Zolang er menselijkheid is, zo veel en het probeert de structuur van het universum te begrijpen. Ja, velen zeggen dat dit "nutteloze ophef" is, we weten niet echt iets, en we zullen niets leren in de komende generaties, en misschien zelfs voor het einde van de menselijke beschaving. Nou, misschien hebben ze gelijk, maar laten we speculeren …
De oerknaltheorie is bijna net zo goed een algemeen aanvaard kosmologisch model geworden als de rotatie van de aarde rond de zon. Volgens de theorie leidden spontane oscillaties in absolute leegte ongeveer 14 miljard jaar geleden tot het ontstaan van het universum. Iets ter grootte van een subatomair deeltje breidde zich in een fractie van een seconde uit tot onvoorstelbare afmetingen. Maar in deze theorie zijn er veel problemen waar natuurkundigen tegen vechten en steeds meer nieuwe hypothesen naar voren brengen.
Dus wat is er mis met de oerknaltheorie?
Wat is er mis met de oerknaltheorie
1. UIT DE THEORIE volgt dat alle planeten en sterren zijn gevormd uit het stof dat als gevolg van de explosie door de ruimte is verspreid. Maar wat eraan voorafging, is onduidelijk: hier stopt ons wiskundige model van ruimte-tijd met werken. Het universum is ontstaan vanuit een oorspronkelijke singuliere toestand waarop de moderne fysica niet kan worden toegepast. De theorie houdt ook geen rekening met de oorzaken van de singulariteit of materie en energie voor het voorkomen ervan. Aangenomen wordt dat het antwoord op de vraag naar het bestaan en de oorsprong van de oorspronkelijke singulariteit zal worden gegeven door de theorie van de kwantumzwaartekracht.
Promotie video:
2. DE MEESTE KOSMOLOGISCHE MODELLEN PRESTEREN dat het hele universum veel groter is dan het waarneembare deel - een bolvormig gebied met een diameter van ongeveer 90 miljard lichtjaar. We zien alleen dat deel van het heelal, waarvan het licht de aarde wist te bereiken in 13,8 miljard jaar. Maar telescopen worden beter, we detecteren steeds verder weg gelegen objecten, en tot nu toe is er geen reden om aan te nemen dat dit proces zal stoppen.
3. VANAF HET MOMENT VAN DE GROTE EXPLOSIE BREIDT HET UNIVERSUM UIT MET VERSNELLING. Het moeilijkste mysterie van de moderne natuurkunde is de vraag wat versnelling veroorzaakt. Volgens een werkhypothese bevat het universum een onzichtbare component die "donkere energie" wordt genoemd. De oerknaltheorie legt niet uit of het universum oneindig zal uitdijen, en zo ja, waartoe het zal leiden - tot zijn verdwijning of iets anders.
4. HOEWEL DE MECHANICA VAN NEWTON OVERSTAAT DOOR RELATIVISTISCHE FYSICA, kan het niet als fout worden bestempeld. De perceptie van de wereld en de modellen voor het beschrijven van het universum zijn echter volledig veranderd. De Big Bang Theory voorspelde een aantal dingen die voorheen niet bekend waren. Dus als er een andere theorie voor in de plaats komt, dan zou deze vergelijkbaar moeten zijn en het begrip van de wereld moeten vergroten.
We zullen ons concentreren op de meest interessante theorieën die alternatieve Big Bang-modellen beschrijven.
Het universum is als een luchtspiegeling van een zwart gat
Het universum is ontstaan door de ineenstorting van een ster in een vierdimensionaal universum, zeggen wetenschappers van het Perimeter Institute for Theorhetic Physics. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann en Razi Purhasan zeggen dat ons driedimensionale universum een soort "holografische luchtspiegeling" werd toen een vierdimensionale ster instortte. In tegenstelling tot de oerknaltheorie, volgens welke het universum is ontstaan uit extreem hete en dichte ruimte-tijd, waar standaard natuurkundige wetten niet van toepassing zijn, verklaart de nieuwe hypothese van een vierdimensionaal universum zowel de redenen voor zijn oorsprong als zijn snelle expansie.
Volgens het scenario dat Afshordi en zijn collega's hebben opgesteld, is ons driedimensionale universum een soort membraan dat door een nog volumineuzer universum zweeft dat al in vier dimensies bestaat. Als er zelf vierdimensionale sterren zouden bestaan in deze vierdimensionale ruimte, zouden ze ook exploderen, net als driedimensionale sterren in ons universum. De binnenste laag zou een zwart gat worden en de buitenste laag zou de ruimte in worden gegooid.
