Végtelen szingularitás. Kozmológiai szingularitás

A múltbeli szinguláris állapot a fizika szempontjából nagyon rossz állapot. Ebben az állapotban a fizikai mennyiségek értéke nulla vagy végtelen. A méretek nullák, a gravitációs erők végtelenek, a sűrűség végtelen, a hőmérséklet végtelen stb. Nagyon rossz állapot - minden fizika leáll, nincs mit számolni. A kvantumelmélet alkalmazása lehetővé tette, hogy ne érjük el ezt a szingularitást, hanem egy kicsit magasabban álljunk meg. Max Planck 1900-ban, amikor már felfedezte a cselekvés kvantumát, és bevezetett egy állandó értéket, amelyet ma Planck-állandónak neveznek, úgy döntött, hogy megpróbál három alapvető fizikai mennyiséget kombinálni, és megnézi, mire jó. Planck-állandó, fénysebesség és gravitációs állandó. Fizikusnak tűnik, komoly ügyekkel kell foglalkoznia, de úgy döntött, hogy egyesíti a dolgokat, és meglátja, mi lesz. Sikerült megszereznie az összes mérhető fizikai alapelemet. Értékek: a távolság, amit ma Planck-távnak neveznek, 10−33 cm, az idő 10−43 másodpercnek bizonyult, az energia 1019 GeV, a sűrűség 1094 g/cm3. Mik ezek a mennyiségek? Nos, ezek azok az alapmennyiségek, amelyek meghatározzák azt az alapvető szintet, amelyen magában az alapvető fizikában minden legérdekesebb dolog megtörténik: az összes kölcsönhatás egyesítése, az egységes elmélet felépítése, és annak kiderítése, hogyan keletkezett az Univerzum, stb. Ez azonban nem biztos, hogy a végső igazság. Ügyeljen a sűrűségre. 1094g/cm3. Mi ez? Ez egyáltalán fizikai mennyiség? Összehasonlításképpen a víz sűrűsége 1 g/cm3, a fémek sűrűsége 10 g/cm3. El lehet képzelni az anyagot, amelynek valósága ekkora sűrűségű? 10 -33 cm az atommag mérete, ki emlékszik? A legfontosabb, véleményem szerint ontológiai kérdés: léteznek-e a Planck-hossznál kisebb távolságok? Hogyan érthető ebben az esetben a kvantálás? Általában véve mi az a kvantum? Egy kérdés, amire senki nem akar válaszolni, és senki sem akar megvitatni. Mi az a kábeltartós mechanika? Mi ez, Hilbert-elemzés? Ezek valamiféle kvantálási szabályok? Vagy ez a kvantált objektumok elmélete, amelyek diszkrét és minimális fizikai mennyiségekkel rendelkeznek? Hogyan lehet megérteni ezeket a mennyiségeket három fizikai állandóból kombinálva? A legtöbben úgy beszélnek ezekről a mennyiségekről, mint valamiről, ami valóban létezik. Az egyik neves kozmológus, Linde ezt mondta a FIAN egyik előadásán: „A Planck-skála természetesen komoly dolog, de vannak ennél kisebb méretek is. Vannak méretek, de a vonalzók és az órák nagyon rosszul kezdenek viselkedni ezeken a skálákon. Az uralkodók meghajlanak, az órák késni kezdenek stb. A valóság ezen szintjéről még nincs új vízió. És ezen a szinten volt az egész Univerzumunk! A Planck-idő, ahogyan az egyik jelentős teoretikus a kvantumkozmológiáról és a kvantumgravitációról szóló munkákban írja, egyfajta Planck-tic. Ez tényleg egy időszak. Ez az idő mennyisége, aztán amit akarsz. Mi az időkvantum? Összehasonlításképpen, még a virtuális részecskék is 10-20 másodperces nagyságrendűek. És itt -43 fok van. Úgy gondolják, hogy ezen a szinten a tér és az idő, valamint maga az anyag is kvantálttá válik a természetben. A tér Planck-sejtekké bomlik.

A Planck-energiákkal végzett kísérletek elvégzéséhez olyan gyorsítót kell építeni, amelynek méretei a galaxis méretéhez hasonlíthatók. A szuperütköztető 27 km-es, de messze van a Planck-skálatól. Ez a Planck-skála azt jelenti, hogy a tér, az idő és minden más diszkrétté válik. A naprendszer is diszkrét, de kvantummá válnak. Mi értelme a bemutatkozásnak? Ha Linde nyomán feltételezzük, hogy vannak távolságok és kevesebb, akkor ez fogalmilag nem ad semmi érdekeset, a határ nulla lesz, fel kell tételeznünk, hogy mindennek nullára, szingularitásra kell csökkennie. De ez rossz, ez már nem kvantumelmélet. Még nincsenek új ötletek. Ezekre az elképzelésekre alapozva azonban most egy alapvetően új elméletet próbálnak felépíteni. Sőt, egyesek úgy vélik, hogy ez alapvetően új, és vannak, akik megpróbálják ötvözni a kvantummechanikát és az általános relativitáselméletet. A kvantumgravitáció elméletét próbálják felépíteni. Miért érdekes ez a probléma?

Az Univerzum születési és fejlődési folyamatának leírása

Mintha valaki látta volna ezt...

Ilyen intenzív előzetes előkészítés után végre lehetőség nyílik a teljes folyamat szekvenciális bemutatására. Bár töredékesen már részben reprezentálja a fent található szöveg. És most az érdeklődőknek sorban, mindenről sorrendben. A következő ábra segít nekünk az „eljárásban”:

Az ábrán látható összes gömb az Univerzumot a fejlődésének különböző szakaszaiban mutatja. A kép központi része az áttekinthetőség kedvéért elképzelhetetlenül nagyobb léptékben jelenik meg, mint a periféria. Valójában körülbelül 50 nagyságrenddel (!) különböznek egymástól.

