Singularitate

Ecuațiile cosmologiei moderne fac posibilă găsirea legii de expansiune a unui Univers omogen și izotrop și descrierea modificării parametrilor săi fizici în procesul de expansiune. Cu toate acestea, nu a fost dezvoltată o teorie care să determine fără ambiguitate comportamentul Universului în stadiul inițial.

În modelul unui Univers izotrop, este evidențiată o stare inițială specială - o singularitate. Această stare se caracterizează prin densitatea enormă a materiei și curbura spațiului. O expansiune explozivă începe cu singularitatea, încetinind în timp. În această stare sunt încălcate legile clasice ale fizicii, ceea ce îi obligă pe fizicieni să caute modele consistente, care vor fi discutate mai jos.

Imaginea de lângă singularitate este următoarea. În condiții de temperatură ridicată în apropierea singularității, nu doar moleculele și atomii, ci chiar și nucleele atomice nu ar putea exista; a existat doar un amestec de echilibru de diferite particule elementare.

teoria cuantică a gravitației

După cum am menționat mai sus, singularitatea este o „pietră de poticnire” pentru legile clasice ale mecanicii, termodinamicii și gravitației. Ei își pierd sensul fizic în punctul de singularitate. Mecanica cuantică ocupă o poziţie specială în acest sens. După cum știți, este complet abstrasă de concepte precum coordonate și viteză și poate descrie cu succes comportamentul obiectelor prin caracteristicile energetice: masă și energie. Prin urmare, mulți oameni de știință speră să obțină o descriere consecventă a stadiului incipient al evoluției Universului folosind teoria gravitației cuantice. „Știința nu are încă o teorie completă și consistentă care să combine mecanica cuantică și gravitația”, scrie Stephen Hawking într-una dintre lucrările sale, „dar posibilitatea de a descrie procese doar cu ajutorul mecanicii cuantice duce la concluzii revoluționare”:

1. Datorită faptului că starea Universului este descrisă numai prin caracteristicile sale mecanice cuantice și are o natură probabilistică, o asemenea caracteristică a existenței noastre, pe cât timpul dispare complet.

2. Este caracteristic stării mecanice cuantice că trecutul nu este cauza prezentului, iar prezentul nu este cauza viitorului în sensul strict al cuvântului. Prin urmare, putem spune că „chiar dacă ar exista unele evenimente înainte de Big Bang, ar fi imposibil de prezis viitorul din ele, deoarece la punctul de singularitate, determinismul evenimentelor este zero din cauza proceselor mecanice cuantice.”

Cauza lumii, după cum vedem, este încă o întrebare deschisă pentru știință.

Modele alternative ale universului

Starea de singularitate, de la care a început istoria Universului, poate fi un argument de greutate în favoarea creării lumii. În prezent, știința nu este în măsură să răspundă la întrebarea ce a fost la momentul Big Bang, sau chiar puțin mai devreme. „Petele albe” din această zonă a fizicii teoretice îi obligă pe oamenii de știință să dezvolte diverse modele ale Universului în care singularitatea nu reprezintă un obstacol în calea legilor clasice ale fizicii. Mai jos le considerăm pe cele mai semnificative dintre ele.

Model de Herman Bondi și Thomas Gold

În 1948, Herman Bondy și Thomas Gold au propus un model al unui univers staționar. Se bazează pe principiul cosmologic ideal: „Nu numai că nu există un loc privilegiat în univers, ci și un moment privilegiat în timp”. Prin urmare, în orice moment în toate punctele din spațiu, temperatura medie și densitatea Universului vor avea aceleași valori. Un astfel de Univers se caracterizează prin expansiune exponențială compensată de nașterea permanentă a materiei. „Sincronismul expansiunii Universului și nașterea materiei menține constanta densității materiei-energie și duce astfel la reprezentarea Universului etern, care se află într-o stare de naștere continuă a materiei”.

Modificarea teoriei relativității „permite” într-adevăr 1 km3 din Univers să creeze o particulă într-un an. Acest lucru nu contrazice datele experimentale, dar, după cum notează Hawking, o astfel de „productivitate” este catastrofal de mică pentru „crearea” de noi galaxii. Datorită faptului că nu există o „conexiune subțire” între expansiunea Universului și nașterea materiei, această ipoteză este controversată.

Modelul Alana Guta

Mai târziu, fizicianul american Alan Guth a propus un model în care Universul avea o temperatură sub temperatura critică pentru Big Bang fără a rupe simetria forțelor. Această stare poate fi comparată cu apa suprarăcită, când aceasta, atunci când este răcită într-un anumit mod, nu îngheață nici măcar la o temperatură negativă. Universul într-o astfel de stare este instabil și are o energie suplimentară, a cărei acțiune antigravitațională este similară cu acțiunea termenului n din ecuația Universului staționar. Conform acestui model, chiar și în locurile în care Universul era prea dens, atracția reciprocă a părților sale era mai slabă decât repulsia, ceea ce a afectat natura expansiunii Universului. În acest caz, toate neomogenitățile ar putea fi pur și simplu netezite, deoarece ridurile sunt netezite atunci când o minge de cauciuc este umflată. Guth a ajuns la următoarea concluzie: „Starea omogenă lină actuală s-ar putea dezvolta dintr-un număr mare de neomogenități”. Stephen Hawking nu este de acord cu concluzia lui Guth: „Universul se extindea atât de rapid încât modelul de tranziție de fază propus nu ar putea exista fără a rupe simetria forțelor”. Mai mult, izotropia CMB indică faptul că în „... trecut, Universul era și mai omogen”.

Model Linde

În 1983, cunoscutul cosmolog Andrei Linde a propus un model de inflație haotic. Conform acestui model, Universul a evoluat fără o tranziție de fază și suprarăcire, dar sub influența unui câmp fără spin. Fluctuațiile cuantice ale acestui câmp în unele regiuni ale Universului timpuriu au crescut, ca urmare, particulele au început să se respingă unele pe altele. Energia câmpului a început să scadă încet până când inflația s-a transformat în aceeași expansiune ca și în modelul „Universul fierbinte”. „Una dintre regiuni”, notează Linde, „se poate transforma în Universul pe care îl observăm”. Modelul lui Linde a arătat că „starea actuală a universului ar fi putut apărea dintr-un număr mare de configurații inițiale, dar nu din orice stare inițială, un astfel de Univers ca al nostru ar fi putut apărea”.

Modelul inflației lasă deschisă problema condițiilor inițiale pentru originea universului.

Model Hawking

Stephen Hawking se numără în special printre fizicienii teoreticieni. Principalul lucru pentru el este să găsească un model matematic adecvat al lumii. Prin urmare, este foarte dornic să introducă variabile matematice, funcții care nu sunt o reflectare a realității, ci servesc doar la simplificarea aparatului matematic al teoriei pe care a propus-o. Pentru a simplifica aparatul matematic, el poate folosi trecerea de la un sistem de coordonate la altul și înlocuirea timpului real cu imaginar, nesusținut de niciun proces fizic real.

Hawking crede că singularitatea privează modelul Big Bang de putere predictivă, deoarece. în momentul singularității, legile fizicii sunt încălcate și „... orice ar fi putut apărea din Big Bang”. Deoarece teoria cuantică afirmă că „orice se poate întâmpla, dacă nu este absolut interzis”, Hawking se bazează pe întregul aparat matematic și pe metodele teoriei cuantice. El introduce conceptul de funcție de undă a Universului. Necesitatea integrării necesită introducerea unor condiții la limită speciale. Hawking le prezintă: „Condiția de limită pentru univers este că nu are granițe”. În modelul său, universul nu are granițe și este închis. Hawking dă următorul exemplu: dacă mergem de-a lungul ecuatorului, ne vom întoarce în același punct fără a ajunge la marginea (granița) Pământului și nimeni nu va argumenta că Pământul este limitat. Hawking crede că „presuppunerea că nu există granițe poate explica întreaga structură a universului, inclusiv mici nereguli ca noi înșine”.

