведение миссии, — говорит Троллоп. — Если у вас есть спутник на орбите Земли, вы можете общаться с ним в режиме реального времени. Если же ваше общение со спутником происходит с 30-минутной задержкой, это означает, что вы сейчас узнаете о проблеме, которая произошла 30 минут назад. К тому моменту, как вы отправите ответное сообщение, пройдет уже [как минимум] полчаса после происшествия, и только через час вы получите обратно сообщение о результатах».

При всех многообещающих посулах, связанных с гипотезой об их существовании, сверхсветовые частицы-тахионы и квантовая запутанность не являются каким-то надежно реализуемым средством сверхсветовой коммуникации. «Кротовые норы», если они на самом деле существуют и если через них можно посылать сигналы, способны как минимум создать впечатление связи со скоростью, превышающей скорость света. Однако на данный момент сверхсветовая коммуникация находится за пределами возможного с точки зрения науки.

Прочитать
оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте
BBC Future.

Мультивселенная действительно существует?

В последнее десятилетие космологов поразило экстраординарное утверждение: расширяющаяся вселенная, которую мы видим вокруг себя, не единственная; что миллиарды других вселенных тоже существуют. Нет единой вселенной — есть мультивселенная. В статьях и книгах журнала Scientific American , таких как последняя книга Брайана Грина Скрытая реальность , ведущие ученые говорят о суперкоперниканской революции. С этой точки зрения не только наша планета является одной из многих, но даже вся наша вселенная незначительна в космическом масштабе вещей. Это всего лишь одна из бесчисленных вселенных, каждая из которых занимается своим делом.

Слово «мультивселенная» имеет разные значения. Астрономы могут видеть на расстоянии около 42 миллиардов световых лет, наш космический визуальный горизонт. У нас нет оснований подозревать, что на этом Вселенная остановится. За ним может быть много — даже бесконечно много — доменов, очень похожих на тот, который мы видим. Каждое из них имеет разное начальное распределение материи, но во всех действуют одни и те же законы физики. Сегодня почти все космологи (включая меня) принимают этот тип мультивселенной, который Макс Тегмарк называет «уровнем 1». Однако некоторые идут дальше. Они предполагают совершенно разные виды вселенных, с разной физикой, разной историей, возможно, с разным числом пространственных измерений. Большинство из них будут бесплодны, хотя некоторые из них будут кишеть жизнью. Главным сторонником этой мультивселенной «уровня 2» является Александр Виленкин, который рисует драматическую картину бесконечного множества вселенных с бесконечным числом галактик, бесконечным числом планет и бесконечным числом людей с вашим именем, которые читают это. статья.

Подобные заявления были сделаны с древних времен многими культурами. Новым является утверждение о том, что мультивселенная является научной теорией со всеми вытекающими отсюда предположениями о том, что она математически строгая и экспериментально проверяемая. Я скептически отношусь к этому утверждению. Я не верю, что существование этих других вселенных доказано или когда-либо может быть доказано. Сторонники мультивселенной, значительно расширяющие наше представление о физической реальности, неявным образом переопределяют то, что подразумевается под «наукой».

За горизонтом
Те, кто придерживается широкой концепции мультивселенной, выдвигают различные предположения относительно того, как может возникнуть такое распространение вселенных и где они все будут располагаться. Они могут находиться в областях пространства далеко за пределами нашего, как это предусмотрено моделью хаотической инфляции Алана Х. Гута, Андрея Линде и других [см. «Самовоспроизводящаяся инфляционная Вселенная» Андрея Линде; Scientific American , ноябрь 1994 г. ]. Они могут существовать в разные эпохи времени, как это было предложено в модели циклической вселенной Пола Дж. Стейнхардта и Нила Турока [см. «Миф о начале времени» Габриэле Венециано; Scientific American , май 2004 г.]. Они могут существовать в том же пространстве, что и мы, но в другой ветви квантовой волновой функции, как отстаивает Дэвид Дойч [см. «Квантовая физика путешествий во времени» Дэвида Дойча и Майкла Локвуда; Scientific American , март 1994 г.]. У них может не быть местоположения, поскольку они полностью отсоединены от нашего пространства-времени, как предполагают Тегмарк и Деннис Скиама [см. «Параллельные вселенные» Макса Тегмарка; Scientific American , май 2003 г.].

