Lebih banyak lubang hitam daripada yang saya boleh jelaskan

80 peratus ialah berapa banyak cahaya ultraviolet yang "hilang" di angkasa. Ini baru-baru ini diumumkan oleh saintis berdasarkan pemerhatian yang dibuat menggunakan spektrograf Cosmic Origins yang dipasang di Teleskop Angkasa Hubble. Ini bermakna ia mestilah lima kali lebih banyak daripada apa yang kita tulis. Ini hanyalah salah satu daripada banyak contoh misteri dan misteri alam semesta yang masih wujud.

Jumlah hidrogen terion kosmik menunjukkan sinaran yang hilang. Lagipun, atom terpaksa menerima foton dari suatu tempat, yang "mengetuk elektron" dari orbit mereka di sekeliling nukleus atom. Sumber cahaya yang diketahui - quasar atau - tidak mencukupi untuk menerangkan bilangan atom terion yang begitu besar.

Sudah tentu, ini mungkin disebabkan pensampelan yang tidak mencukupi bagi ruang yang diambil untuk perbandingan. Para penyelidik mencadangkan bahawa, pada skala yang lebih besar, keseimbangan ion dan sinaran mungkin sama. Walau bagaimanapun, seseorang mungkin bertanya sama ada ini tidak bermakna bahawa kosmos tidak homogen dan di suatu tempat yang sangat berbeza daripada apa yang kita lihat di kawasan kejiranan?

Pemikiran berulang tentang hologram

Prinsip holografik adalah teori yang dibangunkan oleh Gerardus t Hooft dan Leonard Susskind, yang dalam "versi kuat"nya menyatakan bahawa penerangan bagi setiap jasad tiga dimensi atau kawasan ruang terkandung dalam permukaan dua dimensi yang mengelilingi jasad ini.

1. Perwakilan grafik eksperimen holografik

Dalam versi yang lebih spekulatif, "lemah", ia mengisytiharkan bahawa seluruh Alam Semesta boleh dilihat sebagai struktur maklumat dua dimensi "dilukis" pada ufuk kosmologi. Prinsip holografik boleh digunakan untuk menerangkan paradoks maklumat lubang hitam dalam konteks teori rentetan.

Idea hologram angkasa adalah milik Stephen Hawking sendiri. Pada pertengahan 70-an, Hawking secara teorinya meramalkan bahawa lubang hitam akhirnya akan menguap dan hilang. Pasangan ini dipanggil radiasi Hawking. Ia tidak mengandungi sebarang maklumat tentang lohong hitam, jadi apabila ia menyejat, semua data tentang bintang dari mana lohong hitam terbentuk hilang selama-lamanya.

Walau bagaimanapun, ini bercanggah dengan kepercayaan yang dipegang secara meluas bahawa maklumat tidak boleh dimusnahkan. Oleh itu, paradoks maklumat telah dicipta. lubang hitam. Jacob Bekenstein, seorang sarjana di Universiti Ibrani Jerusalem, berusaha untuk menyelesaikan paradoks ini. Pada pendapatnya, entropi lubang hitam, sinonim untuk maklumat yang terkandung di dalamnya, adalah berkadar dengan luas ufuk peristiwanya.

Horizon peristiwa adalah titik teori yang di luarnya tidak ada pulangan, i.e. semua yang melintasinya diserap oleh lubang hitam. Berdasarkan teori Hawking dan Bekenstein, ahli teori telah membuat kesimpulan bahawa gelombang kuantum mikroskopik di ufuk peristiwa boleh mengekod maklumat tentang lubang hitam. Ini bermakna maklumat XNUMXD tentang bintang yang membentuk lohong hitam boleh dikodkan dalam ufuk peristiwa XNUMXD lohong hitam.

Susskind dan Hooft memanjangkan ini ke seluruh alam semesta, mencadangkan bahawa ia juga mempunyai ufuk peristiwa. Ini adalah tempat yang telah berkembang semasa kewujudannya. Ahli teori rentetan bersetuju dengan pandangan ini.

Eksperimen itu, yang bermula pada musim panas 2014, dengan nama kod Fermilab E-990, dikatakan untuk "menguji sama ada alam semesta adalah hologram." Matlamatnya adalah untuk menunjukkan sifat kuantum ruang itu sendiri dan kehadiran apa yang dipanggil oleh saintis sebagai "bunyi holografik."

Seperti yang diketahui, prinsip ketidakpastian kuantum Heisenberg menunjukkan bahawa adalah mustahil untuk menentukan lokasi dan kelajuan zarah asas secara serentak. Kini saintis ingin mengetahui sama ada ruang di mana jirim berada, bergetar dan bergerak mempunyai ketidakpastian yang sama, i.e. juga mempunyai watak kuantum.