Universul lui Hawking nu experimentează nicio singularitate. Mai mult, „propoziția fără limite face cosmologia o știință, deoarece face posibilă prezicerea rezultatului oricărui experiment”. În acest model, universul se naște literalmente din nimic, iar acest lucru nu necesită existența unui vid.

Hawking observă că, chiar dacă „teoria cuantică restabilește predictibilitatea pierdută de teoria clasică, nu o face pe deplin”. Pentru Hawking, nu este că teoria lui nu reflectă realitatea, ci că această teorie are putere predictivă: „Nu cer ca teoria să corespundă realității, pentru că nu știu cum funcționează. Realitatea nu este o cantitate care poate fi testată cu un test de turnesol. Toate acestea le pun pe seama faptului că teoria trebuie să prezică rezultatele măsurătorilor.”

Cu toate acestea, Hawking însuși este de acord că modelul său cuantic „nu descrie Universul în care trăim, care este plin de materie...”, iar pentru a construi un „model mai realist”, el omite termenul cosmologic care a fost folosit anterior pentru explicați și „activează” câmpurile de materie: „ …se pare că trebuie să avem în Univers un câmp scalar cu potențialul V()”, care este echivalent cu termenul cosmologic doar în anumite condiții.

În opinia noastră, modelul lui Hawking este o reflectare a viziunii autorului asupra lumii. Pentru a obține nașterea spontană, haotică a universului, Hawking impune universului condiția fără granițe. Universul Său nu are nevoie de Creator, nu are nevoie de o cauză exterioară, el există doar pentru că nu poate decât să se datoreze propriei sale necesități.

Ilya Prigogine crede că introducerea de către Hawking a timpului imaginar în locul timpului real distorsionează imaginea realității: „Propunerea lui Hawking (despre timpul imaginar - V.R.) depășește teoria relativității, dar în realitate este o altă încercare de a nega realitatea timpului, descriind Universul nostru ca structură geometrică statică...”.

Credem că aplicarea fără cusur a aparatului matematic poate confirma orice teorie și orice model, totuși, o lume înzestrată cu caracteristicile existenței eterne nu poate reflecta realitatea în care trăim.

Modelul cosmologic al lui Prigogine

Câștigătorul Premiului Nobel pentru realizările în domeniul proceselor de non-echilibru Ilya Prigogine și-a oferit înțelegerea originii Universului. El crede că Universul a apărut din „vidul cuantic” din cauza unei tranziții de fază ireversibile. El susține că Universul a început să fie în timp, adică. timpul este etern, dar lumea, universul nostru există pentru un anumit timp. Modelul creării lumii „din nimic” este numit de el „un mic dejun gratuit”, și este de nesuportat, deoarece „... vidul este deja înzestrat cu constante universale”. Prin urmare, în modelul său, Universul ia naștere, este format din ceva care a existat anterior. Prigogine numește crearea lumii un act transcendent în raport cu realitatea fizică.

Prigogine asociază însăși apariția lumii vizibile nu cu o singularitate, ci cu instabilitatea vidului cuantic. „Big Bang”, spune el, „este un proces ireversibil”. Prigogine crede că „ar fi trebuit să aibă loc o tranziție de fază de la Regulă-Universului, pe care o numim vid cuantic...”.

Potrivit lui Prigogine, „Universurile apar acolo unde amplitudinile câmpului gravitațional și ale câmpului de materie sunt de mare importanță”.

În încheierea unei scurte treceri în revistă a conceptelor oamenilor de știință, trebuie menționat că orice raționament despre starea fizică a Universului este doar rodul intelectului. Aici știința ajunge „...la marginea cunoștințelor pozitive periculos de aproape de science fiction”, deoarece confirmarea experimentală a teoriei este imposibilă. Prin urmare, construirea unui model teoretic al Universului de către un om de știință este întotdeauna o reflectare a viziunii sale asupra lumii.

O stare singulară în trecut nu este o stare foarte bună din punctul de vedere al fizicii. În această stare, valoarea mărimilor fizice este fie zero, fie infinită. Dimensiunile sunt zero, forțele gravitaționale sunt infinite, densitatea este infinită, temperatura este infinită și așa mai departe. O stare foarte proastă - toată fizica se oprește, nu există nimic de numărat. Implicarea teoriei cuantice a făcut posibil să nu se ajungă la această singularitate, ci să se oprească puțin mai sus. Max Planck în 1900, când descoperise deja cuantumul acțiunii și introdusese o valoare constantă, care se numește acum constanta Planck, a decis să încerce să combine cele trei mărimi fizice fundamentale și să vadă ce bine ar putea da. Constanta lui Planck, viteza luminii și constanta gravitațională. Ca un fizician, trebuie să se ocupe de chestiuni serioase, dar a decis să le combine - ce se întâmplă. A reușit să obțină toate elementele fizice de bază măsurabile. Valori: distanța, care se numește acum distanța Planck, s-a dovedit a fi 10−33 cm, timpul s-a dovedit a fi 10−43 secunde, energia - 1019 GeV, densitatea - 1094 g/cm3. Care sunt aceste cantitati? Acum, acestea sunt marimile principale care determină nivelul fundamental la care vor avea loc toate cele mai interesante lucruri din cea mai fundamentală fizică: unificarea tuturor interacțiunilor și construirea unei teorii unificate și aflarea modului în care a apărut Universul etc. . Poate că acesta nu este totuși adevărul suprem. Atenție la densitate. 1094 g/cm3. Ce este asta? Este de fapt o cantitate fizică? Pentru comparație, densitatea apei este de 1 g/cm3, densitatea metalelor este de 10 g/cm3. Este posibil să ne imaginăm o chestiune a cărei realitate are o asemenea densitate? 10 -33 cm.Cine își amintește dimensiunea nucleului atomic? Cea mai importantă, după părerea mea, este întrebarea ontologică: există distanțe mai mici decât lungimea Planck? Cum se înțelege cuantizarea în acest caz? Oricum, ce este un cuantic? O întrebare la care nimeni nu vrea să răspundă și nimeni nu vrea să discute. Ce este mecanica cablurilor? Ce este asta, analiză Hilbert? Sunt acestea un fel de reguli de cuantizare? Sau este teoria obiectelor cuantificate care au valori discrete și minime ale mărimilor fizice? Cum să înțelegem aceste mărimi, combinate din trei constante fizice? Majoritatea discută aceste cantități ca pe ceva destul de real. Un proeminent cosmolog Linde la una dintre prelegerile sale de la FIAN a spus: „Scara Planck este, desigur, lucruri serioase, dar există dimensiuni chiar mai mici decât această scară. Există dimensiuni, dar riglele și ceasurile încep să se comporte foarte prost la aceste cântare. Regele încep să se deformeze, ceasurile încep să întârzie, etc.” O nouă viziune asupra acestui nivel de realitate nu există încă. Și la acest nivel era întregul nostru univers! Timpul Planck, așa cum scrie un teoretician important în unele lucrări despre cosmologia cuantică și gravitația cuantică, este un fel de căpușă Planck. Este într-adevăr o perioadă de timp. Acesta este un cuantum de timp și apoi așa cum doriți. Ce este un cuantum de timp? Pentru comparație, chiar și particulele virtuale sunt timpi de ordinul a 10-20 de secunde. Și aici -43 de grade. Se crede că la acest nivel, atât spațiul, cât și timpul, și materia însăși, devin cuantificate în natură. Spațiul se descompune în celule Planck.