A különböző léptékű hamis vákuum kvantumtulajdonságainak epizodikus megnyilvánulása elképzelhetetlenül hosszú ideig tartott (és miért is ne?) a világ (amelyet ma Megaverzumnak nevezhetünk) gigantikus térfogatának különböző pontjain. Beleértve jövőbeli Univerzumunk központi tartományát, amelyet az ábrán hagyományosan a legkisebb fekete golyó ábrázol. De az itt gyakorlatilag egy ponton felhalmozódott energia (és az események pusztán véletlenül) nem volt elég komoly következményekhez.

Pontosan ez a válasz (és a mű írója bízik benne, hogy ez a helyes válasz) egy olyan kérdésre, amelyre úgy tűnik, egyáltalán nem lehet válaszolni: mi történt az Ősrobbanás előtt. Itt az ideje, hogy egy ilyen kérdés feltevésének „értelmetlenségéről” beszéljünk, arról, hogy „lehetetlen, hogy a tudománytörténet szemeteskukájába kerüljön”.

A következmények addig nem merültek fel magabiztosan, amíg az energia mennyisége (és a nyugalmi tömeg nélküli testetlen elemi részecskék) el nem érte a határt, amelyet az ábrán hagyományosan egy r sugarú fehér központi gömb térfogatával jeleznek. e .

Nem szabad elfelejtenünk, hogy a vizsgált kötetben szereplő anyagelemekkel (elemi részecskékkel és energiákkal) elválaszthatatlan kapcsolatban a természetben rejlő összes erő (kölcsönhatás) keletkezett és jelen volt: gravitációs, elektromágneses, gyenge és erős nukleáris erő. Egyes szerzők egyetlen erőként értelmezik őket.

Azokban a ritka esetekben, amikor valamivel több volt az energia (de csak rendkívül rövid ideig), a rendszer instabil energiaállapotba került. És mikor egy nap elérte a kritikus értéket, amelyet hagyományosan az r sugarú belső gömb mutat O(sötétnarancs), ennek az energiarögnek az állapota azonnal egyedivé vált. És azonnal, ahogy mondani szokás, felrobbant. Ez lett a „nulla” referenciapont, amelyből szinte minden kutató tanulja a kozmológiát.

Valójában, amint fentebb látható, nagyon sok dolog történt korábban, egészen a természettörténeti végtelenségig. Ideje beszélni arról is, hogy „abban a korszakban” nem volt idő a szeméttelepre menni. Nem csak a mi, akkor még meg sem született referenciakeretünkben létezett.

Itt még érdemes utánajárni, hogy az (idő) nem magától, mindenhol és közvetlenül a Metagalaxisban helyezkedik el. Nem csak kissé formális 4. térkoordinátaként. Távol minden tömegtől - „tiszta” formában, amelyen keresztül a világok (különösen az Univerzumunk) rohannak. Ami pontosan bevezeti benne (létének és mozgásának tényével) a lokális torzulásokat. És ez nem a vákuum egy másik megnyilvánulása (vagy akár összetevője)? De ezek abszolút csak a kiadvány szerzőjének gondolatai nyers, tisztán intuitív, és nagyon valószínű, hogy alapvetően helytelen és hibás.

A második „valójában” arra a tényre utal, hogy az összes rémisztő energiamennyiség az egyedi vérrögben összpontosul, nincs robbanás bővítésével, sőt, és nem volt. Nincs lökéshullám (sem akusztikus, sem fény), nincs kibocsátás, nincs semmi tönkretétel. Miféle robbanás ez? Egyszerűen az energia/anyag eredeti szinguláris csomópontja azonnali, elképzelhetetlen méretűre bővült.

Az imént említett szinte azonnali tágulás a fő jelenség és az egész fénypontjaúj elmélet. Ez az inflációs(az ötlet szerzőinek terminológiájában), de lényegében - jelzésértékű(antilogaritmikus), nagyon magas bázisfokkal (2 = +100%).

A távolságok ilyen progresszív „felfalása” következtében Univerzumunk (és minden, amiről eddig beszéltünk, annak alapja volt) a másodperc mikroszkopikus töredéke alatt elérte azokat a nagyon univerzális skálákat (a szó nem véletlen!), amelyben mi vagyunk. hozzászokott annak észleléséhez. Pontosabban azokat, amelyekben 13,75 milliárd éve volt (végül is ekkor keletkezett).

Kihasználva a lehetőséget (és szó szerint a lehetőséget!) anyag gyakorlatilag lehetőséget talált azonnal szinte határtalan távolságra terjedt el. (De csak majdnem).

Úgy tartják, hogy az ilyen gyorsaság fizikai alapja amellett energia túltelítettség, teljes szünet következett bozonok gravitáció (az anyagi világban éppen ennek a gravitációnak a jelenlétéért felelős részecskék) a gyorsan bővülő szinguláris tartalom többi részéből, ami tovább gyorsította az eloszlás sebességét. (A gravitációs hatás a leggyengébb, bár a legtávolabbi az összes természeti erő közül).

A kérdés csak az: hogyan és MIKOR tudták a gravitációs bozonok „később” kitölteni az Univerzum teljes térfogatát? A jelenlegi valós méretükből adódóan a fénysebességnél többszörös sebességgel kellene mozogniuk.

Kiderült, hogy mindannyiunk korábbi alapvetően az a gondolat, hogy az Univerzum "gyorsan, szinte fénysebességgel tágult" néhány percig, majd természetesen (a gravitáció hatására) "fokozatosan lassulni kezdett" rossz és rossz . Ha minden ennek a forgatókönyvnek megfelelően történne, az Univerzum többszöröse lenne, mint amilyen valójában létezik.

Tehát az egész Univerzum a másodperc jelentéktelen töredéke alatt elérte azt a méretet, amelyet az ábrán a sugár korlátoz. Ri.

Az ezt követő időszakban az infláció egyes kutatók szerint megállt, mások szerint a második, kevésbé gyors szakaszába lépett.

