Ni nini kiini cha mtindo wa mfumuko wa bei wa asili ya ulimwengu? Ulimwengu Unaojirudia wa Mfumuko wa Bei

Nadharia inayokubalika kwa ujumla ya Big Bang ina matatizo mengi katika kuelezea Ulimwengu wa awali. Hata tukiacha kando ugeni wa hali ya umoja, ambayo inapinga maelezo yoyote ya kimwili, mapengo hayazidi kuwa madogo. Na tunapaswa kuzingatia hili. Wakati mwingine kutofautiana kidogo husababisha kukataa kwa nadharia nzima. Kwa hivyo, nadharia za ziada na za usaidizi kawaida huonekana kufafanua vikwazo na kutatua mvutano wa hali hiyo. Katika kesi hii, nadharia ya mfumuko wa bei ina jukumu hili. Kwa hivyo wacha tuone shida ni nini.

Mambo na antimatter vina haki sawa ya kuwepo. Basi tunawezaje kueleza kwamba Ulimwengu una karibu maada yote?

Kulingana na mionzi ya nyuma, imeanzishwa kuwa hali ya joto katika Ulimwengu ni takriban sawa. Lakini sehemu zake za kibinafsi hazikuweza kuwasiliana wakati wa upanuzi. Kisha usawa wa joto ulianzishwaje?

Kwa nini wingi wa Ulimwengu ni kiasi kwamba unaweza kupunguza kasi na kusimamisha upanuzi wa Hubble?

Mnamo mwaka wa 1981, mwanafizikia wa Marekani na mtaalamu wa ulimwengu, Ph.D. Alan Harvey Guth, msaidizi katika Chuo Kikuu cha Massachusetts, anayeshughulikia matatizo ya hisabati katika fizikia ya chembe, alipendekeza kuwa nguvu kumi hadi thelathini na tano ya sekunde baada ya Big Bang. , superdense na moto jambo linalojumuisha hasa quarks na leptoni, imepitia quantum mpito sawa na fuwele. Hii ilitokea wakati mwingiliano mkali ulitenganishwa na uwanja mmoja. Alan Guth aliweza kuonyesha kwamba wakati mwingiliano wenye nguvu na dhaifu ulipotenganishwa, upanuzi kama wa kuruka ulitokea, kama katika maji ya kuganda. Upanuzi huu, mara nyingi zaidi kuliko Hubble, uliitwa mfumuko wa bei.

Katika nguvu kama kumi hadi minus thelathini na mbili ya sekunde, Ulimwengu ulipanuka kwa maagizo 50 ya ukubwa - ilikuwa ndogo kuliko protoni, na ikawa saizi ya zabibu. Kwa njia, maji hupanua tu 10%. Upanuzi huu wa kasi wa mfumuko wa bei hutatua matatizo mawili kati ya matatu yaliyotambuliwa. Viwango vya upanuzi nje ya curvature ya nafasi, ambayo inategemea kiasi cha suala na nishati ndani yake. Na haisumbui usawa wa joto ambao ulikuwa tayari umeanzishwa na mwanzo wa mfumuko wa bei. Shida ya antimatter inaelezewa na ukweli kwamba katika hatua ya awali ya malezi, chembe kadhaa za kawaida ziliibuka. Baada ya maangamizo, kipande cha maada ya kawaida kiliundwa ambapo dutu ya Ulimwengu iliundwa.

Mfano wa mfumuko wa bei wa malezi ya Ulimwengu.

Ulimwengu wa proto ulijazwa na uwanja wa scalar. Mara ya kwanza ilikuwa ya homogeneous, lakini mabadiliko ya quantum yalitokea na inhomogeneities ilitokea ndani yake. Wakati inhomogeneities hizi hujilimbikiza, kutokwa hutokea, na kuunda utupu. Sehemu ya scalar hudumisha mvutano na Bubble inayosababisha huongezeka kwa ukubwa, ikipanda pande zote. Mchakato unaendelea kwa kasi kwa muda mfupi sana. Hapa sifa za awali za uwanja zina jukumu la kuamua. Ikiwa nguvu ni ya kudumu kwa wakati, basi kwa kipindi cha muda wa kumi hadi minus thelathini na sita ya nguvu ya pili, Bubble ya awali ya Vuta inaweza kupanua kumi hadi nguvu ya ishirini na sita ya pili. Na hii inaambatana na nadharia ya uhusiano, tunazungumza juu ya harakati ya nafasi yenyewe katika mwelekeo tofauti.

Matokeo yake, zinageuka kuwa hapakuwa na Mlipuko, kulikuwa na mfumuko wa bei wa haraka sana na upanuzi wa Bubble ya Ulimwengu wetu. Neno mfumuko wa bei linatokana na inflate ya Kiingereza - kusukuma juu, kupandisha. Lakini ombwe lilipanuka, nishati na vitu vilivyounda nyota na galaksi vilitoka wapi? Na kwa nini inaaminika kuwa Ulimwengu ulikuwa moto? Je, utupu unaweza kuwa joto la juu?

Wakati Bubble ya Ulimwengu inaenea, huanza kukusanya nishati. Kutokana na mabadiliko ya awamu, joto huongezeka kwa kasi. Mwishoni mwa kipindi cha mfumuko wa bei, Ulimwengu unakuwa wa joto sana, unaoaminika kuwa ni kwa sababu ya umoja. Nishati ilitolewa kwa utupu kwa kupindika kwa nafasi. Kulingana na Einstein, mvuto sio nguvu ya mvuto kati ya wingi wa watu wawili, lakini kupindika kwa nafasi. Ikiwa nafasi imejipinda, tayari ina nishati, hata ikiwa hakuna wingi. Nishati yoyote bends nafasi. Kinachosukuma galaksi katika mwelekeo tofauti na kile tunachoita nishati ya giza ni sehemu ya uwanja wa scalar. Na uwanja unaohitajika wa Higgs hutolewa na uwanja huu wa scalar.

Miongoni mwa wakosoaji wa nadharia ya mfumuko wa bei ni Sir Roger Pentrose, mtaalamu wa hisabati wa Kiingereza, mtaalamu katika uwanja wa uhusiano wa jumla na nadharia ya quantum, mkuu wa idara ya hisabati katika Chuo Kikuu cha Oxford. Aliamini kwamba majadiliano yote kuhusu mfumuko wa bei yalikuwa mbali na hayangeweza kuthibitishwa. Hiyo ni, kuna matatizo na maadili ya awali. Je, tunawezaje kuthibitisha kwamba katika Ulimwengu wa awali maumbile ya kutofanana yalikuwa hivi kwamba yangeweza kutoa ulimwengu wenye usawa unaozingatiwa leo? Na ikiwa hapo awali kulikuwa na curvature kubwa, basi athari zake za mabaki zinapaswa kuzingatiwa wakati huu.

Walakini, utafiti uliofanywa kama sehemu ya Mradi wa Supernova Cosmology umeonyesha kuwa mfumuko wa bei kwa sasa unazingatiwa katika hatua ya marehemu katika mageuzi ya Ulimwengu. Sababu inayosababisha jambo hili inaitwa nishati ya giza. Hivi sasa, nyongeza za Linde zimefanywa kwa nadharia ya mfumuko wa bei kwa njia ya mfumuko wa bei wa machafuko. Hatupaswi kukimbilia kuipunguza; nadharia ya Ulimwengu wa mfumuko wa bei bado itatumika katika ulimwengu.

Taarifa:

Okun L.B. "Leptons na quarks", M., Nauka, 1981

www.cosmos-journal.ru

Ni nini kingetokea ikiwa, katika siku za nyuma, nafasi ya Ulimwengu ilikuwa katika hali ya ombwe la uwongo? Ikiwa msongamano wa maada katika zama hizo ulikuwa chini ya kile kinachohitajika kusawazisha Ulimwengu, basi mvuto wa kuchukiza ungetawala. Hii ingesababisha ulimwengu kupanuka, hata kama haungepanuka mwanzoni.

Ili kufanya mawazo yetu kuwa ya uhakika zaidi, tutafikiri kwamba Ulimwengu umefungwa. Kisha inapuliza kama puto. Kadiri ujazo wa Ulimwengu unavyoongezeka, maada hupungua na msongamano wake hupungua. Hata hivyo, wiani wa wingi wa utupu wa uwongo ni wa kudumu mara kwa mara; daima inabakia sawa. Kwa hivyo haraka sana msongamano wa jambo unakuwa mdogo, tunabaki na bahari inayopanuka ya utupu wa uwongo.

Upanuzi unasababishwa na mvutano wa utupu wa uongo unaozidi kivutio kinachohusishwa na wiani wa wingi wake. Kwa kuwa hakuna kati ya hizi idadi inayobadilika kulingana na wakati, kiwango cha upanuzi kinabaki sawa. Kiwango hiki kina sifa ya uwiano ambao Ulimwengu unapanuka kwa kila kitengo cha wakati (sema, sekunde moja). Kwa maana, thamani hii ni sawa na kiwango cha mfumuko wa bei katika uchumi - ongezeko la asilimia kwa bei kwa mwaka. Mnamo 1980, wakati Guth akifundisha semina huko Harvard, kiwango cha mfumuko wa bei nchini Marekani kilikuwa 14%. Ikiwa thamani hii ingebaki thabiti, bei ingeongezeka mara mbili kila baada ya miaka 5.3. Vivyo hivyo, kasi ya upanuzi wa ulimwengu wote mzima hudokeza kwamba kuna kipindi fulani cha wakati ambacho ukubwa wa ulimwengu unaongezeka maradufu.
Ukuaji ambao unaonyeshwa na wakati wa kuongezeka mara mbili unaitwa ukuaji wa kielelezo. Inajulikana kusababisha nambari kubwa haraka sana. Ikiwa leo kipande cha pizza kina gharama ya $ 1, basi baada ya mizunguko 10 ya mara mbili (miaka 53 katika mfano wetu) bei yake itakuwa $ 10 ^ (24) $ dola, na baada ya mzunguko wa 330 itafikia $ 10 ^ (100) $ dola. Nambari hii kubwa, inayofuatwa na sufuri 100, ina jina maalum - googol. Guth alipendekeza kutumia neno mfumuko wa bei katika kosmolojia kuelezea upanuzi mkubwa wa Ulimwengu.

Wakati wa kuongezeka maradufu kwa ulimwengu uliojazwa na ombwe la uwongo ni mfupi sana. Na juu ya nishati ya utupu, ni mfupi zaidi. Katika kesi ya utupu wa electroweak, ulimwengu utapanua mara googol katika thelathini moja ya microsecond, na mbele ya utupu wa Grand Unified, hii itatokea $ 10 ^ (26) $ mara kwa kasi zaidi. Katika sehemu fupi kama hiyo ya sekunde, eneo lenye ukubwa wa atomi litaongezeka hadi ukubwa mkubwa zaidi kuliko Ulimwengu wote unaoonekana leo.

Kwa sababu ombwe la uwongo si thabiti, hatimaye hutengana na nishati yake huwasha moto wa chembe. Tukio hili linaonyesha mwisho wa mfumuko wa bei na mwanzo wa mageuzi ya kawaida ya cosmological. Kwa hivyo, kutoka kwa kiinitete kidogo cha awali tunapata Ulimwengu moto na unaopanuka wa saizi kubwa. Na kama bonasi iliyoongezwa, hali hii huondoa kimuujiza upeo wa macho na matatizo ya jiometri bapa yaliyo katika Kosmolojia ya Big Bang.

Kiini cha tatizo la upeo wa macho ni kwamba umbali kati ya baadhi ya sehemu za Ulimwengu unaoonekana ni kwamba daima umekuwa mkubwa kuliko umbali unaosafirishwa na mwanga tangu Big Bang. Hii inadhania kwamba hawakuwahi kuingiliana, na kisha ni vigumu kueleza jinsi walivyopata karibu usawa kamili wa halijoto na msongamano. Katika nadharia ya kawaida ya Mlipuko Mkubwa, umbali unaosafirishwa na mwanga huongezeka sawia na umri wa ulimwengu, ilhali umbali kati ya maeneo huongezeka polepole zaidi huku upanuzi wa anga unapopunguzwa na mvuto. Mikoa ambayo haiwezi kuingiliana leo itaweza kuathiriana katika siku zijazo, wakati nuru hatimaye itafunika umbali unaoitenganisha. Lakini zamani, umbali unaosafirishwa na mwanga unakuwa mfupi zaidi kuliko inavyopaswa kuwa, kwa hivyo ikiwa maeneo hayawezi kuingiliana leo, hakika hawakuweza kufanya hivyo hapo awali. Mzizi wa tatizo hivyo upo katika asili ya kuvutia ya mvuto, ambayo husababisha upanuzi kupungua polepole.

Hata hivyo, katika ulimwengu ulio na ombwe la uwongo, mvuto ni wa kuchukiza, na badala ya kupunguza kasi ya upanuzi, unaharakisha. Katika kesi hii, hali inabadilishwa: maeneo ambayo yanaweza kubadilishana ishara za mwanga yatapoteza uwezo huu katika siku zijazo. Na, muhimu zaidi, maeneo hayo ambayo hayapatikani kwa kila mmoja leo lazima yameingiliana katika siku za nyuma. Tatizo la upeo wa macho hupotea!
Tatizo la nafasi ya gorofa linatatuliwa kwa urahisi tu. Inabadilika kuwa Ulimwengu unasonga mbali na msongamano wake muhimu tu ikiwa upanuzi wake unapungua. Katika kesi ya upanuzi wa kasi wa mfumuko wa bei, kinyume chake ni kweli: Ulimwengu unakaribia msongamano muhimu, ambayo ina maana inakuwa gorofa. Kwa sababu mfumuko wa bei unapanua ulimwengu kwa kiasi kikubwa, tunaona sehemu yake ndogo tu. Eneo hili linaloonekana linaonekana tambarare, sawa na Dunia yetu, ambayo pia inaonekana gorofa inapotazamwa kutoka karibu na uso.

Kwa hivyo, kipindi kifupi cha mfumuko wa bei hufanya ulimwengu kuwa mkubwa, joto, usawa, na gorofa, na kuunda aina ya hali ya awali inayohitajika kwa Kosmolojia ya kawaida ya Big Bang.
Nadharia ya mfumuko wa bei ilianza kushinda ulimwengu. Kuhusu Guth mwenyewe, umiliki wake kama postdoc umekwisha. Alikubali ofa kutoka kwa mlezi wake, Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts, ambako anaendelea kufanya kazi leo.

Dondoo kutoka kwa kitabu cha A. Vilenkin "Many Worlds in One: The Search for Other Universes"

Nadharia ya mfumuko wa bei ikawa mada kuu ya kazi yangu muda mfupi baada ya semina ya Harvard ambapo niliisikia kwa mara ya kwanza. Lazima niseme kwamba kama ningekuwa na fumbo zaidi, ningeweza kuona dalili za hii hata kabla ya semina ya Guth. Kulikuwa na dalili za uhakika za mvuto wa kuchukiza katika kazi niliyokuwa nikifanya katika Chuo Kikuu cha Tufts.

Kampasi ya Tufts, iliyo kwenye kilima laini na kuzungukwa na miti yenye kivuli cha miti ya miti ya elm, inatoa hewa ya neema na utulivu. Unapopanda ngazi za kupanda mlima hadi katikati ya chuo na kupita kanisa la Romanesque lenye mierebi, unaona mnara wa ajabu. Bamba kubwa la granite huinuka wima kutoka chini kama jiwe la kale la kaburi. Maandishi juu yake yanasema:

"Unara huu uliwekwa na Roger W. Babson, mwanzilishi wa Wakfu wa Utafiti wa Mvuto. Inakusudiwa kuwakumbusha wanafunzi juu ya mustakabali mzuri ajabu wakati vihami-nusu vikigunduliwa ambavyo vinaweza kutumia mvuto kama nishati ya bure na kupunguza idadi ya ajali za ndege."

Hili ni jiwe maarufu la kupambana na mvuto, ishara ya hatima yangu.

Roger Babson, mwanzilishi wa Chuo cha Babson, alikuwa mfano hai wa jinsi ujuzi wa biashara unavyoweza kuishi kwa amani na mawazo yasiyo ya kisayansi. Alidai kuwa alitabiri ajali ya soko la hisa la 1929 na Unyogovu Mkuu uliofuata kwa kutumia sheria za Newton za mechanics. Kwa msaada wa Newton, alijikusanyia mali nyingi na, kwa kumshukuru Sir Isaac, alinunua majengo ambayo yalikuwa mahali pa mwisho pa Newton kukaa London, na pia mti wa tufaha kutoka kwa wazao wa mti huo maarufu uliokua karibu na nyumba ya Newton huko. Lincolnshire. Kulingana na hadithi, ilikuwa kutoka kwake kwamba apple ilianguka, ambayo ilimpa Newton wazo la mvuto. Na, kama unavyoweza kudhani, mvuto ulikuwa kitovu cha ulimwengu wa Babson.

Mapenzi ya Babson kuhusu nguvu ya uvutano yalianza tangu utotoni mwake, wakati dada yake alipozama kwenye mto. Alilaumu mvuto kwa kifo chake na aliamua kuwakomboa wanadamu kutoka kwa mvuto wake mbaya. Katika kitabu chake, Gravity, Our Enemy Number One, Babson anaeleza faida ambazo kizio kinachopinga mvuto kingeleta. Angepunguza uzito wa ndege na kuongeza kasi yao; matumizi yake katika nyayo za viatu kungepunguza uzito wa kutembea. Mvumbuzi maarufu Thomas Edison, ambaye Babson alikuwa marafiki naye maisha yake yote, alimpa wazo kwamba ngozi ya ndege inaweza kuwa na aina fulani ya dutu ya kupambana na mvuto, na Babson mara moja alipata mkusanyiko wa ndege elfu tano zilizojaa. Haijulikani ni nini hasa alifanya nao baadaye, lakini inaonekana mstari huu wa utafiti haukufanikiwa.

Kwa sifa ya Babson, aliweka pesa zake mahali pa mdomo wake. Alitoa michango kwa vyuo vikuu kadhaa, ikiwa ni pamoja na Tufts, ili kukuza utafiti wa kupambana na mvuto. Masharti pekee ya ruzuku hii ilikuwa uwekaji wa mnara huu kwenye chuo na maandishi.

Muundo huo wa ajabu uliaibisha utawala wa Tufts na ulitumika kama chanzo cha furaha nyingi za wanafunzi. Mara kwa mara hupotea, na kisha huonekana mahali ambapo inatarajiwa kupatikana. Wakati fulani ilizuia mlango wa bodi ya wadhamini na rais wa chuo kikuu siku ya kuhitimu. Wakati mwingine ilionekana kuwa jiwe lilikuwa limetoweka, lakini kimuujiza lilionekana mahali pake miaka kumi baadaye. Ilibainika kuwa kundi la wanafunzi walikuwa wameizika mahali fulani kwenye chuo kikuu, na kisha wakaichimba na kuirudisha mahali pake kwenye mkutano wa kumbukumbu ya kumbukumbu. Mvuto pekee haukuweza kushikilia jiwe kwenye msingi, kwa hivyo mwishowe liliwekwa chini kwa saruji.

Kwa kuwa wanasayansi wachache wangedai kuwa wanatafiti kwa bidii juu ya uwezo wa kukabiliana na uvutano, kupata pesa za Babson kulithibitika kuwa vigumu. Sio kwamba hakuna mtu aliyejaribu: Rais wa Chuo Kikuu Jean Meyer, mtaalamu wa lishe, alijaribu bila mafanikio kuthibitisha kwamba kupoteza uzito ni kupambana na mvuto. Baada ya miaka mingi ya mijadala na mabishano ya kisheria, hatimaye pesa zilikwenda katika kuanzisha Taasisi ya Tufts ya Cosmology.

Kama shirika lolote la kitaaluma linalojiheshimu, taasisi yetu ina mila yake ya kipekee - sherehe ya "uzinduzi" kwa wale wanaopokea udaktari katika cosmology. Baada ya kutetea tasnifu yake, tufaha hudondoshwa juu ya kichwa cha daktari huyo mpya, akipiga magoti mbele ya jiwe la kuzuia mvuto. Inaanguka kutoka kwa mkono wa msimamizi wa kazi na lazima kuliwa na daktari mpya wa minted.

