NAUJAS VISATOS MODELIS
Klausimas apie visatos formą. – Problemos istorija. – Geometrinė ir fizinė erdvė. – Jų identifikavimo abejonių. – Ketvirtoji fizinės erdvės koordinatė. – Fizinių mokslų santykis su matematika. – Sena ir nauja fizika. – Pagrindiniai senosios fizikos principai. – Erdvė paimta atskirai nuo laiko. – Įstatymų vienovės principas. – Aristotelio principas. – Neaiškūs senosios fizikos kiekiai. – Vietoj apibrėžimo naudojamas padalijimo metodas. – Organinės ir neorganinės medžiagos. – Elementai. – Molekulinis judėjimas. – Brauno judesys. – Medžiagos išsaugojimo principas. – Judėjimo reliatyvumas. – Kiekių matavimai. – Absoliutieji matavimo vienetai. – Visuotinės gravitacijos dėsnis. – Veiksmas per atstumą. - Eteris. – Hipotezės apie šviesos prigimtį. – Michelson-Morley eksperimentas. – Šviesos greitis kaip ribinis greitis. – Lorenco transformacijos. – Kvantinė teorija. - Šviesos svoris. – Matematinė fizika. – Einšteino teorija. – Judančių kūnų suspaudimas. – Specialieji ir bendrieji reliatyvumo principai. – Keturmatis kontinuumas. – Geometrija, pataisyta ir papildyta pagal Einšteiną. – Reliatyvumo teorijos santykis su patirtimi. - Einšteino „Moliuskas“. – ribota erdvė. – Dvimatė sferinė erdvė. – Edingtonas apie kosmosą. – Apie spinduliavimo energijos sandaros tyrimą. – Senoji fizika ir nauja fizika.
Bet koks bandymas tyrinėti pasaulį ir gamtą žmogus neišvengiamai atsiduria akis į akį su daugybe klausimų, į kuriuos negali duoti tiesioginių atsakymų. Tačiau visas tolimesnis jo mąstymo apie pasaulį, taigi ir apie save, procesas priklauso nuo to, ar jis atpažįsta, ar nepripažįsta šiuos klausimus, kaip juos formuluoja ir kaip juos traktuoja.
Štai svarbiausi iš šių klausimų:
Kokią formą turi pasaulis?
Kas yra pasaulis: chaosas ar sistema?
Ar pasaulis atsirado atsitiktinai, ar buvo sukurtas pagal kažkokį planą?
Ir nors iš pirmo žvilgsnio tai gali pasirodyti keista, vienoks ar kitoks pirmojo klausimo sprendimas, t.y. klausimas apie pasaulio formą, faktinis iš anksto nulemia galimus atsakymus į kitus klausimus – antrąjį ir trečiąjį.
Jei klausimai, ar pasaulis yra chaosas, ar sistema, ar jis atsirado atsitiktinai, ar buvo sukurtas pagal planą, išsprendžiami prieš tai nenustačius pasaulio formos ir iš tokio apsisprendimo neišplaukia, tai tokie sprendimai neįtikina. , reikalauja „tikėjimo“ ir negali patenkinti žmogaus proto. Tik tada, kai atsakymai į šiuos klausimus išplaukia iš pasaulio formos apibrėžimo, jie pasirodo pakankamai tikslūs ir apibrėžti.
Nesunku įrodyti, kad dabar vyraujanti bendroji gyvenimo filosofija remiasi šių trijų esminių klausimų sprendimais, kurie XIX amžiuje galėjo būti laikomi moksliniais; o XX amžiaus ir net XIX amžiaus pabaigos atradimai įprastos minties vis dar nepaveikė arba paveikė ją labai mažai. Taip pat nesunku įrodyti, kad visi tolesni pasaulio klausimai, kurių formulavimas ir raida yra mokslinės, filosofinės ir religinės minties objektas, kyla iš šių trijų esminių klausimų.
Tačiau, nepaisant ypatingos svarbos, pasaulio formos klausimas palyginti retai iškildavo savarankiškai; dažniausiai tai būdavo įtraukiama į kitas problemas – kosmologines, kosmogonines, astronomines, geometrines, fizines ir kt. Paprastas žmogus būtų gana nustebęs, jei jam būtų pasakyta, kad pasaulis gali turėti tam tikrą formą. Jam pasaulis neturi formos.
Tačiau norint suprasti pasaulį, būtina mokėti sukurti kokį nors visatos modelį, net jei jis netobulas. Toks pasaulio modelis, toks visatos modelis negali būti sukurtas be tam tikros visatos formos sampratos. Norint pagaminti namo modelį, reikia žinoti namo formą; norint pagaminti obuolio modelį, reikia žinoti obuolio formą. Todėl prieš pereinant prie principų, kuriais remiantis galima sukurti naują visatos modelį, būtina bent trumpos santraukos forma apsvarstyti visatos formos klausimo istoriją, dabartinę šio klausimo padėtį moksle, taip pat „modelius“, kurie buvo sukurti iki pastarojo meto.
Senovės ir viduramžių kosmogoninės ir kosmologinės egzoterinių sistemų sampratos (kurios vienintelės žinomos mokslui) niekada nebuvo ypač aiškios ar įdomios. Be to, jų pavaizduota visata buvo labai maža, daug mažesnė už dabartinį astronominį pasaulį. Taigi aš apie juos nekalbėsiu.
Mūsų skirtingų požiūrių į pasaulio formos klausimą tyrimas prasidės nuo to momento, kai astronominės ir fizinės-mechaninės sistemos atsisakė Žemės kaip pasaulio centro idėjos. Tiriamas laikotarpis apima kelis šimtmečius. Tačiau iš tikrųjų daugiausia kalbėsime tik apie praėjusį šimtmetį, laikotarpį nuo XIX amžiaus pirmojo ketvirčio pabaigos.
Iki to laiko gamtos pasaulį tyrinėjantys mokslai jau seniai buvo pasidaliję: jų santykiai po padalijimo buvo tokie patys, kaip ir dabar, bent jau tokie, kokie buvo iki šiol.
Fizika tyrinėjo mus supančius materijos reiškinius.
Astronomija – „dangaus kūnų“ judėjimas.
Chemija bandė prasiskverbti į materijos struktūros ir sudėties paslaptis.
Šie trys fiziniai mokslai savo sampratas apie pasaulio formą grindė tik Euklido geometrija. Geometrinė erdvė buvo laikoma fizine erdve ir tarp jų nebuvo daroma skirtumo; erdvė buvo vertinama atskirai nuo materijos, kaip ir dėžė bei jos padėtis gali būti vertinamos nepriklausomai nuo jos turinio.
Erdvė buvo suprantama kaip „begalinė sfera“. Begalinę sferą geometriškai lėmė tik centras, t.y. bet kuris taškas ir trys spinduliai, išeinantys iš šio taško, statmeni vienas kitam. O begalinė sfera buvo laikoma visais atžvilgiais ir fizinėmis savybėmis visiškai panašia į baigtinę, ribotą sferą.
Klausimas apie neatitikimą tarp geometrinės, euklidinės trimatės erdvės, begalinės ar baigtinės, ir fizinės erdvės, kita vertus, iškilo labai retai ir netrukdė fizikos vystymuisi tomis kryptimis, kurios jai buvo įmanomos. .
Tik XVIII amžiaus pabaigoje ir XIX amžiaus pradžioje iškilo mintis apie galimą jų neatitikimą, abejonių dėl fizinės erdvės tapatinimo su geometrine erdve teisingumo; Negana to, XIX amžiaus pabaigoje buvo neįmanoma jų nepaisyti tyloje.
Šios abejonės pirmiausia kilo dėl bandymų peržiūrėti geometrinius pamatus, t.y. arba įrodyti Euklido aksiomas arba nustatyti jų nenuoseklumą; antra, dėl pačios fizikos, tiksliau mechanikos, tos fizikos dalies, kuri yra užimta judesiu, išsivystymo dėka; nes jos vystymasis lėmė įsitikinimą, kad fizinė erdvė negali būti geometrinėje erdvėje, kad fizinė erdvė nuolat peržengia geometrinę. Geometrinę erdvę buvo galima supainioti su fizine erdve tik užmerkus akis į tai, kad geometrinė erdvė yra nejudanti, kad joje nėra laiko, reikalingas judėjimui, kad norint apskaičiuoti bet kokią figūrą, atsirandančią dėl judėjimo, pavyzdžiui, varžtą, jau reikia keturių koordinačių.
Vėliau, tiriant šviesos reiškinius, elektrą, magnetizmą, taip pat tiriant atomo sandarą, reikėjo skubiai išplėsti erdvės sampratą.
Net grynai geometrinių spekuliacijų dėl Euklido aksiomų tiesos ar netiesos rezultatas buvo dvejopas: viena vertus, atsirado įsitikinimas, kad geometrija yra grynai teorinis mokslas, nagrinėjantis išimtinai aksiomas ir visiškai užbaigtas; kad prie jo nieko negalima pridėti ir nieko jame pakeisti; kad geometrija yra mokslas, kurio negalima pritaikyti visiems faktams, su kuriais susiduriama, ir kuris pasirodo teisingas tik esant tam tikroms sąlygoms, tačiau šiomis sąlygomis yra patikimas ir nepakeičiamas. Kita vertus, buvo nusivylimas Euklido geometrija, dėl ko kilo noras ją atstatyti naujais pagrindais, sukurti naują modelį, išplėsti geometriją ir paversti ją fizikos mokslu, kurį būtų galima pritaikyti visoms faktai, su kuriais susiduriama, nereikalaujant šių faktų išdėstyti dirbtine tvarka. Pirmasis Euklido geometrijos vaizdas buvo teisingas, antrasis – klaidingas; bet galime sakyti, kad moksle triumfavo antrasis požiūris ir tai gerokai sulėtino jo raidą. Bet prie šio taško grįšiu vėliau.
Kanto idėjos apie erdvės ir laiko kategorijas kaip suvokimo ir mąstymo kategorijas niekada nebuvo įtrauktos į mokslinę, t.y. fizinis mąstymas, nepaisant vėlesnių bandymų juos įvesti į fiziką. Mokslinė fizinė mintis vystėsi nepriklausomai nuo filosofijos ir psichologijos; ši mintis visada tikėjo, kad erdvė ir laikas turi objektyvų egzistavimą už mūsų ribų, dėl ko buvo manoma, kad jų santykį galima išreikšti matematiškai.
Tačiau mechanikos ir kitų fizinių disciplinų raida lėmė poreikį atpažinti ir ketvirtą erdvės koordinatę be trijų pagrindinių koordinačių; ilgis, plotis ir aukštis. Ketvirtosios koordinatės arba ketvirtosios erdvės dimensijos idėja pamažu tapo vis labiau neišvengiama, nors ilgą laiką ji išliko savotišku „tabu“.
Medžiaga naujų hipotezių apie erdvę kūrimui buvo paslėpta matematikų darbuose – Gauss, Lobachevsky, Zaccheri, Boyle ir ypač Riemann, kurie jau praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje svarstė galimybę visiškai naujai suprasti erdvę. Nebuvo bandoma psichologiškai tyrinėti erdvės ir laiko problemos. Ketvirtosios dimensijos idėja ilgą laiką išliko tarsi po kilimu. Specialistai tai vertino kaip grynai matematinę problemą, o ne specialistai – kaip mistinę ir okultinę problemą.
Bet jei trumpai apžvelgsime mokslinės minties raidą nuo šios idėjos atsiradimo XIX amžiaus pradžioje iki šių dienų, tai padės suprasti kryptį, kuria ši koncepcija gali vystytis; tuo pat metu pamatysime, ką ji mums sako (ar gali pasakyti) apie esminę pasaulio formos problemą.
Pirmas ir svarbiausias čia iškylantis klausimas yra fizikos mokslo santykio su matematika klausimas. Apskritai pripažįstama, kad matematika tiria kiekybinius ryšius tame pačiame daiktų ir reiškinių pasaulyje, kurį tiria fiziniai mokslai. Iš to išplaukia dar dvi nuostatos: pirma, kad kiekviena matematinė išraiška turi turėti fizikinį atitikmenį, nors šiuo metu jis dar gali būti neatrastas; ir antra, kad bet koks fizikinis reiškinys gali būti išreikštas matematiškai.
Tiesą sakant, nė viena iš šių nuostatų neturi nė menkiausio pagrindo; Priėmus jas kaip aksiomas, stabdoma mokslo pažanga ir mąstymas būtent tomis kryptimis, kur tokios pažangos labiausiai reikia. Bet apie tai pakalbėsime vėliau.
Tolesnėje fizinių mokslų apžvalgoje daugiausia dėmesio skirsime tik fizikai. O fizikoje ypatingas dėmesys turi būti skiriamas mechanikai: maždaug nuo XVIII amžiaus vidurio mechanika užėmė dominuojančią padėtį fizikoje, dėl kurios dar visai neseniai buvo manoma, kad įmanoma ir net tikėtina rasti būdą paaiškinti visus fizikinius dalykus. reiškiniai kaip mechaniniai reiškiniai, t.y. judėjimo reiškiniai. Kai kurie mokslininkai šia linkme nuėjo dar toliau: nepasitenkindami prielaida, kad fizinius reiškinius galima paaiškinti kaip judėjimo reiškinius, jie patikino, kad toks paaiškinimas jau rastas ir jis paaiškina ne tik fizikinius reiškinius, bet ir biologinius bei psichiniai procesai.
Šiuo metu fizika dažnai skirstoma į senas ir naujas; Šis skirstymas paprastai gali būti priimtas, bet neturėtų būti suprantamas per daug pažodžiui.