Jika ia tetap dan tidak tertakluk kepada turun naik kuantum, maka ia akan mewakili titik rujukan teori yang membolehkan seseorang menerangkan zarah dengan tepat. Tetapi saintis mengesyaki bahawa ini tidak berlaku, dan geometri ruang juga tertakluk kepada turun naik kuantum sedemikian, yang mereka panggil "bunyi holografik."

Eksperimen yang dirancang di Fermilab adalah untuk menguji peranti yang dipanggil holometer. Ia terdiri daripada dua interferometer sebelah menyebelah yang menghantar satu pancaran laser kilowatt ke peranti yang membahagikannya kepada dua pancaran 40 meter berserenjang.

Kemudian mereka kembali ke titik pembahagian, mencipta turun naik dalam kecerahan sinar cahaya. Jika mereka menyebabkan pergerakan tertentu dalam peranti pembahagian, maka ini akan membuktikan getaran ruang itu sendiri (1). Kembali pada tahun 2009, Craig Hogan, seorang ahli fizik dari Fermilab yang sama, mencadangkan teori holografik berdasarkan eksperimennya.

Dia mendapati bahawa bunyi itu datang dari pinggir ruang-masa, di mana masa dan ruang berhenti membentuk kontinum. Teori hologram menerangkan dengan baik beberapa paradoks yang berkaitan dengannya lubang hitam atau konsep asas struktur alam semesta.

Sesetengah saintis mencadangkan untuk memanjangkannya ke seluruh realiti. Walau bagaimanapun, menerimanya bermakna kita bersetuju dengan konsep bahawa semua pengalaman seharian kita hanyalah refleksi holografik proses fizikal yang berlaku dalam ruang dua dimensi yang jauh.

2. Antena interferometer laser berasaskan ruang lanjutan - eLISA

Lihat Angkasa dengan Lebih Dekat

Kewujudan gelombang graviti primer juga dikaitkan dengan "bunyi" ruang-masa. Dianggap oleh sesetengah pihak sebagai peristiwa saintifik paling penting pada abad ini, penemuan berprofil tinggi mereka oleh ahli astronomi dan balai cerap BICEP2 telah pun dipersoalkan, kerana orang yang ragu-ragu percaya bahawa pemerhatian itu tidak mengambil kira habuk kosmik dan oleh itu mungkin salah. .

Walau bagaimanapun, dalam amalan, ini tidak membatalkan penemuan, tetapi hanya bermakna keputusannya mungkin memerlukan pengesahan tambahan. Telah dikatakan bahawa ini adalah pengesahan terbaik tentang relativiti am, dan walaupun ia bukan satu-satunya bukti kebenaran dakwaan Albert Einstein, mahupun, nampaknya, yang paling meyakinkan, visi ahli fizik yang hebat mesti disahkan berkali-kali. supaya tidak ada keraguan bahawa ia adalah gambaran terbaik alam semesta.

Pada tahun-tahun akan datang, saintis akan mempunyai dan akan mempunyai lebih banyak alat untuk mengkaji fenomena yang diketahui sehingga kini terutamanya dari penaakulan teori. Salah satu daripadanya, dipanggil Advanced Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), direka untuk mengesan gelombang graviti yang terhasil daripada perlanggaran besar. lubang hitam (2).

Satu lagi balai cerap angkasa, Euclid, adalah untuk menyiasat bagaimana alam semesta berkembang dan bagaimana ia berkaitan dengan jirim gelap dan tenaga. Sebaliknya, teleskop angkasa Athena dijangka mendaftarkan sumber X-ray yang berkuasa di pinggir lubang hitam. Balai cerap graviti laser-interferometrik berasaskan tanah (LIGO) juga akan mengkaji lubang hitam.

Dan rangkaian teleskop yang terletak di seluruh dunia, secara kolektif dikenali sebagai Teleskop Horizon Acara, boleh melihat lubang hitam di tengah-tengah Bima Sakti kita. Harapan terbesar untuk menguji teori relativiti umum Einstein terletak pada satu lagi balai cerap, Dataran Kilometer Persegi (SKA).

Seperti namanya, jumlah kawasan antena kompleks ini mestilah satu kilometer persegi (3), dan sensitivitinya harus 50 kali lebih tinggi daripada keupayaan peranti yang kita ketahui setakat ini. Ia akan terdiri daripada 4 antena individu di Australia Barat dan Afrika Selatan.

Semua elemen sistem ini akan disambungkan oleh gentian optik ke superkomputer besar, yang tugasnya adalah untuk mencipta imej yang kompleks. SKA akan mula beroperasi tidak lebih awal daripada 2022.