Kufikia wakati Taasisi ya Kosmolojia ilipoanzishwa, Babson alikuwa amefariki kwa muda mrefu, na Wakfu wake wa Utafiti wa Gravitational ulikuwa umekuwa taasisi inayoheshimika ambayo ilitoa ruzuku kwa ajili ya utafiti wa uvutano. Kwa kawaida, hakuna mtu aliyetarajia wataalamu wa ulimwengu wa Tufts kujifunza antigravity, lakini, kwa kushangaza, walifanya hivyo. Utafiti mwingi katika taasisi hii unahusiana na ombwe la uwongo na mvuto wa kuchukiza, ambao kwa asili huchukuliwa kuwa ni antigravity. Kwa hiyo sidhani Bw. Babson angeweza kupata matumizi bora ya pesa zake. Ingawa hatujafanikiwa kupunguza idadi ya ajali za ndege.

Sura ya 8. Mfumuko wa bei wa milele

Nadhani jibu linalowezekana zaidi kwa swali la kile kilichotokea kabla ya mfumuko wa bei ni mfumuko wa bei zaidi.

Kwa sababu ya mfumuko wa bei, nafasi kati ya visiwa hivi inapanuka kwa kasi, na hivyo kutengeneza nafasi ya kuzaliwa kwa ulimwengu mpya wa kisiwa. Kwa hivyo, mfumuko wa bei ni mchakato wa kukimbia ambao umesimama katika ujirani wetu lakini unaendelea katika sehemu nyingine za Ulimwengu, na kuufanya upanuke kwa kasi ya ajabu, ukifagia kila mara ulimwengu mpya wa visiwa kama wetu.

Nishati inayotokana na kuoza kwa ombwe la uwongo huwasha mpira wa moto wa chembe za msingi, na kusababisha uundaji wa heliamu na matukio yote yanayofuata ya kosmolojia ya kawaida ya Big Bang. Kwa hivyo, wakati wa mwisho wa mfumuko wa bei una jukumu la Big Bang katika hali hii. Ikiwa tutawatambua, basi hatuhitaji tena kuzingatia Big Bang kama tukio la mara moja katika siku zetu zilizopita. Milipuko mingi kama hiyo imetokea mbele yake katika sehemu za mbali za Ulimwengu, na mingine mingi itatokea katika siku zijazo.

MIT inachukua eneo kubwa la majengo, ambapo zaidi ya mara moja nimepotea bila tumaini. Unaweza kutembea kando ya ukanda wa ghorofa ya tatu ya jengo la sita na ghafla kugundua kuwa tayari uko kwenye ghorofa ya nne ya jengo la kumi na sita. Niliamua kutoihatarisha na nikachagua njia rahisi zaidi, ingawa ndefu zaidi kuelekea lengo - kupitia lango kuu (lililotofautishwa na safu ya nguzo za Korintho na lililowekwa na kuba ya kijani kibichi). Baada ya kutembea Endless Corridor nzima na kupanda ngazi kadhaa za ndege, hatimaye nilifika ofisi ya Guth.

Nilimwambia Alan juu ya uwanja wa scalar kutembea bila mpangilio na jinsi ya kuielezea kihisabati. Na kisha, katikati ya kuelezea picha yangu mpya ya kushangaza ya ulimwengu, niliona kwamba Alan alianza kusinzia. Miaka mingi baadaye, baada ya kumfahamu vizuri zaidi, niligundua kwamba kwa ujumla alikuwa na usingizi sana. Tulipanga semina ya pamoja kwa wanacosmolojia huko Boston na eneo jirani, na katika kila mkutano Alan alilala kwa amani dakika chache baada ya kuanza kwa ripoti. Jambo la kushangaza ni kwamba onyesho lilipoisha, aliamka na kuuliza maswali mazito. Alan alikataa kwamba alikuwa na uwezo wowote wa asili, lakini sio kila mtu aliamini.

Nikikumbuka nyuma, nagundua nilipaswa kuendelea, lakini wakati huo, bila kujua kuhusu uwezo wa kichawi wa Alan, niliita siku moja haraka. Wenzake wengine pia hawakuwa na shauku katika hakiki zao. Fizikia ni sayansi ya uchunguzi, walisema, kwa hivyo tunapaswa kujiepusha na kutoa taarifa ambazo haziwezi kuthibitishwa. Haiwezekani kuona milipuko mingine mikubwa au maeneo ya mbali ambapo mfumuko wa bei unaendelea. Zote ziko nje ya upeo wa macho yetu, na tunawezaje kuwa na uhakika wa kuwepo kwao halisi? Nilikatishwa tamaa sana na mapokezi hayo baridi na niliamua kujumuisha kazi hii kama sehemu katika makala juu ya mada nyingine, kwa kuzingatia kwamba haikustahili uchapishaji wake wa kujitegemea.

Ili kuelezea wazo la mfumuko wa bei wa milele katika nakala hii, nilitumia mlinganisho wa mlevi anayetembea juu ya kilima. Miezi michache baadaye, nilipokea barua kutoka kwa mhariri ikisema kwamba makala hiyo imekubaliwa, isipokuwa kwamba kujadili walevi "hakukubaliki kwa jarida linalojulikana kama Tathmini ya Kimwili", na ninapaswa kuchukua nafasi yake kwa mlinganisho unaofaa zaidi. Nilisikia kwamba tukio kama hilo lilitokea hapo awali na Sidney Coleman. Katika makala yake kulikuwa na mchoro ambao ulionekana kama duara na mkia wavy. Coleman aliita "mchoro wa tadpole" . Kama ulivyoelewa tayari , mhariri alipata neno hili halikubaliki pia. "Sawa," Coleman alijibu, "hebu tuite mchoro wa manii." Kwa hiyo, toleo la awali la makala lilikubaliwa bila maoni zaidi. Nilizingatia uwezekano wa kutumia mbinu za Coleman, lakini mwishowe niliamua dhidi yake - sikutaka kujihusisha na vita.

Sikurudi kwenye nadharia ya mfumuko wa bei wa milele kwa karibu 10 miaka. Isipokuwa kwa kipindi kimoja...

Dakika ya milele

Nilibadilisha kazi inayohusiana na masilahi yangu mengine ya kisayansi, na polepole ilianza kuonekana kuwa ya kushangaza kwangu kwamba nilikuwa nikizingatia sana ulimwengu usioonekana. Lakini, kusema ukweli, kishawishi cha kutazama nje ya upeo wa Ulimwengu hakijaondoka. Mnamo 1986, tukiwa hatuwezi kupinga tena, mimi na mwanafunzi wangu aliyehitimu Mukunda Aryal tulitengeneza kielelezo cha kompyuta cha Ulimwengu wa milele wa mfumuko wa bei.

Teknolojia ni ngumu kwangu, na sijawahi kuandika mstari mmoja wa kanuni katika maisha yangu. Lakini nina ufahamu mzuri sana wa jinsi kompyuta "zinavyofikiri" na nimesimamia miradi kadhaa mikubwa ya kompyuta kwa wanafunzi wangu waliohitimu. Kwa kuwa sikuweza kuangalia nambari zao (na hata kama ningeweza, sidhani kama ningefurahiya hata kidogo), nilikuwa nikihofia mende zilizofichwa na nilitibu matokeo kwa tahadhari kubwa. Kwa hivyo nilimfanya Mukunda afanye majaribio mengi, akiendesha simulizi za kesi ndogo ambapo tulijua jibu mapema. Hatimaye, baada ya kuhakikisha kuwa kila kitu kilikuwa kikifanya kazi kikamilifu, tulianza kazi halisi.

Simulizi ilianza na eneo ndogo la utupu wa uwongo, unaowakilishwa na mstatili mwepesi kwenye skrini ya kompyuta. Baada ya muda, visiwa vya kwanza vya giza vya utupu wa kweli vilianza kuonekana. Mipaka ya ulimwengu wa visiwa hivi iliposonga mbele katika bahari ya mfumuko wa bei, ilikua kwa ukubwa haraka. Hata hivyo, eneo la kupanuka kwa bei lilipanuka kwa kasi zaidi, hivi kwamba vipindi vinavyotenganisha ulimwengu wa kisiwa viliongezeka, na ulimwengu mpya wa kisiwa uliibuka katika nafasi mpya iliyoundwa.

Picha iliyoibuka baada ya muda fulani wa kuigiza ilionyesha ulimwengu wa kisiwa mkubwa uliozungukwa na ndogo, kuzungukwa na hata ndogo zaidi, na kadhalika. Ilikuwa sawa na mtazamo wa ndege wa visiwa, muundo ambao wanahisabati huita fractal. Katika Mtini. Mchoro 8.3 unaonyesha matokeo ya simulizi inayofanana, lakini ngumu zaidi iliyofanywa baadaye na wanafunzi wangu Vitaly Vanchurin na Serge Winitzki.

Mukunda na mimi tulichapisha matokeo yetu ya uigaji katika jarida la Ulaya la Barua za Fizikia. Udadisi wangu kuhusu malimwengu yasiyoonekana uliridhika sasa na nikaendelea na kazi nyingine. Wakati huo huo, Andrei Linde alichukua suala hili kwa karibu.

Machafuko ya Mfumuko wa Bei Linde

Linde ndiye shujaa wa kweli wa mfumuko wa bei, mtu ambaye aliokoa nadharia kwa kuvumbua kilima cha nishati bapa kwa uwanja wa scalar. Tangu 1983, amekuwa akifanya kazi juu ya wazo kwamba Ulimwengu huanza katika hali ya machafuko ya awali. Sehemu ya scalar katika hali hii inabadilika nasibu kutoka kwa uhakika hadi hatua. Katika baadhi ya maeneo huishia juu ya kilima cha nishati, na katika maeneo hayo mfumuko wa bei hutokea.

Linde aligundua kuwa uwanja haukuhitaji kuanza juu ya mazingira ya nishati. Inaweza kuanza kuteremka kutoka sehemu nyingine kwenye mteremko. Kwa kweli, kilima cha nishati hakiwezi kuwa na hatua ya juu, ikipanda juu bila vikwazo (Mchoro 8.4). Vile visivyo na juu - kwa kusema, bila juu - kilima kina chini - utupu wa kweli, lakini hakuna mahali maalum kwa utupu wa uwongo. Jukumu lake linaweza kuchezwa na sehemu yoyote kwenye mteremko ambapo uwanja uliishia katika hali ya machafuko ya awali, mradi tu ni juu ya kutosha kutoa muda wa kushuka unaohitajika kwa mfumuko wa bei. Linde alielezea mawazo haya katika karatasi yenye kichwa "Mfumuko wa bei wa machafuko."

Miaka michache zaidi baadaye, Linde alisoma athari za kushuka kwa thamani kwenye uwanja wa scalar katika hali hii. Bila kutarajia, ikawa kwamba wanaweza pia kusababisha mfumuko wa bei wa milele, licha ya ukweli kwamba kilima cha nishati hakina juu ya gorofa.

Angalizo kuu la Linde lilikuwa kwamba katika miinuko ya juu, kushuka kwa thamani kwa kiasi huwa na nguvu zaidi na kunaweza kusukuma uwanja juu dhidi ya nguvu zinazouvuta kuteremka. Kwa hivyo uwanja ukianza juu, hauzingatii sana mteremko na hutembea bila mpangilio kana kwamba iko juu ya kilima. Wakati matanga yanapoipeleka kwenye nyanda za chini za mazingira ya nishati, kushuka kwa thamani kwa quantum ni dhaifu, shamba huanza kuzunguka kwa utaratibu kwa hali ya utupu wa kweli. Hii inachukua muda mrefu zaidi kutokea kuliko kupanda maradufu kwa mfumuko wa bei, kwa hivyo maeneo yanayopanuka huongezeka haraka kuliko kuoza, na kusababisha mfumuko wa bei wa milele.

Hapa lazima nisitishe na niondoe mkanganyiko wa istilahi unaozunguka mada hii. Mfumuko wa bei wa kudumu mara nyingi huchanganyikiwa na mfumuko wa bei uliochafuka, ingawa haya ni mambo tofauti kabisa. Jina "chaotic" linaonyesha ubahatishaji wa hali ya awali na haina uhusiano wowote na asili ya milele ya mfumuko wa bei. Linde alionyesha kuwa mfumuko wa bei wa machafuko unaweza pia kuwa wa milele, lakini hii inamaliza uhusiano kati ya nadharia. Kwa ajili ya uwazi, katika kile kinachofuata nitapunguza mjadala wangu kwa mfano wa asili wa kilima cha nishati iliyopanuliwa ya mfumuko wa bei. Mfumuko wa bei wa milele kwenye kilima kisicho na juu inaonekana sawa.

Nakala ya Linde juu ya mfumuko wa bei wa milele haikuleta shauku zaidi kuliko yangu, iliyochapishwa miaka mitatu mapema. Hata hivyo, mwitikio wake ulikuwa tofauti. Hakuacha msimamo wake, aliendelea na utafiti katika eneo hili na alitoa ripoti mara kwa mara juu ya matokeo yake. Hata hivyo, jumuiya ya kimwili haikukubali shinikizo lake. Ilichukua karibu miaka ishirini kwa bahati kugeukia mfumuko wa bei wa milele.

Sura ya 9. Mbingu Zinazozungumza

Wakati Alan Guth alipopendekeza nadharia ya mfumuko wa bei mwaka 1980, haikuwa chochote zaidi ya dhana ya kubahatisha. Lakini mwishoni mwa miaka ya 1990, ilikuwa tayari karibu na kuwa msingi wa cosmology ya kisasa. Uchunguzi mpya ulithibitisha utabiri wa nadharia, na kwa njia isiyotarajiwa sana.

Kurudi kwa mara kwa mara ya cosmological

Utabiri muhimu zaidi wa mfumuko wa bei ni kwamba eneo linaloonekana la Ulimwengu linapaswa kuwa tambarare, yaani, kuwa na jiometri ya Euclidean. Ulimwengu kwa ujumla unaweza kuwa wa duara au kuwa na umbo changamano zaidi, lakini upeo wa macho wetu unashughulikia sehemu yake ndogo tu, na kwa hivyo hatuwezi kutofautisha jiometri yake na bapa. Kama ilivyojadiliwa katika Sura ya 4, kauli hii ni sawa na ukweli kwamba msongamano wa wastani wa Ulimwengu lazima uwe sawa na msongamano muhimu kwa usahihi wa juu sana.

Wakati nadharia ya mfumuko wa bei ilipoonekana, wanaastronomia walikuwa na shaka sana kuhusu utabiri wake. Jambo la kawaida, linalojumuisha protoni, neutroni na elektroni, hutoa asilimia chache tu ya msongamano muhimu. Pia kuna idadi kubwa zaidi ya kinachojulikana jambo la giza, inayojumuisha baadhi ya chembe zisizojulikana. Kweli kwa jina lake, jambo la giza haliwezi kuzingatiwa moja kwa moja, lakini uwepo wake unaonyeshwa na mvuto wa mvuto unaowekwa kwenye vitu vinavyoonekana. Uchunguzi wa mwendo wa nyota na galaksi unaonyesha kuwa wingi wa vitu vya giza ni karibu mara kumi kuliko wingi wa maada ya kawaida. Na bado, hata ukijumlisha aina zote mbili za misa, karibu tu 30 asilimia ya msongamano muhimu bado haitoshi kufikia thamani inayohitajika 70 asilimia.

Hayo yalikuwa mawazo hadi 1998, wakati vikundi viwili huru vya utafiti vilitangaza ugunduzi wa kushangaza. Walipima mwangaza wa milipuko ya supernova katika galaksi za mbali na wakatumia data hii kuboresha historia ya upanuzi wa ulimwengu. Kwa mshangao wao mkubwa, waligundua kwamba badala ya kupunguzwa kasi na mvuto, kasi ya upanuzi kwa kweli ilikuwa ikiongezeka. Ugunduzi huu ulionyesha kwamba Ulimwengu umejaa aina fulani ya dutu inayochukiza mvuto. Uwezekano rahisi zaidi ni kwamba ombwe la kweli tunaloishi lina msongamano wa wingi usio na sifuri. Kama tunavyojua, ombwe linachukiza mvuto, na ikiwa msongamano wake unazidi nusu ya msongamano wa dutu hii, matokeo halisi yatakuwa kukataa.

Msongamano wa wingi wa utupu wa kweli ni kile Einstein alichoita mara kwa mara ya cosmological, wazo ambalo yeye mwenyewe alitangaza kuwa kosa lake kubwa zaidi. Alizikwa karibu 70 miaka, lakini leo haionekani kuwa mbaya sana. Kama tutakavyoona baadaye, kurudi bila kutarajiwa kwa mara kwa mara ya cosmological kulisababisha mgogoro mkubwa katika fizikia ya chembe. Hata hivyo, hii ilikuwa zamu nzuri sana ya matukio kwa nadharia ya mfumuko wa bei. Msongamano wa wingi wa utupu, unaokadiriwa kutoka kwa kuongeza kasi ya ulimwengu, ni karibu 70 asilimia ya msongamano muhimu - kiasi hasa kinachohitajika kufanya Ulimwengu kuwa tambarare!

Hitimisho hili lilithibitishwa baadaye na uchunguzi wa mionzi ya microwave ya cosmic. Badala ya kutegemea unganisho la Friedmannian kati ya jiometri ya ulimwengu na msongamano wake, uchunguzi wa microwave huruhusu mtu kuamua moja kwa moja jiometri ya nafasi - kimsingi kwa kupima jumla ya pembe za pembetatu kubwa nyembamba na vertex moja Duniani na nyingine. mbili kwenye sehemu za utoaji wa microwaves zinazofika kwetu kutoka sehemu mbili za karibu angani. (Pande ndefu za pembetatu hizi leo hupima takriban 40 miaka mabilioni ya mwanga.) Katika nafasi tambarare, kama tunavyojua kutoka kwa masomo ya jiometri ya shule, jumla ya pembe inapaswa kuwa digrii 180. Thamani kubwa kwa jumla ya pembe tatu itaonyesha Ulimwengu uliofungwa na jiometri ya spherical (Mchoro 9.1), na thamani ndogo itaonyesha Ulimwengu wazi na umbo la tandiko. Uchunguzi wa microwave unaonyesha kuwa kwa kweli jumla ya pembe ni karibu sana na thamani inayolingana na nafasi ya gorofa. Matokeo haya yanaweza kuonyeshwa kwa njia tofauti kwa kutumia uhusiano wa Friedmann kati ya jiometri na msongamano. Vipimo vya hivi karibuni katika kesi hii vinaonyesha kuwa msongamano wa Ulimwengu ni sawa na msongamano muhimu na usahihi wa si mbaya zaidi kuliko asilimia 2 - mafanikio ya kuvutia kwa cosmology ya mfumuko wa bei.

Picha za zamani za moto

Ushindi mwingine wa mfumuko wa bei ulikuwa maelezo ya usumbufu mdogo wa msongamano, mawimbi yasiyoonekana, ambayo baadaye yakawa galaksi. Nadharia ya mfumuko wa bei ilifanya utabiri wa wazi: ukubwa wa usumbufu unapaswa kuwa takriban sawa kwenye mizani yote ya urefu wa astrophysical - kutoka umbali wa tabia ya nyota (miaka kadhaa ya mwanga) na hadi ukubwa wa Ulimwengu wote unaoonekana. Kufikia mapema miaka ya 1990, waangalizi walikuwa tayari kujaribu utabiri huu.

Kama ilivyojadiliwa katika Sura ya 4, mawimbi ya awali yanaacha alama katika mnururisho wa mandharinyuma ya anga. Mwangaza huu wa Big Bang ulitolewa 13 mabilioni ya miaka iliyopita na sasa huja kwetu kutoka pande zote angani. Tangu kugunduliwa kwa mionzi hii katikati ya miaka ya 1960, wanasaikolojia wameshuku kuwa ina picha ya Ulimwengu wa mapema. Walakini, inhomogeneities ya msingi ilikuwa ndogo sana - laki moja tu ya kiwango cha wastani - kwamba kwa miaka mingi walibaki zaidi ya mipaka ya usahihi wa kipimo, na ni msingi tu wa usawa uliozingatiwa. Mafanikio hayo yalikuja mnamo 1992, wakati satelaiti ya COBE (Cosmic Background Explorer) ilipozinduliwa. Alitengeneza ramani kamili ya anga kwa kupima mionzi inayotoka pande zote, na kwa mara ya kwanza aliweza kutambua tofauti ndogo ndogo katika ukubwa wake.