Dabar pabandysiu trumpai apžvelgti esmines senosios fizikos idėjas, dėl kurių reikėjo sukurti „naują fiziką“, kuri netikėtai sunaikino senąją; ir tada pereisiu prie naujosios fizikos idėjų, kurios veda į galimybę sukurti „naują visatos modelį“, kuris naikina naująją fiziką taip, kaip naujoji fizika sunaikino senąją.
Senoji fizika gyvavo iki elektrono atradimo. Tačiau net elektroną ji suprato kaip egzistuojantį tame pačiame dirbtiniame pasaulyje, valdomame Aristotelio ir Niutono dėsnių, kuriame ji tyrinėjo matomus reiškinius; kitaip tariant, elektronas buvo suvokiamas kaip kažkas, egzistuojantis tame pačiame pasaulyje, kuriame egzistuoja mūsų kūnai ir kiti juos atitinkantys objektai. Fizikai nesuprato, kad elektronas priklauso į kitą pasauliui.
Senoji fizika buvo paremta kažkokiais nepajudinamais pagrindais. Senosios fizikos laikas ir erdvė turėjo labai apibrėžtų savybių. Visų pirma, juos būtų galima apsvarstyti ir apskaičiuoti atskirai, t.y. tarsi kokio nors daikto padėtis erdvėje niekaip neįtakotų ir nepaveiktų jo padėties laike. Be to, viskam, kas egzistuoja, buvo viena erdvė, kurioje vyko visi reiškiniai. Laikas taip pat buvo vienodas viskam, kas egzistuoja pasaulyje; visada viskam buvo matuojamas ta pačia skale. Kitaip tariant, buvo manoma, kad visi įmanomi judesiai visatoje būtų matuojami vienu matu.
Kertinis visos Visatos dėsnių supratimo akmuo buvo Aristotelio principas, teigęs dėsnių vienybę visatoje.
Šį principą šiuolaikiniu supratimu galima suformuluoti taip: visoje visatoje ir visomis įmanomomis sąlygomis gamtos dėsniai turi būti vienodi; kitaip tariant, dėsnis, nustatytas vienoje visatos vietoje, turi galioti ir bet kurioje kitoje vietoje. Tuo remdamasis mokslas, tirdamas reiškinius Žemėje ir Saulės sistemoje, daro prielaidą, kad kitose planetose ir kitose žvaigždžių sistemose egzistuoja identiški reiškiniai.
Šio Aristoteliui priskiriamo principo jis niekada iš tikrųjų nesuprato ta prasme, kokią jis įgijo mūsų laikais. Aristotelio visata labai skyrėsi nuo to, kokią mes ją įsivaizduojame dabar. Žmogaus mąstymas Aristotelio laikais buvo ne toks, kaip mūsų laikais. Daugelį pagrindinių principų ir minties atspirties taškų, kuriuos laikome tvirtai nusistovėjusiais, Aristotelis vis tiek turėjo įrodyti ir nustatyti.
Aristotelis siekė įtvirtinti įstatymų vienovės principą, pasisakydamas prieš prietarus, naivią magiją, tikėjimą stebuklais ir kt. Norint suprasti „Aristotelio principą“, reikia suprasti, kad jis taip pat turėjo įrodyti, kad jei visi šunys apskritai nemoka kalbėti žmonių kalba, tai vienas atskiras šuo, tarkime, kažkur Kretos saloje, Taip pat negali kalbėti; arba jei medžiai išvis negali savarankiškai judėti, tai vienas atskiras medis Taip pat negali judėti ir pan.
Visa tai, žinoma, jau seniai pamiršta; Dabar visų fizinių sąvokų, tokių kaip judėjimas, greitis, jėga, energija ir kt., pastovumo idėja redukuojama iki Aristotelio principo. Tai reiškia: tai, kas kažkada buvo laikoma judėjimu, visada lieka judėjimu; tai, kas kažkada buvo laikoma greičiu, visada yra greitis ir gali tapti „begaliniu greičiu“.
Pradine prasme pagrįstas ir būtinas Aristotelio principas yra ne kas kita, kaip bendro su logika susijusių reiškinių nuoseklumo dėsnis. Tačiau šiuolaikiniu supratimu Aristotelio principas yra visiškai klaidingas.
Netgi naujajai fizikai begalinio greičio samprata, kylanti vien iš „aristoteliško principo“, tapo neįmanoma; būtina atmesti šį principą prieš kuriant naują visatos modelį. Prie šio klausimo grįšiu vėliau.
Jei kalbėsime apie fiziką, pirmiausia turėsime išanalizuoti patį šio dalyko apibrėžimą. Remiantis mokykliniais apibrėžimais, fizikos studijos yra „materialios erdvėje ir šioje srityje vykstantys reiškiniai“. Čia iš karto susiduriame su tuo, kad fizika veikia su neapibrėžtais ir nežinomais dydžiais, kuriuos patogumo dėlei (arba dėl apibrėžimo sunkumo) ji laiko žinomais, net kaip sąvokas, kurioms apibrėžimo nereikia.
Fizikoje yra formalių skirtumų: pirma, „pirminiai“ dydžiai, kurių idėja laikoma būdinga visiems žmonėms. Štai kaip Khvolsonas išvardija šiuos „pirminius kiekius“ savo „Fizikos kurse“:
Ilgis– linijinė, erdvinė ir tūrinė, t.y. segmento ilgis, tam tikros paviršiaus dalies plotas ir tam tikros paviršiais apribotos erdvės dalies tūris; Taigi išplėtimas yra dydžio ir atstumo matas.
Laikas.
Greitis vienodas tiesinis judėjimas.
Natūralu, kad tai tik pavyzdžiai, o Khvolsonas nereikalauja sąrašo išsamumo. Tiesą sakant, toks sąrašas yra labai ilgas: jame yra erdvės, begalybės, materijos, judėjimo, masės ir kt. Žodžiu, beveik visos fizikos sąvokos yra neaiškios ir negali būti apibrėžtos. Žinoma, gana dažnai nepavyksta išvengti operacijos su nežinomais kiekiais. Tačiau tradicinis „mokslinis“ metodas yra nepripažinti nieko nežinomo, o taip pat atsižvelgti į „kiekius“, kurių negalima apibrėžti kaip „pirminius“, kurių idėja būdinga kiekvienam žmogui. Natūralus šio požiūrio rezultatas yra tas, kad visas didžiulis mokslo pastatas, pastatytas su didžiuliais sunkumais, tapo dirbtinis ir netikras.
Aukščiau pateiktame fizikos apibrėžime susiduriame su dviem neaiškiomis sąvokomis: erdvė Ir reikalas.
Apie erdvę jau minėjau ankstesniuose puslapiuose. Kalbant apie reikalą, Khvolsonas rašo:
„Sąvokos „medžiaga“ vartojimas buvo apribotas tik materija, kuri gali veikti daugiau ar mažiau tiesiogiai mūsų pojūčius.
Šis atskyrimo būdas, o ne apibrėžimas, naudojamas fizikoje visur, kur apibrėžimas pasirodo neįmanomas arba sunkus, t.y. visų pagrindinių sąvokų atžvilgiu. Tai pamatysime daug vėliau.
Skirtumas tarp organinių ir neorganinių medžiagų yra tik dėl išorinių požymių. Organinių medžiagų kilmė laikoma nežinoma. Perėjimas nuo neorganinės prie organinės gali būti stebimas mitybos ir augimo procesuose; manoma, kad toks perėjimas vyksta tik esant jau esamai organinei medžiagai ir įvyksta dėl jos įtakos. Pirmojo perėjimo paslaptis lieka paslėpta (Khvolsonas).
Kita vertus, matome, kad organinė medžiaga lengvai virsta neorganine medžiaga, prarasdama tas neapibrėžtas savybes, kurias vadiname gyvenimą.
Daug kartų buvo bandoma organinę medžiagą laikyti ypatingu neorganinės medžiagos atveju ir visus organinėje medžiagoje vykstančius reiškinius (t.y. gyvybės reiškinius) aiškinti kaip fizikinių reiškinių derinį. Tačiau visi šie bandymai, taip pat bandymai dirbtinai sukurti organinę medžiagą iš neorganinių medžiagų, niekur nevedė. Vis dėlto jie paliko pastebimą pėdsaką bendrame filosofiniame „moksliniame“ gyvenimo supratime, kurio požiūriu „dirbtinis gyvybės kūrimas“ pripažįstamas ne tik galimu, bet ir jau iš dalies pasiektu. Šios filosofijos pasekėjai mano, kad pavadinimas "organinė chemija", t.y. chemija, tirianti organines medžiagas, turi tik istorinę reikšmę; jie apibrėžia tai kaip „anglies junginių chemiją“, nors negali nepripažinti ypatingos anglies junginių chemijos padėties ir jos skirtumo nuo neorganinės chemijos.
Neorganinės medžiagos savo ruožtu skirstomos į paprastas ir sudėtingas (ir priklauso chemijos sričiai). Sudėtinga medžiaga susideda iš vadinamųjų kelių paprastų medžiagų rūšių cheminių junginių. Kiekvienas medžiagos tipas gali būti suskirstytas į labai mažas dalis, vadinamas „dalelėmis“. Dalelė- tai yra mažiausias tam tikros rūšies medžiagos kiekis, galintis parodyti bent pagrindines šio tipo savybes. Kiti materijos padaliniai – molekulė, atomas, elektronas – yra tokie maži, kad pavieniui jie nebeturi jokių materialinių savybių, nors į pastarąjį faktą niekada nebuvo skiriama pakankamai dėmesio.
Remiantis šiuolaikinėmis mokslinėmis idėjomis, neorganinė medžiaga susideda iš 92 elementų arba paprastos medžiagos vienetų, nors dar ne visi jie buvo atrasti. Yra hipotezė, kad skirtingų elementų atomai yra ne kas kita, kaip tam tikro skaičiaus vandenilio atomų deriniai, kurie šiuo atveju laikomi pagrindine, pirmine medžiaga. Yra keletas teorijų apie vieno elemento perėjimo į kitą galimybę arba negalimumą; kai kuriais atvejais buvo nustatytas toks perėjimas – tai vėlgi prieštarauja „aristotelio principui“.
Organinės medžiagos arba „anglies junginiai“ iš tikrųjų susideda iš keturių elementų: vandenilio, deguonies, anglies ir azoto, taip pat nedidelių kitų elementų pėdsakų.
Medžiaga turi daug savybių, tokių kaip masė, tūris, tankis ir kt., kurias daugeliu atvejų galima nustatyti tik jų tarpusavio santykiuose.
Pripažįstama, kad kūno temperatūra priklauso nuo molekulių judėjimo. Manoma, kad molekulės nuolat juda; kaip apibrėžta fizikoje, jie nuolat susiduria vienas su kitu ir skrenda į visas puses, o tada grįžta atgal. Kuo intensyvesnis jų judėjimas, tuo stipresni smūgiai susidūrimų metu ir aukštesnė kūno temperatūra; toks judėjimas vadinamas Brownian.
Jei toks reiškinys iš tikrųjų įvyktų, tai reikštų maždaug taip: keli šimtai didelėje miesto teritorijoje skirtingomis kryptimis važiuojančių automobilių kas minutę susiduria vienas su kitu ir išskrenda į skirtingas puses, likdami nepažeisti.
Įdomu tai greitai juda filmas sukelia panašią iliuziją. Judantys objektai praranda savo individualumą; atrodo, kad jie susiduria vienas su kitu ir nuskrenda skirtingomis kryptimis arba praeina vienas per kitą. Autorius kažkada matė filmą, kuriame Paryžiaus Concorde aikštė buvo filmuojama iš visur ir visomis kryptimis lekiančiomis mašinomis. Toks įspūdis, kad automobiliai kiekvieną akimirką stipriai susiduria vienas su kitu ir skrenda vienas nuo kito, visą laiką likdami teritorijoje ir iš jos nepalikdami.
Fizika nepaaiškina, kaip gali būti, kad materialūs kūnai, turintys masę, svorį ir labai sudėtingą struktūrą, susiduria su didžiuliu greičiu ir išskrenda nesulūžę ir nesugriuvę.
Vienas svarbiausių fizikos laimėjimų buvo materijos tvermės principo įtvirtinimas. Šis principas susideda iš pripažinimo, kad materija niekada jokiomis fizinėmis ar cheminėmis sąlygomis nesusikuria iš naujo ir neišnyksta: bendras jos kiekis išlieka nepakitęs. Vėliau nustatyti energijos tausojimo ir masės išsaugojimo principai siejami su materijos tvermės principu.
Mechanika yra mokslas apie fizinių kūnų judėjimą ir priežastis, nuo kurių tam tikrais atvejais gali priklausyti šio judėjimo pobūdis (Khvolsonas).
Tačiau, kaip ir kitų fizinių sąvokų atveju, judėjimas fizikoje nėra apibrėžimo. Fizika tik nustato judėjimo savybes: trukmę, greitį, kryptį, be kurių joks reiškinys negali būti vadinamas judančiu.
Minėtų savybių atskyrimas (o kartais ir apibrėžimas) pakeičia judėjimo apibrėžimus, o nustatytos charakteristikos yra susijusios su pačiu judėjimu. Taigi judėjimas skirstomas į tiesinį ir kreivinį, nenutrūkstamą ir nutrūkstamą, pagreitintą ir lėtą, vienodą ir netolygų.