Pentru a efectua experimente cu energiile Planck, este necesar să construiți un accelerator, a cărui dimensiune va fi comparabilă cu dimensiunea unei galaxii. Supercolider - 27 km, dar departe de scara Planck. Această scară Planck spune că spațiul, timpul și orice altceva devin discrete. Sistemul solar este, de asemenea, discret, dar ele devin cuantice. Ce rost are să intri? Dacă, urmând Linde, presupunem că sunt distanțe și mai puțin, atunci asta conceptual nu dă nimic interesant, limita va fi zero, trebuie să presupunem că totul trebuie să scadă la zero, la o singularitate. Dar asta este rău, aceasta nu mai este o teorie cuantică. Nu există încă idei noi. Cu toate acestea, pe baza acestor idei, ei încearcă acum să construiască o teorie fundamental nouă. în plus, unii cred că este fundamental nou, iar unii încearcă să combine mecanica cuantică și relativitatea generală. Ei încearcă să construiască o teorie a gravitației cuantice. De ce este interesantă această problemă?

Alexander Sergeevich Suvorov (Alexander Suvory)

CREAȚIA LUMII.

Partea 6. SINGULARITATE COSMOLOGICĂ.

Deci, ce avem noi la început-începuturi conform Bibliei?

Doamne, întunericul deasupra abisului și Duhul lui Dumnezeu care plutea deasupra apelor. În același timp, la început, Dumnezeu a creat cerurile și pământul, care erau fără formă și goale. (Autoarea, pentru comoditatea scrierii textului, omite numeroasele citate date mai devreme în citate).

Cu toate acestea, aceste date mărturisesc ceea ce s-a întâmplat înainte ca Dumnezeu să înceapă să creeze lumea înconjurătoare, înainte de prima zi a creației...

Ce a fost și ce s-a întâmplat la început, a început după modelul științific al apariției fizicului, adică a Universului nostru material modern, care există astăzi?

Înainte sau în momentul inițial al apariției „științifice”, nașterii sau „Big Bang al Universului”, a existat o stare de „singularitate cosmologică”, adică o „stare de densitate și temperatură infinită” a unei substanțe inițiale ( materie).

O astfel de stare „singulară” a materiei (materiei) provine din „teoria generală a relativității”, care descrie „dinamica Universului fizic în expansiune”, pe care „știința modernă investighează și studiază și studiază în mod obiectiv, experimental și teoretic în toate modurile”. accesibilă omenirii.”

Conform teoriei generale a relativității, Universul „a luat ființă la un anumit moment” și acest eveniment a avut loc. Ea își are originea într-un loc, dintr-un loc, dintr-un punct al spațiu-timp-materie material.

Pentru ca un astfel de Big Bang universal de neconceput să aibă loc, acest material spațiu-timp-materie trebuia să fie „infinit dens și infinit de fierbinte” (cu temperatură infinită).

În Universul material sau material existent în prezent, orice substanță-materie cu densitate și temperatură infinită nu poate exista simultan, pentru că „cu densitate infinită, măsura haosului substanței-materie tinde spre zero”, la duritate absolută, masivitate. În același timp, temperatura infinită încălzește substanța-materia atât de mult încât tinde spre haos infinit, adică spre dispariție absolută - anihilare.

De exemplu, cel mai dur și mai dens oțel sau bazalt devine lichid atunci când este încălzit, materia densă a meteoriților mici se evaporă complet în timpul unei treceri de foc prin atmosfera Pământului, umplerea superdensă a bombelor nucleare aproape se anihilează instantaneu în timpul unei explozii atomice, rupându-se în elementare. particulele și energia radiațiilor.

Astăzi, știința nu poate oferi în niciun fel o explicație convingătoare pentru existența unei „singularități cosmologice” și afirmă: „Momentul începutului creației, singularitatea, nu se supune nici uneia dintre legile fizicii cunoscute”.

Cu toate acestea, teoretic „știm” ce s-a întâmplat imediat după începutul Big Bang-ului Universului – o singularitate sau o curbură gravitațională a câmpului gravitațional sau transformarea materiei în energie și transformarea simultană a energiei în materie sau transformarea. de antimaterie în materie.

De fapt, Anti-Universul antimateriei s-a „prăbușit”, „s-a micșorat”, „s-a micșorat”, a anihilat, „s-a prăbușit”, „s-a prăbușit” într-un punct superdens al singularității cosmologice și, în același timp, a „explodat” rapid. „deschis”, „renăscut”, „înviat” sub forma spațiu-timp-materie a Universului nostru fizic modern.

Algoritmi de „lovituri de stat” sau „revoluții”, „schimbarea polilor magnetici”, apariția „găurilor negre” superdense, „sugând” rapid întreaga lume înconjurătoare, tot cel mai apropiat spațiu-timp cu gravitație monstruoasă, precum și explozii de supernove superdense, există și au loc relativ des în universul nostru.

Aproape toate particulele elementare și atomii tuturor substanțelor din care sunt create toate corpurile materiale ale Universului nostru, inclusiv Soarele nostru, planetele, Pământul, atmosfera, geosfera, hidrosfera, precum și toate organismele vii și corpurile noastre umane, au fost create ca un rezultatul unor astfel de prăbușiri simultane - compresia-colapsul „găurilor negre” și exploziile de supernove.

Acestea sunt fapte deja dovedite, confirmate de experimente relevante și descoperiri științifice obiective care nu depind de voința nimănui, nici măcar divină.

„La început Dumnezeu a creat” gravitația, câmpul gravitațional, singularitatea gravitațională, momentul și punctul de separare gravitațională a stării supradense a spațiu-timp-materie și starea superactivă a energiei, „sus” și „jos”, „de sus” și „sub”, care sunt exprimate în structuri simbolice-imagini-cuvinte-concepte „rai” (sus, energie) și „pământ (de jos, materie).

Astfel, în prima parte a primului verset al primei cărți a lui Moise „Facerea” din Vechiul Testament, preambulul evenimentului „crearea lumii de către Dumnezeu” nu este prezentat pur și simplu, ci evenimentul primar este exprimat cu precizie și împărțirea stării anterioare a „materiei primare” în componente gravitaționale - sus și jos, energie și materie, „cer” și „pământ”.

De aceea, în strofa următoare a acestui vers se indică faptul că „pământul”, adică materia fizică a „lumii create”, în momentul și în punctul singularității gravitaționale sau cosmologice, „era fără formă și gol”, adică nu a emis o singură cuantă de lumină și nu a avut nici măcar un material fizic modern sau o întruchipare materială.

În același timp, „întuneric”, adică o cantitate incalculabilă de materie întunecată și energie întunecată (aceasta este o expresie a structurii simbolice-imagine-cuvânt-concept „întuneric”), era deja „deasupra abisului”, că este, de sus (în jurul) un punct infinit, nelimitat, supradens de singularitate gravitațională sau cosmologică, locul existenței „materiei primare”, locul prăbușirii gravitaționale a „antimateriei” - starea anterioară a anterioară sau părinte Anti- Univers.

Este de remarcat faptul că „materia întunecată” este o încarnare simbolică feminină sau maternă a Anti-Universului anterior sau părinte, iar „energia întunecată” este masculină sau paternă. În același timp, locul sau punctul singularității gravitaționale sau cosmologice este locul, punctul de „origine” al Universului nostru fizic modern.