Ramani ya COBE inafanana na picha isiyo ya kulenga: inaonyesha tu vipengele vikubwa vya mpira wa moto wa ulimwengu, na maelezo bora zaidi, chini ya takriban. 7 digrii angani, giza kabisa. (Kwa kulinganisha, Mwezi unaonekana kwa pembe ya nusu ya shahada.) COBE ilifuatiwa na mfululizo wa majaribio mengine ya kuongeza usahihi. Ya hivi punde kati ya hizi ilikuwa misheni nyingine ya satelaiti ya WMAP. Katika picha ya WMAP ya mpira wa moto (Mchoro 4.2), vipengele vidogo kama 1/5 digrii, yaani, iko ndani 30 mara kali kuliko ramani asili ya COBE.

Data ilipokusanywa, hatua kwa hatua, hatua kwa hatua, picha ya viwimbi vya msingi ilijitokeza. Na, kwa kushangaza, iligeuka kuwa inakubaliana kabisa na utabiri wa nadharia ya mfumuko wa bei! Ushahidi huu wa enzi ya mapema ya joto ulibaki angani kwa mabilioni ya miaka, ukingoja kugunduliwa na kuelezewa. Na sasa mbingu zimezungumza hatimaye.

Mfumuko wa bei utakabiliwa na mfululizo wa majaribio mapya ya ufuatiliaji katika miaka ijayo. Nadharia ya kimwili inaweza kuthibitishwa na majaribio, lakini haiwezi kuthibitishwa kamwe. Kwa upande mwingine, ukweli mmoja uliothibitishwa kabisa unatosha kuupinga. Kwa mfano, mfumuko wa bei unatabiri kuwa msongamano unapaswa kuwa sawa na msongamano muhimu kwa usahihi. 1 Kwa 100 000 . Kwa hivyo ikiwa jaribio la siku zijazo litapata upungufu mkubwa, mfumuko wa bei utakuwa shida.

Kizazi kipya cha misheni ya mandharinyuma ya microwave ni pamoja na satelaiti ya Planck, ambayo itaboresha zaidi azimio la picha, na uchunguzi wa QUIET wa msingi wa ardhini, ambao utapima mwelekeo wa uwanja wa umeme (polarization) wa microwave kwa usahihi wa juu. Mchoro wa polarization ni nyeti kwa kuwepo kwa mawimbi ya mvuto - vibrations vidogo katika jiometri ya muda wa nafasi. Athari hii inaweza kutumika kupima ubashiri mwingine wa nadharia ya mfumuko wa bei: kwamba tunapaswa kuzamishwa katika bahari ya wimbi la mvuto na anuwai kubwa ya urefu wa mawimbi, kutoka kwa saizi ndogo kuliko mfumo wa jua hadi mizani kubwa zaidi inayozingatiwa. Amplitude ya mawimbi haya imedhamiriwa na nishati ya utupu wa uwongo - nguvu ya kuendesha gari ya mfumuko wa bei. Nguvu ya juu, mawimbi makubwa zaidi. Kwa hivyo ikiwa QUIET itatambua kushuka kwa thamani ya mvuto, tutaweza kubainisha nishati ya ombwe la uwongo linalosababisha upanuzi wa mfumuko wa bei. Hii itakuwa hatua muhimu kuelekea kuelewa mfumuko wa bei na uhusiano wake na fizikia ya microworld.

Data mpya ilipopatikana, mawazo yangu yalizidi kugeukia wazo lililoachwa la mfumuko wa bei wa milele. Hoja kuu dhidi yake ilikuwa kwamba inauchukulia Ulimwengu zaidi ya upeo wa macho yetu, ambao hauwezekani kuchunguzwa. Lakini ikiwa nadharia ya mfumuko wa bei inaungwa mkono na data katika sehemu inayoonekana ya Ulimwengu, je, hatupaswi pia kuamini hitimisho lake kuhusu maeneo ambayo hatuwezi kuchunguza?

Ikiwa nitatupa jiwe kwenye shimo nyeusi, basi, kwa kutumia nadharia ya uhusiano, naweza kuelezea jinsi inavyoanguka kuelekea katikati yake na jinsi inavyoanguka na kuyeyuka chini ya ushawishi wa nguvu kubwa za mvuto. Hakuna kati ya haya inayoweza kuzingatiwa kutoka nje kwa sababu hakuna mwanga au ishara nyingine yoyote inayoweza kutoka ndani ya shimo jeusi. Bado wachache wangehoji usahihi wa maelezo yangu. Tuna kila sababu ya kuamini kwamba nadharia ya uhusiano hufanya kazi sawa ndani ya shimo nyeusi kama inavyofanya nje. Vile vile sasa vinaweza kusemwa juu ya nadharia ya mfumuko wa bei. Ni lazima tujaribu kutoa kutoka humo kila kitu ambacho kinaweza kusema kuhusu muundo wa ajabu wa Ulimwengu, asili yake na hatima ya mwisho.

Sura ya 10. Visiwa visivyo na mwisho

Hata kwa ufupi, ningejiona kuwa mtawala wa nafasi kubwa.

Shakespeare, "Hamlet" (Imetafsiriwa na K.R. (Konstantin Romanov)

Wakati ujao wa ustaarabu

Swali ambalo lilinifanya nifikirie juu ya mfumuko wa bei wa milele linasikika kama hadithi za kisayansi kuliko fizikia. Ilihusu mustakabali wa maisha ya akili katika Ulimwengu. Matarajio ya muda mrefu ya ustaarabu wowote unaoibukia yanaonekana kuwa mbaya. Hata akiepuka majanga ya asili na kujiangamiza, hatimaye ataishiwa na nguvu. Nyota hufa mapema au baadaye, na vyanzo vingine vyote vya nishati pia vimechoka. Lakini sasa mfumuko wa bei wa kudumu unaonekana kutoa matumaini.

Nyota katika kitongoji chetu cha cosmic zitakufa, lakini idadi isiyo na kikomo ya nyota mpya itaonekana katika bangs kubwa za baadaye za mfumuko wa bei usio na mwisho. Kanda inayoonekana kwetu ni sehemu ndogo tu ya kisiwa kimoja cha Ulimwengu, kilichopotea katika bahari ya mfumuko wa bei ya utupu wa uwongo (ona Mchoro 8.3). Katikati ya bahari hii, ulimwengu mpya wa kisiwa wenye maelfu ya maelfu ya nyota mpya hujitokeza kila mara.

Kwa kweli, uundaji wa nyota utaendelea daima, hata ndani ya ulimwengu wetu wa kisiwa. Mipaka yake inaendelea kusonga mbele kuelekea bahari ya mfumuko wa bei. Maendeleo yao yasiyoweza kuepukika husababishwa na kuanguka kwa utupu wa uwongo katika mikoa ya karibu ya mfumuko wa bei. Kwa kweli, mipaka hii ni maeneo ambayo Big Bang inatokea hivi sasa. Ulimwengu ulioundwa hivi karibuni ni mdogo sana, lakini hukua bila kikomo kadiri wanavyozeeka. Sehemu za kati za visiwa vikubwa vya Ulimwengu ni za zamani sana. Wao ni giza na wameachwa: nyota zote hapa zimekufa kwa muda mrefu, na maisha yametoweka. Lakini maeneo karibu na kingo za visiwa ni changa sana na yanapaswa kuwa na nyota zinazong'aa.

Ustaarabu wa hali ya juu unaweza kutaka kutuma misheni ya kutawala mifumo mpya ya nyota iliyoanzishwa karibu na ukingo wa kisiwa chake. Mbaya zaidi, wangeweza angalau kutuma ujumbe kwa ustaarabu mpya unaoendelea karibu na mpaka au katika ulimwengu mwingine wa kisiwa. Ustaarabu huo unaweza, kwa upande wake, kutuma ujumbe kwa ijayo, na kadhalika. Ikiwa tutafuata njia hii, tunaweza kuwa tawi la "mti" unaokua kila wakati wa ustaarabu, na hekima yetu iliyokusanywa haitapotea kabisa.

Matukio haya yalipendekezwa na Andrei Linde katika nakala "Maisha baada ya mfumuko wa bei", na nilitaka kujua ikiwa angalau moja yao inawezekana kwa ukweli, angalau kwa kanuni. Linde alichambua vipengele mbalimbali vya tatizo hili, lakini hakufikia hitimisho lolote la uhakika. Ukweli kwamba mahali fulani katika Ulimwengu nyota ziliundwa baadaye kuliko hapa haimaanishi kwamba tunaweza kufika huko kwa wakati unaopatikana. Kwa upande mwingine, shukrani kwa Einstein, tunajua kwamba dhana za "mapema" na "baadaye" sio kabisa na zinaweza kutegemea mwangalizi. Ili kusonga mbele katika kutatua tatizo hili, nilihitaji kuelewa muundo wa muda wa anga za juu wa Ulimwengu unaopanda milele.

Kama ilivyojadiliwa katika Sura ya 2, nafasi na wakati katika nadharia ya uhusiano zimeunganishwa na kuwa chombo chenye pande nne kiitwacho. muda wa nafasi. Hoja ndani yake ni tukio ambalo lina msimamo na wakati fulani. Zingatia matukio mawili yanayoweza kuvutia umakini wako—kwa mfano, muungano wa darasa lako hapa Duniani, na mechi ya mpira wa juu kati ya nyota iliyoratibiwa miaka 3 kutoka sasa kwenye Alpha Centauri, takriban miaka 4 ya mwanga. Swali: Je, unaweza kufika kwenye matukio haya yote mawili?

Jibu linaweza kupatikana kwa kuhesabu kinachojulikana muda wa nafasi muda kati ya matukio mawili. Katika muda wa nafasi ina jukumu sawa na umbali kati ya pointi katika nafasi. Ufafanuzi wake wa hisabati sasa hauonekani; Lakini ni muhimu kwamba vipindi vinaweza kuwa vya aina mbili: kama nafasi Na kama wakati. Muda wa muda ni sawa ikiwa kitu cha nyenzo kinaweza kutoka tukio moja hadi jingine bila kukiuka kanuni ya msingi ya nadharia ya uhusiano - kutowezekana kwa kusonga kwa kasi zaidi kuliko kasi ya mwanga. Katika kesi hii, waangalizi wote watakubaliana ni nini kati ya matukio mawili yaliyotokea mapema na ambayo yalitokea baadaye. Kinyume chake, ikiwa haiwezekani kutoka kwa tukio moja hadi lingine (yaani, ikiwa hii inahitaji kasi ya juu zaidi), muda ni kama nafasi. Hakuna hata moja ya matukio haya mawili yanaweza kusababisha nyingine. Einstein alionyesha kuwa mpangilio wa muda wa matukio kama haya unategemea mwangalizi na inawezekana kila wakati kupata mwangalizi ambaye hutokea wakati huo huo.

Katika mfano wetu wa Alpha Centauri, muda unabadilika kuwa kama nafasi, kwa hivyo itabidi uchague ni tukio gani la kupendelea. Bila shaka, katika kesi hii si vigumu kupata jibu bila hata kuhesabu muda. Katika miaka mitatu, mwanga husafiri miaka mitatu ya mwanga, na kusafiri nne - umbali wa Alpha Centauri - ungelazimika kusafiri kwa kasi zaidi kuliko mwanga. Katika muda wa nafasi uliopinda wa ulimwengu na mfumuko wa bei usio na kikomo, uchanganuzi unakuwa mgumu zaidi, na muda bado unapaswa kuhesabiwa.

Muda wa nafasi ya ulimwengu wa kisiwa umeonyeshwa kwa mpangilio katika Mchoro 10.1. Mwelekeo wa wima unafanana na wakati, na mwelekeo wa usawa unafanana na moja ya vipimo vitatu vya anga; vipimo vingine viwili vimeachwa. Kila mstari mlalo ni taswira ya ulimwengu kwa wakati fulani. Historia ya ulimwengu wa kisiwa inaweza kufuatiliwa kwa kuanzia na mstari wa nukta mlalo ulioandikwa "kabla" chini ya kielelezo na kusonga juu hatua kwa hatua. (Wakati kwa wakati unaolingana na mstari huu unarejelea sehemu inayopuliza ya muda wa anga, ambapo ulimwengu wa kisiwa bado haujaundwa.) Mstari mnene ulioandikwa maneno "Big Bang" ni mpaka kati ya ulimwengu wa kisiwa na sehemu inayopuliza. ya nafasi. Sehemu inayoonyeshwa na galaksi nyeusi ni "hapa na sasa," na galaksi nyeupe zinaonyesha maeneo ambayo hali ni sawa na zile tunazoona karibu nasi leo. Mstari wa nukta mlalo ulioandikwa "sasa" unawakilisha wakati wa sasa. Unalingana na ulimwengu wa kisiwa wenye eneo la kati lisilo na watu na maeneo yanayotengeneza nyota karibu na kingo.

Hesabu rahisi inaonyesha kuwa Big Bangs zote ziko kando ya mstari thabiti kwenye takwimu zimetenganishwa na vipindi vinavyofanana na nafasi. Kwangu, hii ikawa uchunguzi muhimu zaidi, ambao uliniruhusu kuunda jibu langu mwenyewe kwa swali juu ya mustakabali wa ustaarabu. Pia ilibadilisha kabisa jinsi nilivyofikiria kuhusu ulimwengu wa kisiwa.

Aina inayofanana na nafasi ya vipindi inaonyesha kutowezekana kwa kutoka tukio moja la Big Bang hadi lingine lolote. Kwa maneno mengine, huwezi kukaa kwenye ukingo wa ulimwengu wa kisiwa kwa sababu kingo zake zinasonga haraka kuliko mwanga. Inatokea kwamba hatuwezi kamwe kufikia mwambao wa bahari ya mfumuko wa bei na kuoka katika mionzi ya jua mpya ambayo itazaliwa huko. Na hatuwezi kutuma ujumbe wowote kwa ustaarabu wa siku zijazo ambao utakua karibu na jua hizi, kwa kuwa hakuna ishara inayoweza kusafiri haraka kuliko mwanga. Cha kusikitisha ni kwamba mfumuko wa bei wa kudumu hauonekani kuwa mzuri kwa matarajio ya muda mrefu ya wanadamu.

Huenda ukashangazwa na upanuzi mkubwa zaidi wa ulimwengu wa kisiwa kwa sababu inaonekana kupingana na katazo la Einstein la kusafiri haraka kuliko nyepesi. Walakini, katazo hili ni la kuchagua sana: linatumika tu kwa harakati za vitu vya nyenzo (ikiwa ni pamoja na mionzi kama rangi au mawimbi ya mvuto) kuhusiana na kila mmoja, ambapo mipaka ya ulimwengu wa kisiwa ni vyombo vya kijiometri ambavyo havimiliki wingi au nishati. . Upanuzi wa kiwango cha juu zaidi wa mipaka unamaanisha kuwa Big Bangs zinazofuatana haziwezi kuhusishwa kwa sababu. Wao si kama tawala, ambapo anguko la domino moja husababisha linalofuata kuanguka. Uenezi wa kuoza kwa utupu huamuliwa mapema na muundo wa uwanja wa scalar unaozalishwa wakati wa mfumuko wa bei. Shamba hubadilika katika nafasi vizuri sana, na kwa sababu hiyo, utupu katika maeneo ya jirani huharibika karibu wakati huo huo. Hii ndiyo sababu Big Bangs hufuatana kwa mfululizo wa haraka na kwa nini mpaka unapanuka haraka sana.

Muda haujalishi

Ninaungama Kwako, Bwana, bado sijui ni saa ngapi.

Mtakatifu Augustino

Lakini bado tunamaanisha nini tunaposema kwamba Mlipuko Mkubwa kwenye ukingo wa ulimwengu wa kisiwa ulitokea baadaye kuliko katika eneo lake la kati? Kwa kuwa vipindi vyote kati ya matukio yote ya Big Bang vinafanana kimaeneo, ina maana kwamba kutakuwa na kutoelewana kati ya waangalizi kuhusu ni lipi kati ya matukio haya lililotokea mapema na lipi baadaye. Tumwamini yupi? Sasa tutajaribu kufafanua suala hili. Uchambuzi wetu unaweza kuonekana kuwa wa kutatanisha, lakini inafaa kufanya kwa sababu utatuongoza kwenye hitimisho la mbali.

Kama hali ya joto, hebu kwanza tufikirie ulimwengu wenye usawa ulioelezewa na mojawapo ya mifano ya Friedmann. Wakati wowote wa wakati, jambo ndani yake linasambazwa sawasawa katika nafasi. Hili linaweza kuonekana kuwa dogo, lakini lazima tufafanue ni nini maana ya "point in time".

Wanasaikolojia wanapozungumza kuhusu “wakati fulani wa wakati,” wanawazia hesabu kubwa ya watazamaji, walio na saa, waliotawanyika katika ulimwengu wote mzima. Kila mtazamaji huona eneo dogo tu mara moja karibu naye, kwa hiyo jumuiya nzima ya watazamaji inahitajika ili kuelezea ulimwengu kwa ujumla. Tunaweza kujiona kuwa mmoja wa washiriki wake. Saa yetu inaonekana sasa 14 miaka bilioni PBB. “Wakati uleule” katika sehemu nyingine ya ulimwengu utatokea usomaji uleule unapoonekana kwenye lindo la mtazamaji hapo. Ni lazima sasa tuamue jinsi waangalizi walio nje ya upeo wa macho wa kila mmoja wao wanaweza kusawazisha saa zao.

Katika kesi ya ulimwengu wa Friedmann, jibu ni dhahiri: ndani yake, Big Bang ni mwanzo wa asili wa wakati, hivyo kila mwangalizi lazima ahesabu muda kutoka kwake. Kwa ufafanuzi huu wa samtidiga, msongamano wa maada unaopimwa na waangalizi wote kwa wakati mmoja utakuwa sawa, ambayo ina maana kwamba ulimwengu utakuwa sawa.

Kimsingi, inaruhusiwa kuzingatia idadi ya waangalizi ambao saa zao zimewekwa tofauti. Kwa mfano, tunaweza kuhamisha asili ya wakati kwa kiasi fulani kuhusiana na Big Bang na kufanya thamani hii kutofautiana kutoka eneo moja la nafasi hadi jingine. Kisha ulimwengu utaonekana kuwa ngumu sana na tofauti. Bila shaka, hakuna mtu mwenye akili timamu ambaye angetumia maelezo hayo. Inatatiza sana uchanganuzi na kuficha hali halisi ya ulimwengu wa Friedman. Lakini mambo si rahisi sana kila wakati.

Tukirudi kwenye ulimwengu usio na kikomo wa mfumuko wa bei, kwanza fikiria eneo kubwa kama lile lililoonyeshwa kwenye Mchoro 8.3, ikijumuisha ulimwengu wa visiwa na kanda za mfumuko wa bei. Katika eneo kama hilo, haiwezekani kuchagua asili ya wakati. Kwa hivyo, ufafanuzi wa "wakati kwa wakati" unakuwa wa kiholela, hali pekee ni kwamba matukio yote ya "wakati" lazima yatenganishwe na vipindi vinavyofanana na nafasi. Ikiwa utachagua wakati wa mwanzo mapema vya kutosha, wakati eneo lote liko katika hali ya utupu wa uwongo, baadaye ndani yake, kama tulivyojadili tayari katika sura iliyopita, ulimwengu wa kisiwa utaonekana na kuanza kupanuka. Hata hivyo, utaratibu wa kuonekana kwao, pamoja na kasi na fomu wanazopata wanapopanua, zinaweza kutofautiana sana kulingana na uchaguzi wa wakati wa awali.

Tuseme sasa kwamba tunapendezwa na ulimwengu fulani wa kisiwa fulani na tunataka kuuelezea kutoka kwa mtazamo wa wakazi wake. Kisha hali inageuka kuwa tofauti kabisa. Kama vile ulimwengu wa Friedmanian, kuna chaguo la asili kwa mwanzo wa wakati. Watazamaji wote wanaoishi katika ulimwengu wa kisiwa wanaweza kuhesabu kutoka kwa Big Bang - kila mmoja mahali pake. Kwa maneno mengine, Big Bang inaweza kuchaguliwa kama "pointi kwa wakati" ya awali. Chaguo hili husababisha picha mpya, tofauti kabisa ya ulimwengu wa kisiwa. Ili kutofautisha kati ya maelezo ya eneo kubwa na kisiwa tofauti, tutakubali kuwaita mtazamo wa nje (wa kimataifa) na mtazamo wa ndani (wa ndani), kwa mtiririko huo.