Judėjimo reliatyvumo principo įtvirtinimas lėmė visą eilę išvadų; Iškilo klausimas: jei materialaus taško judėjimą galima nustatyti tik pagal jo padėtį kitų kūnų ir taškų atžvilgiu, kaip nustatyti šį judėjimą tuo atveju, kai juda ir kiti kūnai bei taškai? Šis klausimas tapo ypač sudėtingas, kai buvo nustatyta (ne tik filosofiškai, Heraklito panta ret prasme, bet gana moksliškai, su skaičiavimais ir diagramomis), kad visatoje nėra nieko nejudančio, kad viskas be išimties vienaip ar kitaip juda. , kad vienas judėjimas gali būti nustatytas tik santykyje su kitu. Kartu buvo nustatyti ir akivaizdaus nejudrumo atvejai. Taigi paaiškėjo, kad tolygiai judančios kūnų sistemos atskiri komponentai vienas kito atžvilgiu išlaiko tą pačią padėtį, tarsi visa sistema būtų nejudanti. Taigi greitai judančio vežimo viduje esantys objektai elgiasi lygiai taip pat, tarsi vežimas stovėtų. Dviejų ar daugiau judančių sistemų atveju, pavyzdžiui, dviejų traukinių, važiuojančių skirtingais bėgiais tomis pačiomis arba priešingomis kryptimis atveju, paaiškėja, kad jų santykinis greitis yra lygus skirtumui tarp greičių arba jų sumai. dėl judėjimo krypties. Taigi du vienas kito link judantys traukiniai artės vienas prie kito greičiu, lygiu jų greičių sumai. Kad vienas traukinys aplenktų kitą, antrasis traukinys judės priešinga savo kryptimi, greičiu, lygiu traukinių greičių skirtumui. Tai, kas paprastai vadinama traukinio greičiu, yra greitis, priskiriamas traukiniui, kai jis juda tarp dviejų jam nejudančių objektų, pavyzdžiui, tarp dviejų stočių ir pan.
Judėjimo apskritai, o ypač svyruojančio ir banginio judėjimo, tyrimas turėjo didžiulę įtaką fizikos raidai. Bangų judėjime jie įžvelgė universalų principą; Visus fizikinius reiškinius buvo bandoma redukuoti į svyruojantį judėjimą.
Vienas iš pagrindinių fizikos metodų yra dydžių matavimo metodas.
Kiekių matavimas grindžiamas tam tikrais principais; svarbiausias iš jų yra vienalytiškumo principas, būtent: vienai eilei priklausantys ir vieni nuo kitų tik kiekybiškai besiskiriantys dydžiai vadinami vienarūšiais dydžiais; manoma, kad galima juos palyginti ir išmatuoti vienas kito atžvilgiu. Kalbant apie skirtingų užsakymų kiekius, manoma, kad neįmanoma išmatuoti vieno iš jų kitų atžvilgiu.
Deja, kaip minėta aukščiau, fizikoje tik keli kiekiai yra pasiryžę; Paprastai apibrėžimai pakeičiami vardais.
Bet kadangi įvardijant visada gali pasitaikyti klaidų ir kokybiškai skirtingi dydžiai gauna tuos pačius pavadinimus, ir atvirkščiai, kokybiškai identiški dydžiai bus pavadinti skirtingai, fizikiniai dydžiai pasirodo nepatikimi. Tai ypač aktualu, nes čia jaučiama Aristotelio principo įtaka, t.y. kiekis, kažkada pripažintas tam tikro užsakymo kiekiu, visada išliko to užsakymo kiekiu. Įvairios energijos formos tekėjo viena į kitą, materija perėjo iš vienos būsenos į kitą; bet erdvė (ar erdvės dalis) visada liko erdve, laikas – laikas, judėjimas visada liko judėjimu, greitis – greičiu ir t.t.
Toliau nagrinėjant dydžių matavimą, būtina pažymėti, kad fizikoje naudojami matavimo vienetai yra gana atsitiktiniai ir nesusiję su matuojamais dydžiais. Matavimo vienetai turi tik vieną bendrą savybę – jie visi iš kažkur pasiskolintas. Niekada anksčiau tam tikro dydžio būdingiausia savybė nebuvo imta matuoti.
Matų dirbtinumas fizikoje, žinoma, niekam nėra paslaptis, o šio dirbtinumo supratimas siejamas, pavyzdžiui, su bandymais nustatyti ilgio vienetą. dienovidinio dalis. Natūralu, kad šie bandymai nieko nekeičia; ar matavimo vienetu imti kokią nors žmogaus kūno dalį, „pėdą“, ar meridiano dalį, „metrą“, abu yra vienodai savavališki. Tačiau iš tikrųjų viskas turi savo priemones; o juos rasti reiškia suprasti pasaulį. Fizikai apie tai tik miglotai spėja, bet iki šiol net nepriartėjo prie tokių priemonių.
1900 metais prof. Planckas sukūrė „absoliučių vienetų“ sistemą, kuri buvo pagrįsta „universaliomis konstantomis“, būtent: pirmoji - šviesos greitis vakuume; antroji yra gravitacinė konstanta; trečioji yra pastovi reikšmė, kuri atlieka svarbų vaidmenį termodinamikoje (energija padalinta iš temperatūros); ketvirtasis yra pastovus dydis, vadinamas "veiksmu" (energijos kartų laikas), kuris reiškia mažiausią įmanomą darbo kiekį, jo "atomą".
Naudodamas šiuos dydžius, Plankas gavo vienetų sistemą, kurią laiko absoliučia ir visiškai nepriklausoma nuo savavališkų žmogaus sprendimų; jis laiko savo sistemą natūralus. Planckas teigia, kad šie dydžiai išlaiko savo natūralią prasmę tol, kol išlieka nepakitęs visuotinės gravitacijos dėsnis, šviesos greitis vakuume ir du pagrindiniai termodinamikos principai; jie bus vienodi bet kurioms protingoms būtybėms pagal bet kokius nustatymo metodus.
Tačiau visuotinės gravitacijos dėsnis ir šviesos sklidimo vakuume dėsnis yra dvi silpniausios fizikos vietos, nes iš tikrųjų jie visai ne tokie, kaip jie laikomi. Todėl visa Plancko pasiūlyta priemonių sistema yra labai nepatikima. Čia įdomus ne tiek rezultatas, kiek pats principas, t.y. poreikio rasti natūralius daiktų matmenis pripažinimas.
Visuotinės gravitacijos dėsnį suformulavo Niutonas savo knygoje „Matematiniai gamtos filosofijos principai“, kuri buvo išleista Londone 1687 m. Šis dėsnis nuo pat pradžių buvo žinomas dviem formuluotėmis: moksliniu ir populiariuoju.
Mokslinė formuluotė yra tokia:
Reiškiniai stebimi tarp dviejų kūnų erdvėje, kurią galima apibūdinti, darant prielaidą, kad du kūnai traukia vienas kitą jėga, tiesiogiai proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.
Štai populiari formuluotė:
Du kūnai pritraukti vienas kitą su jėga, tiesiogiai proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.
Antroje formuluotėje visiškai pamirštama, kad traukos jėga yra fiktyvus dydis, priimtas tik reiškinių apibūdinimo patogumui. IR gravitacija yra laikomas tikrai egzistuojančiu tiek tarp Saulės ir Žemės, tiek tarp Žemės ir mesto akmens.
(Naujausia gravitacinių laukų elektromagnetinė teorija dogmatizuoja antra požiūriu.)
Prof. Khvolsonas savo „Fizikos kurse“ rašo:
Kolosalus dangaus mechanikos vystymasis, visiškai pagrįstas visuotinės gravitacijos dėsniu, pripažintas faktu, privertė mokslininkus pamiršti grynai aprašomąjį šio dėsnio pobūdį ir pamatyti jame galutinę tikrai egzistuojančio fizikinio reiškinio formuluotę.
Niutono dėsnyje ypač svarbu tai, kad jame pateikiama labai paprasta matematinė formulė, kurią galima taikyti visoje visatoje ir kurios pagrindu galima stebėtinai tiksliai apskaičiuoti bet kokį judėjimą, įskaitant planetų ir dangaus kūnų judėjimą. Žinoma, Niutonas niekada neteigė, kad išreiškia faktinį kūnų trauką vienas kito atžvilgiu; Jis taip pat nenustatė Kodėl jie traukia vienas kitą ir kuriuo.
Kaip Saulė gali paveikti Žemės judėjimą tuščioje erdvėje? Kaip apskritai suprantame galimybę veikti per tuščią erdvę? Gravitacijos dėsnis neatsako į šį klausimą, ir pats Niutonas tai puikiai suprato. Ir jis, ir jo amžininkai Huygensas ir Leibnicas įspėjo, kad Niutono dėsnyje nebūtų bandoma įžvelgti veiksmo per tuščią erdvę problemos sprendimą; jiems šis įstatymas buvo paprastas skaičiavimų formulė. Tačiau didžiulė fizikos ir astronomijos pažanga, kurią padarė Niutono dėsnis, paskatino mokslininkus pamiršti šiuos įspėjimus; ir pamažu stiprėjo nuomonė, kad Niutonas atrado gravitacijos jėgą.
Khvolsonas savo „Fizikos kurse“ rašo:
Terminas „veiksmas per atstumą“ reiškia vieną žalingiausių doktrinų, kada nors atsiradusių fizikoje ir stabdžiusių jos pažangą; ši doktrina leidžia akimirksniu vieno objekto smūgio į kitą objektą, esantį tokiu atstumu nuo jo, kad tiesioginis jų kontaktas neįmanomas.
Pirmoje XIX amžiaus pusėje moksle viešpatavo veiksmo per atstumą idėja. Faradėjus pirmasis atkreipė dėmesį į bet kurio kūno įtakos tam tikram taškui, kuriame šis kūnas nėra, nepriimtinumą. tarpinė aplinka. Palikdamas nuošalyje visuotinės gravitacijos klausimą, jis ypatingą dėmesį skyrė elektros ir magnetizmo reiškiniams ir atkreipė dėmesį į nepaprastai svarbų „tarpinės terpės“, kuri užpildo erdvę tarp kūnų, tarsi tiesiogiai veikdamos vienas kitą, vaidmenį šiuose reiškiniuose. .
Šiuo metu įsitikinimas, kad veiksmai per atstumą yra neleistini jokioje fizinių reiškinių srityje, sulaukė visuotinio pripažinimo.
Tačiau senoji fizika sugebėjo atmesti veiksmus per atstumą tik tada, kai priėmė hipotezę universali aplinka, arba eteris. Ši hipotezė pasirodė esanti reikalinga šviesos ir elektros reiškinių teorijai, kaip juos suprato senoji fizika.
XVIII amžiuje šviesos reiškiniai buvo paaiškinti radiacijos hipoteze, kurią 1704 m. iškėlė Niutonas. Šioje hipotezėje buvo daroma prielaida, kad šviečiantys kūnai visomis kryptimis skleidžia mažytes specialios šviesos medžiagos daleles, kurios milžinišku greičiu pasklinda erdvėje ir patekusios į akį sukelia joje šviesos pojūtį. Šioje hipotezėje Niutonas plėtojo senovės idėjas; Pavyzdžiui, Platonas dažnai vartoja posakį: „šviesa pripildė mano akis“.
Vėliau, daugiausia XIX amžiuje, tyrinėtojų dėmesiui nukrypus į tas šviesos reiškinių pasekmes, kurių negalima paaiškinti radiacijos hipoteze, paplito kita hipotezė – eterio banginių virpesių hipotezė. Pirmą kartą jį 1690 m. pasiūlė olandų fizikas Huygensas, tačiau mokslas ilgą laiką nebuvo priimtas. Vėliau difrakcijos tyrimai persuko svarstykles šviesos bangos hipotezės ir radiacijos hipotezės naudai; ir vėlesni fizikų darbai šviesos poliarizacijos srityje pelnė šios hipotezės visuotinį pripažinimą.
Bangos hipotezėje šviesos reiškiniai aiškinami pagal analogiją su garso reiškiniais. Kaip garsas yra skambančio kūno dalelių virpesių rezultatas ir sklinda dėl oro ar kitos tamprios terpės dalelių virpesių, taip, remiantis šia hipoteze, šviesa yra šviečiančio kūno molekulių virpesių rezultatas. jo pasiskirstymas vyksta dėl itin elastingo eterio virpesių, užpildančio tiek tarpžvaigždines, tiek tarpmolekulines erdves.
19 amžiuje virpesių teorija pamažu tapo visos fizikos pagrindu. Elektra, magnetizmas, šiluma, šviesa, net mąstymas Ir gyvenimą(nors ir grynai dialektiškai) buvo paaiškinta svyravimų teorijos požiūriu. Negalima paneigti, kad šviesos ir elektromagnetizmo reiškiniams svyravimų teorija pateikė labai patogias ir paprastas skaičiavimo formules. Remiantis virpesių teorija, buvo padaryta daugybė puikių atradimų ir išradimų.
Tačiau virpesių teorijai reikėjo eterio. Eterio hipotezė kilo siekiant paaiškinti pačius įvairiausius reiškinius, todėl eteris įgavo gana keistų ir prieštaringų savybių. Jis yra visur; ji užpildo visą visatą, persmelkia visus jos taškus, visus atomus ir tarpatomines erdves. Jis yra ištisinis ir turi absoliutų elastingumą; tačiau jis yra toks retas, plonas ir pralaidus, kad visi žemės ir dangaus kūnai praeina pro jį nepatirdami pastebimo pasipriešinimo savo judėjimui. Jo retėjimas yra toks didelis, kad jei eteris kondensuotųsi į skystį, visa jo masė Paukščių Tako viduje tilptų į vieną kubinį centimetrą.
Tuo pačiu metu seras Oliveris Lodge'as mano, kad eterio tankis yra milijardo kartų didesnis už vandens tankį. Šiuo požiūriu pasaulis atrodo sudarytas iš kietos medžiagos – „eterio“, kuri yra milijonus kartų tankesnė už deimantą; o mums žinoma materija, net ir tankiausia, yra tik tuščia vieta, burbuliukai eterio masėje.