Из этих вариантов наиболее распространенным является вариант хаотической инфляции, и я сосредоточусь на нем; однако большинство моих замечаний относится и ко всем другим предложениям. Идея состоит в том, что пространство в целом — это вечно расширяющаяся пустота, внутри которой квантовые эффекты постоянно порождают новые вселенные, как ребенок, пускающий мыльные пузыри. Концепция инфляции восходит к 1980-м годам, и физики разработали ее на основе своей наиболее всеобъемлющей теории природы: теории струн. Теория струн позволяет пузырям сильно отличаться друг от друга. Фактически каждый начинает жизнь не только со случайным распределением материи, но и со случайными типами материи. Наша Вселенная содержит такие частицы, как электроны и кварки, взаимодействующие посредством таких сил, как электромагнетизм; в других вселенных могут быть совсем другие типы частиц и сил, то есть другие локальные законы физики. Полный набор разрешенных местных законов известен как ландшафт. В некоторых интерпретациях теории струн ландшафт огромен, что обеспечивает огромное разнообразие вселенных.

Многих физиков, говорящих о мультивселенной, особенно сторонников теории струн, не слишком волнуют параллельные вселенные как таковые. Для них возражения против мультивселенной как понятия не имеют значения. Их теории живут или умирают, основываясь на внутренней непротиворечивости и, можно надеяться, на результатах лабораторных испытаний. Они предполагают мультивселенный контекст для своих теорий, не беспокоясь о том, как он возникает, а именно это и беспокоит космологов.

Для космолога основной проблемой всех предложений мультивселенной является наличие космического визуального горизонта. Горизонт — это предел того, как далеко мы можем видеть, потому что сигналы, движущиеся к нам со скоростью света (которая конечна), не имели времени с момента возникновения Вселенной, чтобы достичь нас издалека. Все параллельные вселенные лежат за пределами нашего горизонта и остаются за пределами нашей способности видеть, сейчас или когда-либо, независимо от того, как развиваются технологии. На самом деле, они слишком далеко, чтобы хоть как-то повлиять на нашу вселенную. Вот почему ни одно из утверждений энтузиастов мультивселенной не может быть напрямую подтверждено.

Сторонники говорят нам, что мы можем сказать в общих чертах, что происходит в 1000 раз дальше нашего космического горизонта, 10 ¹⁰⁰ раза, 10 ^{1 000 000} раза, бесконечность — все из данных, которые мы получаем в пределах нашего горизонта. Это экстраполяция экстраординарного рода. Может быть, Вселенная смыкается в очень большом масштабе, и там нет бесконечности. Может быть, вся материя во Вселенной где-то кончается, и после этого всегда остается пустое пространство. Возможно, пространство и время заканчиваются в сингулярности, ограничивающей Вселенную. Мы просто не знаем, что происходит на самом деле, ибо информации об этих регионах у нас нет и не будет.

Семь сомнительных аргументов
Большинство сторонников мультивселенной — осторожные ученые, которые хорошо осведомлены об этой проблеме, но думают, что мы все еще можем делать обоснованные предположения о том, что там происходит. Их аргументы делятся на семь основных типов, каждый из которых сталкивается с проблемами.

У пространства нет конца. Мало кто оспаривает тот факт, что пространство простирается за пределы нашего космического горизонта и что многие другие сферы лежат за пределами того, что мы видим. Если этот ограниченный тип мультивселенной существует, мы можем экстраполировать то, что видим, на области за горизонтом, со все большей и большей неопределенностью в отношении отдаленных регионов. Тогда легко представить более сложные типы вариаций, включая альтернативную физику, происходящую там, где мы не можем видеть. Но проблема этого типа экстраполяции, от известного к неизвестному, в том, что никто не может доказать, что вы ошибаетесь. Как ученые могут решить, является ли их картина ненаблюдаемой области пространства-времени разумной или неразумной экстраполяцией того, что мы видим? Могут ли другие вселенные иметь другое начальное распределение материи, или они также могут иметь другие значения фундаментальных физических констант, таких как те, которые определяют силу ядерных сил? Вы можете получить любой из них, в зависимости от того, что вы предполагаете.