A második nézőpontnak az oldal szerzője szerint nincs komoly alapja. A „lassabb” inflációs expanziónak nincsenek fizikai okai. Különleges fizikai folyamatokat nem fedeztek fel semmi új „jellegzetes megkettőződési idejével” (és amire szükség van, az a kvark, azaz az elemi részecskék töredéke). És nincs szükség rájuk (megmagyarázni, mi történik). És még ha így is lett volna, a hiperinfláció akkor is olyan gyorsan elmúlt volna, hogy senki sem vette volna észre ezt az „új szakaszt”.

És amint az elemi részecskék felszabadultak a hiperinflációs folyamat energiájából, miután tömeg béke, külön tér- és időfogalom alakult ki. És minden részecske számára még a fénysebesség is lehetetlenné vált. Ez pedig automatikusan az Univerzum hiperinflációjának végét jelenti.

Az ilyen éles állapotváltozás úgy is értelmezhető, hogy a gravitációs erő (bozonok) utolért mindent, amit korábban sokáig nem szabadított fel.

Mivel a feltételezett tűzgömbben mindenhol egyformán forró volt (és maga majdnem fele akkora volt, mint a jelenlegi Univerzum), el kell ismerni, hogy a „robbanás” megtörtént. mindenhol és egyszerre , az egész kötetben, egyértelműen meghatározott középpont nélkül. Hacsak valahol nem volt egy kicsit erősebb vagy gyengébb (a részecskék egyenetlen mozgása miatt).

De még épségben 3 perc(egy örökkévalóság, a mikrofrakciókhoz képest az első másodpercben) a szinte fénysebességgel tovább táguló Univerzumban, semmi lényeges nem történt benne. A bővítése és a hozzá tartozó hűtés mellett.

Amikor a részecskék és kölcsönhatások forró keverékének hőmérséklete "leesett". 555 milliárd fok(!) (pontosan ez történt a harmadik perc vége körül), atommagok jelentek meg a táguló tűzfelhőben hidrogén(protonok) és egyedi, tisztán spontán héliumatomok.

Ez a folyamat szinte változatlanul folytatódott 380 ezer aktuális földi évek(!) És ez az idő mérföldkő csak annyiban vehető észre, hogy a fény (fotonok) végre elkezdte ténylegesen túlszárnyalni magának a robbanás terjedési frontját (ha lehet így nevezni), és láthatóvá vált egy absztrakt külső szemlélő számára.

És csak a vége felé első milliárd években a következő hírek jelentek meg - a hatalmas mennyiségben felhalmozódott hidrogénből, amely addigra már kihűlt, az első gázcsillagokÉs galaxisok.

A jövőben az Univerzum új modellje szinte semmiben sem különbözik az előzőtől, egy pontról „tiszta” robbanás terjed. Mindkét modellben az Univerzum tágul és tovább bővül . Az már más kérdés, hogy hogyan és milyen okokból. (Lásd ezt a részt).

És itt vannak a legfrissebb hírek a kozmológia világából, amelyek közvetlenül tükrözik az Univerzum tágulásának természetét. Az amerikai röntgen űrteleszkóp segítségével" Chandra„Jól bebizonyosodott, hogy in első 7-8évmilliárdok alatt az Univerzum tágul, de a tágulás üteme lelassult. Az elmúlt 6 milliárd évben pedig csak gyorsan bővült. Ez azt jelenti, hogy olyan erőket találtak, amelyek erősebbek a saját gravitációs erőinknél. (Erről később még lesz szó).

Az Univerzum élete során, már kozmikus léptékben, valós mérete (2013-tól) megközelítőleg ötszöröse lett az eredetinek, innen indult ki a hiperinfláció. (Nagyon megkérdőjelezhető adat, az oldal szerzője szempontjából). Nyilvánvalóan ebben az időszakban lépett át minőségileg eltérő fázisába, ami lehetővé teszi az inflációelmélet leglelkesebb híveinek azt a feltételezést, hogy az Univerzum új inflációja(?) a mi időnkben is folytatódik (és szinte a végtelenségig tart). Azt mondják, „hőt ad” az ősrobbanáshoz, amíg a hamis vákuum belső energiája, amely mindezen tűzijátékokat szülte, teljesen ki nem merül...
Ez már neodogmatizmusra utal. Vagy vak hit. Legalább vegyük a fáradságot, hogy bemutassuk az Univerzum fejlődésének megfelelő modelljét!

Az ősrobbanás fő ideje e fogalom új felfogásában nem a nagy távolságok megtételével, hanem a szingularitást előidéző ​​hamis vákuum együttes felbomlásával, az egyidejű univerzális robbanás során keletkezett termékek „égetésével” tel. és fokozatos lehűlésük.

A gyakorlatban ez az Univerzum ereklye hőjének szokásos lehűlése, csak ilyen szokatlan értelmezésben.

És még egyszer tisztázzuk, hogy az Univerzum felfújása során a másodperc parányi töredékei alatt hatalmas távolságok megtétele nem mond ellent Einstein feltevéseinek, mivel fejlődésének figyelembe vett szakaszában még nincsenek tér-idő formái az anyagnak (még csak most kezdődnek). felmerülni). Természetesen nincs sebesség fogalma.

Legnagyobb sugár R A fenti ábra hagyományosan mutatja jelenlegi az univerzum mérete. Ugyanitt a barna telítetlen árnyalatai konvencionálisan a teret (és a benne eloszló anyagot) mutatják három dimenziójával, a kék árnyalatai pedig az időt (ismét feltételesen).

P.S. Ebben a fejezetben sok köztes következtetés következetlensége a következetlenséggel, és legfőképpen a kiindulási adatok elégtelenségével magyarázható. De ez kiváló ok a független reflexióra.