Mtazamo wa ndani wa ulimwengu wa kisiwa umeonyeshwa kwenye Mchoro 10.2. Kama hapo awali, wakati wa Mlipuko Kubwa unaonyeshwa kama mkunjo thabiti unaoitwa "Big Bang". Msongamano wa jambo katika matukio yote kwenye curve hii ni sawa na imedhamiriwa na msongamano wa utupu wa uwongo unaooza. Kwa hivyo, kwa mtazamo wa ndani, ulimwengu wa kisiwa ni karibu homogeneous. Wakati uliopo kwa wakati unawakilishwa hapa na mstari wa alama unaoitwa "sasa", ambao unaambatana na safu ya galaksi kwenye takwimu. Pointi zote kwenye mstari huu zina sifa ya wiani wa wastani wa jambo na mkusanyiko sawa wa nyota - sawa na kuzingatiwa karibu nasi. Lakini jambo la kushangaza zaidi ni kwamba kwa mtazamo wa ndani, ulimwengu wa kisiwa hauna mwisho!

Kwa mtazamo wa kimataifa, ulimwengu wa kisiwa hukua kadri Mlipuko Mkubwa unavyoenea kuvuka mipaka yake, na ukisubiri kwa muda wa kutosha, utakuwa mkubwa kiholela, lakini kwa mtazamo wa wenyeji, Mlipuko Mkubwa ulitokea mara moja, na ulimwengu wa kisiwa ulikuwa. kubwa sana tangu mwanzo. Katika Mchoro 10.2, infinity hii inafanana na ukweli kwamba mstari imara wa Big Bang hauishi popote. Ikiwa tutaendelea na mkondo huu, basi pointi zake zitalingana na matukio ya baadaye ya Big Bang kutoka kwa mtazamo wa kimataifa na maeneo ya mbali zaidi wakati wa awali - kutoka kwa mtazamo wa ndani. Infinity ya muda ndani ya mtazamo mmoja ni kubadilishwa katika infinity ya nafasi ndani ya mwingine.

Picha kubwa

Hebu jaribu kufupisha kwa ufupi. Ikiwa kwa namna fulani tungeweza kuona Ulimwengu wa mfumuko wa bei usio na mwisho kutoka nje, kama vile tunavyotazama Dunia kutoka angani, tungeona ulimwengu mwingi uliotawanyika katika bahari kubwa ya mfumuko wa bei ya ombwe la uwongo. Ikiwa Ulimwengu ungefungwa, mtazamo uliofunguliwa mbele yetu ungeweza kukumbusha kwa kiasi fulani ulimwengu na mabara na visiwa vilivyozungukwa na bahari. Ulimwengu huu unapanuka kwa kasi ya kushangaza, ulimwengu wa kisiwa pia unapanuka haraka sana, na kati yao visiwa vidogo vipya vinaonekana kila wakati na huanza kukua mara moja. Idadi ya ulimwengu wa visiwa huongezeka kwa haraka na inakuwa isiyo na kikomo katika kikomo cha siku zijazo zisizo na kikomo.

Wakazi wa ulimwengu wa kisiwa, kama sisi, wanaona picha tofauti kabisa. Ulimwengu wao hautambuliwi nao kama kisiwa cha ukubwa wa mwisho. Inaonekana kwao kuwa ulimwengu unaojitegemea usio na mwisho. Mpaka kati ya ulimwengu wao na sehemu ya mfumuko wa bei ya muda wa anga ni Mlipuko Mkubwa, ambao ulitokea wakati fulani huko nyuma. Hatuwezi kufikia bahari ya mfumuko wa bei kwa sababu tu haiwezekani kusafiri nyuma kwa wakati.

Inashangaza sana kwamba Ulimwengu "mkubwa", ulio na ulimwengu wote wa kisiwa usio na mwisho, unaweza kufungwa na kuwa na mwisho. Ukinzani unaoonekana unatatuliwa ikiwa tutazingatia kwamba dhana ya wakati wa ndani katika ulimwengu wa kisiwa inatofautiana na wakati wa "ulimwengu", ambao lazima utumike kuelezea muda wa nafasi kwa ujumla. Katika wakati wa kimataifa, sehemu za nje za ulimwengu wa kisiwa bado hazijaundwa na zitakamilisha uundaji wao tu katika siku zijazo za mbali sana, wakati katika wakati wa ndani ulimwengu wa kisiwa hutokea wakati huo huo. Muundo wa muda wa muda wa Ulimwengu uliofungwa wa mfumuko wa bei usio na kikomo umeonyeshwa kwenye Mchoro 10.3.

Kipengele kisichotarajiwa cha ulimwengu wa kisiwa, ambacho kutoka ndani kinaonekana usio na kipimo, kiligeuka kuwa muhimu sana: baadaye kiliniongoza kwenye hitimisho ambalo labda ni matokeo ya kushangaza zaidi ya mfumuko wa bei wa milele.

Sura ya 11. Uishi mfalme!

Je! mambo yote yanayoweza kutokea hayapaswi kutokea, yametokea, yametokea zamani?

Kuhesabu hadithi

Lakini sio tu idadi ya majimbo tofauti ya mkoa wa O ina mwisho - hiyo hiyo inaweza kusemwa juu ya idadi ya historia zake zinazowezekana.

Historia inaelezewa na msururu wa majimbo kwa nyakati zinazofuatana kwa wakati. Dhana kama vile historia inaonekana kuwa tofauti sana katika quantum na fizikia ya classical. Katika ulimwengu wa quantum, siku zijazo hazijaamuliwa kipekee na zamani. Hali sawa za awali zinaweza kusababisha matokeo mengi tofauti, na tunaweza tu kuhesabu uwezekano wao. Kama matokeo, anuwai ya uwezekano huongezeka sana. Lakini kutokuwa na uhakika wa kiasi tena hutuzuia kutofautisha kati ya hadithi ambazo zinafanana sana.

Chembe ya quantum, kama sheria, haina historia iliyofafanuliwa kipekee. Hii haishangazi, kwani, kama tunavyojua, haina msimamo uliowekwa wazi. Lakini kutokuwa na uhakika haimaanishi kwamba hatujui ni njia gani chembe inachukua kutoka chanzo chake hadi kigunduzi. Hali ni ya kushangaza zaidi: inaonekana kwamba chembe hufuata njia nyingi tofauti kwa wakati mmoja, na zote zinachangia matokeo ya mchakato.

Tabia hii ya skizofrenic inaonyeshwa vyema na jaribio maarufu la kupasuliwa mara mbili (Mchoro 11.4). Ufungaji una chanzo cha mwanga na sahani ya picha, ambayo inafunikwa na skrini ya opaque yenye slits mbili nyembamba. Mwanga huingia kupitia mpasuo na kuunda picha kwenye sahani. Jaribio hilo lilifanywa kwa mara ya kwanza mwanzoni mwa karne ya 19 na mwanafizikia wa Kiingereza Thomas Young. Aligundua kwamba picha hiyo ilikuwa na mistari ya mwanga na giza inayopishana. Mwangaza kutoka kwa mpasuko wote huanguka kwenye sehemu zote za bati la picha. Lakini katika sehemu zingine, mawimbi nyepesi hufika kwa awamu (mikoba na mawimbi ya mawimbi mawili yanafuatana), yakiimarisha kila mmoja, wakati katika sehemu zingine ziko kwenye antiphase (miiko ya wimbi moja inaambatana na miiko ya lingine) na kufuta kila mmoja. nje. Kwa hivyo muundo wa kupigwa unaelezewa na asili ya wimbi la mwanga.

Mambo ya kushangaza huanza tunapopunguza nguvu ya chanzo cha mwanga hadi kiwango ambacho fotoni hutolewa moja baada ya nyingine - moja baada ya nyingine. Kila photoni huacha alama kwenye sahani ya picha. Mara ya kwanza wao hupangwa kwa nasibu, lakini kwa kushangaza, baada ya muda fulani huunda muundo unaofanana kabisa na kupigwa ambazo zilipatikana hapo awali. Fotoni hugonga skrini kando, ili zile zinazopita kwenye mpasuko mmoja haziwezi kuingiliana na zile zinazopita kwenye nyingine. Lakini wanawezaje "kuimarisha" au "kupunguza" kila mmoja?

Ili kuelewa suala hilo zaidi, tunaweza kuangalia kile kinachotokea ikiwa tutalazimisha fotoni kupita kwenye mpasuko mmoja au mwingine. Wacha tuseme tunafanya jaribio kwa kufungua mpasuko mmoja tu, na kisha kufungua mwingine kwa muda sawa, bila kubadilisha sahani ya picha. Kwa kuwa fotoni hupitia usanidi mmoja mmoja, hii haipaswi kuleta tofauti yoyote na tunatarajia kupata muundo sawa. Haki? Hapana. Katika toleo hili lililorekebishwa la jaribio, hakuna misururu itakayozingatiwa, na picha itaonyesha tu muhtasari wa mpasuo mbili.

Hii ina maana kwamba wazo kwamba photon hupitia moja ya slits bila kuzingatia ikiwa nyingine ni wazi si sahihi. Wakati mpasuo wote umefunguliwa, fotoni kwa namna fulani "inahisi" historia mbili zinazowezekana ambazo inaweza kufuata. Wanaamua kwa pamoja uwezekano kwamba fotoni itapiga eneo maalum kwenye sahani. Jambo hili linaitwa kuingiliwa kwa quantum kati ya hadithi.

Uingiliaji wa Quantum hauonyeshwa waziwazi kama katika jaribio la kupasuliwa mara mbili, lakini huathiri tabia ya kila chembe katika Ulimwengu. Chembechembe zinaposogea kutoka sehemu moja hadi nyingine, "hunusa" njia nyingi tofauti, ili badala ya zamani zilizobainishwa wazi, tuwe na mtandao uliochanganyikiwa wa historia zinazoingilia kati.

Je, mtu anawezaje kuwa na hakika kwamba tukio lilifanyika kweli? Jinsi ya kutoa maana kwa dhana ya historia? Jibu linaturudisha kwenye maelezo mafupi.

Kama hapo awali, tunagawanya nafasi katika seli ndogo na kuweka hali ya mfumo wa hali ya juu (O-eneo kwa upande wetu) kwa kubainisha "anwani" za seli kwa chembe zote. Historia ya ukandamizaji hufafanuliwa na mlolongo wa hali kama hizo kwa vipindi vya kawaida, kama vile kila sekunde mbili. Hebu tusisitize jambo muhimu: athari ya kuingiliwa kwa kawaida huwa na nguvu tu kwa hadithi ambazo ziko karibu sana kwa kila mmoja. Ikiwa unaongeza ukubwa wa seli na vipindi vya muda, basi historia tofauti za coarse-grained zitakuwa tofauti zaidi na zaidi kutoka kwa kila mmoja, na wakati fulani kuingiliwa kwao kutakuwa na maana kabisa. Baada ya hayo, tunaweza kuzungumza juu ya historia mbadala ya mfumo.

Urasmi wa mechanics ya quantum kwa mujibu wa historia-grained coarse iliendelezwa hivi karibuni, katika miaka ya 1990, na Robert Griffiths, Roland Omnes, James Hartle na Murray Gell-Mann. Waligundua, haswa, kwamba saizi ya chini ya seli ambayo mtu bado anaweza kuzungumza juu ya uhakika wa historia, kama sheria, ni ndogo, na muda wa chini wa muda ni sehemu ndogo ya sekunde. Haishangazi kwamba katika ulimwengu wa macroscopic wa historia ya uzoefu wa mwanadamu inaonekana kuelezewa vizuri.

Historia ya ukandamizaji hufanyika kwa idadi fulani ya hatua, na historia yoyote ya muda lazima iwe na idadi maalum ya matukio. Wakati wowote, mfumo unaweza tu kuwa katika idadi fulani ya majimbo, ambayo ina maana kwamba idadi ya historia tofauti za mfumo lazima iwe na mwisho.

Jaume na mimi tulifanya hesabu ya haraka nyuma ya bahasha na kukadiria idadi ya historia zinazowezekana za mkoa wa O kutoka kwa Big Bang hadi leo. Kama unavyoweza kutarajia, matokeo ni nambari nyingine ya "googolplex": 10 kwa nguvu 10 150 . Idadi halisi ya majimbo ya quantum na historia ya mkoa wa O sio muhimu sana, lakini ukomo wa idadi yao una matokeo muhimu kwa mjadala wetu.

Historia inajirudia

Hebu tuangalie kwa karibu hali hiyo. Iliibuka kama matokeo ya nadharia ya mfumuko wa bei, kulingana na ambayo ulimwengu wa kisiwa hauna mwisho ndani na kila moja ina idadi isiyo na kikomo ya mikoa ya O. Pia inategemea mechanics ya quantum, ambayo inasema kwamba kuna idadi ndogo tu ya historia ambayo inaweza kupatikana katika eneo lolote la O. Kwa kuchanganya kauli hizi mbili, bila shaka tunafikia hitimisho kwamba kila hadithi mahususi lazima irudiwe idadi isiyo na kikomo ya nyakati. Kulingana na mechanics ya quantum, kila kitu ambacho hakijakatazwa kabisa na sheria za uhifadhi kina uwezekano usio na sifuri wa kutokea, ambayo inamaanisha kuwa ilitokea katika idadi isiyo na kikomo ya mikoa ya O!

Miongoni mwa matukio haya yanayorudiwa bila mwisho lazima kuwe na hadithi za kushangaza sana. Kwa mfano, sayari inayofanana na Dunia yetu inaweza kuanguka ghafla na kuwa shimo jeusi. Au inaweza kutoa mapigo makubwa ya mnururisho na kuhamia kwenye obiti tofauti, karibu zaidi na nyota ya kati. Matukio kama haya hayawezekani sana, lakini hii inamaanisha tu kwamba itabidi uangalie maeneo mengi ya O kabla ya kupata moja ambayo hii ilifanyika.

Matokeo ya kushangaza ya picha hii mpya ya ulimwengu ni kuwepo kwa idadi isiyo na kikomo ya walimwengu sawa na wetu. Ndiyo, msomaji mpendwa, dazeni za nakala zako sasa wameshikilia kitabu hiki mikononi mwao. Wanaishi kwenye sayari sawa kabisa na Dunia yetu yenye milima, miji, miti na vipepeo vyake vyote. Ardhi hizi huzunguka nakala za Jua, na kila jua ni la gala kubwa ya ond - mfano halisi wa Milky Way yetu.

Je, nchi hizi zote zinakaliwa na nakala zetu hadi lini? Tunajua kuwa jambo lililo katika eneo letu la O linaweza kupatikana ndani 10 kwa kiwango 10 90 majimbo mbalimbali. Kiasi kilicho na, tuseme, googolplex ( 10 kwa kiwango 10 100 ) O-mikoa lazima itumie uwezekano wote. Kiasi kama hicho kitakuwa na kipenyo kwa mpangilio wa googolplex ya miaka nyepesi. Kwa umbali mkubwa, mikoa ya O, pamoja na yetu, itarudia.

Lazima pia kuwe na maeneo ambayo hadithi ni tofauti kidogo na zetu, na tofauti zote zinazowezekana. Julius Caesar aliposimama na vikosi vyake kwenye ukingo wa Mto Rubicon, alijua kwamba alipaswa kufanya uamuzi muhimu. Kuvuka mto kungekuwa uhaini, na kusingekuwa na kurudi nyuma. Kwa maneno "Jacta alea est!" - "Kifa kinatupwa!" - Aliamuru askari kwenda mbele. Na kifo kilitupwa kweli: katika nchi zingine Kaisari alikua dikteta wa Kirumi, wakati katika zingine alishindwa, aliteswa na kuuawa kama adui wa serikali. Bila shaka, nchi nyingi hazijawahi kuwa na mtu anayeitwa Kaisari, na maeneo mengi katika ulimwengu hayana kitu kama Dunia yetu, kwa kuwa kuna matukio mengi zaidi yanayowezekana zaidi ya kurudiwa kwa urahisi.

Ni ishara sana kwamba picha hii ya ulimwengu ilionekana katika mji uliojaa roho ya Salvador Dali. Kama mchoro wa Dali, anachanganya maelezo ya ajabu, ya kutisha na ukweli unaojulikana. Bado hii ni matokeo ya moja kwa moja ya mfumuko wa bei ya cosmology. Jaume na mimi tuliandika makala kuhusu picha mpya ya dunia na kuiwasilisha kwa jarida kuu la fizikia Tathmini ya Kimwili. Tuliogopa kwamba makala hiyo ingekataliwa kuwa “ya kifalsafa kupita kiasi,” lakini ilikubaliwa bila pingamizi. Katika sehemu ya majadiliano kuelekea mwisho tuliandika:

"Kuwepo kwa mikoa ya O yenye historia zote zinazowezekana, ambazo kati yake zinafanana au karibu kufanana na zetu, kuna matokeo kadhaa ya kutisha. Ikiwa umewahi kufikiria juu ya uwezekano wa bahati mbaya mbaya, unaweza kuwa na uhakika kwamba imetokea. tayari imetokea katika baadhi ya Mikoa ya O. Ikiwa uliepuka ajali, basi huna bahati katika baadhi ya mikoa yenye historia sawa ya awali. Kwa upande mwingine, wasomaji wengine watafurahi kujua kwamba kuna usio na mwisho. idadi ya O-Mikoa ambapo Al Gore alikua rais na - ndio! - Elvis yuko hai."

Vyombo vya habari vilijibu mara moja - kama vile Jaume alikuwa ametabiri. Mwezi uliofuata, gazeti New Scientist la Uingereza lilichapisha pitio la makala yetu yenye kichwa “Mfalme Aishi Muda Mrefu!”

Habari nyingine ni zipi?

Baadaye tuligundua kuwa picha ya wahusika wetu wengi waliotawanyika katika Ulimwengu wote ina historia. Mwanafizikia maarufu wa Urusi Andrei Sakharov alionyesha wazo kama hilo katika hotuba yake ya Nobel mnamo 1975. Alisema:

“Ustaarabu mwingi lazima uwepo katika anga isiyo na kikomo, kutia ndani wenye akili zaidi, wenye “mafanikio” zaidi kuliko yetu.

Wengine hata waliita wazo kwamba chochote kinapaswa kutokea katika Ulimwengu usio na kikomo kama dhahiri. Taarifa hii, hata hivyo, ni ya uongo. Fikiria, kwa mfano, mlolongo wa nambari zisizo za kawaida 1, 3, 5, 7, … . Haina kikomo, lakini haiwezi kusema kuwa ina nambari zote zinazowezekana. Baada ya yote, haina idadi sawa. Vivyo hivyo, kutokuwa na mwisho wa nafasi yenyewe hakuhakikishii kwamba uwezekano wote hupatikana mahali fulani katika Ulimwengu. Kwa mfano, galaksi hiyo hiyo inaweza kujirudia bila kikomo katika anga.

Jambo hili lilibainishwa na wanafizikia wa Afrika Kusini George Ellis na G. Brundrit. Walithibitisha, kwa msingi wa dhana ya kutokuwa na mwisho wa Ulimwengu, kwamba kunapaswa kuwa na idadi isiyo na kikomo ya maeneo ambayo yanafanana sana na Dunia yetu. (Katika uchanganuzi wao walitegemea fizikia ya kitambo na kwa hiyo waliweza kuzungumza tu kuhusu kufanana, lakini si kuhusu utambulisho wa dunia nyingine na yetu.) Pia walipendekeza kwamba hali ya awali ya Ulimwengu inatofautiana bila mpangilio kutoka eneo O hadi jingine. ili kwa kiasi kisicho na kipimo chaguzi zote zinazowezekana zimechoka. Kwa hivyo, uwepo wa clones wetu haujitokezi, lakini unategemea mawazo juu ya kutokuwa na mwisho wa anga na "nasibu kamili" ya Ulimwengu.