În momentul și în locul-punctul al singularității gravitaționale sau cosmologice „de deasupra apei”, care în acest caz este probabil o expresie simbolică a fluidității, schimbării, transparenței și în același timp a prezenței materiei primare, „Spiritul”. lui Dumnezeu plutea”.

În același timp, „Duhul lui Dumnezeu” sau energia și imaginea lui Dumnezeu, adică un anumit subiect care „locuiește” în toate sistemele de mitologii ale popoarelor lumii este întotdeauna „în vârf”, grăbit, s-a repezit, a tremurat, a sărit, s-a mișcat haotic etc.

„Spiritul lui Dumnezeu” este o structură-imagine-simbol și întruchiparea „cauzei originare”, „puterii creatoare”, „energia creației”, „embrion parental”, „model parental genetic”, în imagine și asemănare. din care este creată lumea înconjurătoare – Universul fizic modern.

„Duhul lui Dumnezeu”, „Duhul Sfânt” sau Ruach ha-Kadesh - „respirație”, „vânt”, „forță motrice invizibilă”, „puterea lui Dumnezeu”, „proprietatea dătătoare de viață a lui Dumnezeu”, „minte, cinste, conștiință, rațiune, intelect Dumnezeu”, „gândire creativă a lui Dumnezeu”, „conștiință personală a lui Dumnezeu”, „chip și asemănarea lui Dumnezeu”, „scânteie a lui Dumnezeu”, „întrupare a lui Dumnezeu”, „embrion al lui Dumnezeu” - acesta este a treia ipostază a unicului Dumnezeu - „Sfânta Treime”.

Așa se aranjează în mod natural în orice „viață” a oricărui sistem-structură – toți și orice „părinți” trebuie să dispară, să se dizolve în mediu, dând naștere unei noi vieți care include gene parentale, calități, parametri, imagini, spirit. , memorie ...

Chiar și Dumnezeu Tatăl, prin Duhul Său al lui Dumnezeu și oarecare materie spațio-temporală sau mediul locuinței lui Dumnezeu Tatăl, naște pe Fiul Său Dumnezeu...

Astfel, o analiză de sistem comparativă a „creării lumii” conform Bibliei și conform modelului teoretic cosmologic general acceptat al „Big Bang-ului” arată identitatea sau integritatea, identitatea, unitatea sistemică a acestora.

Există vreo dovadă științifică fizică și teoretică pentru această identitate sau identitatea „creației” biblice și fizice a lumii?

Recenzii

Dragă Alexandru Sergheevici!
În general, ridicați întrebări la care nu se poate răspunde fără ambiguitate.
Construirea de modele fizice fără matematică în proză nu este gravă. Dar îmi scot pălăria - ai făcut o treabă grozavă.
Câteva erori vizibile. Citez: „De exemplu, cel mai dur și mai dens oțel sau bazalt devine lichid atunci când este încălzit, substanța densă a meteoriților mici se evaporă complet în timpul trecerii de foc prin atmosfera Pământului, umplerea superdensă a bombelor nucleare aproape se anihilează instantaneu în timpul unei explozii atomice, descompunerea în particule elementare și energie de radiație”.
Nu există o relație clară între densitate și duritate. Densitatea oțelurilor și a fierului pur sunt apropiate. Densitatea mercurului este de 13,5 g / ml, oțelurile sunt de aproximativ 7,86, iar duritatea oțelului și a mercurului nu poate fi comparată, așa că totul este clar. Densitatea diamantului este de 3,5, iar duritatea acestuia depășește cu aproape două duritatea celui mai dur oțel călit. De asemenea, punctele de topire cu duritatea și densitatea nu au o relație clară.
Astfel încât cuvintele despre duritate, chiar și introduse pentru claritate, să pară ciudate.
Umplerea bombelor nucleare, desigur, este departe de a fi supradensă. E ciudat să auzi asta. Și, desigur, anihilarea nu are loc în timpul unei explozii (nu există antimaterie). O masă extrem de mică de materie este transformată în energie (defect de masă).
O astfel de „vizibilitate” nu face decât să dăuneze publicației.

Conform acestui model, lumea noastră a apărut cu aproximativ treisprezece miliarde de ani în urmă, ca urmare a Big Bang-ului unei anumite stări superdense a Universului nostru - o singularitate. Ceea ce a precedat acest eveniment, cum a apărut singularitatea, de unde provine masa sa, a fost complet de neînțeles - nu există nicio teorie a unei astfel de stări. Soarta ulterioară a Universului în expansiune a fost, de asemenea, neclară: dacă expansiunea sa va continua pentru totdeauna sau dacă va fi înlocuită de contracție până la următoarea singularitate.

Teoria cosmogenezei, dezvoltată recent de cercetătorii ruși și raportată pentru prima dată în mai anul trecut, la o conferință internațională la Institutul de Fizică. P. N. Lebedev de la Academia Rusă de Științe, arată că singularitatea este un produs natural al evoluției unei stele masive care s-a transformat într-o gaură neagră. O singură gaură neagră poate da naștere la numeroase „descendențe” în universurile ulterioare. Și acest proces continuă continuu, ramificându-se, precum Arborele Lumii din legendele scandinave. Hiperuniversul cu mai multe foi este infinit atât în ​​spațiu, cât și în timp.

Arborele lumii

MODEL COSMOLOGIC

„La început era Cuvântul, și Cuvântul era la Dumnezeu și Cuvântul era Dumnezeu.” Pe scurt și clar, dar de neînțeles. Din fericire, pe lângă teologie, există și cosmologia - știința universului. Tabloul cosmologic al lumii este, prin definiție, obiectiv, nereligios în natură și, prin urmare, interesant pentru orice persoană care apreciază faptele.

Până la începutul secolului al XX-lea, cosmologia a rămas o disciplină speculativă: nu era încă fizică bazată pe experiență empirică și experiment independent, ci filozofie naturală bazată pe opiniile, inclusiv religioase, ale omului de știință însuși. Abia odată cu apariția teoriei moderne a gravitației, cunoscută sub numele de relativitate generală, cosmologia a primit o bază teoretică. Numeroase descoperiri atât în ​​astronomie, cât și în fizică i-au dat eroinei noastre o justificare observațională. Experimentul numeric a devenit un ajutor important pentru teorie și observații. Rețineți că, contrar unor afirmații, nu există contradicții între relativitatea generală, pe de o parte, și observații și experiment, pe de altă parte. Într-adevăr, pe baza relativității generale, ei nu numai că au calculat deviația unui fascicul de lumină în câmpul gravitațional al Soarelui, care, sincer, nu este esențial important pentru economia națională, ci au calculat și orbitele planetelor și navelor spațiale, precum și parametrii tehnici ai acceleratoarelor, inclusiv Large Hadron Collider. Desigur, asta nu înseamnă că relativitatea generală este adevărul suprem. Totuși, căutarea unei noi teorii a gravitației merge în direcția generalizării celei existente, și nu a abandonării ei.

Definiția pe care am dat-o cosmologiei - știința universului - este destul de largă. După cum a remarcat pe bună dreptate Arthur Eddington, toată știința este cosmologie. Prin urmare, este logic să explicăm cu exemple specifice care sarcini și probleme sunt legate de cele cosmologice.

Construirea unui model al Universului este, desigur, o sarcină cosmologică. Acum este general acceptat că universul este omogen și izotrop la scară mare (mai mare de 100 de megaparsecs). Acest model este numit modelul Friedman după descoperitorul său Alexander Fridman. La scară mică, materia Universului este supusă procesului de răsucire gravitațională din cauza instabilității gravitaționale - forța de atracție care acționează între corpuri tinde să le unească. În cele din urmă, acest lucru duce la apariția structurii Universului - galaxii, clusterele lor etc.