Buvo daug bandymų įrodyti eterio egzistavimą arba atrasti faktus, patvirtinančius jo egzistavimą.
Taigi buvo daroma prielaida, kad eterio egzistavimas gali būti nustatytas, jei būtų įrodyta, kad koks nors šviesos spindulys, judantis greičiau už kitą šviesos spindulį, tam tikru būdu keičia savo charakteristikas.
Žinomas toks faktas: garso aukštis didėja arba mažėja priklausomai nuo to, ar klausytojas artėja ar tolsta nuo jo šaltinio. Tai vadinamasis Doplerio principas; teoriškai jis buvo laikomas taikytinu šviesai. Tai reiškia, kad greitai artėjantis ar tolstantis objektas turi pakeisti savo spalvą – lygiai taip pat, kaip keičiasi artėjančio ar tolstančio lokomotyvo švilpukas. Tačiau dėl ypatingos akies struktūros ir jos suvokimo greičio neįmanoma tikėtis, kad akis pastebės spalvos pasikeitimą, net jei jis iš tikrųjų įvyksta.
Spalvos pasikeitimo faktui nustatyti reikėjo pasitelkti spektroskopą, t.y. išskleiskite šviesos spindulį ir stebėkite kiekvieną spalvą atskirai. Bet šie eksperimentai nedavė teigiamų rezultatų, todėl jų pagalba nebuvo įmanoma įrodyti eterio egzistavimo.
Taigi, norėdami kartą ir visiems laikams išspręsti klausimą, ar eteris egzistuoja, ar ne, praėjusio amžiaus devintojo dešimtmečio viduryje amerikiečių mokslininkai Michelsonas ir Morley atliko daugybę eksperimentų su savo išrastu įrenginiu.
Prietaisas buvo pastatytas ant akmeninės plokštės, pritvirtintos ant medinės plūdės, kuri sukasi inde su gyvsidabriu ir per šešias minutes padarė vieną apsisukimą. Specialios lempos šviesos spindulys krito ant veidrodžių, pritvirtintų prie besisukančios plūdės; ši šviesa iš dalies praėjo pro juos, o iš dalies buvo jų atspindėta, o viena pusė spindulių ėjo Žemės judėjimo kryptimi, o kita - stačiu kampu. Tai reiškia, kad pagal eksperimentinį projektą pusė pluošto judėjo normaliu šviesos greičiu, o kita pusė - šviesos greičiu. pliusasŽemės sukimosi greitis. Vėlgi, pagal eksperimento planą, kai suskaidytas spindulys buvo sujungtas, turėjo būti aptikti tam tikri šviesos reiškiniai, atsirandantys dėl greičio skirtumų ir rodantys santykinį žemės ir eterio judėjimą. Taigi būtų galima netiesiogiai įrodyti eterio egzistavimą.
Stebėjimai buvo atliekami ilgą laiką – tiek dieną, tiek naktį; bet nebuvo įmanoma aptikti jokių eterio egzistavimą patvirtinančių reiškinių.
Pradinės užduoties požiūriu reikėjo pripažinti, kad eksperimentas baigėsi nesėkmingai. Tačiau jis atrado kitą reiškinį (daug svarbesnį už tą, kurį bandė nustatyti), būtent: padidinti šviesos greičio neįmanoma. Kartu su Žeme judantis šviesos spindulys niekuo nesiskyrė nuo šviesos spindulio, judančio stačiu kampu Žemės orbitos judėjimui.
turėjau pripažinti kaip įstatymas kad šviesos greitis yra pastovi ir maksimali reikšmė, kurios negalima didinti. Tai savo ruožtu paaiškino, kodėl Doplerio principas netaikomas šviesos reiškiniams. Be to, buvo nustatyta, kad bendras greičių sudėjimo dėsnis, kuris yra mechanikos pagrindas, netaikytinas šviesos greičiui.
Savo knygoje apie reliatyvumą prof. Einšteinas aiškina, kad jei įsivaizduotume traukinį, važiuojantį 30 km per sekundę greičiu, t.y. su Žemės judėjimo greičiu, o šviesos spindulys jį pasivys arba pasitiks, tada greičių pridėjimas šiuo atveju neįvyks. Šviesos greitis nepadidės prie jo pridėjus traukinio greitį ir nesumažės iš jo atėmus traukinio greitį.
Kartu buvo nustatyta, kad jokie esami instrumentai ar stebėjimo priemonės to padaryti negali perimti judantį spindulį. Kitaip tariant, neįmanoma sugauti sijos galo, kuris dar nepasiekė savo tikslo. Teoriškai galime kalbėti apie spindulius, kurie dar nepasiekė tam tikro taško; bet praktiškai mes negalime jų stebėti. Vadinasi, mums, naudojant stebėjimo priemones, šviesos sklidimas yra akimirksniu.
Tuo pačiu metu Michelsono-Morley eksperimento rezultatus išanalizavę fizikai paaiškino jo nesėkmę naujų ir nežinomų reiškinių, kuriuos sukelia didelis greitis, buvimu.
Pirmieji bandymai išspręsti šią problemą buvo Lorenzas ir Fitzgeraldas. Patirtis negalėjo būti gerai, - taip Lorencas suformulavo savo nuostatas, - kiekvienam kūnui, judančiam eteryje, pati patiria deformaciją, būtent: susitraukia judėjimo kryptimi (stebėtojui ramybės būsenoje). Remdamasis pagrindiniais mechanikos ir fizikos dėsniais, Lorentzas, naudodamas daugybę matematinių konstrukcijų, parodė, kad Michelsono ir Morley instaliacija buvo susitraukimo objektas ir šio susitraukimo dydis buvo toks, kad subalansuotų šviesos bangų poslinkį. , kuri atitiko jų kryptį erdvėje ir kad tai panaikino dviejų spindulių greičio skirtumus.
Savo ruožtu Lorentzo išvados apie tariamą judančio kūno poslinkį ir susitraukimą davė daug paaiškinimų; vienas iš jų buvo pateiktas pagal specialų Einšteino reliatyvumo principą. Bet tai jau yra naujosios fizikos sritis.
Senoji fizika buvo neatsiejamai susijusi su virpesių teorija.
Naujoji teorija, atsiradusi norint pakeisti senąją virpesių teoriją, buvo šviesos ir elektros korpuskulinės struktūros teorija, laikoma nepriklausomai egzistuojančia medžiaga, susidedančia iš kvantai.
Šis naujas mokymas, sako Khvolsonas, reiškia grįžimą prie Niutono radiacijos teorijos, nors ir gerokai pakeistoje versijoje. Ji dar toli gražu nėra baigta, o svarbiausia jos dalis – koncepcija kvantinis, vis dar lieka nenustatyta. Kas yra kvantas, nauja fizika negali nustatyti.
Šviesos ir elektros korpuskulinės sandaros teorija visiškai pakeitė požiūrį į elektros energiją ir šviesos reiškinius. Mokslas nustojo įžvelgti pagrindinę elektros reiškinių priežastį specialiose eterio būsenose ir grįžo prie senosios teorijos, pagal kurią elektra yra ypatinga substancija, turinti tikrą egzistavimą.
Tas pats nutiko ir su šviesa. Remiantis šiuolaikinėmis teorijomis, šviesa yra mažų dalelių srautas, skriejantis per erdvę 300 000 km per sekundę greičiu. Tai ne Niutono kūneliai, o ypatinga rūšis materija-energija, sukurtas elektromagnetinių sūkurių.
Šviesos srauto medžiagiškumas buvo nustatytas Maskvos profesoriaus Lebedevo eksperimentais. Lebedevas įrodė, kad šviesa turi svorį, t.y. krisdamas ant kūnų, daro juos mechaninį spaudimą. Būdinga tai, kad pradėdamas eksperimentus šviesos slėgiui nustatyti, Lebedevas rėmėsi eterio virpesių teorija. Šis atvejis parodo, kaip senoji fizika paneigė save.
Lebedevo atradimas pasirodė esąs labai svarbus astronomijai; ji paaiškino, pavyzdžiui, kai kuriuos reiškinius, pastebėtus per kometos uodegą šalia Saulės. Tačiau ji įgijo ypatingą reikšmę fizikai, nes suteikė naujų argumentų spinduliuotės energijos struktūros vienovės naudai.
Nesugebėjimas įrodyti eterio egzistavimo, absoliutaus ir pastovaus šviesos greičio nustatymas, naujos šviesos ir elektros teorijos ir, svarbiausia, atomo sandaros tyrimas – visa tai rodė įdomiausias linijas. naujos fizikos kūrimas.
Iš šios fizikos krypties išsivystė kita naujosios fizikos disciplina, vadinama matematine fizika. Pagal jai pateiktą apibrėžimą matematinė fizika prasideda nuo kažkokio fakto, patvirtinto patirtimi ir išreiškiančio tam tikrą tvarkingą ryšį tarp reiškinių. Ji pateikia šį ryšį į matematinę formą, po kurios ji tarsi pereina į grynąją matematiką ir matematinės analizės pagalba pradeda tyrinėti pasekmes, kylančias iš pagrindinių nuostatų (Khvolson).
Taigi atrodo, kad matematinės fizikos išvadų sėkmė ar nesėkmė priklauso nuo trijų veiksnių: pirma, nuo pradinio fakto apibrėžimo teisingumo ar neteisingumo; antra, dėl jo matematinės išraiškos teisingumo; ir trečia, dėl vėlesnės matematinės analizės tikslumo.
Buvo laikas, kai matematinės fizikos svarba buvo labai perdėta, rašo Khvolsonas. – Buvo tikimasi, kad būtent matematinė fizika nulems pamatinį fizikos raidos kursą, bet taip neatsitiko. Matematinės fizikos išvadose yra daug reikšmingų klaidų. Pirma, jie sutampa su tiesioginio stebėjimo rezultatais, paprastai tik pirmuoju, apytiksliu aproksimavimu. To priežastis ta, kad matematinės fizikos prielaidas galima laikyti pakankamai tiksliomis tik siauriausiose ribose; Be to, šiose patalpose neatsižvelgiama į visą eilę lydinčių aplinkybių, kurių įtakos už šių siaurų patalpų ribų negalima nepaisyti. Todėl matematinės fizikos išvados yra susijusios tik su idealiais atvejais, kurių praktiškai neįmanoma realizuoti ir kurie dažnai yra labai toli nuo realybės.
Prie to reikia pridurti, kad matematinės fizikos metodai leidžia spręsti specialius uždavinius tik pačiais paprasčiausiais atvejais. Tačiau praktinė fizika negali apsiriboti tokiais atvejais; Retkarčiais jai tenka susidurti su problemomis, kurių matematinė fizika negali išspręsti. Be to, matematinės fizikos išvadų rezultatai gali būti tokie sudėtingi, kad jų praktinis pritaikymas pasirodo neįmanomas.
VISATOS PATARIMAI Iš knygos Vakcinacija nuo streso [Kaip tapti savo gyvenimo šeimininku] autorius Sinelnikovas Valerijus
Iš knygos Ketinimo galia. Kaip įgyvendinti savo svajones ir norus autorius Sinelnikovas ValerijusNaujas žmogaus sąmonės modelis Mano draugai! Gyvename nuostabiu laiku, kai aiškėja daugybė puikių Visatos paslapčių. Pasauliui atskleidžiamos Tibeto medicinos paslaptys, daoistinės energijos transformacijos paslaptys, hermetinio mokslo, arba alchemijos, principai.
Iš knygos Geopsichologija šamanizme, fizikoje ir daoizme autorius Mindelis ArnoldasNaujas žmogaus sąmonės modelis ir pagrindiniai jo dėsniai Pirmasis šio modelio teiginys yra toks: „Kiekvienas žmogus kuria savo pasaulį, savo gyvenimą“. Kaip tai suprasti „žmogus sukurtas pagal Dievo paveikslą ir panašumą“ ir iš esmės yra kūrėjas? Tavo pasaulio kūrėjas.
Iš knygos „Provokuojanti retorika? Tinkamas atsakymas! autorius Bredemeieris KarstenasVisatos pradžia buvo niežulys. Prisimenate idėją, kad sąmoningumo ir kvantinių bangų savirefleksija sukelia kasdienę tikrovę? Dabar norėčiau grįžti prie anksčiau minėtos Stepheno Hoogingo minties, kad visata „privertė“ egzistuoti. Jo idėja buvo pagrįsta
Iš knygos Paėmimas. Viliojimo pamoka autorius Bogačiovas Filipas Olegovičius Iš knygos Dievai kiekviename žmoguje [Archetipai, valdantys žmonių gyvenimus] autorius Jin Shinoda serga6 dalis: Vyrų seksualinio patrauklumo modelis arba šimto taškų modelis Gyvenimas yra tai, kas nutinka mums, kai kuriame planus. Džonas Lenonas. Taigi, mano brangus skaitytojau, mes jau priėjome prie Rusijos veiksmingo gundymo modelio – šimto modelio – pagrindo suvokimo.
Iš knygos Emocinis intelektas pateikė Daniel GolemanNauja psichologinė teorija ir naujas žvilgsnis Šioje knygoje vyrų ir vyrų psichologija pristatoma nauja ir netikėta šviesa. Stebėdamas įvairias istorijas mitologijoje ir teologijoje, atradau aiškų priešiškumą sūnums patriarchalinėje kultūroje.