Kwa kulinganisha, katika kesi ya mfumuko wa bei usio na kipimo, mali hizi hazihitaji kuletwa kama mawazo huru. Nadharia yenyewe inadokeza kwamba ulimwengu wa visiwa hauna kikomo na kwamba hali za awali wakati wa Mlipuko Kubwa huwekwa na michakato ya quantum nasibu wakati wa mfumuko wa bei. Kuwepo kwa clones kwa hivyo ni matokeo ya kuepukika ya nadharia.

Maana ya neno "kuwa"

Yote inategemea maana ya neno "ni".

Bill Clinton

Wazo la walimwengu wengi, au ulimwengu "sambamba", pia limejadiliwa katika muktadha tofauti kabisa. Huenda umesikia juu ya tafsiri za ulimwengu nyingi za mechanics ya quantum, ambayo inasema kwamba ulimwengu unagawanyika kila mara katika nakala nyingi, ili matokeo yote ya kila mchakato wa quantum yanapatikana katika nakala tofauti. Licha ya kufanana dhahiri na mfumuko wa bei usio na kipimo, hizi ni nadharia tofauti kabisa. Ili tusiwachanganye, wacha tuchukue safari fupi kwenye ulimwengu wa walimwengu wengi.

Quantum mechanics ni nadharia iliyofanikiwa sana. Inaelezea muundo wa atomi, mali ya umeme na ya joto ya yabisi, athari za nyuklia na superconductivity. Wanafizikia wanaiamini bila masharti, lakini msingi wa nadharia hii haujulikani kwa kushangaza, na mjadala juu ya tafsiri yake unaendelea hadi leo.

Suala la utata zaidi ni asili ya uwezekano wa mitambo ya quantum. Tafsiri inayoitwa Copenhagen, iliyotengenezwa na Niels Bohr na wafuasi wake, inasema kwamba ulimwengu wa quantum kimsingi hautabiriki. Kulingana na Bohr, haina maana kuuliza chembe ya quantum iko wapi hadi ufanye kipimo kuigundua. Uwezekano wa matokeo yote yanayowezekana ya kipimo yanaweza kuhesabiwa kwa kutumia sheria za mechanics ya quantum. Chembe hizo zinaonekana kuwa haziwezi "kuamua" na kuruka hadi mahali fulani wakati wa mwisho wakati kipimo kinafanywa.

Tafsiri mbadala ilipendekezwa na Hugh Everett III katika tasnifu yake ya udaktari ya 1950 katika Chuo Kikuu cha Princeton. Alisema kuwa kwa kweli matokeo yote yanayowezekana ya kila tukio la quantum yanatekelezwa, lakini hii hufanyika katika ulimwengu tofauti, "sambamba". Kwa kipimo chochote cha nafasi ya chembe, Ulimwengu hugawanyika katika maelfu ya nakala ambazo chembe hiyo hupatikana katika sehemu zote zinazowezekana. Mchakato wa matawi ni wa kuamua kabisa, lakini hatujui ni tawi gani litahusishwa na wetu uzoefu. Kama matokeo, matokeo wetu kipimo bado kinabaki kuwa cha uwezekano, na Everett alionyesha kuwa uwezekano wote unageuka kuwa sawa kabisa na katika tafsiri ya Copenhagen.

Kwa sababu uchaguzi wa tafsiri hauathiri matokeo yoyote au utabiri wa nadharia, wanafizikia wengi wanaofanya kazi wanaamini juu ya majadiliano juu ya misingi ya mechanics ya quantum na hawatumii muda juu ya masuala hayo. Kulingana na mwanafizikia wa chembe Isidor Rabi, "Quantum mechanics ni algorithm tu. Itumie. Inafanya kazi, usijali." Mbinu hii ya "kufunga na kuhesabu" inafanya kazi vizuri kila mahali isipokuwa quantum cosmology, ambayo mechanics ya quantum inatumika kwa ulimwengu wote. Tafsiri ya "orthodox" ya Copenhagen, ambayo inahitaji mwangalizi wa nje kufanya taratibu za kipimo kwenye mfumo, katika kesi hii haiwezi hata kutengenezwa: hakuna mwangalizi wa nje wa Ulimwengu. Wataalamu wa ulimwengu kwa hivyo wanapendelea picha ya ulimwengu nyingi.

Everett na baadhi ya wafuasi wake wanasisitiza kwamba ulimwengu wote unaofanana ni wa kweli sawa, lakini wengine wanaamini kwamba hizi ni ulimwengu unaowezekana tu na kati yao ni moja tu ya kweli. Mjadala huu unaweza kugeuka kuwa mzozo rahisi juu ya maneno: inaposemwa kuwa kuna ulimwengu mwingine unaofanana, unaojitegemea wetu, kauli hii ina maana gani hasa? Kama Rais Clinton alisema katika tukio lingine, "Yote inategemea maana ya neno "ni." Ulimwengu sambamba ni kama mistari inayofanana: hawana pointi zinazofanana. Kila moja inakua kwa kujitegemea katika nafasi na wakati tofauti, ambayo haiwezi kupenya. popote pale katika Ulimwengu wetu.Lakini ni jinsi gani basi tunaweza kujua kama zipo kweli au kama uwezekano tu?

Lazima nisisitize kwamba hakuna hata moja ya haya yanayoathiri picha ya mfumuko wa bei wa milele ulioelezwa mwanzoni mwa sura hii. Ikiwa tafsiri ya walimwengu wengi inakubaliwa, basi kuna mkusanyiko wa "sambamba" ulimwengu unaopanda milele, kila moja ikiwa na idadi isiyo na kikomo ya maeneo ya O. Picha mpya ya ulimwengu inatumika kwa kila moja ya ulimwengu wa mkutano huu.

Kwa kuongezea, tofauti na wazo la walimwengu sambamba, mikoa mingine ya O hakika ni ya kweli. Zote ni za wakati mmoja wa anga, na ikiwa tungekuwa na wakati wa kutosha, tunaweza hata kuwafikia na kulinganisha hadithi zao na zetu.

Mazoezi

Bila shaka wasomaji wengi watajiuliza: Je, kweli tunahitaji kuamini upuuzi huu wote kuhusu washirika wetu? Je, kuna njia ya kuepuka hitimisho la ajabu kama hilo? Ikiwa huwezi kabisa kukubaliana na wazo kwamba mwenzako katika kundi la nyota la mbali ni Republican (au, kinyume chake, Mwanademokrasia), na ikiwa uko tayari kufahamu majani yoyote ili kuliepuka, wacha nikupe michache ya mirija.

Kwanza kabisa, kuna uwezekano kwamba nadharia ya mfumuko wa bei sio sahihi. Wazo la mfumuko wa bei ni la kushawishi sana na linathibitishwa na uchunguzi, lakini, kwa kweli, sio kwa kiwango sawa na, kwa mfano, nadharia ya Einstein ya uhusiano.

Hata kama Ulimwengu wetu ni bidhaa ya mfumuko wa bei, tunaweza kudhani kuwa mfumuko wa bei sio wa milele. Kweli, hii itahitaji kunyoosha sana katika nadharia. Ili kuepuka mfumuko wa bei wa milele, mazingira ya nishati ya shamba la scalar lazima yalengwa maalum kwa mahitaji yetu.

Hakuna uwezekano huu unaoonekana kuvutia. Nadharia ya mfumuko wa bei ndiyo maelezo bora zaidi tuliyo nayo kwa Big Bang. Iwapo tutaikubali nadharia hii na kutoikeketa kwa kuongeza sifa zisizo za lazima kabisa na za kiholela, hatutakuwa na budi ila kukubali mfumuko wa bei kuwa usio na kikomo, pamoja na matokeo yote yanayofuata, tuwapende au tusiwapendi.

Kwaheri kwa upekee

Katika mawazo ya watu wa kale, sisi wanadamu tulikuwa katikati ya Ulimwengu. Anga haikuwa mbali sana, na hatima ya watu na falme inaweza kusomwa kutoka kwa nyota na sayari kwenye vault yake ya velvet. Kuondoka kwetu kutoka kwa mstari wa mbele kulianza na kazi za Copernicus na ilidumu hadi mwisho wa karne iliyopita. Sio tu kwamba Dunia sio kitovu cha mfumo wa jua, lakini Jua yenyewe ni nyota ya kawaida kwenye viunga vya gala ya kawaida. Na bado tulitiwa moyo na wazo kwamba kulikuwa na kitu maalum sana Duniani - kwamba ilikuwa sayari pekee iliyo na aina hii ya maisha na kwamba ustaarabu wa mwanadamu na sanaa yake, utamaduni na historia yake ilikuwa ya kipekee katika Ulimwengu wote. Mtu anaweza kufikiri kwamba upekee huu ni sababu tosha ya kulinda sayari yetu ndogo kama kazi ya thamani ya sanaa.

Sasa tumepoteza dai hili la mwisho la upekee. Katika picha ya ulimwengu unaotokana na nadharia ya mfumuko wa bei wa milele, Dunia na ustaarabu wetu hauwezi kwa njia yoyote kuchukuliwa kuwa ya kipekee. Ustaarabu usiohesabika unaofanana umetawanyika katika anga nyingi zisizo na mwisho za anga. Kwa kupunguzwa huku kwa hadhi ya ubinadamu hadi kutokuwa na umuhimu kabisa wa ulimwengu, safari yetu kutoka katikati mwa hatua ya ulimwengu inaweza kuzingatiwa kuwa kamili.

Kutoka kwa Kiingereza shamba - "shamba". - Kumbuka. tafsiri

Neno "kickspan" ( kickspan) inayotokana na Kiingereza. maneno teke- "sukuma" na muda- "ukubwa", "amplitude". Huu ndio umbali wa juu ambao mawasiliano yanawezekana katika Ulimwengu wa mfumuko wa bei. Ni sawa na ukubwa muhimu wa kipande cha ombwe bandia kinachohitajika kwa mfumuko wa bei (tazama Sura ya 6): 1 milimita kwa utupu wa electroweak na ndani 10 13 mara chache kwa ombwe la Muungano Mkuu. Umbali huu una jukumu la upeo wa macho katika Ulimwengu unaopanuka wa mfumuko wa bei.

Neno nusu-maisha linatokana na fizikia ya nyuklia, ambapo hurejelea wakati inachukua nusu ya atomi katika sampuli ya dutu ya mionzi kuoza.

Alan Guth anaviita visiwa hivi "ulimwengu wa mfukoni." Walakini, Lenny Susskind alibaini kuwa hii inaharibu mapenzi yote. (Ikumbukwe kwamba katika nusu ya kwanza ya karne iliyopita, neno "ulimwengu wa kisiwa" katika fasihi maarufu ya sayansi lilirejelea galaksi. - Kumbuka. tafsiri)

Ili kuepuka kuchanganyikiwa, kuanzia sasa nitatumia neno "Big Bang" kurejelea mwisho wa mfumuko wa bei, na hali ya awali (au ya mwisho) yenye curvature na msongamano usio na kikomo itaitwa umoja.

A. Vilenkin, "Kuzaliwa kwa ulimwengu wa mfumuko wa bei", Tathmini ya Kimwili, juzuu. D27, uk. 2848 (1983). Makala hii inahusu quantum cosmology; mfumuko wa bei wa milele unajadiliwa katika sehemu ya mwisho.

Eneo lenye uvimbe mwingi lingejaza skrini ya kompyuta haraka, na hivyo kutulazimisha kusimamisha uigaji. Tulikabiliana na tatizo hili kwa kutumia kipimo cha upanuzi cha umbali ambacho kilikua kwa kiwango sawa na eneo la mfumuko wa bei. Ikiwa unatumia mtawala wa kunyoosha vile, kiasi cha utupu wa uwongo unaoongezeka haubadilika kwa muda, na inachukua eneo la mara kwa mara kwenye skrini. Katika mlinganisho na mfumuko wa bei wa kiuchumi ambao tulitumia katika Sura ya 5, kipimo hiki kinalingana na kuonyesha bei katika "dola asili," na hivyo kuondoa athari za mfumuko wa bei.

M. Aryal na A. Vilenkin, "Kipimo cha fractal cha ulimwengu wa mfumuko wa bei", Barua za Fizikia, juzuu. B199, uk. 351 (1987).

A.D. Linde, "Ulimwengu wa mfumuko wa bei unaojizalisha milele" ("Ulimwengu wa mfumuko wa bei uliopo wa milele unaojizalisha wenye machafuko"). Barua za Fizikia, juzuu. B175, uk. 395 (1986). Neno "mfumko wa bei wa kudumu" lilianzishwa na Linde katika makala hii.

Upanuzi wa kasi wa Ulimwengu uligunduliwa na Timu ya Utafutaji ya High-Z Supernova, ikiongozwa na mwanaastronomia wa Harvard Robert Kirshner na Brian Schmidt wa Siding Springs Observatory nchini Australia, na Mradi wa Supernova katika cosmology (Supernova Cosmology Project), wakiongozwa na Saul Perlmutter. . Unaweza kusoma moja kwa moja kuhusu ugunduzi huu katika kitabu cha kijanja cha Robert Kirchner "The Extravagant Universe: Exploding Stars, Dark Energy and the Accelerating Cosmos" ( Ulimwengu Uliokithiri: Nyota Zinazolipuka, Nishati ya Giza, na Cosmos inayoongeza kasi., Princeton University Press, Princeton, 2004).

Umbali wa supernova, ambayo imedhamiriwa na mwangaza wake unaoonekana kutoka Duniani, inatuambia muda gani mwanga kutoka humo ulichukua kutufikia, na kwa hiyo wakati mlipuko ulitokea. Uwekundu wa mwanga (Doppler shift) unaweza kutumika kukadiria kiwango cha upanuzi wa kikosmolojia wakati huo. Tazama Sura ya 14 kwa maelezo zaidi.

Uwezekano mwingine utatajwa katika sura zifuatazo. Wanafizikia wengi huwa na agnostic kuhusu sababu za kuongeza kasi ya cosmological na kutaja kuwa "nishati ya giza."

Ikiwa, kwa upande mwingine, uchunguzi unaonyesha kwamba msongamano unazidi msongamano muhimu kwa zaidi ya laki moja, matokeo yatakuwa kwamba Ulimwengu ni tufe ndogo ya tatu-dimensional, si kubwa zaidi kuliko upeo wa kisasa. Hii italeta matatizo makubwa sana kwa mfumuko wa bei.

Imetajwa baada ya mwanzilishi wa fizikia ya quantum Max Planck, ambaye alitengeneza fomula inayoelezea jinsi nishati ya mionzi ya joto inasambazwa kati ya mawimbi ya masafa tofauti. Satelaiti ilizinduliwa mnamo Mei 14, 2009.

Asili ya mawimbi ya mvuto ni sawa na kuonekana kwa usumbufu wa wiani (tazama Sura ya 6). Wao huzalishwa na mabadiliko ya quantum wakati wa mfumuko wa bei, amplitude ambayo haitegemei kiwango cha mstari. Utabiri kuhusu mawimbi ya mvuto unatokana na kazi ya Alexey Starobinsky mnamo 1980, kabla ya Guth kupendekeza wazo la mfumuko wa bei.

QUIET ilianza kufanya kazi mnamo Novemba 2009. Inaweza kugundua mawimbi ya mvuto yanayotokana na mfumuko wa bei, lakini tu ikiwa ombwe la uwongo lilikuwa na kiwango cha nishati cha Grand Unified. Utupu usio na nguvu zaidi utahitaji vyombo nyeti zaidi.

Tukumbuke kwamba tulikubaliana kutambua Mlipuko Mkubwa na mwisho wa mfumuko wa bei.

A.D. Linde, "Maisha baada ya mfumuko wa bei" Barua za Fizikia, juzuu. B211, uk. 29.1988.

Katika muda bapa, mraba wa muda kati ya matukio mawili hufafanuliwa kama (tofauti ya wakati) 2−(umbali katika nafasi) 2. Isipokuwa kwa ishara ya minus, hii ni sawa na kuhesabu mraba wa hypotenuse kwa kutumia nadharia ya Pythagorean. Ili kuhesabu muda, umbali katika nafasi na wakati lazima uonyeshwe katika vitengo vinavyoendana. Kwa mfano, ikiwa wakati unapimwa kwa miaka, basi kipimo cha urefu lazima kiwe miaka nyepesi. Muda unafanana na wakati ikiwa mraba wake ni chanya, na unafanana na nafasi ikiwa ni hasi. Kwa mkutano wa darasa na mechi ya mpira wa juu iliyojadiliwa katika maandishi, tofauti ya wakati ni 3 miaka, na umbali katika nafasi ni 4 miaka ya mwanga. Kwa hivyo mraba wa muda utakuwa 32 − 42 = −7 . Kwa hivyo muda ni kama nafasi.

Kama hapo awali, PBB inamaanisha "baada ya Mlipuko Mkubwa."

Hali ya harakati ya mwangalizi pia huathiri usomaji wake wa saa. Hebu tusisitize tena kwamba katika ulimwengu wa Friedman kuna chaguo la asili: waangalizi ambao wamepumzika kwa heshima ya galaksi (au chembe za suala) katika maeneo yao. Hawa ndio wanaoitwa "waangalizi wa kuandamana".

Kwa tahadhari kwamba Ulimwengu uliofungwa ni kama tufe yenye pande tatu, wakati uso wa Dunia una vipimo viwili tu.

Manor ya jadi ya Kikatalani au nyumba ya shamba. - Kumbuka. tafsiri

Kizuizi hiki hakitumiki kwa maeneo makubwa kuliko upeo wa ulimwengu. Inachukuliwa kuwa kwa kikomo inatumika kwa O-kanda, ambayo inafanana kwa ukubwa na upeo wa macho.

Kutoka kwa neno "googolplex" - jina la nambari 10 kwa kiwango 10 100 .

Tuliandika makala hiyo mwaka wa 2001, mara baada ya uchaguzi wa Marekani uliokuwa na utata mkubwa, ambapo George W. Bush alimshinda Al Gore kwa tofauti ndogo sana.

J. Garriga na A. Vilenkin, "Walimwengu wengi katika moja", Tathmini ya Kimwili, juzuu. D64, uk. 043511 (2001).

A.D. Sakharov, ndani Kengele na Matumaini(katika mkusanyiko "Wasiwasi na Matumaini"), eds. Yankelevich na A. Friendly (Knopf, New York, 1978).

G.F.R. Ellis na G.B. Brundrit, Maisha katika ulimwengu usio na mwisho("Maisha katika Ulimwengu usio na kikomo"), Jarida la Kila Robo la Jumuiya ya Kifalme ya Unajimu, juzuu. 20, uk. 37 (1979).

Mjadala wa kina wa tafsiri ya ulimwengu nyingi ambayo huchochea uelewa zaidi unaweza kupatikana katika kitabu cha David Deutsch, Kitambaa cha Ukweli(David Deutch, Kitambaa cha Ukweli), Penguin, New York, 1997.

Imenukuliwa kutoka kwa: G. Edelman, Hewa Angavu, Moto Mzuri: Juu ya Masuala ya Akili, Penguin, New York, 1992, p. 216.

Kama David Mermin anavyoweka, ona Fizikia Leo, Aprili 1989, p. 9.

Mtazamo huu uko karibu na tafsiri ya Copenhagen, isipokuwa kwamba hausisitiza uwepo wa mwangalizi wa nje.

Uwezo wetu wa kusafiri hadi maeneo mengine ya O unaweza kuzuiwa na kasi inayoonekana ya upanuzi wa Ulimwengu unaosababishwa na nishati ya mara kwa mara ya utupu. Katika hali hii, galaksi za mikoa mingine ya O zitaondoka kwa kasi na kasi, na hatutaweza kuzipata. Aina zingine, hata hivyo, zinatabiri kuwa nishati ya utupu itapungua polepole, kama ilivyokuwa wakati wa mfumuko wa bei. Katika kesi hii, hakutakuwa na vikwazo vya msingi kwa umbali wa kusafiri.

Mfano wa mazingira ya nishati iliyoundwa ili kuepuka mfumuko wa bei wa kudumu unaonyeshwa kwenye takwimu ifuatayo (linganisha na Mchoro 6.4).

Baadhi ya athari za kimaadili za mtazamo mpya wa ulimwengu zimejadiliwa katika makala "Athari za kifalsafa za cosmology ya mfumuko wa bei," ambayo niliandika pamoja na mwanafalsafa Joshua Knobe na mwenzangu wa Tufts Ken Olum, iliyochapishwa Machi 2006 mwaka wa 2006. Jarida la Uingereza la Falsafa ya Sayansi.