Szingularitás

A modern kozmológia egyenletei lehetővé teszik egy homogén és izotróp Univerzum tágulási törvényének megtalálását és a fizikai paramétereinek a tágulási folyamat során bekövetkező változásának leírását. Nem dolgoztak ki azonban olyan elméletet, amely egyértelműen meghatározza az Univerzum viselkedését a kezdeti szakaszban.

Az izotróp Univerzum modelljében egy speciális kezdeti állapotot különböztetnek meg - a szingularitást. Ezt az állapotot az anyag hatalmas sűrűsége és a tér görbülete jellemzi. A szingularitásból robbanásszerű tágulás indul meg, amely idővel lelassul. Ebben az állapotban a fizika klasszikus törvényei sérülnek, ami arra kényszeríti a fizikusokat, hogy következetes modelleket keressenek, amelyekről az alábbiakban lesz szó.

A szingularitás melletti kép a következő. Magas hőmérsékleti körülmények között a szingularitás közelében nemcsak molekulák és atomok, de még atommagok sem létezhettek; csak különféle elemi részecskék egyensúlyi keveréke volt.

A gravitáció kvantumelmélete

Mint fentebb említettük, a szingularitás a mechanika, a termodinamika és a gravitáció klasszikus törvényeinek „botlásköve”. A szingularitás pontján elvesztik fizikai jelentésüket. A kvantummechanika ebben a tekintetben különleges helyet foglal el. Mint ismeretes, teljesen elvonatkoztatott az olyan fogalmaktól, mint a koordináták és a sebesség, és sikeresen leírhatja az objektumok viselkedését energiajellemzők segítségével: tömeg és energia. Ezért sok tudós azt reméli, hogy a kvantumgravitáció elméletének segítségével következetes leírást kaphat az Univerzum fejlődésének korai szakaszáról. „A tudománynak még nincs teljes és következetes elmélete, amely egyesítené a kvantummechanikát és a gravitációt” – írja egyik művében Stephen Hawking, „de a folyamatok leírásának képessége csak a kvantummechanika segítségével forradalmi következtetésekhez vezet”:

1. Tekintettel arra, hogy az Univerzum állapotát csak kvantummechanikai jellemzői írják le, és valószínűségi természetű, létezésünk olyan jellemzője, mint az idő, teljesen eltűnik.

2. A kvantummechanikai állapotot az jellemzi, hogy a múlt nem okozója a jelennek, és a jelen nem oka a szó szoros értelmében vett jövőnek. Ezért azt mondhatjuk, hogy „még ha bizonyos események az ősrobbanás előtt történtek is, lehetetlen lenne megjósolni belőlük a jövőt, mert a szingularitási ponton az események meghatározottsága a kvantummechanikai folyamatok miatt nulla.”

A világ ügye, mint látjuk, még nyitott kérdés a tudomány számára.

Az Univerzum alternatív modelljei

A szingularitás állapota, amelyből az Univerzum története indult, erőteljes érv lehet a világ létrejötte mellett. A tudomány jelenleg nem tud válaszolni arra a kérdésre, hogy mi történt az ősrobbanás idején, vagy még egy kicsit korábban. Az elméleti fizika ezen területén a „vakfoltok” arra kényszerítik a tudósokat, hogy az Univerzum különféle modelljeit dolgozzák ki, amelyekben a szingularitás nem akadályozza a fizika klasszikus törvényeit. Az alábbiakban ezek közül a legjelentősebbeket tekintjük át.

Herman Bondi és Thomas Gold modellje

1948-ban Herman Bondi és Thomas Gold egy álló univerzum modelljét javasolta. Ideális kozmológiai alapelvre épül: „nemcsak nincs kiváltságos hely az Univerzumban, de nincs kiváltságos időpillanat sem”. Ezért az Univerzum átlaghőmérséklete és sűrűsége bármikor, a tér minden pontján azonos értékekkel rendelkezik. Az ilyen univerzumot exponenciális tágulás jellemzi, amelyet az anyag állandó keletkezése kompenzál. "Az Univerzum tágulásának és az anyag születésének szinkronitása fenntartja az anyag-energia sűrűség állandóságát, és ezáltal egy örökkévaló Univerzum gondolatához vezet, amely az anyag folyamatos születésének állapotában van."

A relativitáselmélet egy módosítása valóban „lehetővé teszi” az Univerzum 1 km3-ét, hogy 1 év alatt egy részecskét hozzon létre. Ez nem mond ellent a kísérleti adatoknak, de ahogy Hawking megjegyzi, az ilyen „termelékenység” katasztrofálisan nem elegendő új galaxisok „létrehozásához”. Tekintettel arra, hogy az Univerzum tágulása és az anyag születése között nincs „finom kapcsolat”, ez a hipotézis ellentmondásos.

Alan Guth modell

Később Alan Guth amerikai fizikus egy olyan modellt javasolt, amelyben az Univerzum hőmérséklete az ősrobbanás kritikus hőmérséklete alatt van, anélkül, hogy megtörné az erők szimmetriáját. Ez az állapot a túlhűtött vízhez hasonlítható, amikor bizonyos módon lehűtve még negatív hőmérsékleten sem fagy meg. Az Univerzum ebben az állapotban instabil és többletenergiával rendelkezik, aminek antigravitációs hatása hasonló az n-tag hatásához az álló Univerzum egyenletében. E modell szerint még azokon a helyeken is, ahol az Univerzum túl sűrű volt, részeinek kölcsönös vonzása gyengébb volt, mint a taszítás, ami befolyásolta az Univerzum tágulásának természetét. Minden inhomogenitás egyszerűen kisimítható, ahogy a ráncok is kisimulnak egy gumilabda felfújásakor. Guth a következő következtetésre jutott: „A jelenlegi sima, homogén állapot sok inhomogenitásból alakulhatott ki.” Stephen Hawking nem ért egyet Guth következtetésével: „Az Univerzum olyan gyorsan tágul, hogy a javasolt fázisátalakulási modell nem létezhetett az erők szimmetriájának megtörése nélkül.” Sőt, a reliktum háttér izotrópiája azt jelzi, hogy „...a múltban az Univerzum még homogénebb volt”.