Iš knygos „Bailios liūtės nuotykiai arba gyvenimo menas“, kurią galite išmokti pateikė Černaja GalinaMokymas ir įkvėpimas: naujas ugdymo modelis Kadangi įkvėpimas ateina toje zonoje, kur žmogaus veikla reikalauja visapusiško jo jėgų ir sugebėjimų pritaikymo, tai tobulėjant įgūdžiams, norint patekti į įkvėpimo periodą, reikia
Iš knygos Lengvas bendravimas [Kaip rasti bendrą kalbą su bet kuriuo žmogumi] pateikė Ridleris Billas2 skyrius. Naujas gyvenimas – naujas darbas
Iš knygos Pasakos visai šeimai [Meno pedagogika praktikoje] pateikė Valiev SaidNaujasis modelis Johnas grįžta namo iš darbo. (Visiškai įmanoma, kad abipusiu susitarimu Džonas lieka namuose su vaikais, kol Sue grįžta iš darbo.) Jonas: Ei, mieloji, aš čia Sue. Kaip praėjo jūsų diena: O, tikrai pavargęs? Kas pietums? Sue šypsosi, paima
Iš knygos Kvantinis protas [Riba tarp fizikos ir psichologijos] autorius Mindelis Arnoldas Iš knygos Žemės regionų demografija. Naujausios demografinės istorijos įvykiai autorius Klupt Michail Iš knygos „Smegenų paslaptys“. Kodėl mes viskuo tikime pateikė Shermer Michael Iš autorės knygos1 skyrius Šiaurės ir Vakarų Europa: naujas demografinio elgesio modelis Praėjus dviem dešimtmečiams po Antrojo pasaulinio karo pabaigos, dauguma Šiaurės ir Vakarų Europos gyventojų pirmenybę teikė šiai planetos daliai tradicinei šeimos struktūrai.
Iš autorės knygosAr mes vieni visatoje? Ar mes vieni visatoje? Klausimas yra teisėtas, nepaisant įsitikinimų sistemos veikimo, ir šiuo metu mokslas mums siūlo aiškiai dviprasmišką atsakymą: mes nežinome. Atsakymo vis dar nepastebime, nes kontaktas dar neįvyko.
Kosmogonistai mokslininkai vis dar nežino tikslaus atsakymo į klausimą apie Visatos formą. Kaip, tiesą sakant, į klausimus apie jo baigtinumą-begalybę arba uždarumą-atvirumą. Daugelį kosmogonistų vienija Didžiojo sprogimo hipotezė, kuri supaprastintame pristatyme atrodo taip. Didysis sprogimas: kaip viskas prasidėjo... Prieš Didįjį sprogimą nebuvo sąvokų „čia“ ir „ten“, „prieš“ ir „po“. Visa pasaulio materija buvo sutelkta viename taške, kurio dydis praktiškai nulinis ir atitinkamai beveik begalinis tankis. Laikas taip pat neegzistavo, nes pačiame taške nieko neįvyko, o už jo ribų niekas neegzistavo, todėl negalėjo įvykti. Tada kažkodėl taškas (jis dar vadinamas „kosminiu kiaušiniu“) sprogo. Naujagimio materija greitai, šviesos greičiu, liejosi į aplinkinį „nieką“. Atsirado energija ir jėgos – branduolinės, elektromagnetinės, gravitacinės. Atsirado laikas ir ėmė tekėti materija ūkų spiralėmis. Atsirado žvaigždės, o vėliau ir planetos. Po milijardų metų trečiojoje planetoje, nepaprastoje, paprastoje geltonojoje nykštukėje, esančioje nepaprastos, paprastos spiralinės galaktikos pakraštyje, pirmosios protobakterijos išropojo iš pirmykščio vandenyno į sausumą, o dar po milijardo metų jų palikuonys šios protobakterijos ėmė kelti galvosūkį įvairiais kosmogoniniais klausimais. Visata yra didelė, bet ribota Pagal Didžiojo sprogimo hipotezę Visatos amžius yra 15 (maždaug!) milijardų metų. Jei hipotezė neteisinga, amžiaus įvertinimas yra neteisingas. Galbūt sprogimo nebuvo, o Visata egzistavo visada. Jei tai tiesa, kiekvienas moksleivis gali nesunkiai apskaičiuoti Visatos dydį. Tiesą sakant, tereikia padauginti laiką (15 milijardų metų) iš materijos plėtimosi greičio. Tai yra, esant šviesos greičiui - 300 000 kilometrų per sekundę. Labiausiai tikėtina, kad bėgant metams šis greitis šiek tiek mažėja, tačiau, kad būtų lengviau apskaičiuoti, jį laikysime pastoviu. Taip, tai pasirodė didžiulis skaičius su daugybe nulių... bet vis tiek ne begalinis. Išvada: Visata yra puiki, bet ribota. Ir todėl jis turi turėti ne tik dydį, bet ir formą. Čia ir prasideda linksmybės.
Visata gali būti įvairių formų: plokščia, atvira arba uždara Visatos formos klausimu Logiškiausia ir paprasčiausia manyti, kad Visata turi sferos formą. Tiesą sakant, jei materija sklaidosi iš vieno centro pastoviu greičiu, kas tai galėtų būti, jei ne sfera? Bet jei greitis nėra pastovus, o Visata nėra uždara ir vienalytė, tada ji gali būti bet kokios formos. Pavyzdžiui, tiesi arba lenkta keturių matmenų plokštuma. Šiuo atveju Visata nėra uždara, amžina ir begalinė Mokslininkai bando gauti informaciją apie Visatos formą tirdami vadinamąją kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę. Visų pradų, arba Didžiojo sprogimo, pradžią lydėjo ne tik materijos, bet ir spinduliuotės išsiskyrimas. Ši elektromagnetinė spinduliuotė, vadinama kosmine mikrobangų fonine spinduliuote, turi savo nekintamas fizines savybes, leidžiančias astrofizikams atskirti ją nuo daugybės kitų „kosminių spindulių“. Manoma, kad kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė vis dar tolygiai užpildo Visatą. Jo egzistavimas buvo eksperimentiškai patvirtintas 1965 m. Ar visata yra butelio formos?
Taip atrodo Kleino butelis (uždaras vienpusis paviršius) Tyrinėdamas kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę, sovietų mokslininkas D.D. Dar praėjusio amžiaus viduryje Ivanenko iškėlė prielaidą, kad Visata, pirma, yra uždara, antra, ne visur paklūsta Euklido geometrijos dėsniams. Neatitikimas euklido geometrijai reiškia, kad kažkur yra vietų, kur lygiagrečios linijos susikerta ir net įteka viena į kitą. Visatos uždarumas reiškia, kad ji gali būti „uždaryta savyje“: išvykę į kelionę iš vieno taško (tarkime, iš Žemės planetos) ir pajudėję, kaip mums atrodo, griežtai tiesia linija, galiausiai mes atsiduriame ten, Žemėje – nors ir po labai daug metų netiesiogiai patvirtinome D.D. Ivanenko ir jo pasekėjai buvo priimti 2001 m. Amerikiečių kosminis zondas WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) perdavė Žemei duomenis apie kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės temperatūros svyravimus (pokyčius, svyravimus). Astrofizikus domino šių svyravimų pasiskirstymo dydis ir pobūdis. Buvo atliktas kompiuterinis modeliavimas, parodantis, kad tokį svyravimų pobūdį galima pastebėti tik tuo atveju, jei Visata yra ribota ir uždara savyje Net šviesos spindulys, sklindantis erdvėje, po tam tikro (ilgo) periodo turi grįžti į pradinį tašką laiko. Tai reiškia, kad astronomai Žemėje gali, pavyzdžiui, stebėti tą pačią galaktiką skirtingose dangaus vietose ir net iš skirtingų pusių. Jeigu pasitvirtins WMAP duomenys, mūsų požiūris į Visatą labai pasikeis! Pirma, jis bus palyginti mažas - ne daugiau kaip 10 milijardų šviesmečių skersmens. Antra, jo forma gali pasirodyti kaip toras (spurga) ar net kažkas visiškai egzotiško, pavyzdžiui, ant savęs užsidaręs Kleino butelis Be to, tai reikš, kad galėsime stebėti visą Visatą ir tuo įsitikinti kad visur galioja tie patys fizikiniai dėsniai.
Tokie teiginiai yra panašūs į tas puikias idėjas, kurios radikaliai pakeičia požiūrį į mūsų vietą šiame pasaulyje. Viena iš šių sąmonės revoliucijų įvyko 1543 m., kai Nikolajus Kopernikas parodė, kad Žemė nėra Visatos centras. XX amžiaus XX dešimtmetyje Edvinas Hablas, pastebėjęs, kad galaktikos Visatoje tolsta viena nuo kitos, pagimdė idėją, kad mūsų Visata neegzistavo amžinai, o susiformavo dėl tam tikro įvykio – Didžiojo. Bang. Dabar esame ant naujo atradimo slenksčio. Jei Visatos ribos bus rastos, susidursime su nauju, dar sunkesniu klausimu: kas yra kitoje ribų pusėje?
Keliaukime pagal žvaigždes
Visatos begalybė reiškia, kad ji turi būti begalinė ne tik erdvėje, bet ir laike, todėl turi begalinį žvaigždžių skaičių. Tokiu atveju mūsų dangus būtų visiškai nusėtas šviesuliais ir visą parą būtų akinančiai šviesus. Tačiau dangaus tamsa rodo, kad kosmosas neegzistavo amžinai. Remiantis populiaria teorija, viskas prasidėjo nuo Didžiojo sprogimo, kuris sukėlė patį materijos egzistavimą ir plėtimąsi. Pati ši samprata paneigia Visatos amžinybės idėją, todėl griauna tikėjimą jos begalybe. Tuo pačiu metu Didžiojo sprogimo teorija sukuria tam tikrų sunkumų astronomams, ieškantiems mūsų kosmoso ribų.
„Faktas yra tas, kad keliauti dideliais atstumais užtrunka šviesmečius, todėl mokslininkai visada gauna pasenusius duomenis. Erdvė, kurią perėjo šviesa ankstyvojoje Visatoje, išaugo dėl vėlesnio jos plėtimosi. Arčiausiai mūsų esančios žvaigždės yra palyginti jaunos, tolimiems objektams jau tūkstančiai metų, o jei pažvelgsime į kitas galaktikas, tada – milijardus. Tačiau mes matome ne visas galaktikas. 13,7 milijardo metų yra didžiausias mums prieinamas laikotarpis“, – aiškina Montanos valstijos universiteto astrofizikas Neilas Cornishas. Savotiška kliūtis mūsų regėjimui yra reliktinė spinduliuotė, susidariusi praėjus maždaug 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, kai Visata išsiplėtė ir atvėso tiek, kad atsirado atomai. Ši spinduliuotė yra kažkas panašaus į vaikišką kosmoso nuotrauką, kurioje ji užfiksuota dar prieš pasirodant žvaigždėms. Už jos gali egzistuoti ir ribos, ir be galo besitęsianti Visata. Tačiau, nepaisant teleskopų galios, ši sritis lieka nematoma.
Kosmoso muzika
CMB neleidžia mokslininkams žvilgtelėti į tolimiausius kosmoso kampelius, tačiau kartu neša labai vertingą informaciją, esančią mikrobangų fone. Mokslininkai teigia, kad jei Visata būtų neriboto dydžio, joje būtų galima rasti visokio ilgio bangų. Tačiau iš tikrųjų kosmoso bangų spektras yra labai siauras: NASA WMAP aparatas, skirtas kosminei mikrobangų foninei spinduliuotei tirti, niekada neaptiko tikrai didelių bangų. „Visata turi muzikos instrumento savybių, kurių bangos ilgis negali viršyti jos ilgio. Supratome, kad Visata nevibruoja dideliais bangų ilgiais, o tai patvirtino jos baigtinumą“, – sako Jeanas Pierre'as Luminet iš Paryžiaus observatorijos Prancūzijoje.
Belieka tik nustatyti jo ribas ir formą. Glenas Starkmannas, fizikas iš Kanados, dirbantis Cleveland Case Western universitete, mano, kad rado būdą, kaip nustatyti Visatos ribas, net jei jos yra toliau nei mūsų regėjimo linija. Tai galima padaryti dar kartą naudojant bangas. „Garso bangos, kurios jos jaunystėje pasklido po visą Visatą, gali daug pasakyti. Visatos forma, kaip ir būgno forma, lemia, kokio tipo vibracijos joje atsiras“, – sako Glenas. Jo komanda planuoja pritaikyti spektrinę analizę mūsų Visatai, kad nustatytų jos formą pagal jos skleidžiamus garsus. Tiesa, šie tyrimai yra ilgalaikiai, o atsakymo paieška gali užtrukti ne vienerius metus.
Mes gyvename spurgoje...
Tačiau yra ir kitas būdas išsiaiškinti, ar Visata turi ribas. Tai šiuo metu daro Zhanna Levin, teoretikė iš Kembridžo universiteto. Ji paaiškina Visatos kūrimo principą, kaip pavyzdį naudodama seną gerą kompiuterinį žaidimą „Asteroidai“. Jei žaidėjo valdomas erdvėlaivis pakyla aukštyn, už ekrano, jis iškart pasirodys apačioje. Toks keistas manevras tampa suprantamas, jei mintyse susukate ekraną į vamzdelį, tarsi žurnalą: pasirodo, kad prietaisas tiesiog juda ratu.
„Taip pat mes, gyvendami Visatos viduje, negalime išeiti. Neturime prieigos prie dimensijos, iš kurios galėtume pažvelgti į mūsų trimatę Visatą iš išorės. Paimkime, pavyzdžiui, spurgą – tai, beje, šiuo atveju yra visiškai tinkama forma Visatai – nors jos paviršius yra aiškiai apibrėžtas, niekas iš viduje gyvenančiųjų nesuklups jos ribose: jiems atrodo, kad ne. ribos egzistuoja“, – sako Zhanna.