Universul este non-staționar: se extinde și cu accelerare (inflaționistă) datorită prezenței energiei întunecate în el - un fel de materie, a cărei presiune este negativă. Modelul cosmologic este descris de mai mulți parametri. Acestea sunt cantitatea de materie întunecată, barionii, neutrinii și numărul soiurilor acestora, valorile constantei Hubble și ale curburii spațiale, forma spectrului de perturbații de densitate inițială (un set de perturbații de diferite dimensiuni), amplitudinea undelor gravitaționale primare, deplasarea spre roșu și adâncimea optică a ionizării secundare a hidrogenului, precum și alții, parametri mai puțin importanți. Fiecare dintre ele merită o discuție separată, definiția fiecăruia este un studiu întreg și toate acestea se referă la sarcinile cosmologiei. Parametrul cosmologic nu este doar un număr, ci și procesele fizice care guvernează lumea în care trăim.

UNIVERSUL TIMPURII

Poate o problemă cosmologică și mai importantă este problema originii Universului, a ceea ce a fost la Început.

Timp de secole, oamenii de știință și-au imaginat universul ca fiind etern, infinit și static. Faptul că nu este așa a fost descoperit în anii 20 ai secolului XX: nestaționaritatea soluțiilor ecuațiilor gravitației a fost relevată teoretic de deja menționatul A. A. Fridman, iar observațiile (cu interpretarea corectă) au fost făcute. aproape simultan de mai mulţi astronomi. Este important din punct de vedere metodic să subliniem că spațiul în sine nu se extinde nicăieri: vorbim despre expansiunea volumetrică a unui flux de materie pe scară largă, răspândindu-se în toate direcțiile. Apropo de Începutul Universului, avem în vedere problema originii acestui flux cosmologic, căruia i s-a dat un impuls inițial de expansiune și i s-a dat o anumită simetrie.

Ideea unui Univers etern și infinit, prin lucrările multor cercetători ai secolului al XX-lea, uneori contrar convingerilor lor personale, a pierdut teren. Descoperirea expansiunii globale a Universului a însemnat nu numai că Universul este non-static, ci și că vârsta lui este finită. După multe dezbateri despre ce este și multe descoperiri observaționale importante, numărul a fost stabilit: 13,7 miliarde de ani. Acest lucru este foarte puțin. La urma urmei, acum două miliarde de ani, ceva se târa deja pe Pământ. În plus, raza Universului vizibil este prea mare (câteva gigaparsecs) pentru o vârstă atât de mică. Aparent, dimensiunea uriașă a Universului este asociată cu o altă etapă - inflaționistă - de expansiune care a avut loc în trecut și a fost înlocuită cu o etapă de expansiune lentă, controlată de gravitația radiațiilor și a materiei întunecate. Mai târziu, începe o altă etapă a expansiunii accelerate a Universului, care este deja controlată de energia întunecată. Ecuațiile GR arată că, odată cu expansiunea accelerată, dimensiunea fluxului cosmologic crește foarte repede și se dovedește a fi mai mare decât orizontul luminos.

Vârsta Universului este cunoscută cu o precizie de 100 de milioane de ani. Dar, în ciuda unei asemenea acuratețe „scăzute”, noi (omenirea) putem urmări cu încredere procesele care au decurs extrem de aproape în timp de „momentul nașterii Universului” - aproximativ 10^-35 de secunde. Acest lucru este posibil deoarece dinamica proceselor fizice care au loc la distanțe cosmologice este legată doar de gravitație și în acest sens este absolut clară. Cu teoria (GR) disponibilă, putem extrapola în trecut Modelul Cosmologic Standard din Universul modern și să „vedem” cum arăta în tinerețe. Și părea simplu: Universul timpuriu era strict determinat și era un flux laminar de materie care se extinde de la densități foarte mari.

SINGULARITATE

Treisprezece miliarde de ani înseamnă aproximativ 10^17 secunde. Iar începutul „natural” al fluxului cosmologic cu o astfel de extrapolare coincide cu timpul Planck - 10^-43 secunde. Total 43 + 17 = 60 de comenzi. Nu are sens să vorbim despre ceea ce s-a întâmplat înainte de 10^-43 de secunde, deoarece, din cauza efectelor cuantice, scara Planck este intervalul minim pentru care este aplicabil conceptul de continuitate și extensie. În acest moment, mulți cercetători au renunțat. De exemplu, este imposibil să mergem mai departe, pentru că nu avem nicio teorie, nu cunoaștem gravitația cuantică etc.

Cu toate acestea, nu se poate spune cu adevărat că universul s-a „născut” chiar la această vârstă. Este foarte posibil ca fluxul de materie să „alunece” prin starea superdensă într-un timp foarte scurt (planckian), adică ceva a obligat-o să treacă prin acea etapă pe termen scurt. Și atunci nu există niciun impas logic cu timpul lui Planck și constanta lui Planck. Trebuie doar să înțelegeți ce ar putea precede începutul expansiunii cosmologice, din ce motiv și ce a „târât” materia gravitativă prin starea de densitate superînaltă.

Răspunsul la aceste întrebări, în opinia noastră, constă în natura gravitației. Efectele cuantice joacă un rol secundar aici, modificând și modificând conceptul de materie superdensă într-un interval scurt de timp. Desigur, astăzi nu cunoaștem toate proprietățile materiei eficiente [această „materie” se numește efectivă deoarece include și parametri care descriu posibile abateri ale gravitației de la relativitatea generală. În acest sens, reamintim că știința modernă operează cu concepte fizice separate de materie și spațiu-timp (gravitație). În condiții extreme în apropierea singularității, o astfel de împărțire este condiționată - de unde termenul „materie efectivă”.] în condiții extreme. Dar, având în vedere perioada scurtă a acestei etape, suntem capabili să descriem întregul proces dinamic, bazându-ne doar pe legile cunoscute de conservare a energiei și a impulsului și presupunând că acestea se mențin întotdeauna în spațiul-timp metric mediu, indiferent de ce „teoria totul” cuantică va fi.creată în viitor.

COSMOGENEZĂ

În istoria cosmologiei, au existat mai multe încercări de a ocoli problema singularității și de a o înlocui, de exemplu, cu conceptul de naștere a Universului ca întreg. Conform ipotezei nașterii din „nimic”, lumea a apărut dintr-un „punct”, o singularitate, o zonă supradensă cu simetrie foarte mare și tot ce vă puteți gândi (metastabilitate, instabilitate, tranziție sub-barieră cuantică la Friedmann). simetrie etc.). În această abordare, problema singularității nu a fost rezolvată, iar singularitatea a fost postulată sub forma unei stări inițiale superdense asemănătoare unui vid (vezi „Știința și viața” nr. 11, 12, 1996).

Au mai existat și alte încercări de a „scăpa” de singularitate, dar prețul lor a fost întotdeauna mare. În schimb, a fost necesar să se postuleze construcții obscure fie ale stărilor superdense (sub-planckiene) ale materiei, fie ale „săririi” fluxului Friedmann de la densitate mare (schimbarea de la compresie la expansiune), fie alte rețete ipotetice pentru comportamentul materie de densitate.

Nimănui nu-i place Singularitatea. Imaginea fizică a lumii presupune o lume în schimbare, în evoluție, dar constant existentă. Ne propunem să aruncăm o privire diferită asupra singularității și să pornim de la faptul că stările foarte comprimate prin care un sistem dinamic care interacționează gravitațional (în cel mai simplu caz, o stea) intră și trece prin anumite condiții sunt obiective și naturale pentru gravitație. Regiunile singulare ca punți sau lanțuri temporare conectează domenii mai extinse ale lumii noastre. Dacă este așa, atunci trebuie să înțelegem ce cauzează ca materia să cadă în stări speciale singulare și cum iese din ele.