In ons universum worden zwarte gaten omgeven door een bol die de waarnemingshorizon wordt genoemd. En als in de driedimensionale ruimte deze grens tweedimensionaal is (zoals een membraan), dan wordt in het vierdimensionale universum de waarnemingshorizon beperkt door een bol die in drie dimensies bestaat. Computersimulaties van de ineenstorting van een vierdimensionale ster hebben aangetoond dat zijn driedimensionale waarnemingshorizon geleidelijk zal uitdijen. Dit is wat we waarnemen en noemen de groei van het 3D-membraan de uitdijing van het heelal, geloven astrofysici.
Grote vriezer
Een alternatief voor de Big Bang zou de Big Freeze kunnen zijn. Een team van natuurkundigen van de Universiteit van Melbourne, onder leiding van James Kvatch, presenteerde een model van de geboorte van het heelal, dat meer lijkt op een geleidelijk proces van bevriezing van amorfe energie dan op spatten en expanderen in drie richtingen van de ruimte.
Vormloze energie, volgens wetenschappers, zoals water afgekoeld tot kristallisatie, waardoor de gebruikelijke drie ruimtelijke en één tijdelijke dimensies ontstaan.
The Big Freeze Theory doet twijfels rijzen over de momenteel geaccepteerde uitspraak van Albert Einstein over de continuïteit en soepelheid van ruimte en tijd. Het is mogelijk dat de ruimte zijn samenstellende delen heeft - ondeelbare bouwstenen zoals kleine atomen of pixels in computergraphics. Deze blokken zijn zo klein dat ze niet kunnen worden waargenomen, maar volgens de nieuwe theorie kunnen defecten worden gedetecteerd die de stromen van andere deeltjes zouden moeten breken. Wetenschappers hebben dergelijke effecten berekend met behulp van een wiskundig apparaat, en nu zullen ze proberen ze experimenteel op te sporen.
Een universum zonder begin of einde
Ahmed Farag Ali van Benha University in Egypte en Sauria Das van Lethbridge University in Canada hebben een nieuwe oplossing voor het singulariteitsprobleem voorgesteld door de oerknal te verlaten. Ze introduceerden de ideeën van de beroemde natuurkundige David Bohm in de Friedman-vergelijking die de uitbreiding van het universum en de oerknal beschrijft. "Het is verbazingwekkend dat kleine wijzigingen in potentie zoveel problemen kunnen oplossen", zegt Das.
Het resulterende model combineerde de algemene relativiteitstheorie en de kwantumtheorie. Het ontkent niet alleen de singulariteit die aan de oerknal voorafging, maar staat ook niet toe dat het universum na verloop van tijd terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat. Volgens de verkregen gegevens heeft het universum een eindige grootte en een oneindige levensduur. In fysieke termen beschrijft het model het universum gevuld met een hypothetische kwantumvloeistof, die bestaat uit gravitonen - deeltjes die zorgen voor gravitatie-interactie.
De wetenschappers beweren ook dat hun bevindingen consistent zijn met de laatste metingen van de dichtheid van het universum.
Eindeloze chaotische inflatie
De term "inflatie" verwijst naar de snelle expansie van het universum, die exponentieel plaatsvond in de eerste momenten na de oerknal. Op zichzelf weerlegt de inflatie theorie niet de theorie van de oerknal, maar interpreteert ze alleen anders. Deze theorie lost een aantal fundamentele problemen in de natuurkunde op.
Volgens het inflatoire model breidde het heelal zich kort na zijn aanvang exponentieel uit voor een zeer korte tijd: zijn omvang verdubbelde vele malen. Wetenschappers geloven dat het heelal in 10 tot -36 graden van seconden in omvang is toegenomen met minstens 10 tot 30-50 graden, en mogelijk meer. Aan het einde van de inflatoire fase was het universum gevuld met een superhot plasma van vrije quarks, gluonen, leptonen en hoogenergetische quanta.
Het concept houdt in dat er veel geïsoleerde universums in de wereld zijn met verschillende apparaten.