3. Susunan kilometer persegi

Big Bang - TIDAK!

Walau bagaimanapun, sebelum instrumen saintifik yang cukup tepat memberikan kita data yang tidak diragui, para pejuang astrofizik teori mempunyai sesuatu untuk dipertontonkan. Dan mereka mungkin mengejutkan anda. Boleh dikatakan bahawa teori kosmologi baru ahli fizik Taiwan memberikan sesuatu untuk sesuatu.

Dalam model mereka, tenaga gelap hilang, yang sangat bermasalah dari sudut pandangan ramai penyelidik. Malangnya, kita perlu meneruskan dari fakta bahawa Alam Semesta tidak mempunyai permulaan dan penghujung. Jadi tidak ada Big Bang, yang kebanyakan saintis dan orang biasa sudah biasa!

Pengarang model baharu segala-galanya, Wung-Yi Shu dari Universiti Kebangsaan Taiwan Tsinghua, menggambarkan masa dan ruang bukan sebagai elemen yang berasingan, tetapi sebagai elemen yang berkait rapat yang boleh ditukar antara satu sama lain.

Sama ada kelajuan cahaya mahupun pemalar graviti tidak tetap dalam model ini, tetapi merupakan faktor dalam perubahan masa dan jisim kepada saiz dan ruang apabila alam semesta mengembang. Teori Shu boleh dianggap sebagai fantasi, tetapi model "tradisional" alam semesta yang berkembang dengan pengembangan 75 peratus tenaga gelap juga menyebabkan masalah.

Ada yang menyatakan bahawa dengan bantuan teori ini, saintis "menggantikan di bawah permaidani" undang-undang fizikal pemuliharaan tenaga. Teori Taiwan tidak melanggar prinsip pemuliharaan tenaga, tetapi, sebaliknya, mempunyai masalah dengan sinaran latar belakang gelombang mikro, yang dianggap sebagai peninggalan Big Bang. Usaha untuk menambah baik teorinya diteruskan.

4. Multiverse adalah salah satu visi artistik

Saintis India Abhas Mitra juga telah menjadi pengkritik yang konsisten terhadap teori Big Bang selama bertahun-tahun. Dia menerbitkan karyanya dalam jurnal saintifik utama, tetapi kebanyakan saintis mengabaikannya. Ia juga menimbulkan keraguan tentang kewujudan lubang hitam seperti yang difahami oleh sains moden.

Apabila Stephen Hawking yang disebutkan di atas mengubah suai teorinya tentang lubang hitam pada awal tahun 2014, Mitra mendakwa bahawa ahli fizik terkenal itu kini mengatakan perkara yang sama tentang objek ini yang dia sendiri telah katakan selama bertahun-tahun, terkejut apabila dia diabaikan, ucapan Hawking begitu meluas. mengulas.

Seperti yang kita ketahui, Hawking baru-baru ini berhujah bahawa salah satu "keyakinan" yang paling kerap diulang dalam lubang hitam - konsep ufuk peristiwa di mana tiada apa yang boleh pergi tidak serasi dengan fizik kuantum.

Eksperimen teori oleh ahli fizik Joe Polchinski dari Institut Kavli di California menunjukkan, sebagai contoh, bahawa jika ufuk peristiwa yang tidak dapat ditembusi ini konsisten dengan fizik kuantum, ia mestilah sesuatu seperti dinding api, zarah yang mereput.

Hawking menerbitkan pandangan baharunya dalam talian sebagai Pemeliharaan Maklumat dan Ramalan Cuaca untuk Lubang Hitam. Beliau menjelaskan evolusi pandangan dalam temu bual dengan Alam. Cadangan baharu Hawking ialah "ufuk boleh dilihat" di mana jirim dan tenaga disimpan sementara dan kemudian dilepaskan dalam bentuk yang herot.

Lebih tepat lagi, ini adalah penyimpangan dari idea sempadan jelas lubang hitam. Ahli fizik dalam karya terbarunya mendakwa bahawa ini adalah tentang lubang hitam tiada ufuk mutlak terbentuk, jadi tidak pernah ada ruang tertutup di mana tiada apa yang boleh pergi.

Sebaliknya, turun naik besar ruang-masa berlaku di sekelilingnya, di mana sukar untuk bercakap tentang pemisahan tajam lubang hitam dari ruang sekeliling. Satu lagi akibat daripada idea baharu Hawking ialah jirim terperangkap sementara di dalam lubang hitam, yang boleh "larut" dan melepaskan segala-galanya dari dalam. Supaya maklumat tidak hilang, ia keluar lebih awal lubang hitam ia akan tersejat sepenuhnya.