Epigraph:
Na dunia nzima haitoshi!

Ninaweka dau kuwa miongoni mwa wanaosoma mistari hii hakuna hata mtu mmoja ambaye hajawahi kusikia kuhusu nadharia ya Big Bang maishani mwao. Ninakubali kwamba kuna wahusika sawa Duniani - mkulima kutoka kijiji kilichoachwa katika milima ya Tibet, mzaliwa wa kabila la Tonga-Tonga, Mormoni kutoka Utah, labda wanapatikana mahali fulani. Walakini, ikiwa unajua kusoma, kupata Mtandao na uliweza, hata kwa bahati, kutembelea blogi hii, ninaweza kukuhakikishia kuwa hakika umesikia angalau kitu kuhusu nadharia ya Big Bang.

Katika chapisho hili nitazungumza juu ya ufahamu wa sasa wa kisayansi wa nadharia hii, maandishi ni ya muda mrefu, lakini ninaahidi kwamba leo utajifunza kitu kipya, kitu ambacho haukujua hapo awali na hata haukufikiria.

Kwanza kabisa, ni ya kuchekesha, lakini watu wachache wamefikiria juu ya nini, haswa, nadharia ya Big Bang ni? Jaribu sasa hivi kuzungusha ukweli katika kichwa chako kwamba unajua kuhusu hilo, na kisha nitaelezea jinsi inavyosikika Kwa kweli.

Je, umejaribu? Kweli, sekunde 20 zingine za kufikiria ...

Hivyo. Nadharia ya Big Bang inasema kwamba Ulimwengu wetu ulikuwa mdogo na moto, lakini tangu wakati huo umekuwa ukipanuka na kupoa. Nukta. Hakuna kitu zaidi katika nadharia hii, usivumbue sana.

Kwa kushangaza, nadharia ya classical ya Big Bang haina jambo muhimu zaidi - hakuna Big Bang yenyewe. Hakuna mahali inapotajwa ni aina gani ya "mlipuko" ulikuwa, ni nini kililipuka pale, wapi ulipuka, vipi au kwa nini.

Kufuatia nadharia kuu kwamba "Mwanzoni Ulimwengu wetu ulikuwa mdogo na moto", unaweza kuinyoosha kiakili hata zaidi (ingawa ninavuta mawazo yako kwa ukweli kwamba hii SIYO nadharia ya Big Bang tena, haya ni majaribio haswa ya kunyoosha mipaka ya utumiaji katika uwanja wa kubahatisha na fantasia) na kuja kwenye dhana. hiyo hata mapema ulimwengu wote ulikusanywa katika sehemu moja inayoitwa uhakika wa umoja, ambayo baadaye ililipuka kwa sababu za ndani.

Acha nikumbuke kwamba nadharia ya Big Bang ("Ulimwengu ulikuwa mdogo na moto hapo awali, kisha ukawa mkubwa na baridi") sio leo. nadharia, kama vile. Tunaweza kuzingatia hii kuwa imeanzishwa kisayansi kabisa. ukweli, iliyothibitishwa na idadi kubwa ya uchunguzi, leo hakuna mwanasayansi mmoja anayestahili chumvi yake ambaye ana shaka. Lakini kuhusu hatua ya umoja (ambayo, narudia, iko nje ya mipaka ya utumiaji wa nadharia ya Big Bang), wanasayansi sio tu hawana maoni ya kawaida, hawana maoni hata kidogo.

Hakuna mtu ana wazo hata kidogo ni nini hii "umoja". Umoja kwa ujumla ni kishikilia nafasi (neno mbadala) la kishazi "sijui." Hiyo ni, kwa swali "Je, madarasa P na NP ni sawa?", au "Je, paka wa Schrödinger yuko hai?", au hata "Kupiga makofi kwa mkono mmoja kunasikikaje?" Unaweza kujibu kwa usalama "Upweke!"
Huwezi kwenda vibaya.

Nadharia ya Big Bang iliundwa katika miaka ya 20 ya karne iliyopita, na tangu wakati huo, kwa karne nzima, wanasayansi wamekuwa wakifanya chochote isipokuwa kujaribu kuelewa kiini cha umoja ni nini, na inawezekana kwa namna fulani kuiondoa. ?

Tatizo kuu la umoja ni kwamba mgawanyiko wa asili kwa sifuri hutokea ndani yake, na kwa maana halisi zaidi. Njia zote zinageuka kuwa upuuzi, 3 inakuwa sawa na 5, na infinity moja huanza kuingia kwenye nyingine. Na huu ndio mwisho wa fizikia, mwisho wa sayansi, dragons-EGGOGs pekee huishi, na mahali fulani kutoka kwa safu ya nafasi Mwenyezi mwenyewe anakonyeza kwa kejeli.

Njia nyingi tofauti, mbinu na hila zimependekezwa kuchukua nafasi ya umoja; bora zaidi hadi sasa ilifanywa na mwanafizikia wa Amerika Alan Guth mnamo 1981. Kama kawaida, nikukumbushe tena kwamba sayansi ni jambo la pamoja. Utumbo, kama watangulizi wake wote, ulipanda kwenye mabega ya majitu, lakini kwa maandishi haya mafupi. kwenye vidole vyako™ Sitaorodhesha watangulizi wote, wenzangu na wapinzani, nitataja jina moja tu linalostahili - Alexey Starobinsky, ambaye alionyesha maoni kama hayo hapo awali, lakini utukufu wa mgunduzi ulipewa Alan Gut.

Gut alipendekeza kufanya akili ya busara kwa masikio yake. Tazama mikono na masikio yako kwa uangalifu, sasa nitakuonyesha hila. Hebu kiakili(!) Hebu tuchukue neno "umoja" kutoka kwa maandiko yote na kuweka maneno "shamba la scalar" mahali pake. Tafadhali kumbuka kuwa katika hatua hii hakuna kilichobadilika, neno "uwanja wa scalar" linaendelea kuwa analog kamili ya () "umoja", ambayo, kama tunavyokumbuka, ni mbadala tu ya kifungu "sijui." ”.

Hii ni "uwanja wa scalar" wa aina gani, ni sifa gani, ilitoka wapi, ni nini kuzimu kinaendelea - bado hakuna majibu. Wakati "uwanja wa scalar", au kama inavyoitwa pia katika mila ya Kiingereza, "uwanja wa inflatons" (kwa sababu "mfumko wa bei") ni matokeo tu ya jaribio la mawazo katika kujaribu kutoroka kutoka kwa umoja na kuja kwa kitu. mwingine. Hadi sasa hii sio kitu zaidi kuliko kuchukua nafasi ya kushona na sabuni. Lakini wacha tuwe wanasayansi wa kweli, wacha tufikishe jaribio letu la mawazo hadi mwisho, na tuone kile kinachotokea mwishoni.

Kwa hivyo, kulingana na Guth, proto-Universe ya asili haikuwa na umbo na tupu, hakukuwa na chochote ndani yake na hakuna kilichotokea, haikuwa na mwisho, au angalau sana, sana, kubwa sana, kubwa zaidi kuliko ile ya kisasa. Ulimwengu Unaoonekana, na yote yakajazwa na jambo hili hili uwanja wa scalar, ambayo hatujui chochote juu yake, isipokuwa kwamba ni aina fulani ya uwanja, na kwamba, kama ni wazi kutoka kwa jina, ni scalar.

Sitamsumbua msomaji kwa ufafanuzi wa "scalar", sio lazima sana ndani ya mfumo wa chapisho hili, ni rahisi sana na. kwenye vidole vyako™ tunaweza kudhani kuwa uwanja huu una baadhi "mvutano". Shamba hubeba nishati fulani, kama vile wingu la radi hubeba maji tayari kunyesha.

Je, hali hii ni bora vipi kuliko ile ya awali iliyo na umoja kutoka kwa mtazamo wa fizikia? Ndiyo kwa kila mtu! Hata ikiwa hatujui sifa moja ya uwanja huu, hata ikiwa hatujui ni aina gani ya mvutano uliokuwepo na ulitoka wapi, lakini hii sio mgawanyiko kwa sifuri! Sasa tunayo shida inayoweza kutatuliwa, tunaweza kuanza kuandika fomula kadhaa (unaelewa, usilishe asali ya mwanasayansi halisi, mwache tu afanye fomula za hadithi tatu), ambayo inawezekana kuchukua nafasi ya hali ya awali na mgawo, kugawanya na kuzidisha, kuhesabu matokeo gani katika mwisho, na kisha kulinganisha na matokeo ya uchunguzi wa moja kwa moja na majaribio.

Ndiyo, inaonekana ya kuchekesha na hata kwa namna fulani ya kijinga, "fuck" ya asili, lakini ikawa mafanikio ya kweli. Hii ni hatua ya kusonga mbele ikilinganishwa na jumla ya "sijui" iliyoandikwa kwenye ukuta wa zege; hii tayari ni maombi mazito ya kufaulu, kwa mchepuko, kuchimba, au angalau kwa ngazi.

Walakini, jambo la kuchekesha ni kwamba ujanja wa uwanja wa Alan Guth ulifanikiwa, lakini fomula hazikufaulu. Alan alileta wazo la uwanja wa scalar na mfumuko wa bei kwa sayansi (zaidi juu ya utaratibu wa mfumuko wa bei baadaye kidogo), lakini hakuweza kuelezea kwa usahihi mawazo yake katika lugha kavu ya hisabati. Safu ziligawanyika, kila kitu kilianza tena kugawanywa na sifuri, kwa kifupi, kutofaulu kabisa.

Na mwaka mmoja tu baadaye, tochi iliyofifia ya modeli ya mfumuko wa bei iliinuliwa juu na Andrei Linde, mwanasayansi wa Kisovieti aliyeishi kwa muda nchini Merika na akiongoza idara ya fizikia katika Chuo Kikuu cha Stanford.

Alirekebisha makosa ya nadharia ya Alan Guth, akafanya fomula ziungane na kutoa matokeo ya kutabirika na yanayoweza kuthibitishwa, lakini njiani alifungua sanduku la kweli la Pandora, ambalo nitalitaja mwishoni mwa chapisho, nitaliacha kwa dessert. .

Kiini cha mtindo wa mfumuko wa bei wa Ulimwengu (kwa kifupi, kitamathali na bila kufafanua) ni kama ifuatavyo.

Tunakumbuka kwamba proto-Universe, mtangulizi wa Ulimwengu wetu, ilijazwa na uwanja fulani wa scalar, ambao hatujui chochote isipokuwa kuwepo kwa shamba yenyewe na "scalarity" yake. Scalar, sio scalar, lakini kanuni za mechanics ya quantum hazijafutwa! Imekuwa miaka mia tangu mtu yeyote, ikiwa ni pamoja na Albert Einstein mwenyewe, amewahi kufanikiwa katika ujuzi wa kanuni za quantum mechanics. Inayomaanisha kuwa hata kama uwanja huu hapo awali ulikuwa sawa (na, kimsingi, sio lazima kiwe sawa), bado, baada ya muda, chini ya ushawishi wa mabadiliko ya quantum, inhomogeneities ndogo itaonekana ndani yake, ambayo, kulingana na maagizo ya Ukuu wake Kesi ya Quantum, inaweza kuingiliana, na kutengeneza heterogeneities kubwa.

Kweli, kubwa kwa viwango vya quantum. Pamoja na hayo, hii bado ni milli-milli-milli-...(na nyingine mara 10 milli-) Joules, mita na kilo, hatuzungumzii kuhusu Ulimwengu wetu wowote, wenye matrilioni ya nyota na galaksi.

Na hapa ghafla Inageuka kuwa shamba letu sio tu yoyote, lakini ni gumu sana! Katika uwanja wa kawaida, ambao hakuna msuguano, inhomogeneities huja mapema au baadaye" funga na ufupishe"kwa sisi wenyewe. Kwa mfano, hebu tuchukue uwanja unaojulikana na unaoeleweka wa umeme. Ikiwa tofauti inayoweza kutokea imetokea mahali fulani, ambayo inaendelea kuongezeka, basi mapema au baadaye, itakuwa dhahiri ya mzunguko mfupi. Utoaji utaendesha, mini -cheche itaonekana (au umeme mkubwa, ikiwa tofauti inayoweza kutokea ilikuwa kubwa kama dhoruba ya radi) na utofauti utatolewa.

Kwa njia, kwanza kabisa, makini msomaji mwenye nyota(*), hapa ni lazima niseme kwamba uwanja wa umeme sio uwanja wa scalar, lakini kinyume chake - shamba la vector, na moja ya kuchanganya sana. Lakini katika mfano huu hii haijalishi hata kidogo. Katika nyanja zote mbili ufupishaji ni karibu sawa, kulingana na hali sawa. Kweli, na pili, haiwezi kusemwa kuwa itafupisha mara moja; malipo yanaweza kujilimbikiza kwa miaka na hata mamilioni ya miaka. Yote inategemea hali elfu tofauti, lakini ikiwa unasubiri muda wa kutosha (kwa mfano, milele), basi inhomogeneities ya mzunguko mfupi hakika itatokea. Kwa kawaida, hii sio kitu zaidi ya mlinganisho, na kwa wakati huu sio moja kwa moja, ninajaribu tu. kwenye vidole™ eleza tabia ya sehemu isiyoeleweka ya uga kwa kutumia mfano wa sehemu inayoeleweka ya sumakuumeme.

Kwa hivyo, katika uwanja wa sumakuumeme hakika hakuna msuguano, kwa kusema. Elektroni zina kasi ya mwisho ya harakati na hupata upinzani wa moja kwa moja kutoka kwa kati, ambayo tunaita upinzani wa sasa wa umeme, lakini mabadiliko ya shamba yanapitishwa kwa kasi ya uwanja wa umeme yenyewe, i.e. kwa kasi ya mwanga. Ikiwa tunaenda mbali sana na mada, basi msomaji mwenye nyota mbili (**) inapaswa kujua kuwa hata utupu kamili na kamili una mfano wa "upinzani" kwa mawimbi ya umeme, lakini hii tayari ni msitu wa kina wa nguvu ya Casimir na athari zingine za kushuka kwa utupu, hatupaswi kwenda zaidi hapo, ingawa machapisho kama haya. ni kutoka kwa mfululizo kwenye vidole™ zimepangwa kwa siku zijazo zisizojulikana lakini zinazoonekana.

Kwa kifupi, tunaweza kusema kwamba uwanja wa sumakuumeme hauna msuguano wa ndani, au hauna maana. Naam, ilikuwa fupi na fupi kwa kupepesa macho. Ikiwa tunatumia mlinganisho kwa mlinganisho, tunaweza kusema kwamba kufungwa kwa uwanja wa sumaku-umeme ni kama mlima ulio katika eneo la uwezo wa juu ambao mpira umelazwa, na eneo la uwezo mdogo ni shimo chini. mlima ambapo mpira huu hatimaye utaanguka. Kwa kuwa kuna karibu hakuna msuguano, mpira unaruka chini kwa kasi kamili, kivitendo kwa kasi ya mwanga. Bam, akaanguka.

Wakati wa kuanguka, nishati fulani itatolewa, ambayo itatumika kwa joto la nafasi inayozunguka, ardhi na mpira. Katika kesi ya shamba la umeme, kutokwa kwa asili kwa shamba hutokea, i.e. umeme. Ikiwa hii ilifanyika chini ya maji (na uvujaji wa umeme unaweza kuzunguka kwa muda mfupi hata chini ya maji), basi Bubble ndogo ya hewa itaunda mahali hapa wakati maji yanagawanyika ndani ya oksijeni yake na hidrojeni. Utekelezaji ni wa haraka wa umeme, tofauti inayowezekana hupungua haraka, Bubble ya hewa ni ndogo sana.

Sasa turudi kwenye uwanja wetu wa kidhahania wa scalar. Kwa kuwa bado ni ya dhahania, unaweza kuifikiria na sifa zake upendavyo. Hebu tuchukulie kuwa kuna msuguano wa ndani katika uwanja huu na ni mkubwa sana. Sana, kubwa sana. Kuhama kwa mlinganisho na mpira, itaanguka kutoka kwenye mlima si kwa utupu au hewa, lakini kwa kioevu cha viscous na viscous sana, kwa mfano, mafuta ya alizeti au asali.

Kwa hiyo, nguvu ya mvuto huvuta mpira chini, na nguvu ya msuguano huzuia kuanguka haraka na kuivuta nyuma. Na badala ya kukimbilia chini haraka (na tunakumbuka kuwa hii ni mlinganisho wa jinsi ya haraka kutokwa kwa nguvu za shamba zisizo sawa), mpira vizuri, kwa kasi ya karibu mara kwa mara, i.e. huenda chini karibu sawasawa. Rarefaction ya shamba la scalar ni wajibu wa kuundwa kwa utupu, i.e. ya wakati wetu wa asili wa anga, kupungua kwa uwezo wake ni kana kwamba inapenyeza puto, badala ya hewa kuna ombwe, na badala ya puto kuna Ulimwengu wetu. Ikiwa kila kitu kingetokea bila msuguano, ukubwa wa uwanja wa scalar ungeshuka haraka sana na tungeishia na kiputo kidogo cha utupu katika bahari kubwa isiyo na mipaka ya ulimwengu wa proto. Lakini msuguano (na kwa kweli uwanja wa scalar yenyewe) hairuhusu mvutano kuanguka haraka, huingilia kati. inajivuta nyuma. Kwa sababu ya hili, wakati mvutano unapungua polepole, "nguvu ya inflating", yaani, kwa kweli imesimama. nguvu inayopanua utupu unaosababishwa katika pande zote inabaki mara kwa mara na inaendelea kusukuma kwa jitihada sawa, licha ya ukweli kwamba ukubwa wa Ulimwengu uliozaliwa unaongezeka na kuongezeka.

Wanasayansi wanajua, na unaweza kuchukua neno langu kwa hilo, au unaweza kuangalia na google, kwamba katika kesi hii tunapata equation ambayo ufumbuzi wake ni kielelezo. Wale. inageuka asili upanuzi mkubwa wa ulimwengu. Mabilioni ya mabilioni ya mabilioni ya nyakati. Katika muda si mrefu sana, mfupi sana. Yote inategemea kile coefficients ni pamoja na katika kielelezo, i.e. ni nini nguvu ya awali ya uwanja wa scalar, ni nini nguvu ya msuguano, nk.

Hesabu zinaonyesha kwamba ikiwa "nguvu ya upanuzi" haipunguki kwa wakati, katika baadhi ya sehemu 10-36 za sekunde Ulimwengu mpya katika joto la mchana (yaani, kiputo hiki cha kwanza cha utupu) kinaweza kupanuka mara 10 26. Ndiyo, hii inazidi kasi ya mwanga kwa amri nyingi za ukubwa, lakini hakuna kitendawili hapa. Nadharia ya uhusiano inakataza jambo lolote kusonga mbele katika nafasi kwa kasi zaidi kuliko kasi ya mwanga, lakini haikatazi kabisa nafasi yenyewe (yaani, utupu) kutoka kwa kupanua kando kwa kasi yoyote.

Ilibainika kuwa hakukuwa na Big Bang kama "mlipuko" hata kidogo. Kulikuwa na "mfumko wa bei na upanuzi" wa haraka, wa haraka sana, wa kulipuka au wa haraka sana wa kiputo cha Ulimwengu wetu. mfumuko wa bei, kutoka kwa neno la Kiingereza inflate- "pampu juu", "inflate".

Lakini hapa kuna wakati mgumu! Utupu hupanua, i.e. utupu kabisa, nguvu zote na jambo ambalo sasa linaunda nyota zetu zote, galaksi na maudhui mengine ya anga ya kisasa yalitoka wapi? Na kwa nini Ulimwengu ulikuwa wa moto hapo awali, kwa nini kuwe na ombwe la moto, tupu au kitu?

Hapa tena kuna porojo tata yenye kanuni za kusaga meno, nitajaribu kueleza kwa kutumia unaonaje? Analogia kwenye vidole vyako™, Naam, bila shaka!

Unajua kwamba ikiwa kitu kinapanuka haraka sana katika nchi yetu, basi kitu hiki pia hupoteza nishati haraka, kwa maana ya kwamba hueneza haraka katika eneo lote la kupanua, na katika kila hatua ya mtu binafsi au mita ya ujazo ya nafasi nishati inakuwa kidogo. na kidogo. Hii sio mengi ya ng'ombe, hii ni, kwa njia, sheria ya kwanza ya thermodynamics!