Linde modell

1983-ban a híres kozmológus, Andrei Linde egy kaotikus inflációs modellt javasolt. E modell szerint az Univerzum fázisátalakulás és túlhűtés nélkül, de egy spin nélküli mező hatására fejlődött ki. Ennek a mezőnek a kvantumfluktuációi megnövekedtek a korai Univerzum egyes régióiban, aminek következtében a részecskék elkezdtek széthúzódni. A térenergia lassan csökkenni kezdett, mígnem az infláció ugyanolyan tágulásba fordult, mint a „forró Univerzum” modellben. „Az egyik terület – jegyzi meg Linde – az általunk megfigyelt Univerzummá válhat. Linde modellje kimutatta, hogy "az Univerzum jelenlegi állapota számos kezdeti konfigurációból származhatott, de nem minden kezdeti állapot hozhatott létre egy olyan univerzumot, mint a miénk".

Az inflációs modell nyitva hagyja az Univerzum kialakulásának kezdeti feltételeinek kérdését.

Hawking modell

Stephen Hawking különösen kiemelkedik az elméleti fizikusok közül. Számára a legfontosabb, hogy megtalálja a világ megfelelő konzisztens matematikai modelljét. Ezért nagyon szeretne olyan matematikai változókat, függvényeket bevezetni, amelyek nem tükrözik a valóságot, hanem csak az általa előterjesztett elmélet matematikai apparátusának egyszerűsítését szolgálják. A matematikai apparátus leegyszerűsítésére használhatják az egyik koordinátarendszerből a másikba való átmenetet és a valós idő imaginárius idővel való helyettesítését, amit semmilyen valós fizikai folyamat nem támaszt alá.

Hawking úgy véli, hogy a szingularitás megfosztja az Ősrobbanás-modelltől a prediktív erejét, mert a szingularitás pillanatában megsértik a fizika törvényeit, és „...bármi származhat az ősrobbanásból”. Mivel a kvantumelmélet kimondja, hogy „bármi megtörténhet, hacsak nem teljesen tilos”, Hawking a kvantumelmélet teljes matematikai apparátusára és módszereire támaszkodik. Bevezeti az Univerzum hullámfüggvényének fogalmát. Az integráció igénye speciális peremfeltételek bevezetését igényli. Hawking bemutatja őket: "Az Univerzum határfeltétele, hogy nincsenek határai." Modelljében az Univerzumnak nincsenek határai, és zárt. Hawking a következő példát hozza fel: ha az Egyenlítő mentén megyünk, akkor ugyanabba a pontba térünk vissza anélkül, hogy elérnénk a Föld peremét (határát), és senki sem vitatja, hogy a Föld korlátozott. Hawking úgy véli, hogy „a határok hiányának feltételezése megmagyarázhatja az Univerzum teljes szerkezetét, beleértve az olyan apró szabálytalanságokat is, mint mi magunk”.

Hawking univerzumában nem tapasztalhatók szingularitások. Ráadásul „a határok hiányának helyzete a kozmológiát tudománnyá változtatja, mivel lehetővé teszi bármely kísérlet eredményének előrejelzését”. Ebben a modellben az Univerzum a szó szoros értelmében a semmiből születik, és ehhez nincs szükség vákuum létezésére.

Hawking megjegyzi, hogy még ha „a kvantumelmélet helyreállítja is a klasszikus elmélet által elveszített kiszámíthatóságot, ezt nem teszi meg teljesen”. Hawking számára nem az a fontos, hogy elmélete ne tükrözze a valóságot, hanem az, hogy ennek az elméletnek prediktív ereje van: „Nem követelem, hogy az elmélet megfeleljen a valóságnak, mivel nem tudom, hogyan működik. A valóság nem egy lakmuszpapírral tesztelhető mennyiség. Mindezt annak tulajdonítom, hogy az elméletnek meg kell jósolnia a mérési eredményeket.”

Hawking azonban maga is egyetért azzal, hogy kvantummodellje „nem írja le az Univerzumot, amelyben élünk, és amely tele van anyaggal...”, és egy „realisztikusabb modell” felépítéséhez elhagyja a korábban magyarázatként használt kozmológiai kifejezést és „ magában foglalja” anyagmezőket: „ ...úgy tűnik, hogy az Univerzumban szükség van egy skaláris mezőre V() potenciállal, ami csak bizonyos feltételek mellett ekvivalens a kozmológiai kifejezéssel.

Véleményünk szerint Hawking modellje a szerző világképének tükre. Az Univerzum spontán, kaotikus megszületésének elérése érdekében Hawking azt a feltételt szabja, hogy ne szabjanak határokat az Univerzumnak. Univerzumának nincs szüksége Teremtőre, nincs szüksége külső okra, csak azért létezik, mert saját szükségszerűsége miatt nem tud másra, mint létezni.

Ilya Prigogine úgy véli, hogy az, hogy Hawking a képzeletbeli időt vezeti be a valós helyett, eltorzítja a valóság képét: „Hawking javaslata (a képzeletbeli időről – V. R.) túlmutat a relativitáselméleten, de a valóságban egy újabb kísérletet jelent az idő valóságának tagadására, leírva Világegyetemünk, mint statikus geometriai struktúra...".

Hiszünk abban, hogy a matematikai apparátus hibátlan alkalmazása bármilyen elméletet és modellt megerősíthet, de az öröklét jellemzőivel felruházott világ nem tudja tükrözni azt a valóságot, amelyben élünk.