Tačiau vis tiek yra galimybė atpažinti šias ribas, nors ir menkas – reikia stebėti, kaip elgiasi šviesa. Įsivaizduokime, kad Visata yra kambarys, o tu, apsiginklavęs žibintuvėliu, stovi jos centre. Žibintuvėlio šviesa pasieks sieną už jūsų ir atsispindės nuo priešingos sienos. ir pamatysite jame savojo nugaros atspindį. Tos pačios taisyklės gali veikti ribotoje erdvėje. „Šviesūs portretai“ gali atsispindėti nuo tariamų erdvės sienų ir taip daug kartų dubliuotis, tačiau su tam tikrais pakeitimais. O jei Visata būtų šiek tiek didesnė už Žemę, šviesa akimirksniu ją apsuktų ir visame danguje atsirastų lenkti planetos vaizdai. Tačiau erdvė yra tokia didelė, kad šviesa užtruks milijardus metų, kad ją apkeliautų ir atsispindėtų.
Bet grįžkime prie mūsų „vairų“. Zhanna Levin su savo spurgos formos Visatos teorija rado paramą Franko Steinerio asmenyje iš Ulmo universiteto Vokietijoje. Išanalizavęs duomenis, gautus naudojant WMAP, šis mokslininkas padarė išvadą, kad Donut Universe labiausiai atitinka stebimą kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę. Jo komanda taip pat bandė atspėti tikėtiną Visatos dydį – tyrimų duomenimis, ji gali siekti 56 milijardus šviesmečių.
...ar futbolo kamuoliu?
Jeanas Pierre'as Luminet, su visa savo pagarba ponios Levine spurgai, vis dar įsitikinęs, kad Visata yra sferinis dodekaedras arba, paprasčiau tariant, futbolo kamuolys: dvylika penkiakampių suapvalintų paviršių, išdėstytų simetriškai. Tiesą sakant, prancūzų mokslininkės teorija ne itin prieštarauja moksliniams Zhannos Levin tyrimams su jos žaidimu „Asteroidai“. Čia veikia ta pati schema – palikęs vieną iš pusių atsiduri priešingai. Pavyzdžiui, jei skrendate tiesia linija kokia nors „greitai“ raketa, galiausiai galite grįžti į pradinį tašką. Jean-Pierre neneigia veidrodinių atspindžių principo. Jis įsitikinęs, kad jei egzistuotų itin galingas teleskopas, tuos pačius objektus būtų galima pamatyti skirtingomis erdvės kryptimis, tik skirtingais gyvenimo tarpsniais. Tačiau kai dodekaedro kraštai yra nutolę milijardus šviesmečių, silpnų atspindžių ant jų negali pastebėti net akyliausi astronomai.
Reikėtų pažymėti, kad Lumine'as su savo futbolo kamuolio koncepcija rado sąjungininką – matematiką Jeffrey Weeksą. Šis mokslininkas teigia, kad bangos kosminėje mikrobangų fone atrodo lygiai taip pat, kaip atrodytų, jei atsirastų taisyklingos geometrinės figūros su dvylika penkiakampių veidų viduje.
Infliacija visuotiniu mastu
Pirmoji Visatos gyvavimo akimirka suvaidino didžiulį vaidmenį tolimesnėje jos evoliucijoje. Mokslininkai vis dar kuria sudėtingas hipotezes apie infliaciją – labai trumpą laiko tarpą, daug mažiau nei sekundę, per kurį Visatos dydis išaugo šimtą trilijonų kartų. Dauguma mokslininkų linkę manyti, kad Visatos plėtimasis vis dar tęsiasi. Ir atrodytų, kad erdvės begalybės teorija yra logiškas infliacijos idėjos tęsinys.
" alt=" Kompiuterinis Visatos modelis" src="/sites/default/files/images/millenium-bare.jpg">!}
Kompiuterinis Visatos modelis
Tačiau Kalifornijos universiteto Deiviso fizikas teorinis Andy Albrachtas šiuo klausimu laikosi kitokios nuomonės: nors Visatos plėtimasis tęsiasi iki šiol, šis procesas vis dar turi ribas. Kad paaiškintų savo teoriją, Andy panaudojo visatos muilo burbulo metaforą. Tradicinė infliacijos teorija leidžia be galo plėstis šiam burbului, tačiau net darželinukai žino, kad anksčiau ar vėliau burbulas turi sprogti. Andy mano, kad pasiekus maksimumą infliacija turėtų sustoti. Ir šis maksimumas nėra toks didelis, kaip mes manome. Anot Olbrachto, Visata yra tik 20% didesnė už mūsų matomą erdvę. „Žinoma, neįtikėtinai sunku iš begalybės pasiekti tokį mažą dydį – tik kokius 20% didesnį! Pradėjau net klaustrofobija“, – juokauja mokslininkė. Žinoma, Olbrachto išvados yra labai prieštaringos ir reikalauja faktinio patvirtinimo, tačiau kol kas dauguma astronomų mano, kad infliacija neužges labai greitai.
Dark Stream ir kitos visatos
Visatos plėtimasis, beje, geriausiai paaiškina galaktikų judėjimą mums matomoje teritorijoje. Tiesa, kai kurios šio galaktikos judėjimo ypatybės glumina. Astrofiziko Aleksandro Kašlinskio vadovaujama NASA specialistų grupė, tirianti mikrobangų ir rentgeno spinduliuotę, išsiaiškino, kad apie aštuonis šimtus tolimų galaktikų spiečių juda kartu viena kryptimi tūkstančio kilometrų per sekundę greičiu, tarsi juos trauktų kokie nors. savotiškas magnetas. Šis universalus judėjimas buvo vadinamas „tamsiuoju srautu“. Naujausiais duomenimis, jis jau apima 1400 galaktikų. Jie eina link ploto, esančio daugiau nei trys milijardai šviesmečių nuo Žemės. Mokslininkai teigia, kad tiesiog kažkur ten, už stebėjimo ribų, yra didžiulė masė, kuri traukia materiją. Tačiau, remiantis egzistuojančia teorija, materija po Didžiojo sprogimo, pagimdžiusio mūsų Visatą, pasiskirstė daugmaž tolygiai, vadinasi, negali būti tokios fantastiškos galios masių koncentracijų. Tada kas ten?
Atsakymą į šį klausimą pateikė teorinė fizikė Laura Mersini-Hoftan, grupės iš Šiaurės Karolinos universiteto vadovė. Ji rimtai svarsto apie kitos Visatos, esančios šalia mūsų, egzistavimą. Jos išvados, kurios iš pirmo žvilgsnio atrodo neįtikėtinos, puikiai dera su infliacijos teorija ir Andy Albrachto išsakytu „muilo burbulu“, taip pat su Aleksandro Kašlinskio „tamsiuoju srautu“. Dabar šių mokslininkų tyrimai sudarys vieną paveikslą kaip galvosūkį. Tamsų srautą, pastebėtą mūsų išorinėje erdvėje, gali sukelti vienas iš gretimų „burbulų“ - kita Visata.
Hoftanas visatų įvairovę paaiškina naudodamasis tikimybių teorija. Ji mano, kad mūsų pasaulio gimimas yra stebuklas, kurio galėjo ir nebūti: jo atsiradimo tikimybė yra nereikšminga ir siekia 1 iš 10133.
„Klausimą apie Visatos kilmę galime užduoti tada, kai turime daugialypę struktūrą, kurioje ji susiformavo – vietas, kuriose sąlygos yra palankios jai kilti. Kitaip tariant, galime įsivaizduoti daugybę Didžiųjų sprogimų ir daugybę visatų“, – pažymi Hoftanas. Aiškumo dėlei ji šias palankias vietas lygina su viešbučių kambariais. Visata gali kilti tik laisvoje „kambaryje“ ir ten egzistuoti viena. Tačiau tai nereiškia, kad kitas toks kosmoso pasaulis negali persikelti į „kambarį“ per sieną. Bet jei mūsų Visata yra viešbučio kambarys, ar turėtume girdėti savo kaimynus? 2007 metais WMAP aparatas užfiksavo neįprastą ženkliai sumažėjusios foninės spinduliuotės sritį, o tai rodo, kad joje nėra medžiagos. Pasak mokslininko, vienintelis tokios šaltos ir absoliučios tuštumos paaiškinimas yra tai, kad ten veikia kažkokios kitos jėgos, galbūt yra kitos Visatos, kurios didžiulė masė traukia kaimyninę materiją, buvimas. Ir nors šie „svetimi“ objektai yra už mūsų akiračio, mūsų kaimynas vis tiek jaučiasi žinutėmis šaltos dėmės ir galaktikų spiečių srauto pavidalu.
Žinoma, mokslininkų bendruomenė įvairiai reagavo į išvadas apie kelias visatas. Tačiau mokslininkai, bandantys apibūdinti kosmosą, yra pasirengę naujoms mokslo revoliucijoms. Mūsų Visata, anksčiau laikyta begaline, gali nustoti tokia būti ir užimti deramą vietą erdvėje, tarp tokio skaičiaus visatų, kurių neįmanoma net įsivaizduoti.
Be klasikinių kosmologinių modelių, bendrasis reliatyvumas leidžia mums sukurti labai labai egzotiškus įsivaizduojamus pasaulius.
Yra keletas klasikinių kosmologinių modelių, sukonstruotų naudojant bendrąjį reliatyvumą, papildytą erdvės homogeniškumu ir izotropija (žr. PM Nr. 6, 2012, Kaip buvo atrastas Visatos plėtimasis). Einšteino uždaroji visata turi nuolatinį teigiamą erdvės kreivumą, kuris tampa statiškas dėl vadinamojo kosmologinio parametro įvedimo į bendrąsias reliatyvumo lygtis, kurios veikia kaip antigravitacinis laukas. Greitėjančioje de Sitter visatoje su nelenkta erdve nėra įprastos materijos, tačiau ji taip pat užpildyta antigravitaciniu lauku. Taip pat yra Aleksandro Friedmano uždaros ir atviros visatos; Einšteino – de Sitterio pasienio pasaulis, kuris laikui bėgant palaipsniui sumažina plėtimosi greitį iki nulio, ir galiausiai Lemaitre'o visata, Didžiojo sprogimo kosmologijos pirmtakas, išauganti iš itin kompaktiškos pradinės būsenos. Visi jie, o ypač Lemaitre modelis, tapo šiuolaikinio standartinio mūsų Visatos modelio pirmtakais.
Tačiau yra ir kitų visatų, taip pat sukurtų labai kūrybiškai, kaip dabar sakoma, naudojant bendrąsias reliatyvumo lygtis. Jie daug mažiau atitinka (arba visai neatitinka) astronominių ir astrofizinių stebėjimų rezultatų, tačiau dažnai yra labai gražūs, o kartais ir elegantiškai paradoksalūs. Tiesa, matematikai ir astronomai jų išrado tokiais kiekiais, kad teks apsiriboti tik keliais įdomiausiais įsivaizduojamų pasaulių pavyzdžiais.
Nuo virvelės iki blyno
Po to, kai pasirodė pagrindiniai Einšteino ir de Sitter darbai (1917 m.), daugelis mokslininkų pradėjo naudoti bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis kurdami kosmologinius modelius. Vienas pirmųjų tai padarė Niujorko matematikas Edwardas Kasneris, kuris savo sprendimą paskelbė 1921 m.
Jo visata yra labai neįprasta. Jame yra ne tik gravitacinė medžiaga, bet ir antigravitacinis laukas (kitaip tariant, nėra Einšteino kosmologinio parametro). Atrodytų, kad šiame idealiai tuščiame pasaulyje išvis nieko negali atsitikti. Tačiau Kasneris pripažino, kad jo hipotetinė visata įvairiomis kryptimis vystysis skirtingai. Jis plečiasi išilgai dviejų koordinačių ašių, bet susiaurėja išilgai trečiosios ašies. Todėl ši erdvė akivaizdžiai yra anizotropinė ir geometriškai panaši į elipsoidą. Kadangi toks elipsoidas tęsiasi dviem kryptimis ir susitraukia išilgai trečiosios, jis palaipsniui virsta plokščiu blynu. Tuo pačiu metu Kasnerio visata visai nepraranda svorio, proporcingai didėja amžiui. Iš pradžių šis amžius yra lygus nuliui, taigi, garsumas taip pat yra nulis. Tačiau Kasnerio visatos gimsta ne iš taško singuliarumo, kaip Lemaitre'o pasaulis, o iš kažko panašaus į be galo ploną stipiną – jo pradinis spindulys lygus begalybei išilgai vienos ašies, o nuliui išilgai kitų dviejų.
Kokia šio tuščio pasaulio evoliucijos paslaptis? Kadangi jos erdvė įvairiomis kryptimis „slenka“ skirtingai, atsiranda gravitacinės potvynio jėgos, kurios lemia jos dinamiką. Atrodytų, kad galite jų atsikratyti, jei išlyginsite plėtimosi greitį išilgai visų trijų ašių ir taip pašalinsite anizotropiją, tačiau matematika tokios laisvės neleidžia. Tiesa, du iš trijų greičių galima nustatyti lygius nuliui (kitaip tariant, nustatyti visatos matmenis išilgai dviejų koordinačių ašių). Tokiu atveju Kasnerio pasaulis augs tik viena kryptimi, griežtai proporcingai laikui (tai nesunku suprasti, nes taip turi didėti jo tūris), bet tik tiek galime pasiekti.