După cum am menționat deja, expansiunea cosmologică începe cu o singularitate cosmologică - întorcându-ne mental înapoi timpul, ajungem inevitabil la un moment în care densitatea Universului se transformă în infinit. Putem considera această propoziție ca un fapt evident bazat pe QSM și GR. Luând de la sine înțeles, să ne punem o întrebare simplă: cum apare o singularitate, cum ajunge materia gravitativă într-o stare supercomprimată? Răspunsul este surprinzător de simplu: acesta este cauzat de procesul de contracție gravitațională a unui sistem masiv (o stea sau alt sistem astrofizic compact) la sfârșitul evoluției sale. Ca urmare a prăbușirii, se formează o gaură neagră și, ca urmare, singularitatea acesteia. Adică, prăbușirea se termină cu o singularitate, iar cosmologia începe cu o singularitate. Susținem că acesta este un lanț al unui singur proces continuu.

Întrebarea originii Universului, după mai multe încercări, încercări de a-l formula și diverse interpretări, a căpătat o bază științifică solidă în secolul XXI sub forma QSM și extrapolarea lui fără ambiguitate în trecut, pe liniile relativității generale. Începând să luăm în considerare această problemă din singurul Univers cunoscut nouă, nu trebuie să uităm de principiul fizic general asociat cu numele lui Nicolaus Copernic. Se credea cândva că Pământul este centrul universului, apoi a fost asociat cu Soarele, mai târziu s-a dovedit că Galaxia noastră nu este singura, ci doar una dintre foarte multe (doar galaxiile vizibile sunt aproape un trilion) . Este logic să presupunem că există o mulțime de universuri. Faptul că nu știm încă nimic despre ceilalți se datorează dimensiunii mari a Universului nostru - scara lui depășește, evident, orizontul de vizibilitate.

Dimensiunea (scara) Universului este dimensiunea zonei legate cauzal, întinsă în timpul expansiunii sale. Mărimea vizibilității este distanța pe care lumina a „parcurs-o” în timpul existenței Universului, ea poate fi obținută prin înmulțirea vitezei luminii și a vârstei Universului. Faptul că Universul este izotrop și omogen la scară mare înseamnă că condițiile inițiale în regiuni ale Universului îndepărtate unele de altele au fost similare.

Am menționat deja că această scară largă se datorează prezenței unui stadiu inflaționist de expansiune. În perioada pre-inflaționistă a Big Bang-ului, fluxul în expansiune ar putea fi foarte mic și să nu aibă deloc caracteristicile modelului Friedman. Dar cum să transformi un flux mic într-unul mare nu este o problemă de cosmogeneză, ci o chestiune tehnică a existenței unei etape intermediare finale de inflație care poate extinde debitul, exact pe măsură ce suprafața unui balon umflat crește. Principala problemă a cosmogenezei nu este în mărimea fluxului cosmologic, ci în aspectul acestuia. Așa cum există o metodă binecunoscută pentru formarea fluxurilor de materie contractante (colapsul gravitațional), trebuie să existe un mecanism fizic destul de general și simplu pentru generarea gravitațională („aprinderea”) a fluxurilor de materie în expansiune.

SINGULARITATI INTEGRABILE

Deci, cum să pătrundem „dincolo de” singularitate? Și ce se află în spatele ei?

Este convenabil să studiezi structura spațiu-timp lansând mental particule de probă gratuite în el și observând cum se mișcă. Conform calculelor noastre, traiectoriile geodezice [cele mai scurte distanțe în spațiu ale unei anumite structuri. În spațiul euclidian acestea sunt linii drepte, în spațiul riemannian sunt arce de cerc etc.] de particule de test se propagă liber în timp prin regiuni singulare dintr-o anumită clasă, pe care le-am numit singularități integrabile. (Densitatea sau presiunea diverge în singularitate, dar integrala de volum a acestor mărimi este finită: masa singularității integrabile tinde spre zero, deoarece ocupă un volum nesemnificativ.) După ce au trecut de gaura neagră, traiectoriile geodezice se găsesc în domeniul spațiu-timp (din francez domaine - area , posesie) al unei găuri albe care se extinde cu toate semnele unui flux cosmologic. Această geometrie spațiu-timp este unificată și este logic să o definim ca o gaură alb-negru. Domeniul cosmologic al găurii albe este situat în viitorul absolut în raport cu domeniul părinte al găurii negre, adică gaura albă este o continuare naturală și un produs al găurii negre.

Acest nou concept a luat naștere destul de recent. Creatorii și-au anunțat apariția în mai 2011 la o conferință științifică dedicată memoriei lui A. D. Saharov, desfășurată la nava emblematică a fizicii ruse - Institutul de Fizică. P. N. Lebedev al Academiei Ruse de Științe (FIAN).

Cum este posibil acest lucru și de ce un astfel de mecanism de cosmogeneză nu a fost luat în considerare mai devreme? Să începem prin a răspunde la prima întrebare.

Găsirea unei găuri negre nu este dificilă, există multe dintre ele în jur - câteva procente din întreaga masă a stelelor Universului este concentrată în găurile negre. Mecanismul apariției lor este de asemenea bine cunoscut. Puteți auzi adesea că trăim într-un cimitir de găuri negre. Dar poate fi numit acest cimitir (sfârșitul evoluției) sau alte zone (domenii) ale lumii noastre complexe, alte universuri încep dincolo de orizonturile de evenimente ale găurilor negre?

Știm că în interiorul unei găuri negre există o regiune singulară specială, în care toată materia prinsă de ea „cade” și în care potențialul gravitațional se grăbește la infinit. Cu toate acestea, natura nu tolerează nu numai golul, ci și infinitul sau divergența (deși nimeni nu a anulat numerele mari). Am reușit să „trecem prin” regiunea de singularitate solicitând ca potențialele gravitaționale (metrice) din ea și, prin urmare, forțele de maree, să rămână finite.

Divergența potențialelor metrice poate fi eliminată prin netezirea singularității cu ajutorul materiei eficiente, care o slăbește, dar nu o elimină complet. (O astfel de singularitate integrabilă poate fi comparată cu comportamentul materiei întunecate pe măsură ce se apropie de centrul unei galaxii. Densitatea ei tinde spre infinit, dar masa conținută în interiorul unei raze descrescătoare tinde spre zero datorită faptului că volumul din interiorul acestei raze scade mai repede decât crește densitatea. O astfel de analogie nu este absolută: cuspida galactică, o regiune de densitate divergentă, este o structură spațială, iar o singularitate a unei găuri negre are loc ca un eveniment în timp.) Deci, în timp ce densitatea și presiunea diverg, forțele de maree care acționează asupra unei particule sunt finite deoarece depind de masa totală. Acest lucru permite particulelor de testat să treacă liber prin singularitate: ele se propagă în spațiu-timp continuu, iar informațiile despre distribuția densității sau presiunii nu sunt necesare pentru a descrie mișcarea lor. Și cu ajutorul particulelor de testare, puteți descrie geometria - construiți sisteme de referință și măsurați intervalele spațiale și temporale dintre puncte și evenimente.