Natuurkundigen zijn tot de conclusie gekomen dat de logica van het inflatoire model niet in tegenspraak is met het idee van een constante meervoudige geboorte van nieuwe universums. Kwantumfluctuaties - dezelfde als die waardoor onze wereld is ontstaan - kunnen in elke hoeveelheid voorkomen, mits de omstandigheden goed zijn. Het is heel goed mogelijk dat ons universum is voortgekomen uit de fluctuatiezone die is gevormd in de voorgangerwereld. Het is ook mogelijk aan te nemen dat er ergens en ergens in ons heelal een fluctuatie zal ontstaan die een jong heelal van een heel ander soort zal "uitblazen". In dit model kunnen de kinduniversums voortdurend ontluiken. Bovendien is het helemaal niet nodig dat dezelfde natuurkundige wetten in de nieuwe werelden worden vastgesteld. Het concept houdt in dat er veel geïsoleerde universums in de wereld zijn met verschillende apparaten.
Cyclische theorie
Paul Steinhardt, een van de natuurkundigen die de basis legde van de inflatoire kosmologie, besloot deze theorie verder te ontwikkelen. De wetenschapper die het Centrum voor Theoretische Fysica in Princeton leidt, samen met Neil Turok van het Perimeter Instituut voor Theoretische Fysica, heeft een alternatieve theorie uiteengezet in het boek Endless Universe: Beyond the Big Bang. Hun model is gebaseerd op een generalisatie van de kwantumsuperstring-theorie die bekend staat als de M-theorie. Volgens haar heeft de fysieke wereld 11 dimensies - tien ruimtelijke en één tijdelijke. Ruimtes van lagere afmetingen "drijven" erin, de zogenaamde branen (afkorting van "membraan"). Ons universum is slechts zo'n braan.
Het Steinhardt en Turok-model stelt dat de oerknal plaatsvond als gevolg van de botsing van onze braan met een andere braan - een onbekend universum. In dit scenario vinden de botsingen eindeloos plaats. Volgens de hypothese van Steinhardt en Turok "drijft" een andere driedimensionale braan naast onze braan, gescheiden door een kleine afstand. Het zet ook uit, wordt vlakker en loopt leeg, maar na een biljoen jaar zullen de branen beginnen samen te komen en uiteindelijk in botsing komen. Hierdoor komt een enorme hoeveelheid energie, deeltjes en straling vrij. Deze ramp zal een nieuwe cyclus van expansie en afkoeling van het universum op gang brengen. Uit het Steinhardt- en Turok-model volgt dat deze cycli in het verleden waren en zeker in de toekomst zullen herhalen. Hoe deze cycli begonnen, de theorie zwijgt.
Het universum is als een computer
Een andere hypothese over de structuur van het universum zegt dat onze hele wereld niets meer is dan een matrix of een computerprogramma. Het idee dat het universum een digitale computer is, werd ontwikkeld door de Duitse ingenieur en computerpionier Konrad Zuse in zijn boek Calculating Space. Onder degenen die het universum ook als een gigantische computer beschouwden, zijn natuurkundigen Stephen Wolfram en Gerard 't Hooft.
Theoretici van de digitale fysica gaan ervan uit dat het universum in wezen informatie is en daarom berekenbaar. Uit deze aannames volgt dat het universum kan worden gezien als het resultaat van een computerprogramma of digitaal computerapparaat. Deze computer kan bijvoorbeeld een gigantische cellulaire automaat zijn of een universele Turing-machine.
Het onzekerheidsprincipe in de kwantummechanica wordt een indirect bewijs van de virtuele aard van het universum genoemd.
Volgens de theorie komt elk object en elke gebeurtenis van de fysieke wereld voort uit het stellen van vragen en het registreren van de antwoorden "ja" of "nee". Dat wil zeggen, achter alles om ons heen is een bepaalde code verborgen, vergelijkbaar met de binaire code van een computerprogramma. En we zijn een soort interface waardoor toegang tot de gegevens van het "universele internet" verschijnt. Het principe van onzekerheid in de kwantummechanica wordt een indirect bewijs genoemd van de virtuele aard van het heelal: materiedeeltjes kunnen in een onstabiele vorm bestaan en worden alleen in een specifieke toestand 'gefixeerd' als ze worden waargenomen.
Aanhanger van digitale fysica John Archibald Wheeler schreef: “Het zou niet onredelijk zijn om te veronderstellen dat informatie zowel in de kern van de fysica als in de kern van een computer zit. Alles van een beetje. Met andere woorden, alles dat bestaat - elk deeltje, elk krachtveld, zelfs het ruimte-tijd continuüm zelf - krijgt zijn functie, zijn betekenis en uiteindelijk zijn bestaan. '
Tekstschrijver Artyom Luchko