Prigogine kozmológiai modellje

A nem egyensúlyi folyamatok terén elért eredményekért járó Nobel-díjas Ilja Prigogine bemutatta az Univerzum keletkezésének megértését. Úgy véli, hogy az Univerzum egy „kvantumvákuumból” keletkezett egy visszafordíthatatlan fázisátalakulás következtében. Azt állítja, hogy az Univerzum időben kezdett lenni, i.e. az idő örök, és a világ, a mi Univerzumunk egy bizonyos ideig létezik. A világ „semmiből” létrehozásának modelljét ő „ingyen ebédnek” nevezi, és tarthatatlan, hiszen „...a vákuum már univerzális állandókkal van felruházva”. Ezért az ő modelljében az Univerzum keletkezik, valami korábban létezőből jön létre. Prigogine a világ teremtését a fizikai valósághoz képest transzcendentális aktusnak nevezi.

Prigogine a látható világ megjelenését nem a szingularitáshoz, hanem a kvantumvákuum instabilitásához köti. „Az ősrobbanás – véli – visszafordíthatatlan folyamat. Prigogine úgy véli, „hogy egy fázisátalakulásnak kellett volna bekövetkeznie a Proverse Univerzumból, amit kvantumvákuumnak nevezünk...”.

Prigogine szerint „Az univerzumok ott keletkeznek, ahol a gravitációs tér és az anyagmező amplitúdója nagy.”

A tudósok koncepcióinak rövid áttekintése végén meg kell jegyezni, hogy az Univerzum fizikai állapotával kapcsolatos minden érvelés csak az értelem gyümölcse. Itt a tudomány „...a pozitív tudás szélére kerül, veszélyesen közel a sci-fihez”, mivel az elmélet kísérleti megerősítése lehetetlen. Ezért a tudósnak az Univerzum elméleti modelljének felépítése mindig az ő világnézetét tükrözi.

A múlt egy bizonyos időpontjában, amikor az energia (anyag) sűrűsége és a téridő görbülete nagyon nagy volt - a Planck-értékek nagyságrendjében. Ezt az állapotot, az Univerzum fejlődésének következő szakaszával együtt, miközben az energia (anyag) sűrűsége magas maradt, ősrobbanásnak is nevezik. A kozmológiai szingularitás az általános relativitáselmélet (GR) és néhány más gravitációs elmélet által megjósolt gravitációs szingularitás egyik példája.

Ennek a szingularitásnak a lehetőségét, amikor az időben visszafelé folytatjuk az általános relativitáselmélet bármely, az Univerzum tágulásának dinamikáját leíró megoldását, 1967-ben Stephen Hawking szigorúan bebizonyította. Azt is írta:

Megfigyeléseink eredményei megerősítik azt a feltételezést, hogy az Univerzum egy bizonyos időpontban keletkezett. A teremtés kezdetének pillanata, a szingularitás azonban nem engedelmeskedik a fizika egyik ismert törvényének.

Például a sűrűség és a hőmérséklet nem lehet egyszerre végtelen, mivel végtelen sűrűségnél a káosz mértéke nullára hajlik, ami nem kombinálható a végtelen hőmérséklettel.

A kozmológiai szingularitás létezésének problémája a fizikai kozmológia egyik legsúlyosabb problémája. A lényeg az egyik sem az Ősrobbanás után történtekről szóló ismereteink nem adhatnak meg nekünk nem információkat a korábban történtekről.

A szingularitás létezésének problémáját több irányba próbálják megoldani: egyrészt úgy gondolják, hogy a kvantumgravitáció szingularitásoktól mentes leírást ad majd a gravitációs tér dinamikájáról, másrészt az a vélemény, hogy figyelembe véve a kvantumhatások a nem gravitációs mezőkben megsérthetik az energiadominancia feltételét, amelyen Hawking bizonyítása alapul, harmadszor olyan módosított gravitációs elméleteket javasolnak, amelyekben a szingularitás nem merül fel, mivel a rendkívül összenyomott anyagot elkezdi eltolni gravitációs erők (az úgynevezett gravitációs taszítás), és nem vonzzák egymást.