Kasnerio visata gali išlikti savimi tik tada, kai ji yra visiškai tuščia. Jei pridėsite šiek tiek materijos, ji palaipsniui pradės vystytis kaip izotropinė Einstein-de Sitter visata. Lygiai taip pat, kai prie jo lygčių pridedamas nulinis Einšteino parametras, jis (su medžiaga arba be jos) asimptotiškai pateks į eksponentinės izotropinės plėtimosi režimą ir pavirs de Sitter visata. Tačiau tokie „priedai“ iš tikrųjų tik pakeičia jau egzistuojančios visatos evoliuciją. Gimimo momentu jie praktiškai nevaidina vaidmens, o visata vystosi pagal tą patį scenarijų.
Nors Kasnerio pasaulis yra dinamiškai anizotropinis, jo kreivumas bet kuriuo metu yra vienodas išilgai visų koordinačių ašių. Tačiau bendrosios reliatyvumo teorijos lygtys leidžia egzistuoti visatoms, kurios ne tik vystosi anizotropiniu greičiu, bet ir turi anizotropinį kreivumą. Tokius modelius šeštojo dešimtmečio pradžioje sukūrė amerikiečių matematikas Abrahamas Taubas. Vienomis kryptimis jos erdvės gali elgtis kaip atviros visatos, o kitomis – kaip uždaros. Be to, laikui bėgant jie gali pakeisti ženklą iš pliuso į minusą ir iš minuso į pliusą. Jų erdvė ne tik pulsuoja, bet tiesiogine to žodžio prasme virsta iš vidaus. Fiziškai šie procesai gali būti siejami su gravitacinėmis bangomis, kurios taip stipriai deformuoja erdvę, kad lokaliai pakeičia jos geometriją iš sferinės į balno formos ir atvirkščiai. Apskritai, keisti pasauliai, nors matematiškai įmanoma.
Pasaulių svyravimai
Netrukus po Kasnerio darbo publikavimo pasirodė Aleksandro Friedmano straipsniai, pirmasis – 1922 m., antrasis – 1924 m. Šiuose straipsniuose buvo pateikti stebėtinai elegantiški bendrojo reliatyvumo lygčių sprendimai, kurie turėjo itin konstruktyvų poveikį kosmologijos raidai. Friedmano koncepcija remiasi prielaida, kad vidutiniškai medžiaga kosminėje erdvėje pasiskirsto kuo simetriškiau, tai yra visiškai vienalytė ir izotropinė. Tai reiškia, kad erdvės geometrija kiekvienu vieno kosminio laiko momentu yra vienoda visuose jos taškuose ir visomis kryptimis (griežtai kalbant, tokį laiką dar reikia teisingai nustatyti, bet šiuo atveju ši problema yra išspręsta). Iš to išplaukia, kad Visatos plėtimosi (arba susitraukimo) greitis bet kuriuo momentu vėl nepriklauso nuo krypties. Todėl Friedmanno visatos visiškai skiriasi nuo Kasnerio modelio.
Pirmajame darbe Friedmanas sukūrė uždaros visatos modelį su nuolatiniu teigiamu erdvės kreivumu. Šis pasaulis atsiranda iš pradinės taško būsenos su begaliniu medžiagos tankiu, išsiplečia iki tam tikro maksimalaus spindulio (taigi ir maksimalaus tūrio), po kurio vėl subyra į tą patį ypatingą tašką (matematine kalba - singuliarumą).
Tačiau Friedmanas tuo nesustojo. Jo nuomone, rastas kosmologinis sprendimas nebūtinai turi apsiriboti intervalu tarp pradinio ir galutinio singuliarumo, jis gali būti pratęstas tiek pirmyn, tiek atgal. Rezultatas yra begalinis visatų spiečius, susuktas ant laiko ašies, kurios ribojasi viena su kita singuliarumo taškais. Fizikos kalba tai reiškia, kad Friedmanno uždara visata gali be galo svyruoti, miršta po kiekvieno suspaudimo ir atgimsta naujam gyvenimui vėlesnio plėtimosi metu. Tai griežtai periodiškas procesas, nes visi svyravimai trunka tiek pat laiko. Todėl kiekvienas visatos egzistavimo ciklas yra tiksli visų kitų ciklų kopija.
Taip Friedmanas komentavo šį modelį savo knygoje „Pasaulis kaip erdvė ir laikas“: „Be to, galimi atvejai, kai kreivio spindulys periodiškai keičiasi: visata susitraukia į tašką (į nieką), tada vėl iš taško. jis padidina savo spindulį iki tam tikros vertės, tada vėl, sumažindamas kreivumo spindulį, jis virsta tašku ir pan. Nevalingai prisimenama indų mitologijos legenda apie gyvenimo laikotarpius; Taip pat galima kalbėti apie „pasaulio sukūrimą iš nieko“, tačiau visa tai vis tiek turėtų būti vertinama kaip kurioziški faktai, kurių negali patikimai patvirtinti nepakankama astronominė eksperimentinė medžiaga.
Praėjus keleriems metams po Friedmano straipsnių paskelbimo, jo modeliai pelnė šlovę ir pripažinimą. Einšteinas rimtai susidomėjo svyruojančios visatos idėja, ir jis nebuvo vienas. 1932 m. to ėmėsi Caltech matematinės fizikos ir fizikinės chemijos profesorius Richardas Tolmanas. Jis nebuvo nei grynas matematikas, kaip Friedmanas, nei astronomas ir astrofizikas, kaip de Sitteris, Lemaitre'as ir Eddingtonas. Tolmanas buvo pripažintas statistinės fizikos ir termodinamikos autoritetas, kurį pirmiausia derino su kosmologija.
Rezultatai pasirodė labai nereikšmingi. Tolmanas padarė išvadą, kad bendra kosmoso entropija turėtų didėti nuo ciklo iki ciklo. Entropijos kaupimasis lemia tai, kad vis didesnė visatos energijos dalis yra sutelkta elektromagnetinėje spinduliuotėje, kuri nuo ciklo iki ciklo vis labiau įtakoja jos dinamiką. Dėl šios priežasties ciklų trukmė ilgėja, kiekvienas kitas tampa ilgesnis nei ankstesnis. Svyravimai išlieka, bet nustoja būti periodiški. Be to, kiekviename naujame cikle Tolmano visatos spindulys didėja. Vadinasi, maksimalaus plėtimosi stadijoje jis turi mažiausią kreivumą, o jo geometrija vis labiau ir ilgiau artėja prie euklido.
Richardas Tolmanas, kurdamas savo modelį, praleido vieną įdomią progą, kurią 1995 metais pastebėjo Johnas Barrowas ir Mariuszas Dąbrowskis. Jie parodė, kad Tolmano visatos virpesių režimas negrįžtamai sunaikinamas, kai įvedamas antigravitacinis kosmologinis parametras. Šiuo atveju Tolmano visata viename iš ciklų nebesusitraukia į singuliarumą, o plečiasi didėjant pagreičiui ir virsta de Sitter visata, ką panašioje situacijoje daro ir Kasnerio visata. Antigravitacija, kaip ir darbštumas, nugali viską!
Visata maišytuve
1967 m. amerikiečių astrofizikai Davidas Wilkinsonas ir Bruce'as Partridge'as atrado, kad kosminė mikrobangų spinduliuotė, atrasta prieš trejus metus, iš bet kurios pusės pasiekia Žemę su beveik tokia pačia temperatūra. Naudodami itin jautrų jų tautiečio Roberto Dicke'o išrastą radiometrą, jie parodė, kad reliktinių fotonų temperatūros svyravimai neviršija dešimtosios procento (šiuolaikiniais duomenimis – gerokai mažesni). Kadangi ši spinduliuotė atsirado anksčiau nei praėjus 400 000 metų po Didžiojo sprogimo, Wilkinson ir Partridge rezultatai leido manyti, kad net jei mūsų Visata gimimo momentu nebuvo beveik idealiai izotropinė, ji šią savybę įgijo be didelio delsimo.
Ši hipotezė sukėlė didelę problemą kosmologijai. Pirmuosiuose kosmologiniuose modeliuose erdvės izotropija nuo pat pradžių buvo įtraukta tiesiog kaip matematinė prielaida. Tačiau dar praėjusio amžiaus viduryje tapo žinoma, kad bendrosios reliatyvumo teorijos lygtys leidžia sukonstruoti daugybę neizotropinių visatų. Šių rezultatų kontekste reikėjo paaiškinti beveik tobulą kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės izotropiją.
Šis paaiškinimas pasirodė tik devintojo dešimtmečio pradžioje ir pasirodė visiškai netikėtas. Jis buvo pastatytas remiantis iš esmės nauja teorine itin greito (kaip paprastai sakoma, infliacinio) Visatos plėtimosi pirmosiomis jos egzistavimo akimirkomis koncepcija (žr. PM Nr. 7, 2012, Visagalė infliacija). Antroje septintojo dešimtmečio pusėje mokslas tiesiog nebuvo subrendęs tokioms revoliucinėms idėjoms. Bet, kaip žinote, nesant antspauduoto popieriaus jie rašo ant paprasto popieriaus.
Žymus amerikiečių kosmologas Charlesas Misneris, iškart po Wilkinsono ir Partridge'o straipsnio publikavimo, visiškai tradicinėmis priemonėmis bandė paaiškinti mikrobangų spinduliuotės izotropiją. Remiantis jo hipoteze, ankstyvosios Visatos nehomogeniškumas palaipsniui išnyko dėl jos dalių tarpusavio „trinties“, kurią sukėlė neutrinų ir šviesos srautų mainai (pirmoje publikacijoje Misneris šį tariamą efektą pavadino neutrino klampumu). Anot jo, toks klampumas gali greitai išlyginti pradinį chaosą ir padaryti Visatą beveik idealiai vienalytę ir izotropinę.
Miznerio tyrimų programa atrodė gerai, tačiau praktinių rezultatų nedavė. Pagrindinę jo gedimo priežastį vėl atskleidė mikrobangų analizė. Bet kokie procesai, kuriuose dalyvauja trintis, generuoja šilumą, tai yra elementari termodinamikos dėsnių pasekmė. Jei pirminiai Visatos nehomogeniškumas būtų išlygintas dėl neutrino ar kito klampumo, kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės energijos tankis gerokai skirtųsi nuo stebimos vertės.
Kaip septintojo dešimtmečio pabaigoje parodė amerikiečių astrofizikas Richardas Matzneris ir jo jau minėtas anglų kolega Johnas Barrowas, klampūs procesai gali pašalinti tik mažiausius kosmologinius nehomogeniškumus. Norint visiškai „išlyginti“ Visatą, reikėjo kitų mechanizmų, kurie buvo rasti infliacijos teorijos rėmuose.
Bet vis tiek Mizneris gavo daug įdomių rezultatų. Visų pirma, 1969 m. jis paskelbė naują kosmologinį modelį, kurio pavadinimą pasiskolino... iš virtuvės elektros prietaiso, įmonės gaminamo namų maišytuvo. Saulės spindulių gaminiai! Mixmaster Universe visą laiką plaka stipriais traukuliais, kurie, pasak Misnerio, verčia šviesą cirkuliuoti uždarais takais, maišydami ir homogenizuodami jos turinį. Tačiau vėlesnė šio modelio analizė parodė, kad nors Miesnerio pasaulyje fotonai iš tiesų nukeliauja didelius atstumus, jų maišymosi poveikis yra labai nereikšmingas.
Nepaisant to Mixmaster Universe labai įdomu. Kaip ir Friedmanno uždara visata, ji atsiranda iš nulinio tūrio, išsiplečia iki tam tikro maksimumo ir vėl susitraukia veikiama savo gravitacijos. Tačiau ši raida nėra sklandi, kaip Friedmano, o absoliučiai chaotiška ir todėl visiškai nenuspėjama detalėmis. Jaunystėje ši visata intensyviai svyruoja, plečiasi dviem kryptimis, o trečiąja susitraukia – kaip Kasneris. Tačiau išsiplėtimų ir susitraukimų orientacijos nėra pastovios – jos chaotiškai keičiasi vietomis. Be to, svyravimų dažnis priklauso nuo laiko ir linkęs į begalybę, kai artėja prie pradinės akimirkos. Tokia visata išgyvena chaotiškas deformacijas, tarsi želė dreba ant lėkštės. Šios deformacijos vėlgi gali būti interpretuojamos kaip gravitacinių bangų, judančių įvairiomis kryptimis, pasireiškimas, daug smarkesnis nei Kasnerio modelyje.
Mixmaster Universe pateko į kosmologijos istoriją kaip sudėtingiausia iš įsivaizduojamų visatų, sukurtų remiantis „grynuoju“ bendruoju reliatyvumu. Nuo devintojo dešimtmečio pradžios įdomiausiose tokio pobūdžio sąvokose buvo pradėtos naudoti kvantinio lauko teorijos ir elementariųjų dalelių teorijos idėjos ir matematinis aparatas, o vėliau, nedelsdami, superstygų teorija.
Daugelis žmonių yra girdėję, kad Visata yra kaip spurgos forma. Dauguma žmonių tam neteikia jokios reikšmės, nes pernelyg keista: kodėl riestainis? Kur tada tiksliai yra skylė? Ir kiti neišvengiami klausimai ta pačia dvasia. Ir dar yra toks posakis, kad pasaulis suformuotas kaip lagaminas... Na, apie lagaminą tai tik idiotiškas posakis, bet apie beigelį iš dalies tai tiesa.
Kiti skaitė, kad visata yra kristalas. Šis vaizdas yra populiarus ne mokslinėje fantastikoje, jis leidžia spėlioti apie „perėjimus nuo krašto iki krašto“ keliaujant į paralelinius pasaulius. Bandymas sujungti abu šiuos vaizdus – krištolą ir spurgą – kartais priveda prie to, kad gerbėjo galvoje atsiranda chimeriškų paveikslėlių, tokių kaip „žiedu uždarytas briaunotas pieštukas“ ir kiti panašūs baisumai, neturintys nieko bendra su tikrove. Tuo tarpu Didžiojo Kristalo vaizdas tam tikru mastu taip pat yra tikras.