Известная физика предсказывает другие области . Предлагаемые единые теории предсказывают такие объекты, как скалярные поля, гипотетический родственник других полей, заполняющих пространство, таких как магнитное поле. Такие поля должны вызывать космическую инфляцию и создавать вселенные до бесконечности. Эти теории хорошо обоснованы теоретически, но природа предполагаемых полей неизвестна, и экспериментаторам еще предстоит продемонстрировать их существование, не говоря уже об измерении их предполагаемых свойств. Важно отметить, что физики не доказали, что динамика этих полей может привести к тому, что в разных пузырьковых вселенных будут действовать разные законы физики.

Теория, предсказывающая бесконечность вселенных, проходит ключевой наблюдательный тест . Космическое микроволновое фоновое излучение показывает, как выглядела Вселенная в конце эры ее горячего раннего расширения. Образцы в нем предполагают, что наша Вселенная действительно претерпела период инфляции. Но не все виды инфляции продолжаются вечно и создают бесконечное количество пузырьковых вселенных. Наблюдения не выделяют необходимый тип инфляции из других типов. Некоторые космологи, такие как Стейнхардт, даже утверждают, что вечная инфляция привела бы к другим моделям фонового излучения, чем мы видим [см. «Дебаты об инфляции» Пола Дж. Стейнхардта; Scientific American , апрель]. Линде и другие не согласны. Кто прав? Все зависит от ваших предположений о физике инфляционного поля.

Фундаментальные константы точно настроены на жизнь . Примечательным фактом о нашей Вселенной является то, что физические константы имеют правильные значения, необходимые для существования сложных структур, включая живые существа. Стивен Вайнберг, Мартин Риз, Леонард Сасскинд и другие утверждают, что экзотическая мультивселенная дает четкое объяснение этому кажущемуся совпадению: если все возможные значения встречаются в достаточно большом наборе вселенных, то где-то обязательно найдутся пригодные для жизни. Это рассуждение применялось, в частности, для объяснения плотности темной энергии, которая сегодня ускоряет расширение Вселенной. Я согласен с тем, что мультивселенная является возможным объяснением ценности этой плотности; возможно, это единственный научно обоснованный вариант, который у нас есть прямо сейчас. Но у нас нет надежды проверить это наблюдательно. Кроме того, в большинстве анализов проблемы предполагается, что основные уравнения физики везде одинаковы, а различаются только константы, но если серьезно относиться к мультивселенной, это не обязательно так [см. «В поисках жизни в мультивселенной» Алехандро Дженкинс и Гилад Перес; Scientific American , январь 2010 г.].

Фундаментальные константы соответствуют предсказаниям мультивселенной . Этот аргумент уточняет предыдущий, предполагая, что вселенная приспособлена для жизни не более точно, чем это необходимо. Сторонники оценили вероятности различных значений плотности темной энергии. Чем выше значение, тем оно более вероятно, но тем враждебнее будет Вселенная к жизни. Наблюдаемое нами значение должно находиться на грани непригодности для жизни, и так оно и есть [см. иллюстрацию справа]. Где аргумент спотыкается, так это в том, что мы не можем применить аргумент вероятности, если нет мультивселенной, к которой можно было бы применить концепцию вероятности. Таким образом, этот аргумент предполагает желаемый результат до того, как он начнется; оно просто неприменимо, если существует только одна физически существующая вселенная. Вероятность — это проверка непротиворечивости предположения о мультивселенной, а не доказательство ее существования.

Теория струн предсказывает разнообразие вселенных . Теория струн превратилась из теории, объясняющей все, в теорию, в которой возможно практически все. В своем нынешнем виде он предсказывает, что многие существенные свойства нашей Вселенной являются чистой случайностью. Если Вселенная единственная в своем роде, эти свойства кажутся необъяснимыми. Как понять, например, тот факт, что физика обладает именно теми строго ограниченными свойствами, которые позволяют существовать жизни? Если вселенная — одна из многих, эти свойства имеют смысл. Ничто не выделяло их; это просто те, которые возникли в нашем регионе пространства. Если бы мы жили в другом месте, мы бы наблюдали другие свойства, если бы действительно могли там существовать (в большинстве мест жизнь была бы невозможна). Но теория струн — это не проверенная временем теория; это даже не полная теория. Если бы у нас было доказательство правильности теории струн, ее теоретические предсказания могли бы стать законным, экспериментально обоснованным аргументом в пользу мультивселенной. У нас нет таких доказательств.