Multiverse dan penglihatan

Jika kita menggabungkan dua penemuan hebat dalam penaakulan saintifik - boson Higgs pada 2012 dan tahun ini, yang dibuat oleh teleskop BICEP2, dan mengenai gelombang graviti, mengesahkan fasa inflasi pengembangan Alam Semesta, maka ... hasilnya mungkin tidak dijangka .

5. Visualisasi Alam Semesta

Sebagai contoh, tanpa "sesuatu yang lain" Alam Semesta tidak akan wujud untuk masa yang lama. Para saintis British dari King's College London telah menerbitkan kertas kerja yang menunjukkan bahawa jika semua yang kita tahu wujud dalam "medan Higgs" yang memberikan jisim zarah, dan pemerhatian BICEP2 adalah betul, maka ia disahkan bahawa terdapat fasa "tolak" inflasi. zarah dalam medan Higgs, tetapi alam semesta maka ia akan mengambil masa tidak lebih daripada satu saat!

Oleh kerana ini tidak berlaku, kita mesti menganggap kewujudan "sesuatu" tambahan, beberapa unsur, yang menyebabkan alam semesta yang terhasil tidak segera runtuh kembali ke dalam dirinya. Sementara itu, alam semesta telah wujud selama 13,8 bilion tahun.

"Jika apa yang ditunjukkan oleh BICEP2 adalah benar, maka mesti ada beberapa fizik zarah yang menarik di luar Model Standard," komen Robert Hogan, salah seorang pengarang kajian di Universiti London. Penglihatan multiverse (4), di mana alam semesta kita hanyalah satu daripada infiniti alam lain yang muncul seperti buih dalam buih sabun, menjadi semakin popular..

Kemudian ruang-masa akan menjadi konsep yang lebih luas daripada apa yang kita perhatikan dalam gelembung kita. Menariknya, konsep yang sangat spekulatif ini tidak menjejaskan teori Einstein, tetapi meletakkannya dalam perspektif yang sama sekali baru. Pandangan ini adalah penyatuan teori relativiti dengan mekanik kuantum.

Ini bermakna meninggalkan idea ruang yang berterusan dan berkembang yang berkembang, berputar dan melengkung memihak kepada sesuatu yang berpecah-belah dan beratom. Fizik baharu yang akan muncul daripada ini mungkin lebih mudah daripada teori yang ada pada hari ini!

Teka-teki dan paradoks yang menyeksa ilmu akan hilang. Walau bagaimanapun, sukar untuk mengatakan sama ada orang lain, seterusnya, akan mengambil tempat mereka. keadaan baru alam semesta kerana ia akan menjadi sukar bagi kita untuk memahami ini, serta keadaan sebelum Big Bang, apabila tiada masa, sekurang-kurangnya dalam erti kata di mana kita boleh melihatnya.

Sehingga kita mempunyai jawapan dan sekurang-kurangnya satu idea pasti tentang asal usul, sifat dan nasib alam semesta, kita harus sekurang-kurangnya menghiburkan diri kita dengan visualisasi yang indah ... Contohnya, seperti simulasi komputer Illustris yang dicipta oleh ahli astronomi.

Buat pertama kalinya, adalah mungkin untuk mencipta semula evolusi kosmos secara terperinci, dari tempoh sejurus selepas Big Bang hingga sekarang. Superkomputer yang digunakan untuk mencipta model itu bekerja padanya selama enam bulan. Pemodelan tidak merangkumi semuanya alam semestakerana mesin kami belum boleh mengendalikannya.

Oleh itu, kita melihat evolusi jirim kosmik mengisi kiub dengan kelebihan 350 juta tahun cahaya - ini adalah kawasan yang agak besar yang mewakili keseluruhan kosmos. Tindakan itu bermula 12 tahun selepas Big Bang. Ia menunjukkan perubahan selama berbilion tahun, pembentukan galaksi dan struktur yang lebih besar.

Untuk mencipta simulasi ini, semua pengetahuan yang diperoleh setakat ini tentang undang-undang yang mengawal angkasa, dan hasil pemerhatian teleskopik, terutamanya teleskop Hubble, telah digunakan. Para penyelidik mengambil kira jirim gelap misteri dan tenaga gelap.

Lama kelamaan, jirim gelap terpeluwap menjadi gugusan dan filamen panjang (5), mencipta sejenis web kosmik. Lama kelamaan, jirim normal tertarik kepada ketumpatan ini, yang asalnya terdiri daripada campuran hidrogen dan helium.

Daripadanya lahir awan gas antara bintang, bintang, galaksi dan gugusan galaksi. Dalam visualisasi, ia berbeza dalam warna dari hijau dan merah kepada putih, bergantung pada suhu. Walaupun ia tidak betul-betul berlaku, visi yang dicadangkan tidaklah buruk...