Joms skirtos nuotraukos ir antraštės nesusijusios su pagrindine įrašo tema ir veikiau atitraukia dėmesį nuo esmės, nors tam ir neketinama. Tad rekomenduoju, kad nesusipainiotumėte, iš pradžių perskaityti vieną, o paskui kitą. Čia pavaizduota galaktika NGC 2683 yra labai panaši į mūsų namų galaktiką Paukščių Taką. Jis yra vidutiniškai 20 milijonų šviesmečių atstumu nuo mūsų šiaurinio Katės (lūšies) žvaigždyno kryptimi. Dar tolimesnės galaktikos yra išsibarsčiusios fone, o ryškios žvaigždės yra daug arčiau mūsų, tai yra mūsų Paukščių Tako rankos žvaigždės. NGC 2683 šerdį sudaro daugybė senų geltonų žvaigždžių. Tamsūs debesys yra kosminės dulkės spiralinėse gėlėse, pro kurias žvelgia mėlyni jaunų žvaigždžių grupių taškai.
Pradėkime nuo bagelio. Beigelio nėra. Šio vaizdo kojos išauga nuo to, kad mūsų Visata, nors ir labai didelė, vis dar turi ribotą tūrį, bet tuo pačiu neturi ribų. Tai gana paprasta įsivaizduoti naudojant dvimatį pavyzdį: kai kuriuose paprastuose kompiuteriniuose žaidimuose objektas, esantis už dešinės žaidimo lauko ribos, atsiranda kairėje, o nusileidžiantis - viršuje. Dar aiškesnį pavyzdį – trimatį – galima pamatyti, jei bet kuriame žaidimo „Quake“ lygyje (bet kuriuo atveju pirmas ar antras serijos žaidimas; gal kitų panašių 3D šaudyklų, aš tiesiog neturiu) t bandžiau) vienu metu naudojate gudrybes, leidžiančias pereiti sienas ir skristi, ir judėti tiesiai bet kuria kryptimi: kamera greitai paliks vietą, jūsų virtualus herojus kurį laiką skris juodoje tuštumoje, o tada Prieš jį atsiras koridoriai ir kambariai, kurie, atrodo, yra už jo, ir herojus grįš į tą patį tašką, iš kurio pradėjo, bet iš priešingos pusės, tarsi vaikščiotų aplink Žemės rutulį – nors skrido tiesi linija. Galite judėti bet kuria kryptimi be galo ilgai - nėra ribų, bet negalite peržengti lygio ir negalite skristi į jokią „kitą erdvę“ - tūris yra ribotas ir uždaras. Tai tas pats, kas tikroji Visata, tik erdvesnė.
Paukščių tako aureole keliauja rutuliniai žvaigždžių spiečiai – galaktikų palydovai. Šiuos senovinius kelių šimtų tūkstančių žvaigždžių sferinius darinius jungia abipusė trauka. Visos jos daug senesnės už galaktikos disko žvaigždes. Tiesą sakant, rutulinių spiečių amžiaus matavimas apriboja pačios Visatos amžių (ji turi būti senesnė už joje esančias žvaigždes!). Tikslūs atstumų iki rutulinių spiečių matavimai padėjo sukurti vieną iš astronominių atstumo skalių Visatoje. Rutulinis žvaigždžių spiečius NGC 6934 yra maždaug už 50 000 šviesmečių Delphinus žvaigždyno kryptimi. Spiečiaus žvaigždės susitelkusios į 150 šviesmečių skersmens sritį, o 3 šviesmečių kraštinės kube šalia spiečiaus šerdies gali būti dedama iki šimto žvaigždžių. Palyginimui, arčiausiai Saulės esanti žvaigždė yra nutolusi nuo mūsų 4 šviesmečius.
Bet tai dabar man tinka – yra kompiuterinių žaidimų, todėl galiu greitai paaiškinti „galybę ir begalybę viename butelyje“ naudodamas paprastą paruoštą pavyzdį, bet anksčiau būčiau turėjęs pasinaudoti senu geru būdu – paaiškinti struktūrinės trimatės erdvės ypatybės, naudojant dvimačio, pavyzdžiui, popieriaus lapo pavyzdį. O popieriaus lapo su baigtiniu plotu erdvę mūsų trimačiame pasaulyje galima padaryti beribę, nepažeidžiant euklido geometrijos (ant jo nubrėžtos lygiagrečios linijos liko lygiagrečios), tik vienu būdu: pirmiausia susukti lapą į vamzdelis, sujungiantis priešingus kraštus išilgai X ašies, tada suklijuokite vamzdelio galus, darydami tą patį išilgai Y ašies. Čia jūs turite spurgą.
Didelė graži spiralinė galaktika M66 yra tik už 35 milijonų šviesmečių ir apima 100 000 šviesmečių. Išilgai spiralinių galaktikos atšakų yra tamsių dulkių gyslų ir ryškiai mėlynų jaunų žvaigždžių spiečių, o raudoni taškai ant rankų yra šviesūs iš intensyvaus žvaigždžių formavimosi regionų. Visos ryškios atskiros žvaigždės, kurias matote šiame kosminiame kraštovaizdyje, žinoma, priklauso mūsų galaktikai. Tačiau tamsiame dangaus fone galima pamatyti daugybę kitų tolimų galaktikų.
Esant trimatei ribotai erdvei, tą patį galima padaryti, jei ketvirtame matmenyje poromis klijuojame priešingus kubo paviršius. Nekraipykite savo smegenų bandydami tai įsivaizduoti - mūsų smegenys yra sukurtos apdoroti informaciją apie trimatę erdvę ir nėra skirtos tokiems triukams iš esmės net neturėtumėte bandyti. Bet bet kuriuo atveju tai bus ne spurgos, o kažkokia hiperfigūrėlė, gudriai susukta į keturias erdvines dimensijas.
Šioje nuotraukoje, kuri nėra pati įspūdingiausia, užfiksuotas didžiulis kataklizmas – iš tikrųjų galaktika NGC 7252 yra dvi susiduriančios galaktikos. Procesas trunka šimtus milijonų metų, todėl nuotraukoje atrodo, kad jis sustingęs laike. Susidariusi žvaigždžių pandemonija buvo pavadinta Taikaus atomo galaktika. NGC 7252 yra maždaug 600 000 šviesmečių skersmens ir yra beveik 220 milijonų šviesmečių atstumu link Vandenio žvaigždyno. Galbūt tas pats laukia ir mūsų Paukščių Tako – jei po kelių milijardų metų mūsų galaktika susidurs su Andromedos ūku. Kadangi vis dar nežinome, kokiu greičiu Andromedos ūkas (M31) juda į šoną (mokslininkai gali išmatuoti tik tą greičio komponentą, kuris nukreiptas išilgai matymo linijos), niekas tiksliai nežino, ar tai įvyks.
Taigi iš tikrųjų nėra „spurgos“, o ir apskritai pavyzdžiui su dvimate erdve jos nereikia – teisingiau būtų įsivaizduoti begalinę plokštumą, visiškai padengtą vienodais lakštais – tiksliai kartojančius vienas kitą, nes Tiesą sakant, tai tas pats lapas... tačiau tai taip pat per abstraktu (o kai kurie vis dar nesusiprato, galbūt norės pakalbėti apie mūsų pasaulio „atspindėjimus“), verčiau grįžkime prie pavyzdžio su „Quake“ ir apsistokite ties juo - tai yra akivaizdžiausias čia aprašytas modelis, o kiti yra tik painūs. Be to, tokio modelio geometrija išlieka euklido: lygiagrečios linijos nesikerta, trikampio kampų suma yra 180o ir pan., o pagal autoritetingiausią šiuolaikinį kosmologinį Visatos modelį mūsų pasaulis neturi globalaus. erdviniai išlinkimai.
Pati pirmoji atrasta kompaktiška galaktikų grupė yra Stefano kvintetas. Ši grupė yra maždaug už 300 milijonų šviesmečių. Tačiau tik keturios iš penkių galaktikų iš tikrųjų yra kartu erdvėje. Papildomą galaktiką pastebėti nesunku: keturios sąveikaujančios galaktikos (NGC 7319, 7318A, 7318B ir 7317) atrodo geltonesnės ir turi labiau iškreiptas struktūras: kilpas ir uodegas, atsirandančias dėl abipusiai destruktyvių gravitacinių potvynių. Mėlynesnė ir didesnė galaktika, NGC 7320, yra daug arčiau mūsų. Jį nuo Žemės skiria apie 40 milijonų šviesmečių, todėl jis nėra grupės dalis. Šiame paveikslėlyje netgi galite pamatyti atskiras NGC 7320 žvaigždes, o tai, atrodo, patvirtina, kad jis iš tiesų yra daug arčiau nei kitos galaktikos.
Dabar apie kristalą. Kiekvienas to paties 3D žaidimo lygis yra parašytas programuotojų gretasienio pavidalu - tai yra, jis vis dar turi tam tikras ribas, kurios neegzistuoja herojaus požiūriu „lygyje“. Taigi galime sakyti, kad žaidimų visata, kuriai nėra ribų, vis dėlto turi gretasienio formą. Tuo pačiu metu jo ribos gali būti savavališkai nubrėžtos per bet kurį žaidimo erdvės tašką - virtualaus pasaulio „gyventojai“ jų jokiu būdu nepajus. Tačiau jei gretasienio aukštis yra mažesnis už jo ilgį, tada, nuolat „skraidydamas“ aukštyn, apgavikas pradinį tašką pasieks greičiau nei „skrisdamas“ į priekį. Net jei visi veidai yra vienodi - kubas - tokiu atveju kelias išilgai įstrižainės bus ilgesnis nei kelias išilgai vienos iš pusių. Taigi išeina, kad virtuali mikrovisata, neturėdama ribų, vis dėlto turi tam tikrą formą – žaidimo atveju gretasienį.
Spiralinė galaktika NGC 4216, kurios kraštą matome, yra nutolusi nuo mūsų 40 milijonų šviesmečių, o jos skersmuo yra beveik 100 tūkstančių šviesmečių, maždaug tiek pat, kiek mūsų Paukščių Tako. NGC 4216 yra apsuptas kitų klasterio narių – NGC 4206 (dešinėje) ir NGC 4222. Kaip ir kitos didelės spiralinės galaktikos, įskaitant mūsų Paukščių Taką, NGC 4216 auga sunaudodama mažas palydovines galaktikas. Nuotraukoje matomos šios palydovinės galaktikos, o iš jų teka silpni žvaigždžių srautai, besitęsiantys tūkstančius šviesmečių NGC 4216 aureolės link.
Kokios formos yra mūsų Visata? Primityviausias būdas tai nustatyti – visa tai nuskraidinti nuo galo iki galo įvairiomis kryptimis ir išmatuoti laiką, reikalingą grįžimui iš skirtingų krypčių į pradinį tašką. Asmeniškai aš šio eksperimento nesiimčiau – tai būtų ilgas skrydis, o per tą laiką atspirties taškas būtų neatpažįstamai pasikeitęs, o pati Visata būtų išsiplėtusi – viskas veltui. Būtų gerai, jei būtų kažkas, kas jau būtų nukeliavę šiuo keliu. Ir yra toks dalykas - tai vadinamoji reliktinė spinduliuotė, kuri persmelkia visą erdvę ir yra, grubiai tariant, elektromagnetinis Didžiojo sprogimo „aidas“, kuris nedingsta iš Visatos (nes niekur nėra).
Taigi interpretuojant šios spinduliuotės pasiskirstymo parametrus 2003 m., buvo padarytos išvados (tačiau dar iki galo nepatvirtintos ir abejotinos), kad mūsų Visatos „forma“ gali būti dodekaedras – taisyklingas daugiakampis su 12 penkiakampių paviršių – be galo (žr. aukščiau) atsispindėjo savyje. Na, arba, vėlgi naudojant ankstesnes analogijas, Visata yra begalinė erdvė, užpildyta „virtualiais“ dodekaedrais, kurie yra vienas ir tas pats dodekaedras. Jei taip pat susidursite su sąvokomis „veidrodinė visata“, „Visata kaip veidrodžių sistema“ – tai būtent tai ir turi galvoje šis savęs uždarymas, vidinio stebėtojo suvokiamas kaip atspindžiai (tiksliau, tai būtų suvokiamas, jei Visatos skersmuo būtų daug mažesnis ir šviesa į pradinį tašką sugrįžtų ne po dešimčių milijardų metų).
NGC 7771 galaktikų grupė yra beveik 200 milijonų šviesmečių nuo Žemės už Pegaso žvaigždyno. Pats NGC 7771 yra didžiausias, šiek tiek pasuktas kraštas – 75 000 šviesmečių skersmens. Graži apvali galaktika kairėje yra NGC 7769.
Taip pat galite jį dėti su muilo putomis – daugybė sferų, glaudžiai besiribojančių viena su kita, sudaro plokštumas susitikimo vietose. Tik Visatos atveju putos kyla iš to paties burbulo. Ir - dar kartą - skirtingai nei muilo putos, čia nėra veidų, šios ribos kaip tokios: tiksliau, jas galima nubrėžti bet kur, o atskaitos taškas, "burbulo"-daugiakampio centras yra taškas, kuriame yra stebėtojas. .
Taip kažkaip yra. Ar aišku?
Visatos žvaigždės yra sugrupuotos į galaktikas (galaktikoje vidutiniškai yra 10 000 000 000 žvaigždžių).
Galaktikos renkamos į galaktikų spiečius (vidutiniškai 100-1000 galaktikų).
Klasteriai – į superspiečius (vidutiniškai 100 grupių)