Все, что может случиться, случается . Пытаясь объяснить, почему природа подчиняется одним законам, а не другим, некоторые физики и философы предположили, что природа никогда не делала такого выбора: где-то применимы все мыслимые законы. Эта идея частично вдохновлена ​​квантовой механикой, которая, как примечательно выразился Мюррей Гелл-Манн, утверждает, что все, что не запрещено, является обязательным. Частица проходит все возможные пути, и то, что мы видим, является средневзвешенным значением всех этих возможностей. Возможно, то же самое верно и для всей вселенной, подразумевая мультивселенную. Но у астрономов нет ни малейшего шанса наблюдать это разнообразие возможностей. На самом деле, мы даже не можем знать, каковы возможности. Мы можем понять это предложение только перед лицом некоего непроверяемого организующего принципа или структуры, которая решает, что разрешено, а что нет — например, что все возможные математические структуры должны быть реализованы в некоторой физической области (как предложил Тегмарк). Но мы понятия не имеем, какие виды существования влечет за собой этот принцип, кроме того факта, что он по необходимости должен включать в себя мир, который мы видим вокруг себя. И у нас нет никакой возможности проверить существование или природу любого такого организующего принципа. В некотором смысле это привлекательное предложение, но предлагаемое им применение к реальности — чистая спекуляция.

Отсутствие доказательств
Хотя теоретические аргументы не оправдывают ожиданий, космологи также предложили различные эмпирические тесты для параллельных вселенных. Космическое микроволновое фоновое излучение может нести некоторые следы других пузырей-вселенных, если, например, наша Вселенная когда-либо сталкивалась с другим пузырем типа, подразумеваемого сценарием хаотической инфляции. Фоновое излучение может также содержать остатки вселенных, которые существовали до Большого взрыва в бесконечном цикле вселенных. Это действительно способы получить реальное свидетельство существования других вселенных. Некоторые космологи даже утверждали, что видели такие остатки. Однако утверждения о наблюдениях сильно оспариваются, и многие из гипотетически возможных мультивселенных не привели бы к таким доказательствам. Таким образом, наблюдатели могут тестировать только некоторые определенные классы моделей мультивселенной.

Второй наблюдательный тест заключается в поиске вариаций одной или нескольких фундаментальных констант, которые подтвердят предположение о том, что законы физики не так уж неизменны. Некоторые астрономы утверждают, что обнаружили такие вариации [см. «Непостоянные константы» Джона Д. Бэрроу и Джона К. Уэбба; Scientific American , июнь 2005 г.]. Большинство, однако, считают доказательства сомнительными.

Третий тест заключается в измерении формы наблюдаемой Вселенной: является ли она сферической (положительно изогнутой), гиперболической (отрицательно изогнутой) или «плоской» (неискривленной)? Сценарии мультивселенной обычно предсказывают, что Вселенная не является сферической, потому что сфера замыкается сама на себя, допуская только конечный объем. К сожалению, этот тест нельзя назвать чистым. Вселенная за нашим горизонтом могла иметь иную форму, чем в наблюдаемой части; более того, не все теории мультивселенной исключают сферическую геометрию.

Лучшей проверкой является топология вселенной: закручивается ли она, как пончик или крендель? Если это так, то он будет иметь конечный размер, что определенно опровергнет большинство версий инфляции и, в частности, сценарии мультивселенной, основанные на хаотической инфляции. Такая форма будет создавать повторяющиеся узоры на небе, такие как гигантские круги в космическом микроволновом фоновом излучении [см. «Конечно ли пространство?» Жан-Пьер Люмине, Гленн Д. Старкман и Джеффри Р. Уикс; Научный американец , апрель 1999]. Наблюдатели искали и не смогли найти ни одной такой закономерности. Но этот нулевой результат нельзя рассматривать как довод в пользу мультивселенной.

