5 тайн строения Вселенной, которые ученые до сих пор не могут разгадать

Говорят, что в 1900 году английский лорд Кельвин заявил: «Сейчас в физике нет ничего нового. Остаются только все более и более точные измерения». За три десятилетия квантовая механика и теория относительности Эйнштейна произвели революцию в этой области. Но сегодня ни один физик не посмеет утверждать, что наши знания о Вселенной близки к абсолюту. Наоборот, кажется, что каждое новое открытие отворяет ящик Пандоры, наполненный более сложными вопросами. Рассказываем про самые животрепещущие темы, беспокоящие ученых на данный момент.

Астрофизики предполагают, что пространство-время может быть плоским, а не искривленным, и, таким образом, длится вечно. Если так, то область, которую мы можем видеть («Вселенную»), является всего лишь одним пятном в бесконечно большой мультивселенной.

В то же время законы квантовой механики диктуют, что существует только конечное число возможных конфигураций частиц в пределах каждого космического участка (10^10^122 различных возможностей). Таким образом, с бесконечным числом космических пятен расположение частиц внутри них вынуждено повторяться — бесконечно много раз.

Это означает, что существует бесконечно много параллельных вселенных: космические участки, точно такие же, как наши (с нашими альтер эго).

Судьба Вселенной сильно зависит от фактора неизвестного значения — Ω, меры плотности материи и энергии во всем космосе. Если Ω больше 1, то пространство-время на самом деле замкнуто, как поверхность огромной сферы. Если темной энергии не существует, такая Вселенная перестанет расширяться и вместо этого начнет сжиматься, в конечном итоге схлопываясь в событии, получившем название «Большое сжатие». Если Вселенная закрыта, но темная энергия есть, сферическая Вселенная будет расширяться вечно.

В качестве альтернативы, если Ω меньше 1, то геометрия пространства будет открытой. В таком случае ее окончательная судьба — это Большое замораживание, за которым следует Большой разрыв: сначала внешнее ускорение Вселенной разорвет галактики и звезды на части, оставив всю материю холодной и одинокой. Затем ускорение станет настолько сильным, что пересилит действие сил, удерживающих атомы вместе, и все разорвется на части.

Если Ω = 1 и Вселенная на самом деле плоская, простирающаяся как бесконечная плоскость во всех направлениях, а темной энергии не существует, такая плоская Вселенная будет расширяться вечно, но с постоянно замедляющейся скоростью, приближаясь к остановке. Если темная энергия существует, плоская Вселенная в конечном счете подвергнется безудержному расширению, ведущему к Большому разрыву.

Независимо от того, как это происходит, Вселенная умирает, и этот факт подробно обсуждался астрофизиком Полом Саттером.

Согласно современным теориям, если вы бросите что-то в черную дыру, мы никогда не узнаем, что с ним случится. Это потому, что гравитация черной дыры настолько сильна, что ее скорость удаления выше скорости света, а свет — самое быстрое в мире явление. Однако раздел науки под названием квантовая механика утверждает, что квантовая информация уничтожена быть не может.

Квантовая информация немного отличается от информации, которую мы храним в виде единиц и нулей на компьютере, или информации в нашем мозге. Это связано с тем, что квантовые теории не дают точной информации, например, о том, где будет находиться объект, подобно расчету траектории бейсбольного мяча в механике. Вместо этого такие теории раскрывают наиболее вероятное местонахождение или наиболее вероятный результат какого-либо действия. Другими словами, если вы знаете, чем заканчивается система, вы сможете вычислить, как она началась.

Из черной дыры не выходит ничего, кроме медленной струйки теплового излучения, называемого излучением Хокинга. Насколько известно, нет способа провести обратный расчет, чтобы выяснить, что на самом деле поглотила черная дыра. Информация уничтожается. Однако квантовая теория утверждает, что информация не может быть полностью недосягаемой. В этом заключается информационный парадокс.

Около 84% материи во Вселенной не поглощает и не излучает свет. «Темную материю», как ее называют, нельзя увидеть напрямую, и она еще не обнаружена косвенными средствами. Вместо этого существование и свойства темной материи выводятся из ее гравитационного воздействия на видимую материю, излучение и структуру Вселенной.

Считается, что это темное вещество пронизывает окраины галактик и может состоять из слабо взаимодействующих массивных частиц или вимпов. Во всем мире есть несколько детекторов, ищущих вимпы, но до сих пор ни один не был найден. Некоторые предполагают, что темная материя может образовывать длинные мелкозернистые потоки по всей Вселенной, и что такие потоки могут исходить от Земли.

Несмотря на то, что гравитация притягивает пространство-время внутрь — «ткань» космоса, — она продолжает расширяться наружу все быстрее и быстрее. Чтобы объяснить это, астрофизики предложили невидимый агент, который противодействует гравитации, раздвигая пространство-время. Они называют это темной энергией.

В наиболее широко принятой модели темной энергии это «космологическая постоянная»: неотъемлемое свойство самого пространства, которое имеет отрицательное давление, раздвигающее пространство. По мере расширения пространства создается еще больше пространства, а вместе с ним и больше темной энергии. Основываясь на наблюдаемой скорости расширения, ученые знают, что сумма всей темной энергии должна составлять более 70% всего содержимого Вселенной. Но никто не знает, как ее искать.

━━━━━

Анастасия Дегтярева