Na sisi inageuka kinyume chake. Ikiwa unyoosha Bubble ya Ulimwengu haraka sana, itaanza mara moja kujilimbikiza nishati. Baada ya yote, nishati ya mvuto daima huja na ishara ya minus. Ikiwa unatenganisha miili miwili kwenye nafasi, au, sema, kuinua mzigo mzito juu ya uso wa Dunia, uwezo, na kwa hiyo jumla ya nishati ya mfumo. itaongezeka! Na kwa kuwa kila kitu kinatokea haraka (hebu nikumbushe, sana, sana, sana ... na mara 26 zaidi haraka sana), basi katika kesi ya gesi fulani, kwa mfano hewa, hupungua kwa kasi, hutengeneza ukungu na mvuke wa maji ndani yake. hupita na kutengeneza theluji ya asili au barafu. Kila mtu ameona kwamba ukifungua valve ya silinda ya gesi yenye maji, silinda mara moja inafunikwa na baridi.

Lakini kwa upande wa Ulimwengu, kinyume chake, joto huongezeka kwa kasi, mabadiliko ya awamu hutokea na nishati iliyotolewa "hupungua" kwa namna ya nishati yenyewe (photons) na suala (elektroni, protoni na chembe nyingine za msingi). Hii ndiyo sababu, mwishoni mwa mfumuko wa bei, ambao ulianza bila joto sana, Ulimwengu hupata joto haraka hadi nguvu zisizo na kikomo na halijoto ambazo hapo awali zilifikiriwa kupasuka moja kwa moja kutoka kwa kiwango cha umoja. Na kisha lini mpira ulifika chini ya shimo na kipindi cha upanuzi wa kielelezo kimekwisha, kila kitu kinaendelea kulingana na hali ya zamani ya Big Bang ya classical, Ulimwengu unapanuka, lakini sio tena kwa kasi, lakini polepole, kwa hali. Lakini sasa haya yote yanatoka bila Big Bang yenyewe na umoja wake.

Inaonekana isiyo ya kawaida, inaonekana kama aina fulani ya udanganyifu, lakini ikiwa unafikiria juu yake, kila kitu ni sawa - nishati inayoongezeka, nishati ya mvuto iliyo na ishara ya minus, inafidiwa haswa na nishati ya kinetic, nishati ya mwendo (joto. ) na nishati iliyosalia (wingi) ya chembe za "precipitated" za maada. Jumla ya nishati ya Ulimwengu inabaki sawa na sifuri, ukiondoa mia moja na zaidi ya mia moja husababisha sifuri. Kama minus bilioni na kuongeza bilioni.

Kwa usahihi kabisa, matokeo yake sio sifuri haswa, kwa sababu nguvu ya uwanja wa asili wa scalar, ambayo yote ilianza, ilishuka hadi karibu sifuri mahali hapa. Lakini thamani kamili ya anguko hili, sehemu fulani za Joule ( au tunapimaje nguvu ya shamba la inflatons?), bado inabaki ndani ya mipaka ya ingawa kubwa, lakini bado athari za quantum. Hii haiwezi kulinganishwa na trilioni hadi mabilioni (kwa usahihi zaidi, 10 50 na kadhalika) kilo za vitu vipya vilivyoundwa na maagizo sawa ya ukubwa wa nishati ya mvuto iliyohifadhiwa. Panya alizaa mlima, kwa maana halisi ya neno. Kwa usahihi, mlima na shimo karibu kwa usawa.

Kwa mara nyingine tena, kwa uwazi, nitarudia aya iliyotangulia kwa maneno tofauti kidogo. Wakati, kama matokeo ya kushuka kwa kiwango cha shamba la scalar, Bubble ndogo ya wakati wetu wa nafasi ilionekana ndani yake, i.e. utupu wa kawaida, wakati huu wa nafasi unageuka kuwa "kuinama kidogo." Kwa nini? Kwa sababu hii ndio jinsi nishati yoyote inavyoathiri nafasi. Newton alifikiri kuna mvuto nguvu kivutio cha watu wawili. Na Einstein alisema kuwa mvuto ni tu bendability nafasi. Ikiwa nafasi "imeinama", aina fulani ya nishati ya mvuto tayari imehifadhiwa ndani yake, hata ikiwa nafasi hii ni tupu kabisa na hakuna wingi ndani yake. Kwa nini nafasi inatukandamiza? Inakandamizwa na nishati (kwa usahihi zaidi, tensor ya kasi ya nishati). Misa pia ni nishati, nguvu nyingi, lakini unaweza kufanya bila misa hata kidogo; kwa ujumla, nishati yoyote hupiga nafasi. Wakati, chini ya ushawishi wa kushuka kwa nishati ya uwanja wa scalar, "Bubble ndogo ya utupu imechangiwa," tayari ina nishati ya uwanja wa scalar, utupu ndani yake tayari "umepigwa." Ikiwa Bubble hii imeinuliwa haraka kwa pande, nishati ya mvuto itaongezeka kwa kasi, ambayo itasababisha "mvua" ya wingi, ambayo, kwa upande mmoja, inaongeza nishati kwa Ulimwengu (tangu E = mc 2) na ishara ya ziada, na kwa upande mwingine, inaongeza nishati kwa Ulimwengu mvuto wa misa hii ina ishara ya minus, ambayo ina maana kwamba mashindano ya mbio kati ya mlima na panya itaendelea.

Ndiyo, nakukumbusha, ikiwa mtu yeyote amesahau, kwamba yote haya yanatokea kama sehemu ya jaribio la mawazo ili kuondokana na umoja! Hii bado ni mazoezi ya akili tu; hakuna harufu nyingi ya sayansi hapa bado, ingawa jaribio la mawazo yenyewe ni sifa ya lazima ya njia ya kisayansi. Kupanda cheo hata hypothesis, achilia mbali nadharia, unahitaji kupitia mengi na kueleza mengi.

Narudia, bado tupo kwenye mchakato wa kubadilishana cherehani kwa sabuni. Hatujahama kutoka kwa umoja usioeleweka wa awali, tuliiita tofauti kidogo na, kwa sababu hiyo, tulisimama chini. Walakini, maelezo mahususi ya nadharia ya upanuzi wa mfumuko wa bei wa Ulimwengu, tofauti na nadharia ya kitamaduni ya Big Bang, inafanya uwezekano wa kupata maelezo ya matukio mengi yaliyozingatiwa (tatizo la hali ya awali, shida ya homogeneity na isotropy ya ulimwengu). Ulimwengu unaoonekana, shida ya ndege ya Ulimwengu unaoonekana, shida ya monopoles ya sumaku na mengi zaidi), ambayo umoja wa Big Bang ulipita. Hii inafanya mtindo wa mfumuko wa bei kuvutia sana, lakini hauthibitishi kabisa na hautangazi kuwa sahihi. Katika hali ya nadharia ya "vijana na ya kuahidi", lakini "isiyothibitishwa na ya ajabu kidogo", mtindo wa mfumuko wa bei ulikuwa katika miaka ya 80 ya karne iliyopita ya milenia iliyopita (nilisema kwamba "miaka 30 iliyopita" kwa njia ngumu), hadi mwaka 2014 wa kwanza, wote bado ni waoga, ambao hawajathibitishwa na ushahidi usio wa moja kwa moja, kwa maana hiyo. matokeo ya majaribio kuthibitisha hilo. Na hapa sio maombi tu, hapa ni mafanikio ya kweli!

Ni aina gani ya majaribio haya, ni matokeo gani, "mawimbi ya mvuto" ni nini, yanahusianaje na mfumuko wa bei na kwa nini ugunduzi wao unastahili Tuzo ya Nobel, ambayo, nadhani, hatimaye itatolewa kwa Alan Gut na Andrei Linda, pamoja na maelezo mengine yote ya kiufundi yanakusanywa pamoja na yataelezwa kando katika sehemu ya pili ya hadithi hii; yanastahili chapisho tofauti kamili. Hapa nimeelezea tu kiini cha nadharia ya mfumuko wa bei, nikiiacha katika hatua ya 2013 - ya kuvutia, inayojaribu, lakini haijathibitishwa na chochote.

Na sasa pipi zilizoahidiwa.

Ndiyo, ni mapema mno kusema kwa uhakika thabiti. Ndiyo, yote haya bado yameandikwa sana na pitchfork, na si lazima iwe. Ndiyo, bado kuna njia ndefu, ndefu ya mahesabu, makosa na majaribio mbele, lakini...

Sehemu nzuri zaidi ni kwamba nadharia ya mfumuko wa bei ya Alan Guth, au tuseme mahesabu ya hisabati ya Andrei Linde, inamaanisha jambo la ajabu kabisa na la kushangaza.

Nyongeza za Linde zinaitwa rasmi "nadharia ya machafuko ya mfumuko wa bei". Sehemu yake ya kati, kiini cha nadharia hiyo, inasema kwamba "kutokwa kwa uwanja wa scalar" ni lazima tu. kwa machafuko, i.e. nasibu, kutokea popote na kila mahali katika proto-Universe asilia. Hii ina maana kwamba Big Bang yetu maalum (ambayo, kama tunavyojua tayari kutoka kwa chapisho la sasa, haikuwa mlipuko hata kidogo), ambayo ilisababisha kuundwa kwa Ulimwengu wetu maalum, ni kutokwa moja tu, Bubble tofauti ya nafasi iliyosababishwa. , ambayo tunaiita cosmos yetu. Na sio "labda" tu, lakini kwa mujibu wa kanuni ni "dhahiri" kwamba lazima kuwe na mabilioni na mabilioni ya Bubbles nyingine, ulimwengu mwingine unaozunguka. Katika kila moja ya ulimwengu huu (pamoja na herufi ndogo), uwanja wa scalar ulianguka / kutolewa tofauti kidogo, na kwa hivyo sheria za fizikia katika ulimwengu huu zinaweza kutofautiana sana na zetu. Nyota na galaksi zinaweza kuwa hazikuunda hapo hata kidogo, au, kinyume chake, mambo yanaweza kuwa yameundwa huko ambayo hatujawahi hata kuota katika ndoto zetu kali.

Mkusanyiko huu wote wa ulimwengu wa Bubbles-inflating kawaida huitwa mbalimbali, ingawa Linde mwenyewe anapendelea kusema “The Many-Faced Universe” katika Kirusi. Inabadilika kuwa uelewa wa kisasa wa kisayansi wa asili na muundo wa ulimwengu wetu sasa ni kama ifuatavyo.

Kuna usio au angalau mchanganyiko mkubwa sana uliojazwa na aina fulani ya uwanja wa scalar. Imekuwepo kwa muda gani, ilitoka wapi, ni hali gani katika anuwai hii - hatujui. Hata nusu bump. Lakini wanasayansi wanajiamini kabisa kuwa katika sehemu zingine katika uwanja huu wa anuwai huanza kuanguka, na kuingiza Bubbles za ulimwengu wa kawaida na kutengeneza wakati wa nafasi unaojulikana kwetu ndani yao. Bubble yetu maalum ilianza kuongezeka karibu miaka bilioni 13.8 iliyopita, na uwanja wa scalar katika Ulimwengu wetu, kwa njia, haujaenda popote, sasa ni karibu kwa kiwango cha chini, lakini si sawa na sifuri! Kinachosukuma galaksi za Ulimwengu wetu kwenye kando, na kile tunachoita Nishati ya Giza, ni "uwanja wa scalar" sana, kwa usahihi, sehemu yake tu. Hapa, kwa njia, kunapaswa kuwa na aya kadhaa zinazoelezea kwamba uwanja wa Higgs uliotafutwa kwa muda mrefu, unaoundwa na boson inayoonekana hivi karibuni ya Higgs, pia ni bidhaa ya shamba la scalar, yaani mjukuu wake, kwa sababu kati ya scalar na Higgs huko. ni, inapaswa kuwa sahihi zaidi, uga mwingine wa super-Higgs ambao uga wa scalar huharibika na ambao nao huharibika hadi kwenye uga wa Higgs. Lakini hii haijathibitishwa kabisa, na iko kando kabisa na mazungumzo yetu ya sasa, kwa hivyo labda hiyo inatosha juu ya hili.

Karibu Kiputo cha Ulimwengu wetu kina viputo vya ulimwengu mwingine, ambavyo vinaundwa kutoka kuanguka kwa uwanja wa scalar katika sehemu hizo maalum. Mahali fulani, bang yao ya ndani (pia na B ndogo) inaanza tu, na mahali fulani, kila kitu tayari kimeisha muda mrefu uliopita, na "kati" ya ulimwengu huu kuna uwanja wa scalar katika hali yake ya juu ya nishati. Aina nyingi huwa kama jibini la Uswizi, ambapo jibini yenyewe ni shamba la scalar, na mashimo ndani yake ni maelfu na maelfu ya ulimwengu, moja ambayo ni yetu.

Je, inawezekana kuchimba vichuguu kupitia uwanja huu wa scalar ili kufikia ulimwengu mwingine "sambamba"? Haijulikani.
Je, ni umbali gani kutoka kwa kiputo chetu hadi cha jirani, na je, inawezekana kufika huko kupitia vipimo vya juu zaidi? Haijulikani.
Je, hizi ulimwengu mwingine unaotuzunguka zipo kabisa, au zote ni dhana tu? Haijulikani, lakini sasa kuna imani kubwa sana katika sayansi.

Je, si ni ajabu?

UPD: Soma muendelezo wa chapisho kwenye kifungu.

Kwa nini wanasayansi thelathini na watatu mashuhuri wa utaalam mbalimbali, wakiongozwa na Stephen Hawking, walichukua silaha dhidi ya wanajimu watatu, ni hali gani zilizotumiwa kuunda Ulimwengu wetu na ikiwa nadharia ya mfumuko wa bei ya upanuzi wake ni sahihi, tovuti iliiangalia pamoja na wataalam.

Nadharia Sanifu ya Mlipuko Mkubwa na matatizo yake

Nadharia ya Mlipuko Mkubwa mkali ilianzishwa katikati ya karne ya 20, na ilikubaliwa kwa ujumla miongo michache baada ya ugunduzi wa mionzi ya asili ya microwave. Inafafanua sifa nyingi za Ulimwengu unaotuzunguka na kupendekeza kwamba Ulimwengu uliibuka kutoka kwa hali fulani ya awali ya umoja (rasmi mnene sana) na imekuwa ikipanuka na kupoa tangu wakati huo.

CMB yenyewe - "echo" nyepesi iliyozaliwa miaka 380,000 tu baada ya Big Bang - imethibitisha kuwa chanzo cha habari cha thamani sana. Sehemu kubwa ya cosmology ya kisasa ya uchunguzi inahusishwa na uchambuzi wa vigezo mbalimbali vya mionzi ya asili ya microwave ya cosmic. Ni sawa kabisa, joto lake la wastani katika mwelekeo tofauti hutofautiana kwa kiwango cha 10 -5 tu, na inhomogeneities hizi zinasambazwa sawasawa katika anga. Katika fizikia, mali hii kawaida huitwa isotropy ya takwimu. Hii ina maana kwamba ndani ya nchi thamani hii inabadilika, lakini kimataifa kila kitu kinaonekana sawa.

Mpango wa upanuzi wa Ulimwengu

Timu ya Sayansi ya NASA/WMAP/Wikimedia Commons

Kwa kusoma usumbufu katika mionzi ya asili ya microwave ya ulimwengu, wanaastronomia huhesabu kwa usahihi idadi nyingi zinazoonyesha Ulimwengu kwa ujumla: uwiano wa jambo la kawaida, jambo la giza na nishati ya giza, umri wa Ulimwengu, jiometri ya ulimwengu, mchango wa ulimwengu. neutrinos kwa mageuzi ya muundo wa kiasi kikubwa, na wengine.

Licha ya nadharia "iliyokubaliwa kwa ujumla" ya Big Bang, pia ilikuwa na hasara: haikujibu baadhi ya maswali kuhusu asili ya Ulimwengu. Ya kuu yanaitwa "shida ya upeo wa macho" na "shida ya kujaa."

Ya kwanza ni kutokana na ukweli kwamba kasi ya mwanga ni ya mwisho, na mionzi ya asili ya microwave ya cosmic ni isotropic ya takwimu. Ukweli ni kwamba wakati wa kuzaliwa kwa mionzi ya asili ya microwave ya cosmic, hata mwanga haukuwa na muda wa kusafiri umbali kati ya pointi hizo za mbali mbinguni kutoka ambapo tunapata leo. Kwa hiyo, haijulikani kwa nini maeneo tofauti yanafanana sana, kwa sababu bado hawajapata muda wa kubadilishana ishara tangu kuzaliwa kwa Ulimwengu, upeo wao wa causal hauingii.

Tatizo la pili, tatizo la kujaa, linahusishwa na curvature ya kimataifa ya nafasi, isiyoweza kutofautishwa na sifuri (kwa kiwango cha usahihi wa majaribio ya kisasa). Kwa ufupi, katika mizani mikubwa nafasi ya Ulimwengu ni bapa, na nadharia motomoto ya Big Bang haimaanishi kuwa nafasi tambarare inafaa zaidi kuliko miindo mingine. Kwa hiyo, ukaribu wa thamani hii hadi sifuri ni angalau si dhahiri.

Thelathini na tatu dhidi ya tatu

Ili kutatua shida hizi, wanaastronomia waliunda kizazi kijacho cha nadharia za ulimwengu, ambayo iliyofanikiwa zaidi ni nadharia ya upanuzi wa mfumuko wa bei wa Ulimwengu (zaidi inayoitwa nadharia ya mfumuko wa bei). Kupanda kwa bei ya bidhaa hakuna uhusiano wowote nayo, ingawa maneno yote mawili yanatoka kwa neno moja la Kilatini - mfumuko wa bei- "bloating".

Mfano wa mfumuko wa bei wa Ulimwengu unadhania kwamba kabla ya hatua ya moto (kile kinachukuliwa kuwa mwanzo wa wakati katika nadharia ya kawaida ya Big Bang) kulikuwa na enzi nyingine yenye mali tofauti kabisa. Wakati huo, nafasi ilikuwa ikipanuka haraka haraka kutokana na uwanja maalum ulioijaza. Katika sehemu ndogo ya sekunde, nafasi ilipanua idadi ya ajabu ya nyakati. Hii ilisuluhisha shida zote mbili hapo juu: Ulimwengu uligeuka kuwa sawa, kwani uliibuka kutoka kwa kiasi kidogo sana ambacho kilikuwepo katika hatua ya awali. Zaidi ya hayo, ikiwa kulikuwa na makosa yoyote ya kijiometri ndani yake, yalipunguzwa wakati wa upanuzi wa mfumuko wa bei.

Wanasayansi wengi walishiriki katika maendeleo ya nadharia ya mfumuko wa bei. Mifano ya kwanza ilipendekezwa kwa kujitegemea na mwanafizikia Alan Guth, PhD katika Chuo Kikuu cha Cornell, nchini Marekani, na mwanafizikia wa kinadharia, mtaalamu wa mvuto na cosmology, Alexey Starobinsky, katika USSR karibu 1980. Walitofautiana katika mifumo yao (Utumbo ulizingatia utupu wa uwongo, na Starobinsky alizingatia nadharia ya jumla iliyorekebishwa ya uhusiano), lakini ilisababisha hitimisho sawa. Shida zingine za mifano ya asili zilitatuliwa na mwanafizikia wa Soviet, Daktari wa Sayansi ya Kimwili na Hisabati, mfanyakazi wa Taasisi ya Fizikia ya P.N.. Lebedev Andrey Linde, ambaye alianzisha wazo la kubadilisha polepole uwezo (mfumko wa bei unaoendelea polepole) na kuitumia kuelezea kukamilika kwa hatua ya upanuzi wa kielelezo. Hatua ya pili muhimu ilikuwa kuelewa kwamba mfumuko wa bei hautoi Ulimwengu unaolingana kikamilifu, kwani mabadiliko ya quantum lazima izingatiwe. Hii ilifanywa na wanafizikia wa Soviet, wahitimu wa MIPT Vyacheslav Mukhanov na Gennady Chibisov.

Mfalme wa Norway Harald akiwatunuku Alan Guth, Andrei Linde na Alexey Starobinsky (kutoka kushoto kwenda kulia) na Tuzo ya Kavli ya Fizikia. Oslo, Septemba 2014.