Наконец, физики могут надеяться доказать или опровергнуть некоторые из теорий, предсказывающих Мультивселенную. Они могут найти свидетельства наблюдений против хаотических версий инфляции или обнаружить математическое или эмпирическое несоответствие, которое заставит их отказаться от теории струн. Этот сценарий подорвал бы большую часть мотивации поддержки идеи мультивселенной, хотя и не исключил бы ее полностью.

Слишком много места для маневра
В общем, дело в мультивселенной неубедительно. Основная причина заключается в чрезвычайной гибкости предложения: это скорее концепция, чем четко определенная теория. Большинство предложений представляют собой лоскутное одеяло из различных идей, а не связное целое. Основной механизм вечной инфляции сам по себе не приводит к тому, что физика различается в каждой области мультивселенной; для этого его нужно соединить с другой спекулятивной теорией. Хотя их можно совместить, в этом нет ничего неизбежного.

Ключевым шагом в обосновании мультивселенной является экстраполяция от известного к неизвестному, от проверяемого к непроверяемому. Вы получите разные ответы в зависимости от того, что вы решите экстраполировать. Поскольку теории, связанные с мультивселенной, могут объяснить почти все, что угодно, любое наблюдение может быть согласовано с некоторым вариантом мультивселенной. Различные «доказательства», по сути, предполагают, что мы должны принять теоретическое объяснение вместо того, чтобы настаивать на проверке наблюдениями. Но такое тестирование до сих пор было центральным требованием научных усилий, и мы отказываемся от него на свой страх и риск. Если мы ослабим потребность в надежных данных, мы ослабим основную причину успеха науки на протяжении последних столетий.

Действительно, удовлетворительное объединяющее объяснение некоторого диапазона явлений имеет больший вес, чем мешанина из отдельных аргументов в пользу одних и тех же явлений. Если объединяющее объяснение предполагает существование ненаблюдаемых сущностей, таких как параллельные вселенные, мы вполне можем почувствовать себя вынужденными принять эти сущности. Но ключевой вопрос здесь заключается в том, сколько непроверяемых сущностей необходимо. В частности, выдвигаем ли мы гипотезы о большем или меньшем количестве сущностей, чем число явлений, которые необходимо объяснить? В случае мультивселенной мы предполагаем существование огромного количества — возможно, даже бесконечности — ненаблюдаемых сущностей, чтобы объяснить только одну существующую вселенную. Едва ли это соответствует строгим требованиям английского философа XIV века Уильяма Оккама о том, что «сущности не должны умножаться без необходимости».

Сторонники мультивселенной выдвигают последний аргумент: хороших альтернатив нет. Каким бы неприятным ни казалось ученым распространение параллельных миров, если бы это было лучшим объяснением, мы были бы вынуждены его принять; и наоборот, если мы хотим отказаться от мультивселенной, нам нужна жизнеспособная альтернатива. Это исследование альтернатив зависит от того, какое объяснение мы готовы принять. Физики всегда надеялись, что законы природы неизбежны — что вещи таковы, каковы они есть, потому что они не могли бы быть иными, — но мы не смогли доказать, что это правда. Существуют и другие варианты. Вселенная может быть чистой случайностью — так уж сложилось. Или вещи могут в каком-то смысле быть такими, какие они есть — цель или намерение каким-то образом лежат в основе существования. Наука не может определить, что именно, потому что это метафизические вопросы.

Ученые предложили мультивселенную как способ решения глубоких вопросов о природе существования, но это предложение оставляет нерешенными основные вопросы. Все те же вопросы, которые возникают в отношении вселенной, возникают снова в отношении мультивселенной. Если мультивселенная существует, возникла ли она благодаря необходимости, случайности или цели? Это метафизический вопрос, на который никакая физическая теория не может ответить ни для вселенной, ни для мультивселенной.