Írjon véleményt a "Kozmológiai szingularitás" című cikkről

Megjegyzések

A kozmológiai szingularitást jellemző részlet

– Nem, nem akarom – mondta Pierre, ellökve Anatole-t, és az ablakhoz ment.
Dolokhov megfogta az angol kezét, és világosan, egyértelműen megfogalmazta a fogadás feltételeit, elsősorban Anatole-nak és Pierre-nek szólítva.
Dolokhov átlagos magasságú, göndör hajú és világoskék szemű férfi volt. Úgy huszonöt éves lehetett. Nem hordott bajuszt, mint minden gyalogos tiszt, és a szája, arcának legfeltűnőbb vonása, teljesen kilátszott. Ennek a szájnak a vonalai feltűnően finoman íveltek. Középen a felső ajak energikusan, éles ékként hullott az erős alsó ajakra, és a sarkokban állandóan két mosoly formálódott, mindkét oldalon egy-egy; és mindez együtt, és különösen egy határozott, pimasz, intelligens pillantással kombinálva olyan benyomást keltett, hogy ezt az arcot nem lehetett nem észrevenni. Dolokhov szegény ember volt, minden kapcsolat nélkül. És annak ellenére, hogy Anatole tízezrekben élt, Dolokhov vele élt, és sikerült úgy elhelyezkednie, hogy Anatole és mindenki, aki ismerte őket, jobban tisztelte Dolokhovot, mint Anatole-t. Dolokhov az összes meccset végigjátszotta, és szinte mindig nyert. Nem számít, mennyit ivott, soha nem veszítette el a tisztaságát. Abban az időben Kuragin és Dolokhov is híresség volt a szentpétervári gereblyézők és mulatozók világában.
Egy üveg rumot hoztak; az ablak külső lejtőjére senkit sem ülő keretet két lakáj törte ki, nyilván sietősen és félénken a környező urak tanácsaitól, kiabálásától.
Anatole győzelmes pillantásával az ablakhoz lépett. El akart törni valamit. Ellökte a lakájokat és meghúzta a keretet, de a keret nem adta fel. Betörte az üveget.
– Nos, hogy vagy, erős ember – fordult Pierre-hez.
Pierre megragadta a keresztlécet, meghúzta, és egy csattanással kifordult a tölgyfa keretből.
– Menjen ki, különben azt fogják hinni, hogy kitartok – mondta Dolohov.
- Az angol kérkedik... mi?... jó?... - mondta Anatole.
– Oké – mondta Pierre, és Dolokhovra nézett, aki egy üveg rumot vett a kezébe, az ablakhoz közeledett, ahonnan látni lehetett az égbolt fényét, valamint a reggeli és esti hajnal egybeolvadását.
Dolokhov egy üveg rummal a kezében felugrott az ablakra. "Hallgat!"
– kiáltotta az ablakpárkányra állva, és befordult a szobába. Mindenki elhallgatott.
- Fogadok (franciául beszélt, hogy egy angol megértse, és nem beszélte túl jól ezt a nyelvet). Fogadok, ötven birodalmi, szeretnél százat? - tette hozzá az angolhoz fordulva.
– Nem, ötven – mondta az angol.
- Oké, ötven birodalmiért - hogy megizom az egész üveg rumot anélkül, hogy kivenném a számból, az ablakon kívül ülve iszom meg, pont itt (lehajolt és megmutatta a fal ferde párkányát az ablakon kívül ) és anélkül, hogy bármihez is ragaszkodnánk... Szóval...
– Nagyon jó – mondta az angol.
Anatole az angolhoz fordult, és frakkja gombjánál fogva lenézett rá (az angol alacsony volt), és ismételgetni kezdte neki a fogadás feltételeit angolul.
- Várj! - kiáltotta Dolohov, és az üveget az ablakba csapta, hogy magára vonja a figyelmet. - Várj, Kuragin; hallgat. Ha valaki ugyanezt teszi, akkor száz birodalmat fizetek. Érti?
Az angol bólintott, lehetetlenné téve annak megértését, hogy szándékában áll-e elfogadni ezt az új fogadást vagy sem. Anatole nem engedte el az angolt, és annak ellenére, hogy bólintott, tudatta vele, hogy mindent ért, Anatole lefordította neki Dolokhov szavait angolra. Egy fiatal vékony fiú, élethuszár, aki aznap este elveszett, felmászott az ablakra, kihajolt és lenézett.

Mindenki, aki találkozott a „szingularitás” kifejezéssel, megpróbálta megérteni, mi az? Ha latinból szó szerinti fordítást készítesz, kiderül, hogy ez valamilyen esemény, lény, jelenség szingularitása. A szingularitás (speciálisság) fogalma a tudomány és a technika számos területén elterjedt, és van egy bizonyos sajátossága. Ettől függően a szingularitás a következő lehet:

• matematikai;
• gravitációs;
• kozmológiai;
• technikai;
• biológiai.

De ha filozófiaiabban nézzük, akkor a szingularitás az egész univerzum egy apró pontján. És ez nem csak az Univerzum lényege, hanem a mi életünk is, annak tudatával, jelentőségével és érzéseivel.

Kozmológiai szingularitás

Egyébként ez az az állapot, amely az Univerzumban volt az Ősrobbanás legelső pillanatában. Az anyag sűrűségének és hőmérsékletének végtelen értékeinek jelenléte jellemzi. Ezt az állapotot, amely a gravitációs szingularitás példája lett, Einstein az általános relativitáselmélet rendelkezéseiben jósolta meg. Hihetetlenül nehéz elképzelni, hogy a Nap atommag méretűre összenyomható, de még nehezebb elképzelni, hogy az egész Univerzum egy olyan pontra volt összenyomva, amelynek mérete sokkal kisebb volt, mint ez az atommag. Azonban, Az univerzum egy ilyen objektumból keletkezett, amelyet szingularitásnak neveznek. Az eseményeknek ez a változata matematikailag kiszámított, és a környező világ kialakulásának fő elmélete. De vannak bizonyos nehézségek, amelyeket ez az elmélet nem magyaráz meg.

1. Senki sem tudja, hol található pontosan az a pont, amelynek magjából az Univerzumunk született.
2. Nem világos, hogy ez a tulajdonság hogyan „szült” végtelen mennyiségű energiához és anyaghoz.
3. Az Univerzum heterogenitása sem teljesen egyértelmű. Minden kánon szerint homogénné kellett volna válnia, de ez a homogenitás még az elsődleges gázban sem volt meg.
4. Az általunk ismert fizikai törvények, amelyek segítenek leírni az általunk ismert világot, szingularitás esetén nem működnek. Ebből következik, hogy csak azokat az eseményeket lehet leírni, amelyek az Ősrobbanás után történtek, de magát a robbanást nem, és nem a küszöböt.

A kozmológiai szingularitás létrejöttének tényét, ha az időben visszamenőleg folytatjuk az Univerzum tágulásának dinamikáját leíró megoldást, S. Hawking igazolta 1967-ben. De megjegyezte, hogy a szingularitás megszegi a fizika szabályait. Lehetetlen, hogy a sűrűségnek és a hőmérsékletnek egyszerre végtelen értéke legyen. A végtelen sűrűség azt jelenti, hogy a káosz (entrópia) mértéke nullára hajlik, és ez nem illeszkedik a végtelen hőmérséklethez. A kozmológiai szingularitás (és maga a létezésének ténye) a kozmológia egyik fő problémája lett. Ez abból a tényből következik, hogy az ősrobbanás utáni eseményekről minden rendelkezésre álló információ egyáltalán nem ad információt a grandiózus eseményt megelőző jelenségekről. De a tudományos világ folyamatosan próbálja megoldani ezt a problémát, és ezek a próbálkozások különböző irányokba irányulnak:

• Feltételezzük, hogy kvantumgravitációval le lehet írni egy olyan mező dinamikáját, ahol nincsenek ilyen jellemzők, és amelynek elméletét még nem konstruálták meg;
• Úgy gondolják, hogy ha figyelembe vesszük a nem gravitációs mezőkben jelentkező kvantumhatásokat, akkor megsérthető az energiadominancia feltétele, és ezt hangsúlyozta Hawking;
• Vannak más gravitációs elméletek is, amelyek nem vonzzák a szingularitást. Bennük a gravitációs erők segítségével a végsőkig összenyomott anyag nem vonzást, hanem taszítást tapasztal.