GĂURI ALB-NEGRE

Deci, puteți trece prin singularitate. Și, în consecință, este posibil să „vedem” ce este în spatele lui, prin ce fel de spațiu-timp particulele noastre de testare continuă să se propage. Și cad în regiunea găurii albe. Ecuațiile arată că are loc un fel de oscilație: fluxul de energie din regiunea de contracție a găurii negre continuă în regiunea de expansiune a găurii albe. Elanul nu poate fi ascuns: colapsul este inversat într-un anti-colaps cu impulsul total păstrat. Și acesta este deja un alt univers, deoarece o gaură albă plină cu materie are toate proprietățile unui flux cosmologic. Aceasta înseamnă că Universul nostru, poate, este produsul unei alte lumi.

Imaginea care urmează din soluțiile primite ale ecuațiilor gravitației, dezvoltă astfel. Steaua părinte se prăbușește în universul părinte și formează o gaură neagră. Ca urmare a prăbușirii, în jurul stelei apar forțe gravitaționale de maree distructive, care se deformează și rup vidul, dând naștere materiei în spațiul anterior gol. Această materie din regiunea singulară a găurii alb-negru cade într-un alt univers, extinzându-se sub acțiunea unui impuls gravitațional primit în timpul prăbușirii stelei părinte.

Masa totală a particulelor într-un astfel de univers nou poate fi arbitrar de mare. Poate depăși semnificativ masa stelei părinte. În acest caz, masa găurii negre emergente (părinte), măsurată de un observator situat în spațiul cosmic al universului părinte, este finită și apropiată de masa stelei prăbușite. Nu există nici un paradox aici, deoarece diferența de masă este compensată de energia de legare gravitațională, care are semn negativ. Putem spune că noul univers se află în viitorul absolut în raport cu universul părinte (vechiul). Cu alte cuvinte, poți merge acolo, dar nu te poți întoarce.

COSMOLOGIE ATROGENĂ SAU UN UNIVERS MULTIPLU

O lume atât de complexă seamănă cu Arborele Vieții (un arbore genealogic, dacă doriți). Dacă în procesul de evoluție apar găuri negre în Univers, atunci prin ele particulele pot pătrunde în alte ramuri (domenii) ale universului - și așa mai departe de-a lungul ghirlandelor temporare de găuri negre și albe. Dacă găurile negre nu se formează dintr-un motiv sau altul (de exemplu, stelele nu se nasc), apare o fundătură - geneza (crearea) de noi universuri în această direcție este întreruptă. Dar, în circumstanțe favorabile, fluxul „vieții” poate relua și înflori chiar și dintr-o gaură neagră - pentru aceasta este necesar să se creeze condiții pentru producerea de noi generații de găuri negre în universurile ulterioare.

Cum pot apărea „circumstanțe favorabile” și de ce depind ele? În modelul nostru, acest lucru se datorează proprietăților materiei eficiente, care se naște sub acțiunea gravitației extreme în apropierea singularităților găurilor negre și albe. De fapt, vorbim despre tranziții de fază neliniare într-un sistem material cuantic-gravitațional, care au caracter de fluctuații și, prin urmare, sunt supuse unor modificări aleatorii (bifurcații). Urmând contrar sloganului lui Einstein, putem spune că „Dumnezeu aruncă zarurile”, iar apoi aceste zaruri (condițiile inițiale) se pot forma în domenii deterministe ale noilor universuri, sau pot rămâne „embrioni” nedezvoltați ai cosmogenezei. Aici, ca și în viață, există legi ale selecției naturale. Dar acesta este subiectul cercetărilor ulterioare și al lucrărilor viitoare.

CUM SE EVITA SINGULARITATEA

La un moment dat, a fost propus conceptul de Univers oscilant, sau ciclic, pe baza ipotezei „saritului”. Potrivit ei, Universul există sub forma unui număr infinit de cicluri. Expansiunea sa este înlocuită de contracția aproape la o singularitate, urmată din nou de expansiune și o serie de astfel de cicluri merg în trecut și viitor. Nu este un concept foarte clar, pentru că, în primul rând, nu există dovezi observaționale că într-o zi expansiunea lumii noastre va fi înlocuită de contracție, iar în al doilea rând, mecanismul fizic care face ca Universul să facă astfel de mișcări oscilatorii nu este clar.

O altă abordare a originii lumii este asociată cu ipoteza unui Univers de autovindecare, propusă de mulți ani de omul de știință rus A.D. Linde, care locuiește în SUA. Conform acestei ipoteze, lumea poate fi reprezentată ca un cazan care fierbe. La nivel global, Universul este o supă fierbinte cu o densitate energetică ridicată. În ea apar bule, care fie se prăbușesc, fie se extind și, în anumite condiții inițiale, pentru o lungă perioadă de timp. Se presupune că caracteristicile (orice la care vă puteți gândi, inclusiv un set de constante fundamentale) ale bulelor din lumi emergente au un anumit spectru și o gamă largă. Aici apar multe întrebări: de unde a venit un astfel de „bulion”, cine l-a preparat și ce îl întreține, cât de des se realizează condițiile inițiale, ducând la apariția universurilor de tipul nostru etc.

CUM SE POT FORMA SINGULARIȚIILE INTEGRABILE

Pe măsură ce ne apropiem de singularitate, forțele de maree în creștere acționează asupra vidului câmpurilor fizice, îl deformează și îl sparg. Există, după cum se spune, polarizarea vidului și nașterea particulelor de materie din vid - descompunerea acestuia.

O astfel de reacție a vidului fizic la acțiunea externă intensă a unui câmp gravitațional în schimbare rapidă este binecunoscută. Acesta este, de fapt, efectul gravitației cuantice - tensiunile gravitaționale sunt transformate în câmpuri materiale, are loc o redistribuire a gradelor fizice de libertate. Astăzi, astfel de efecte pot fi calculate în aproximarea câmpului slab (așa-numita limită semiclasică). În cazul nostru, vorbim de procese cuantico-gravitaționale neliniare puternice, unde este necesar să se țină cont de influența gravitațională inversă a materiei efective născute asupra evoluției metricii medii care determină proprietățile spațiului cu patru dimensiuni. timp (când efectele cuantice ale gravitației devin puternice, metrica devine „tremurândă” și putem vorbi despre asta doar în sensul mediu).

Această direcție, desigur, necesită cercetări suplimentare. Cu toate acestea, se poate deja presupune că, conform principiului lui Le Chatelier, influența inversă va conduce la o astfel de rearanjare a spațiului metric, încât creșterea forțelor de maree, care provoacă nașterea nelimitată a materiei efective, va fi oprită și, în consecință , potențialele metrice vor înceta să diverge și vor rămâne finite și continue.

Doctor în științe fizice și matematice Vladimir Lukash,
Candidată la științe fizice și matematice Elena Mikheeva,
Candidat la științe fizice și matematice Vladimir Strokov (Centrul Astrospațial al FIAN),

Toți cei care au dat peste termenul „singularitate” au căutat să-și dea seama ce este? Dacă facem o traducere literală din latină, se dovedește că aceasta este o singularitate a unui eveniment, creatură, fenomen. Conceptul de singularitate (trăsătură) este comun în multe domenii ale științei și tehnologiei și are o anumită specificitate. În funcție de aceasta, singularitatea poate fi:

• matematic;
• gravitatie;
• cosmologic;
• tehnologic;
• biologic.

Dar dacă priviți mai filozofic, atunci singularitatea este întregul univers într-un punct mic. Și aceasta nu este doar întreaga substanță a Universului, ci și viața noastră, cu conștientizarea, semnificația și sentimentele ei.