Чтобы добиться прогресса, нам нужно придерживаться идеи, что эмпирическое тестирование является ядром науки. Нам нужен какой-то каузальный контакт с любыми сущностями, которые мы предлагаем; в противном случае ограничений нет. Ссылка может быть немного косвенной. Если сущность ненаблюдаема, но абсолютно необходима для свойств других сущностей, которые действительно проверяются, ее можно считать верифицированной. Но тогда бремя доказательства абсолютно необходимо для сети объяснения. Вызов, который я ставлю перед сторонниками мультивселенной, звучит так: можете ли вы доказать, что невидимые параллельные вселенные необходимы для объяснения мира, который мы видим? И является ли связь существенной и неизбежной?

Каким бы скептичным я ни был, я думаю, что созерцание мультивселенной — это прекрасная возможность поразмышлять о природе науки и конечной природе существования: почему мы здесь. Это приводит к новым и интересным выводам, а значит, является продуктивной исследовательской программой. При рассмотрении этой концепции нам нужен непредвзятый ум, хотя и не слишком открытый. Это деликатный путь. Параллельные вселенные могут существовать, а могут и не существовать; дело не доказано. Нам придется жить с этой неопределенностью. Нет ничего плохого в научно обоснованных философских рассуждениях, которыми и являются предположения о мультивселенной. Но мы должны назвать его таким, какой он есть.

Существуют ли пространство и время? | Пространство, время и прочее

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicПространство, время и прочееМетафизикаФилософия физикиФилософия наукиКнигиЖурналы
Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicПространство, время и прочееМетафизикаФилософия физикиФилософия наукиКнигиЖурналы
Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

• 
  Иконка Цитировать
  
  Цитировать

• Разрешения

• Делиться

  • Твиттер
  • Подробнее

Cite

Арнцениус, Франк,

‘ Существуют ли пространство и время?’

,

Пространство, время и материал

(

Оксфорд,

2012;

онлайн Edn,

Oxford Academic

, 24 мая 2012 г.

), https://doi.org/10.1093

), https://doi.org/10.1093

), https://doi.org/10.1093

). /acprof:oso/9780199696604.003.0005,

, по состоянию на 8 января 2023 г.

Выберите формат
Выберите format.ris (Mendeley, Papers, Zotero).enw (EndNote).bibtex (BibTex).txt (Medlars, RefWorks)

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicПространство, время и прочееМетафизикаФилософия физикиФилософия наукиКнигиЖурналы
Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Oxford AcademicПространство, время и прочееМетафизикаФилософия физикиФилософия наукиКнигиЖурналы
Термин поиска на микросайте

Advanced Search

Abstract

Субстантивализм — это точка зрения, согласно которой пространство и время существуют помимо частиц и полей. Реляционизм — это точка зрения, согласно которой существуют только частицы и поля, находящиеся в определенных пространственно-временных отношениях. Аргумент «сдвига Лейбница» и связанный с ним «аргумент дыры» в пользу реляционизма представлены и отвергнуты как в контексте ньютоновской физики, так и в контексте релятивистской физики. Приводятся аргументы в пользу субстантивализма, основанные на соображениях детерминизма, локальности, несохранения четности и простоты. Наконец, пропагандируется суперсубстантивализм — идея о том, что существуют только пространство и время.

Ключевые слова:
детерминизм, ньютоновская физика, локальность, четность, реляционизм, релятивистская физика, субстантивализм

Предмет

Философия наукиФилософия физикиМетафизика

В настоящее время у вас нет доступа к этой главе.

Войти

Получить помощь с доступом

Получить помощь с доступом

Доступ для учреждений

Доступ к контенту в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок. Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту одним из следующих способов:

Доступ на основе IP

Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с IP-аутентификацией.

Войдите через свое учреждение

Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения. Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

1. Щелкните Войти через свое учреждение.
2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

Войти с помощью читательского билета

Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

Члены общества

Доступ члена общества к журналу достигается одним из следующих способов:

Вход через сайт сообщества

Многие общества предлагают единый вход между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Если вы видите «Войти через сайт сообщества» на панели входа в журнале:

1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

Вход через личный кабинет

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам. Смотри ниже.

Личный кабинет

Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

Просмотр учетных записей, вошедших в систему

Щелкните значок учетной записи в правом верхнем углу, чтобы:

• Просмотр вашей личной учетной записи и доступ к функциям управления учетной записью.