Norsk Telegrambyra AS/Reuters

Ndani ya mfumo wa nadharia ya upanuzi wa mfumuko wa bei, wanasayansi hufanya utabiri unaoweza kuthibitishwa, ambao baadhi yao tayari umethibitishwa, lakini moja ya kuu - kuwepo kwa mawimbi ya mvuto wa relict - bado haijathibitishwa. Majaribio ya kwanza ya kuwarekodi tayari yanafanywa, lakini katika hatua hii inabaki zaidi ya uwezo wa kiteknolojia wa ubinadamu.

Walakini, mtindo wa mfumuko wa bei wa Ulimwengu una wapinzani ambao wanaamini kuwa umeundwa kwa ujumla sana, hadi inaweza kutumika kupata matokeo yoyote. Kwa muda mrefu, mjadala huu umekuwa ukiendelea katika fasihi ya kisayansi, lakini hivi karibuni kikundi cha wanajimu watatu IS&L (kifupi kilichoundwa na herufi za kwanza za majina ya wanasayansi - Ijjas, Steinhardt na Loeb - Anna Ijjas, Paul Steinhardt na Abraham. Loeb) alichapisha taarifa maarufu ya kisayansi ya madai yao kwa mfumuko wa bei ya cosmology katika Scientific American. Hasa, IS&L, ikitoa mfano wa ramani ya halijoto ya mandharinyuma ya microwave iliyopatikana kwa kutumia satelaiti ya Planck, wanaamini kwamba nadharia ya mfumuko wa bei haiwezi kutathminiwa na mbinu za kisayansi. Badala ya nadharia ya mfumuko wa bei, wanajimu hutoa toleo lao la maendeleo ya matukio: inadaiwa Ulimwengu haukuanza na Big Bang, lakini na Big Rebound - mgandamizo wa haraka wa Ulimwengu fulani "uliopita".

Kujibu nakala hii, wanasayansi 33, pamoja na waanzilishi wa nadharia ya mfumuko wa bei (Alan Gut, Alexey Starobinsky, Andrei Linde) na wanasayansi wengine maarufu, kama vile Stephen Hawking, walichapisha barua ya majibu katika jarida hilo hilo ambalo hawakubaliani kabisa. na madai ya IS&L.

tovuti hiyo iliwauliza wataalamu wa mambo ya anga na wanajimu kutoa maoni yao juu ya uhalali wa madai haya, ugumu wa kufasiri utabiri wa nadharia za mfumuko wa bei, na hitaji la kufikiria upya mbinu ya nadharia ya Ulimwengu wa mapema.

Mmoja wa waanzilishi wa nadharia ya upanuzi wa mfumuko wa bei, profesa wa fizikia wa Chuo Kikuu cha Stanford Andrei Linde, anayaona madai hayo kuwa ya mbali, na mtazamo wa wakosoaji wenyewe haueleweki: “Ukijibu kwa kina, utaishia kuwa na makala ndefu ya kisayansi, lakini kwa kifupi itaonekana kama propaganda. Hivi ndivyo watu wanavyotumia. Kwa kifupi, kiongozi wa wakosoaji ni Steinhardt, ambaye amekuwa akijaribu kwa miaka 16 kuunda mbadala wa nadharia ya mfumuko wa bei, na nakala zake ni makosa juu ya makosa. Naam, wakati huwezi kufanya hivyo mwenyewe, una hamu ya kukosoa nadharia maarufu zaidi, kwa kutumia mbinu zinazojulikana kutoka kwa vitabu vya historia. Wananadharia wengi wameacha kuzisoma, lakini waandishi wa habari wanazipenda. Fizikia haina uhusiano wowote nayo.”

Mgombea wa Sayansi ya Kimwili na Hisabati, mfanyakazi wa Taasisi ya Utafiti wa Nyuklia ya Chuo cha Sayansi cha Urusi Sergei Mironov anakumbusha kwamba ukweli wa kisayansi hauwezi kuzaliwa katika mabishano katika kiwango kisicho cha kitaalamu. Makala muhimu, kwa maoni yake, imeandikwa kisayansi na kwa hoja; inaleta pamoja matatizo mbalimbali ya nadharia ya mfumuko wa bei. Maoni kama haya ni muhimu na husaidia kuzuia sayansi kuwa ossified.

Walakini, hali hubadilika wakati mjadala kama huo unapoingia kwenye kurasa za uchapishaji maarufu, kwa sababu ikiwa ni sawa kukuza wazo la kisayansi la mtu kwa njia hii ni jambo lisiloeleweka. Katika suala hili, Mironov anabainisha kuwa jibu la ukosoaji linaonekana kuwa mbaya, kwa kuwa baadhi ya waandishi wake sio wataalam kabisa katika uwanja unaohusika, na mwingine anaandika maandiko maarufu kuhusu mfano wa mfumuko wa bei. Mironov anaonyesha kwamba nakala ya majibu iliandikwa kana kwamba waandishi hawakusoma hata kazi ya IS&L, na hawakutoa mabishano yoyote kwake. Kauli kuhusu njia ya uchochezi ambayo noti muhimu iliandikwa inamaanisha kwamba "waandishi wa jibu walikubali kunyanyua."

"Shiriki Ukweli"

Hata hivyo, wanasayansi, ikiwa ni pamoja na wafuasi wa mtindo wa mfumuko wa bei, wanatambua mapungufu yake. Mwanafizikia Alexander Vilenkin, profesa na mkurugenzi wa Taasisi ya Kosmolojia katika Chuo Kikuu cha Tufts huko Medford (Marekani), ambaye alitoa mchango muhimu katika ukuzaji wa nadharia ya kisasa ya mfumuko wa bei, anabainisha: “Kuna ukweli fulani katika taarifa za Steinhardt na wenzake, lakini mimi nadhani madai yao yametiwa chumvi sana. Mfumuko wa bei unatabiri kuwepo kwa maeneo mengi kama yetu, huku hali ya awali ikibainishwa na kushuka kwa thamani ya kiasi. Kinadharia, hali zozote za awali zinawezekana kwa uwezekano fulani. Shida ni kwamba hatujui jinsi ya kuhesabu uwezekano huu. Idadi ya mikoa ya kila aina haina mwisho, kwa hivyo tunapaswa kulinganisha nambari zisizo na kipimo - hali hii inaitwa shida ya kipimo. Bila shaka, kutokuwepo kwa kipimo kimoja kinachotokana na nadharia ya msingi ni ishara inayotia wasiwasi.”

Sergei Mironov anaona wingi uliotajwa wa mifano kuwa upungufu wa nadharia, kwani hii inaruhusu kurekebishwa kwa uchunguzi wowote wa majaribio. Hii ina maana kwamba nadharia haikidhi kigezo cha Popper (kulingana na kigezo hiki, nadharia inachukuliwa kuwa ya kisayansi ikiwa inaweza kukanushwa kwa majaribio - takriban tovuti), angalau kwa wakati ujao unaoonekana. Pia kati ya matatizo ya nadharia ya Mironov ni ukweli kwamba ndani ya mfumo wa mfumuko wa bei, hali ya awali inahitaji marekebisho mazuri ya vigezo, ambayo inafanya, kwa maana, si ya asili. Mtaalamu katika Ulimwengu wa mapema, mgombea wa sayansi ya kimwili na hisabati, mfanyakazi wa Taasisi ya Kisayansi ya Gran Sasso ya Taasisi ya Kitaifa ya Fizikia ya Nyuklia (Italia) Sabir Ramazanov pia anatambua ukweli wa matatizo haya, lakini anabainisha kuwa kuwepo kwao haimaanishi. kwamba nadharia ya mfumuko wa bei si sahihi, lakini vipengele vingi vinastahili kufikiriwa zaidi.

Muundaji wa moja ya mifano ya kwanza ya mfumuko wa bei, Msomi wa Chuo cha Sayansi cha Urusi, mtafiti mkuu katika Taasisi ya Fizikia ya Kinadharia ya Chuo cha Sayansi cha Urusi, Alexey Starobinsky, anaelezea kuwa moja ya mifano rahisi zaidi, ambayo Andrei Linde alipendekeza mnamo 1983. , hakika ilikanushwa. Ilitabiri mawimbi mengi ya mvuto, kwa hivyo Linde hivi karibuni alisema kuwa mifano ya mfumuko wa bei inapaswa kuzingatiwa tena.

Jaribio muhimu

Wanaastronomia hulipa kipaumbele maalum kwa ukweli kwamba utabiri muhimu unaowezekana na nadharia ya mfumuko wa bei ulikuwa utabiri wa mawimbi ya mvuto wa relict. Oleg Verkhodanov, mtaalam wa uchambuzi wa mionzi ya asili ya microwave na cosmology ya uchunguzi, Daktari wa Sayansi ya Kimwili na Hisabati, mtafiti anayeongoza katika Uchunguzi Maalum wa Unajimu wa Chuo cha Sayansi cha Urusi, anazingatia utabiri huu kama mtihani muhimu wa uchunguzi kwa lahaja rahisi zaidi. upanuzi wa mfumuko wa bei, wakati kwa nadharia inayotetewa sana ya "Big Rebound" uamuzi kama huo hakuna majaribio.

Mchoro wa nadharia ya Big Bounce

Wikimedia Commons

Kwa hiyo, itawezekana kuzungumza juu ya nadharia nyingine tu ikiwa vikwazo vikubwa vinawekwa kwenye mawimbi ya relict. Sergei Mironov pia anaita ugunduzi unaowezekana wa mawimbi kama hayo kuwa hoja kubwa ya kupendelea mfumuko wa bei, lakini anabainisha kuwa hadi sasa amplitude yao ni mdogo tu, ambayo tayari imefanya uwezekano wa kutupa chaguzi kadhaa, ambazo zinabadilishwa na zingine ambazo hazitabiri. misukosuko ya nguvu ya msingi ya mvuto. Sabir Ramazanov anakubaliana na umuhimu wa mtihani huu na, zaidi ya hayo, anaamini kwamba nadharia ya mfumuko wa bei haiwezi kuchukuliwa kuthibitishwa mpaka jambo hili ligunduliwe katika uchunguzi. Kwa hiyo, wakati utabiri muhimu wa mtindo wa mfumuko wa bei kuhusu kuwepo kwa mawimbi ya msingi ya mvuto yenye wigo wa gorofa haujathibitishwa, ni mapema sana kuzungumza juu ya mfumuko wa bei kama ukweli halisi.

"Jibu sahihi, ambalo wanajaribu kwa bidii kumuelekeza msomaji"

Alexey Starobinsky alichunguza madai ya IS&L kwa undani. Alibainisha madai makuu matatu.

Taarifa ya 1: Mfumuko wa bei unatabiri chochote. Au hakuna chochote.

"Jibu sahihi, ambalo IS&L inajaribu kuelekeza msomaji mbali nalo, ni kwamba maneno kama "mfumko wa bei," "nadharia ya uwanja wa quantum," "modeli ya chembe" ni ya jumla sana: yanachanganya miundo mingi tofauti, tofauti kwa kiwango cha ugumu ( kwa mfano, idadi ya aina ya neutrinos)," anaelezea Starobinsky.

Baada ya wanasayansi kurekebisha vigezo vya bure vilivyojumuishwa katika kila mfano maalum kutoka kwa majaribio au uchunguzi, utabiri wa mfano huo unachukuliwa kuwa usio na utata. Mfano wa kisasa wa chembe za msingi una vigezo kama 20 (haswa wingi wa quarks, wingi wa neutrinos na angle yao ya kuchanganya). Mfano rahisi zaidi wa mfumuko wa bei unao na parameter moja tu, thamani ambayo imewekwa na amplitude iliyopimwa ya wigo wa awali wa inhomogeneities ya suala. Baada ya hayo, utabiri mwingine wote ni wazi.

Msomi huyo anafafanua: "Kwa kweli, inaweza kuwa ngumu kwa kuongeza masharti mapya ya asili tofauti ya mwili, ambayo kila moja itajumuishwa na kigezo kipya cha nambari ya bure. Lakini, kwanza, katika kesi hii utabiri hautakuwa "chochote", lakini dhahiri. Na pili, na hili ndilo jambo la muhimu zaidi, uchunguzi wa leo unaonyesha kuwa maneno haya hayahitajiki; kwa kiwango cha sasa cha usahihi wa karibu 10% hawapo!

Taarifa ya 2. Haiwezekani kwamba katika mifano inayozingatiwa hatua ya mfumuko wa bei itatokea kabisa, kwa kuwa ndani yao nishati ya uwezo wa inflaton ina "plateau" ndefu, ya gorofa.

"Taarifa hiyo ni ya uwongo," Starobinsky ni ya kategoria. "Katika kazi yangu mnamo 1983 na 1987, ilithibitishwa kuwa serikali ya mfumuko wa bei katika mifano ya aina hii ni ya jumla, ambayo ni, inatokea katika seti ya hali ya awali na kipimo kisicho cha sifuri." Hii ilithibitishwa baadaye kwa kutumia vigezo vikali zaidi vya kihesabu, na masimulizi ya nambari, nk.

Matokeo ya jaribio la Planck, kulingana na Starobinsky, yalihoji maoni yaliyoonyeshwa mara kwa mara na Andrei Linde. Kulingana na hilo, mfumuko wa bei lazima lazima uanze kwa wiani wa Planck wa suala, na, tayari kuanzia kwenye kigezo hiki cha kikomo kwa maelezo ya kitamaduni ya muda wa nafasi, jambo lilisambazwa sawasawa. Walakini, ushahidi uliojadiliwa hapo juu haukupendekeza hii. Hiyo ni, katika mifano ya aina hii, kabla ya hatua ya upanuzi wa mfumuko wa bei kuna hatua ya anisotropic na inhomogeneous ya mageuzi ya Ulimwengu na curvature kubwa ya muda wa nafasi kuliko wakati wa mfumuko wa bei.

"Ili kuifanya iwe wazi zaidi, hebu tutumie mlinganisho ufuatao," anaelezea cosmologist. - Katika nadharia ya jumla ya uhusiano, mojawapo ya ufumbuzi wa jumla ni mashimo meusi yanayozunguka, yaliyoelezwa na metric ya Kerr. Kwa sababu shimo nyeusi ni suluhisho la jumla haimaanishi kuwa ziko kila mahali. Kwa mfano, hawako kwenye Mfumo wa Jua na mazingira yake (bahati nzuri kwetu). Hii ina maana kwamba tukitafuta, bila shaka tutazipata. Ndivyo ilivyotokea." Katika kesi ya mfumuko wa bei, jambo lile lile hufanyika - hatua hii ya kati haipo katika suluhisho zote, lakini katika tabaka pana lao, ili iweze kutokea katika utekelezaji mmoja, ambayo ni, kwa Ulimwengu wetu, uliopo. katika nakala moja. Lakini jinsi uwezekano wa tukio hili la mara moja unaamuliwa kabisa na nadharia zetu kuhusu kile kilichotangulia mfumuko wa bei.

Taarifa ya 3. Hali ya quantum ya "mfumko wa bei wa milele", ambayo hutokea karibu na mifano yote ya mfumuko wa bei na inajumuisha kuibuka kwa aina mbalimbali, husababisha kutokuwa na uhakika kamili katika utabiri wa hali ya mfumuko wa bei: "Kila kitu kinachoweza kutokea, hutokea."

"Tamko hilo kwa kiasi fulani ni la uwongo, kwa kiasi fulani halina uhusiano wowote na athari zinazoonekana katika Ulimwengu wetu," msomi huyo anasisitiza. - Ingawa maneno katika alama za nukuu yalikopwa na IS&L kutoka kwa hakiki za Vilenkin na Gut, maana yake imepotoshwa. Hapo walisimama katika muktadha tofauti na hawakumaanisha zaidi ya maoni ya banal hata kwa mtoto wa shule kwamba milinganyo ya fizikia (kwa mfano, mechanics) inaweza kutatuliwa kwa hali yoyote ya awali: mahali fulani na siku moja hali hizi zitatimizwa.

Kwa nini "mfumko wa bei wa milele" na uundaji wa "aina nyingi" hauathiri michakato yote katika Ulimwengu wetu baada ya mwisho wa hatua ya mfumuko wa bei? Ukweli ni kwamba zinatokea nje ya koni yetu nyepesi ya zamani (kwa njia, ya siku zijazo pia)," anaelezea Starobinsky. Kwa hivyo, haiwezekani kusema kwa uhakika ikiwa yanatokea katika siku zetu zilizopita, za sasa au za baadaye. "Kusema kweli, hii ni kweli hadi athari ndogo za mvuto wa quantum, lakini katika hesabu zote thabiti athari kama hizo zimepuuzwa kila wakati," msomi huyo anasisitiza.

"Sitaki kusema kuwa haipendezi kuchunguza kile kilicho nje ya koni yetu nyepesi ya zamani," anaendelea Starobinsky, "lakini hii bado haijaunganishwa moja kwa moja na data ya uchunguzi. Hata hivyo, hapa pia, IS & L inachanganya msomaji: ikiwa "mfumko wa bei wa milele" umeelezwa kwa usahihi, basi chini ya masharti yaliyotolewa mwanzoni mwa hatua ya mfumuko wa bei, hakuna usuluhishi katika utabiri hutokea (ingawa si wenzangu wote wanaokubaliana na hili). Zaidi ya hayo, utabiri mwingi, hasa wigo wa inhomogeneity ya suala na mawimbi ya mvuto yanayotokea mwishoni mwa mfumuko wa bei, hautegemei hali hizi za awali hata kidogo, "mtaalamu wa cosmolojia anaongeza.

"Hakuna haja ya haraka ya kurekebisha misingi ya fizikia ya Ulimwengu wa mapema"

Oleg Verkhodanov anabainisha kuwa hakuna sababu bado ya kuachana na dhana ya sasa: "Kwa kweli, mfumuko wa bei una nafasi ya kufasiriwa - familia ya mifano. Lakini hata kati yao, unaweza kuchagua yale ambayo yanahusiana zaidi na usambazaji wa matangazo kwenye ramani ya CMB. Kufikia sasa, matokeo mengi ya misheni ya Planck yanapendelea mfumuko wa bei. Alexey Starobinsky anabainisha kuwa mtindo wa kwanza kabisa na jukwaa la de Sitter kabla ya Big Bang moto, ambayo alipendekeza nyuma mwaka wa 1980, inakubaliana vyema na data ya majaribio ya Planck, ambayo IS&L inavutia. (wakati wa hatua ya de-Sitter, ambayo ilidumu kama sekunde 10-35, Ulimwengu ulipanuka haraka, kujaza kwa utupu kulionekana kunyoosha bila kubadilisha mali zake - kumbuka tovuti).

Sabir Ramazanov kwa ujumla anakubaliana naye: "Idadi ya utabiri - asili ya Gaussian ya wigo wa usumbufu wa kimsingi, kutokuwepo kwa njia za kupindika mara kwa mara, mteremko wa wigo - ulithibitishwa katika data ya WMAP na Planck. Mfumuko wa bei kwa kustahili una jukumu kubwa kama nadharia ya Ulimwengu wa mapema. Kwa sasa, hakuna haja ya haraka ya kurekebisha misingi ya fizikia ya Ulimwengu wa mapema.” Mwanakosmolojia Sergei Mironov pia anatambua sifa chanya za nadharia hii: "Wazo lenyewe la mfumuko wa bei ni la kifahari sana, huturuhusu kutatua shida zote za kimsingi za nadharia moto ya Big Bang kwa haraka moja."

"Kwa ujumla, matokeo ya makala ya IS&L ni gumzo tupu kuanzia mwanzo hadi mwisho," anafupisha Starobinsky. "Haihusiani na matatizo halisi ambayo wataalamu wa anga wanashughulikia sasa." Na wakati huo huo, msomi huyo anaongeza: "Jambo lingine ni kwamba mfano wowote - kama nadharia ya jumla ya Einstein ya uhusiano, kama mfano wa kisasa wa chembe za msingi, na mfano wa mfumuko wa bei - sio neno la mwisho katika sayansi. Daima ni takriban tu, na kwa kiwango fulani cha usahihi, marekebisho madogo kwake yataonekana, ambayo tutajifunza mengi, kwani fizikia mpya itasimama nyuma yao. Ni masahihisho haya madogo ambayo wanaastronomia wanatafuta sasa hivi."