Singularitatea cosmologică

Altfel, aceasta este starea pe care a avut-o Universul chiar în primul moment al Big Bang-ului. Se caracterizează prin prezența unor valori infinite ale densității și temperaturii substanței. Această stare, care a devenit un exemplu de singularitate gravitațională, a fost prezisă de Einstein în prevederile teoriei generale a relativității. Este incredibil de greu de imaginat că Soarele poate fi comprimat la dimensiunea unui nucleu atomic, dar este și mai greu de imaginat că întregul Univers a fost comprimat într-un punct mult mai mic decât acest nucleu. In orice caz, Universul a apărut dintr-un astfel de obiect, numit singularitate. Această versiune a evenimentelor este calculată matematic și este principala teorie a apariției lumii înconjurătoare. Dar există anumite dificultăți care nu sunt explicate de această teorie.

1. Nimeni nu știe exact unde se află punctul din miezul căruia s-a născut Universul nostru.
2. Nu este clar cum această caracteristică „a dat naștere” unor cantități nesfârșite de energie și materie.
3. De asemenea, eterogenitatea universului nu este complet clară. Conform tuturor canoanelor, ar fi trebuit să devină omogen, dar această uniformitate nu era nici măcar în gazul primar.
4. Legile fizice cunoscute nouă, care ajută la descrierea lumii cunoscute nouă, nu funcționează în cazul unei singularități. De aici rezultă că este posibil să descriem doar acele evenimente care au avut loc după Big Bang, dar nu explozia în sine și nu pragul acesteia.

Însuși faptul apariției unei singularități cosmologice, dacă continuăm înapoi în timp soluția care descrie dinamica expansiunii Universului, a fost dovedit de S. Hawking în 1967. Dar el a remarcat că singularitatea este eliminată din legile fizicii. Este imposibil ca densitatea și temperatura să aibă valori infinite în același timp. Densitatea infinită implică faptul că măsura haosului (entropia) tinde spre zero, iar aceasta nu se potrivește cu temperatura infinită. Singularitatea cosmologică (și însuși faptul existenței sale) a devenit una dintre principalele probleme ale cosmologiei. Aceasta rezultă din faptul că toate informațiile disponibile despre ceea ce s-a întâmplat după Big Bang nu oferă absolut nicio informație despre fenomenele care au precedat acest eveniment grandios. Dar lumea științifică încearcă în mod constant să rezolve această problemă, iar aceste încercări au loc în direcții diferite:

• Se presupune că se va putea descrie dinamica câmpului, acolo unde nu există singularități date, cu ajutorul gravitației cuantice, a cărei teorie nu a fost încă construită;
• Se crede că, dacă sunt luate în considerare efectele cuantice în câmpurile negravitaționale, este posibil să se încalce condiția de dominanță energetică, și anume, a subliniat Hawking;
• Există și alte teorii ale gravitației care nu fac apel la singularitate. În ele, substanța, comprimată la limită, cu ajutorul forțelor gravitaționale, experimentează nu atracție, ci repulsie.

Singularitatea gravitațională

Vorbind în limbajul uscat al termenilor fizici, atunci acesta este un punct situat în spațiu-timp, prin care nu există nicio modalitate de a așeza uniform o linie geodezică. Adesea, singularitatea gravitațională face ca mărimile care descriu câmpul gravitațional să fie infinite sau nedefinite. Aceste mărimi includ, de exemplu, densitatea de energie sau curbura scalară. implică faptul că singularitățile trebuie să apară în timpul formării unei găuri negre. Dacă sunt sub orizontul evenimentelor, atunci nu pot fi observate. În cazul Big Bang-ului, există o simplă singularitate - observarea lui este destul de posibilă, cu excepția cazului în care, desigur, vă aflați în apropiere. Din păcate, este imposibil să-l vedem direct, prin urmare, pe baza nivelului de dezvoltare al fizicii moderne, este doar un obiect teoretic. Când sunt dezvoltate prevederile gravitației cuantice, va fi posibil să se descrie spațiul-timp în vecinătatea acestor obiecte.

Fiecare gaură neagră are două caracteristici principale - un orizont de evenimente și o singularitate, care este centrul acestei găuri. Există o distorsiune aici, precum și un decalaj în spațiu-timp. De fapt, aici legile fizicii își pierd logica. Există teorii că în astfel de puncte este foarte posibil să se facă o tranziție către alte lumi. A fost dezvoltat un model matematic - „Podul Einstein-Rosen”, care confirmă această opțiune. Acest lucru se poate face sărind prin singularitate. Aici se intersectează straturile Universului, formând un fel de tranziție subspațială. Este o combinație de două găuri - alb și negru. Acesta este un fel de mașină a timpului, iar însuși faptul tranziției nu intră în conflict cu principiul cauzalității. Săriți prin singularitatea unei găuri negre care se rotește va face posibilă călătoria în timp în orice direcție. Deoarece gaura neagră este înconjurată de un orizont de evenimente, singularitatea nu poate fi văzută în stare liberă. Dar totuși, se creează modele care permit acest lucru cu diferite grade de realism.

Dacă rotiți o gaură neagră până la o anumită viteză, orizontul evenimentelor se poate separa. Cu toate acestea, există câteva dificultăți aici. Pentru a roti o gaură neagră, trebuie să turnați o masă suplimentară în ea, ceea ce nu este foarte realist din cauza prezenței unei limite clare, dincolo de care rotația găurii este imposibilă. Dar, de obicei, se presupune că masa este adăugată la o gaură care se rotește deja foarte rapid. Și dacă presupunem că rotația tocmai a început? Această opțiune vă permite să rotiți gaura neagră într-o stare în care singularitatea sa devine deschisă. Este probabil ca găurile negre să călătorească prin univers, etalând o singularitate goală.

Singularitatea în matematică

Conceptul matematic al unei singularități date este un anumit punct în care o funcție matematică tinde spre infinit. Fie funcția are alte nereguli de comportament (în special, un punct critic).

Singularitatea tehnologică

Acest concept se referă în principal la domeniul futurologiei, o doctrină care încearcă să prezică viitorul. În acest caz, unele tendințe existente în tehnologie, economie, fenomene sociale sunt luate ca bază, apoi sunt extrapolate. Se crede că va veni în curând un moment în care progresul în știință și tehnologie va deveni dincolo de înțelegerea omului minte. Acest lucru va deveni probabil real după ce va apărea posibilitatea de a crea inteligență artificială și va fi ajustată producția de mașini care se reproduc singure. Integrarea unei persoane cu computere sau o schimbare bruscă a funcționalității creierului uman cu utilizarea biotehnologiei va duce la același rezultat. Aceasta va deveni singularitatea tehnologică pe care o prezic unii oameni de știință în viitorul apropiat. V. Vidzh crede că acest lucru se va întâmpla deja în 2030, iar R. Kurzweil amână revoluția până în anul 2045.

Singularitatea în biologie

În biologie, acest concept nu este adesea folosit. Este folosit de obicei ca o oarecare generalizare în procesul evolutiv.

Concluzii și sens

Dacă singularitățile matematice, tehnice și biologice au parametri destul de tangibili, atunci situația este mai complicată cu caracteristicile altor opțiuni. Este dificil să operezi cu concepte care nu pot fi „simțite” și evaluate. Calculele matematice sunt un lucru de încredere, dar numai dacă obiectele cercetării sunt suficient de materiale. Singularitatea este diferită. Nu numai că nu este material, dar nu a fost încă dovedit. Prin urmare, aplicarea sa, chiar ipotetică, ridică întrebări. Dacă poți călători prin el pentru a intra în alte dimensiuni, atunci cum să rămâi întreg, trecând prin Scylla și Charybdis gravitaționale? Probabil, fizicienii vor găsi în cele din urmă răspunsuri la toate întrebările. Și cu siguranță îi vom recunoaște și în sfârșit vom înțelege ce este o singularitate.