Gravitációs szingularitás

Ha a fizikai kifejezések száraz nyelvén beszélünk, akkor ez egy téridőben elhelyezkedő pont, amelyen keresztül nem lehet pontosan lefektetni a geodéziai vonalat. A gravitációs szingularitás gyakran végtelenné vagy határozatlanná teszi a gravitációs teret leíró mennyiségeket. E mennyiségek közé tartozik például az energiasűrűség vagy a skaláris görbület. azt jelenti, hogy a fekete lyuk kialakulása során szingularitásoknak kell fellépniük. Ha az eseményhorizont alatt vannak, akkor nem figyelhetők meg. Az ősrobbanás esetében meztelen szingularitás van - ennek megfigyelése teljesen lehetséges, ha természetesen a közelben tartózkodik. Sajnos közvetlenül nem lehet látni, ezért a modern fizika fejlettségi szintje alapján csak elméleti tárgy. Ha a kvantumgravitáció előírásait kidolgozzuk, lehetséges lesz a téridő leírása ezen objektumok közelében.

Minden fekete lyuknak két fő jellemzője van - egy eseményhorizont és egy szingularitás, amely ennek a lyuknak a központja. Itt egy torzulás, valamint a téridő megszakadása következik be. Valójában a fizika törvényei itt elvesztik logikájukat. Vannak olyan elméletek, amelyek szerint ezeken a pontokon teljesen át lehet lépni más világokba. Kidolgoztak egy matematikai modellt - az „Einstein-Rosen hídot”, amely megerősíti ezt a lehetőséget. Ezt úgy lehet megtenni, hogy átugorjuk a szingularitást. Itt keresztezik egymást az Univerzum rétegei, egyfajta szubtér-átmenetet alkotva. Ez két lyuk – fekete és fehér – összekötése. Ez egyfajta időgép, és maga az átmenet ténye nem ütközik az okság elvével. Egy forgó fekete lyuk szingularitásán átugorva bármely irányban lehetővé válik az időutazás. Mivel a fekete lyukat eseményhorizont veszi körül, a szingularitás meztelen állapotában nem látható. Ennek ellenére születnek olyan modellek, amelyek lehetővé teszik ennek megvalósítását különböző fokú realizmussal.

Ha egy fekete lyukat egy bizonyos sebességre pörget, az eseményhorizont szétválhat. Itt azonban vannak nehézségek. A fekete lyuk pörgetéséhez további tömeget kell önteni bele, ami nem túl reális egy egyértelmű határ miatt, amelyen túl a lyuk elforgatása lehetetlen. De a szokásos feltevés az, hogy tömeget adnak egy már nagyon gyorsan forgó lyukhoz. Mi van, ha feltételezzük, hogy a forgás még csak most kezdődött? Ez az opció lehetővé teszi egy fekete lyuk olyan állapotba forgatását, ahol a szingularitása megnyílik. Valószínűleg fekete lyukak keringenek az Univerzumban, és meztelen szingularitást mutatnak.

Szingularitás a matematikában

Egy adott jellemző matematikai fogalma egy bizonyos pont, ahol a matematikai függvény a végtelenbe hajlik. Vagy a függvénynek más szabálytalan viselkedése van (különösen egy kritikus pont).

Technológiai szingularitás

Ez a fogalom főként a futurológia területére vonatkozik, egy olyan tanulmányra, amely a jövőt próbálja megjósolni. Ebben az esetben a technológia, a közgazdaságtan és a társadalmi jelenségek néhány létező irányzatát veszik alapul, majd extrapolálják. Úgy gondolják, hogy hamarosan eljön az a pillanat, amikor a tudomány és a technológia fejlődése elérhetetlenné válik az emberi megértés számára. elme. Ez valószínűleg akkor válik valóra, ha lehetővé válik a mesterséges intelligencia létrehozása, és megkezdődik az önmagukat reprodukáló gépek gyártása. Ugyanerre az eredményre vezet az emberek integrálása a számítógépekkel vagy az emberi agy működésében a biotechnológia segítségével bekövetkező éles változás. Ez lesz az a technológiai szingularitás, amelyet egyes tudósok jósolnak a közeljövőben. V. Vij úgy véli, hogy ez 2030-ban fog megtörténni, R. Kurzweil pedig 2045-re tolja vissza a forradalmat.

Szingularitás a biológiában

A biológiában ezt a fogalmat nem gyakran használják. Általában általánosításként használják az evolúciós folyamatban.

Következtetések és következmények

Ha a matematikai, technikai és biológiai szingularitásoknak meglehetősen kézzelfogható paraméterei vannak, akkor a többi lehetőség jellemzőivel bonyolultabb a helyzet. Nehéz olyan fogalmakkal operálni, amelyeket nem lehet „megérinteni”, értékelni. A matematikai számítások megbízható dolgok, de csak akkor, ha a kutatás tárgyai kellően anyagiak. A szingularitás miatt minden más. Nemhogy nem anyagi, de még nem is bizonyított. Ezért használata, akár hipotetikus is, kérdéseket vet fel. Ha át tud utazni rajta, hogy más dimenziókba jusson, akkor hogyan maradhat érintetlen, miközben áthalad a gravitációs Scyllán és Charybdiszen? A fizikusok valószínűleg minden kérdésre választ kapnak idővel. És biztosan felismerjük őket, és végre megértjük, mi a szingularitás.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete