SmartPedia

Текстовая версия видео:

Чтобы понять, какие способы создания магнитного поля на Марсе сложные, а какие попроще, надо кратко рассмотреть все способы создания магнитного поля на Красной планете. Их немного, грубо говоря – всего три, но можно еще выделить подкатегории, различные модификации этих способов. Будем двигаться от самого сложного к самому простому.

Самый сложный и безумный способ – разогреть ядро Марса на тысячу-две градусов Цельсия больше, чем сейчас, а дальше различные силы Кориолиса, конвективные потоки и прочие механизмы теоретически запустят магнитное динамо внутри Марса, что создаст магнитное поле подобно тому, как это происходит на Земле.

Да это даже звучит страшно – «разогреть ядро Марса», а реализация такого плана – полная фантастика. Но да ладно, фантазировать не буду, сразу перейду к конкретике: специалистами в данной теме было подсчитано, что для этого требуется 10^26 джоулей энергии. Чтобы немного визуализировать эти цифры, добавлю, что согласно расчётам тех же ученых, это энергия, выделяемая примерно 100 миллиардами термоядерных бомб мощностью в одну мегатонну. Самая мощная бомба в истории имела мощность около 50 мегатонн, то есть надо аж целых 2 миллиарда таких бомб как-то доставить и взорвать прямо в ядре Марса, чтобы нагреть его до нужной температуры для «включения» магнитного поля.

Конечно, доставить эту энергию ядру можно и по-другому, взрывы термоядерных бомб внутри Марса это просто один из способов, но зато наглядно демонстрирующий, какую работу надо проделать. Более того, неизвестно, сработает ли эта идея, запустит ли это магнитное поле и на какое время. Может подобные игры в нагрев ядра приведут к катастрофическому вулканизму или к другим неприятным последствиям. В общем сами понимаете, сделать подобное даже в далеком будущем просто невозможно, поэтому переходим к способу номер 2.

Вы, наверное, помните со школы опыты, что стрелка компаса отклоняется вблизи проводника, в котором течет ток. Это происходит из-за простого факта, что при протекании тока через проводник, в пространстве вокруг него возникает магнитное поле. Проводник с током становится магнитом. Чтобы понять дальнейшую часть видео, надо вспомнить немного о силовых линиях магнитного поля. Так вот, в случае прямолинейного проводника, силовые линии магнитного поля представляют собой окружности с центром на оси проводника:

Легко визуализировать это можно с помощью правой руки, как показано на картинке – большой палец показывает направление тока, а остальные пальцы показывают силовые линии магнитного поля:

Вот как будут выглядеть силовые линии в случае проводника, скрученого в петлю (это понадобится потом, постарайтесь запомнить):

А вот что будет, если проводник замкнуть в кольцо, и пустить по нему ток:

Этот случай очень напоминает магнитное поле Земли, правда? Это называется магнитным диполем, примеров есть много и тут можно четко выделить полюса.

Примерно такую конфигурацию можно использовать для создания искусственного магнитного поля на Марсе. То есть – обогнуть Марс проводником образуя кольцо и пустить по нему ток:

Экваториальная окружность Марса примерно в два раза меньше земного – 21 тысяча километров, это не так много, учитывая, что кабеля для интернета проложенные под морями и океанами имеют общую длину, составляющую что-то там больше миллиона километров. Но на самом деле с этим способом не все так просто и некоторые проблемы неочевидны. Самая очевидная проблема – нехватка мощности. Само магнитное поле, например Земли, очень слабое, конкретно – в среднем примерно 0.5 гаусса. Для сравнения, сила обычного магнита составляет около 100 гауссов, а неодимового – больше 10000 гауссов. Но зато площадь магнитного поля Земли сверхогромна, чтобы создать похожее на Марсе, даже несмотря на его меньший размер, в магнитном поле должна содержаться энергия порядка 10^17 джоулей, а это значит, что ток в таком проводнике окружающим Марс должен быть силы порядка гигаампер. Выдерживать такое смогут только сверхтолстые провода, даже если заменять их соленоидами, сверхпроводниками или распределять нагрузку создавая несколько петель, по типу катушек Гельмгольца, все равно это требует абсурдно огромного количества энергии, поддержание магнитного поля таким способом можно сравнить с энергией, которую потребляет все человечество за год.

Другие проблемы, это то, что из-за этого способа на поверхности Марса сила магнитных полей будет так огромна, что будет угрожать жизнедеятельности колонизаторов и инфраструктуре вообще. Если создать поле слабее, то возникает другая проблема – солнечный ветер будет вдавливать его в атмосферу, а это еще хуже, чем вообще без магнитного поля, так как по силовым линиям вдавленного поля будут ускоренно убегать молекулы составляющие атмосферу.

Есть выход – разместить всю конструкцию в космосе. Это значительно уменьшит расход энергии нужной для поддержания магнитного поля, так как само поле можно будет сделать не таким сильным, как на поверхности. Конечно, масса такой конструкции будет сверхогромна, но считается, что к моменту, когда человечество начнет колонизировать и терраформировать Марс, появятся новые технологии и материалы, либо станут широкодоступными материалы, которых сейчас производят в малых количествах. По расчётам авторов этой работы, если использовать углеродные нанотрубки, то масса конструкции составит около 10 тысяч тонн. Для питания нужна будет станция, мощностью несколько гигаватт, это сравнительно немного, например Китай объявил о планах построить гигаватную станцию в космосе.

Правда есть еще проблема в том, где именно разместить всю конструкцию – Марс создает немного ассиметричный гравитационный потенциал из-за неоднородностей в массе, поэтому орбиты вокруг него более нестабильные чем вокруг Земли. Учеными рассматривался вариант разместить все эти катушки и станции в первой точке Лагранжа, это может еще больше уменьшить размер необходимой конструкции, но в случае Марса эта точка тоже достаточно нестабильная, а из-за большого расстояния от этой точки до Марса конфигурация такого искусственного магнитного поля может не давать нужной защиты.

В общем это все можно реализовать в обозримом будущем. Но мы переходим к простейшему способу.

Ток – это движение любых частиц, имеющих электрический заряд. И эти движущиеся частицы порождают магнитное поле.

Летит себе какой-то электрон в полном вакууме и порождает вокруг себя магнитное поле. Догадываетесь уже в чем дело? Не надо никакого проводника – достаточно пустить заряженные частицы по орбите вокруг Марса и это создаст магнитное поле, которое защитит Марс от солнечной радиации. Все гениальное -- просто.

Но как именно это сделать? Вы, наверное, видели, как с разных поверхностей лазером удаляют различные краски, ржавчину и так далее, этот процесс называется «лазерная абляция», так вот -- стертый с поверхности материал превращается в плазму. Плазма – это ионизированный газ, то есть она состоит из заряженных частиц и собственно поток этих частиц и есть электрическим током. (Но вообще, обычно плазма электронейтральна, так как состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц, но по ней можно пустить ток множеством способов) Так вот. Ставим такие лазеры на Фобос, спутник Марса, и просто испаряем его поверхность лазерной абляцией, превращая породу, из которой он состоит, в плазму. Скорость убегания частиц с Фобоса практически нулевая, поэтому вслед за ним будет выбрасываться хвост плазмы. Период вращения вокруг Марса составляет 7 часов 39 минут, а значит вокруг Марса быстро создастся кольцо из плазмы, которое, при определенных условиях, будет порождать магнитное поле. Этим способом можно так же легко регулировать силу магнитного поля, повышать ее или понижать. Просто легчайший способ.

Правда надо будет так же в нескольких местах этого кольца создать некие подстанции, которые будут направлять движение частиц, подобно тому, как это происходит в Большом Адронном Коллайдере, их еще называют «кикеры» (от слова kick). Забавно еще то, что при подобной конфигурации магнитного поля возникает так называемый «пинч эффект» -- он сжимает канал плазмы подобно тому, как сжимается плазма в канале молнии. Так вот в подобном кольце из плазмы этот эффект будет приводить к сжатию кольца и удержанию частиц внутри плазменного канала.

Хотя все частицы таким образом не получится удержать и надо будет постоянно испарять поверхность Фобоса, чтобы пополнять плазменный канал новой плазмой, общая масса которой должна постоянно составлять всего около 15 килограммов. А это значит, что, испаряя таким образом поверхность Фобоса, его массы хватит на миллиарды лет для поддержания такого кольца плазмы и, соответственно, искусственного магнитного поля Марса. Подобный способ можно использовать для создания магнитного поля на любых спутниках и планетах, достаточно вывести на нужную орбиту небольшой астероид и с помощью лазерной абляции формировать плазменные кольца вокруг этих небесных тел, генерируя таким образом магнитное поле.

Странно, что до этого додумались только совсем недавно, (научная работа, на которой опирается это видео, была опубликована в январе 2022 года) хотя давно известно, что вокруг спутника Юпитера Ио подобное кольцо из плазмы формируется естественным образом:

А Энрико Ферми предлагал проект по постройке ускорителя частиц на орбите Земли еще в 1954 году, когда еще даже не был запущен ни один искусственный спутник на орбиту:

И еще одно -- а зачем вообще нужно магнитное поле на Марсе? В первую очередь, чтобы удерживать атмосферу. Даже если получиться создать атмосферу на Марсе примерно такого состава, как на Земле, то солнечные ветры постепенно ее «сдуют». Останутся только тяжелые молекулы в составе атмосферы, типа углекислого газа. Ну и магнитное поле сможет уменьшить радиацию на поверхности Марса, хотя основной защитой от космической радиации является атмосфера. План таков – создаем магнитное поле на Марсе и постепенно возобновляем атмосферу до земного состояния, а как возобновить атмосферу – это уже другой вопрос, который, в рамках этой статьи, я затрагивать не буду, как и не буду поднимать тему того, зачем вообще человечеству нужен или не нужен Марс и его терраформирование, это была статья о интересном инженерном решении по созданию искусственного магнитного поля на Марсе, о чем, собственно, я и рассказала. Пока.

Текстовая версия видео:

На этой картинке показаны ближайшие к Солнцу звезды:

Забавно, но ближе всего от нас расположена система сразу из трех звезд и нескольких планет, то есть это сразу и звездная и планетарная система. Вот это изображение дает более хорошее представление о взаимном расположении наших систем:

Ближе всего к нам находится звезда Проксима Центавра – 4,2 светового года. Это примерно в 270 тысяч раз дальше, чем от Солнца до Земли и примерно в 6600 раз дальше, чем от Солнца до Плутона. Далеко, но это ближайшая к нам звезда (по крайней мере из открытых).

Эту звезду не видно невооруженным глазом, потому что это красный карлик, а они очень тусклые по сравнению с такими звездами, как Солнце. Из-за этого ее открыли сравнительно недавно – в 1915 году. Чуть дальше, а именно на расстоянии 4.36 светового года от Солнца, расположены звезды Альфа Центавра А и Альфа Центавра B и вот тут ситуация немного другая, так как невооруженным глазом они видны на небе как одна звезда, причем это третья по яркости звезда на небе (система звезд) не считая Солнца, конечно.

Они не видны на большей части Северного полушария, зато хорошо видны в Южном. Сейчас я расскажу подробнее об этих звездах, а потом покажу, как они взаимно вращаются, а также о том, что известно о планетах в этой системе.

Вот картинка, показывающая реальный масштаб размеров Солнца и звезд системы Альфа Центавра:

Как видно, звезда Альфа Центавра А немного больше Солнца, но они имеют одинаковую спектральную характеристику (короче, это один и тот же тип звезд). А теперь конкретные цифры. Массы этих звезд равны: 1,1 (Альфа Центавра А); 0,9 (Альфа Центавра B) и 0,123 (Проксима Центавра) от массы Солнца соответственно. Еще, для сравнения, Проксима Центавра примерно в 130 раз тяжелее Юпитера. Радиусы: 1,2 (Альфа Центавра А); почти 0,9 (Альфа Центавра B) и всего 0,14 (Проксима Центавра) от радиуса Солнца соответственно. На изображении ниже указана еще эффективная температура этих звезд и светимость:

Как вы думаете, как эти звезды взаимно вращаются, если их три? На гифке ниже продемонстрировано примерное вращение Альфы Центавры А и Б, они вращаются вокруг своего барицентра (то есть центра масс двух и более тел):

Ближе всего они находятся на расстоянии примерно 11 астрономических единиц – это как от Солнца до Сатурна, а дальше всего на расстоянии 36 астрономических единиц – это почти как в среднем от Солнца до Плутона. Период их вращения составляет 80 лет. Вокруг них, на расстоянии около 0.2 светового года (в 325 раз дальше, чем от Солнца до Плутона) вращается звезда Проксима Центавра.

Еще недавно не было ясно, связана ли Проксима Центавра гравитационно с Альфа Центавра А и Б или просто пролетает мимо, но оказалось, что связана, она вращается вокруг них с периодом, составляющим около 550 тысяч лет. Возраст этих звезд по современным представлениям составляет около 6 миллиардов лет, то есть они на полтора миллиарда лет старше, чем Солнечная система.

Примерно через 25 тысяч лет эта система приблизится к нам на минимальное расстояние, а именно 2.9 светового года и начнет медленно отдаляться:

А теперь о планетах. Сначала пару слов о планетах вблизи звезд Альфа Центавра А и B. В общем, на сегодняшний день пока не обнаружено планет у этих звезд, но есть неподтвержденный кандидат на экзопланету, вращающийся вокруг Альфа Центавры А примерно на таком же расстоянии, как Земля от Солнца, но при этом имеющий массу больше Нептуна и меньше Сатурна (вероятно, это газовый гигант), но это все очень ненадежная информация, это даже не кандидат на экзопланету, а неподтвержденный кандидат.

А вообще, в такой системе существовать планетам довольно сложно, если они будут расположены далеко от звезды или будут иметь большой эксцентриситет (то есть вытянутость орбиты), то с большой вероятностью они рано или поздно столкнутся с другой звездой или вообще будут выброшены из системы, но вблизи этих звезд вполне могут быть планеты.

Может когда-нибудь их откроют или подтвердят существование кандидата на планету, а может вы это читаете, когда их уже обнаружили. Кстати, некоторые планеты могут вращаться не только вокруг какой-то из этих звезд, а вокруг их барицентра, то есть примерно вот так:

А вот вокруг маленькой Проксимы Центавры по современным данным вращаются как минимум две планеты, называемые Проксима Центавра b и Проксима Центавра с, так же есть некоторые косвенные данные о существовании третьей планеты, Проксимы Центавры d. Это самые близкие к нам экзопланеты. Вот их орбиты согласно данным на сегодняшний день:

Как видно, Проксима Центавра b и кандидат d расположены очень близко к звезде, сейчас сообщу конкретные цифры, но начнем планеты Проксимa Центаврa с.

На самом деле, это все еще кандидат на экзопланету, но очень сильный кандидат. Планета вращается на расстоянии 1,5 астрономических единиц от Проксимы Центавры, это как Марс от Солнца, и скорей всего это суперземля либо мининептун с массой около 7 масс Земли. Еще вокруг нее может быть массивная система колец, а ее температура будет ниже минус 200 градусов Цельсия. Это все, что можно о ней сказать.

Дальше планета Проксима Центавра b.

Она вращается вокруг звезды на расстоянии всего 0.05 астрономических единиц, это в 20 раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу и в 8 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу, поэтому год на этой планете длится всего около 11 земных дней. Кстати, из-за этого звезда Проксима Центавра выглядит с этой планеты намного большей, чем Солнце с Земли. Исходя из видимого углового размера Солнца из Земли (0.5°) и углового размера Проксимы Центавры на расстоянии 0.05 ае. (1.5°) изобразила в фотошопе примерный вид звезд на планете Проксима Центавра b и сравнение с Землей:

Это при том, что Проксима Центавра имеет радиус в 6 раз меньше радиуса Солнца:

Масса этой планеты составляет как минимум 1,3 от массы Земли, точно не известно, судя по всему, это планета чуть больше Земли. Она находится в зоне обитаемости, но абсолютно неизвестно какие условия царят на ее поверхности и может ли там существовать жизнь, какой мы ее знаем. Вот известное художественное представление поверхности этой планеты, но на самом деле вообще неизвестно, как на самом деле может выглядеть ее поверхность, однако звезды действительно будут выглядеть примерно так, как тут показано:

Вообще, скорей всего жизнь в том виде, какой мы ее знаем, вряд ли будет существовать на этой планете, звезда Проксима Центавра, как и многие другие красные карлики, является вспыхивающей, то есть может резко увеличивать светимость в несколько раз или даже в сотни раз в разных диапазонах и такие вспышки могут просто стереть атмосферу близких планет, если они не защищены сильным магнитным полем.

Лично для меня самым интересным является то, что эта планета может быть приливно заблокирована звездой, иметь с ней синхронное вращение, из-за этого, там должно происходить много неочевидных и интересных вещей, но об этом может как-нибудь в другой раз. Ну и несколько слов о кандидате на экзопланету Проксиме Центавре d, которая может находиться еще ближе к звезде, на расстоянии 0.03 ае., то есть в 33 раза ближе к звезде, чем Земля к Солнцу и в 13 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу, поэтому год там длится около 5 земных дней. Масса этого кандидата составляет минимум треть от массы Земли и это, по сути, вся информация.

Вот такая вот ближайшая к нам система Альфа Центавра, если кратко ее описать конкретными цифрами. Возможно, вам покажется, что это очень необычная система. Но это не так, во-первых, большинство звезд на небе на самом деле не одиночны, а являются кратными звездными системами и лишь выглядят одиночными. А красные карлики вообще очень распространены: их больше 75% от всех звезд вообще, правда их не видно невооруженным глазом, а близкое расположение к ним планет, это следствие их малой массы, они не способны удерживать планеты на большом расстоянии. Так что наша соседняя система вполне себе обычная, необычной является как раз Солнечная система(из открытых), почему так, я уже рассказывала в этом видео:

На этом все, пока.

Текстовая версия видео:

Солнечная система воспринимается нами как что-то само собой разумеющееся, как что-то простое и обычное во Вселенной. Казалось бы, что таких звездных систем полно в необъятном космосе, наполненном триллионами звезд. Но это не так. Наша Солнечная система выделяется на фоне других обнаруженных планетарных систем.

Пока что это самая необычная планетарная система из открытых. В этой статье я не буду рассказывать о том, как ученые обнаруживают другие планетарные системы и откуда известны их свойства. Человечество не живет в пещерах и наши технологии позволяют даже напрямую наблюдать внесолнечные системы.

А о методе Доплера, методе транзита, периодических пульсаций и гравитационного линзирования вы можете почитать сами, я тут просто приведу несколько аргументов в пользу того, что Солнечная система – самая уникальная и странная из всех известных.

Начнем с нашей звезды – Солнца, а потом перейдем к планетам и системе вообще. В общем, звезд такого типа как Солнце – во Вселенной всего около 7.5%. Большинство звезд во Вселенной – это звезды класса М, Красные карлики (76,4% от всех звезд).

Этих звезд (Красных карликов), кстати, не видно невооруженным глазом на ночном небе. Если бы их было видно, то ночное небо было бы намного больше усыпано звездами. Скажу больше. Большинство звезд, которые выглядят как одиночные точки на ночном небе, это, на самом деле, двойные звездные системы.

Но это не значит, что все остальные звезды одиночные – некоторые из остальных звезд тройные, а некоторые имеют даже 7 звезд в системе как, например, Ню Скорпиона.  Как итог – по крайней мере две трети (больше, чем 66% всех звезд) являются членами двойных или кратных звездных систем. Так что да – одиночных звезд меньшинство.

А теперь по поводу планет. Оказывается, в Солнечной системе нет самой распространённой (из известных) планет во Вселенной, а именно горячих суперземель или горячих мининептунов. Короче, нет планеты средней между Землей и Нептуном. Смотрите, как все у нас тут устроено:

Юпитер в 3.3 раза тяжелее Сатурна. Сатурн в 5.5 раз тяжелее Нептуна. Нептун почти такой же, как Уран (всего в 1.1 раз тяжелее него), а дальше Уран резко в 14.5 раз тяжелее Земли! Опа. Что это за резкий переход? Смотрим на натуральные цифры: 3, 5, 1 и резко 14. Да и вообще, посмотреть на состав этих планет – резкая разница в составе между Землей, и Нептуном с Ураном. Что-то тут не то, правда?

В Солнечной системе планеты либо слишком большие, либо слишком маленькие. Ощущение, как будто между Землей, и Ураном с Нептуном должен быть какой-то переходной тип планеты, правда?

Оказывается, что такой тип планет (средний между Землей и Нептуном) – самый распространённый тип из известных экзопланет во Вселенной.

Посмотрите на эту периодическую таблицу открытых экзопланет:

По горизонтали у нас отмечена температура их поверхности – по центру температура оптимальная для известной нам жизни, наверху – слишком горячая, а снизу – слишком холодная температура для известной жизни. По вертикали слева направо: в первом столбце находятся так называемые мини-земли – планеты, размером и массой похожие на Меркурий; Во втором столбце показаны субземли – планеты размером с Марс, в третьем – планеты c размером Земли, в четвертом – суперземли – планеты в 5-10 раз тяжелее Земли и больше примерно в два раза; Дальше идут Нептуны – планеты размером с Нептун и наконец Юпитеры – планеты размером сопоставимым с Юпитером. Конкретные цифры приведены непосредственно над таблицей, где М – масса Земли и R – радиус Земли. Вот как раз планет из категории горячая «суперземля» открыто больше всего (25.1% среди всех остальных 18 категорий планет).

Вот такая же таблица, но с кандидатами в экзопланеты:

Тут тоже лидирует горячая суперземля – почти треть от всех кандидатов. Что же это за планета такая – горячая суперземля? Пусть вас не вводит в заблуждение название «суперземля», это не означает, что это планеты с условиями на поверхности похожими на Землю, это характеризует только массу и размер.

Суперземля – это планета с массой от 5 до 10 Земель и радиусом от 1.5 до 2.5 радиусов Земли. «Горячая» означает, что там температура на поверхности слишком высокая для известных форм жизни (больше 100 градусов Цельсия). По сути, это все параметры, о которых можно говорить более-менее уверенно, но разумно предполагать, что в основном такие планеты являются каменно–металлическими, как Земля, но с более мощной атмосферой (из-за большей гравитации), такие планеты могут быть планетами-океанами или мини нептунами, то есть иметь очень мощную газовую оболочку при сравнительно небольшом каменно-металлическом ядре.

Кстати, если на какой-то суперземле существует разумная жизнь, то такой цивилизации нужно развиться технически намного лучше, чем нашей, чтобы полететь в космос. И все из-за большей силы гравитации на суперземлях. При таких технологиях, как у нас, мы бы еще долго не смогли вылететь в космос из суперземли. Возможно, планета такого типа когда-то существовала в Солнечной системе, но была выброшена из системы вследствие гравитационных пертурбаций во время формирования Солнечной системы. Некоторые ученые также предполагают существование еще одной планеты где-то за Нептуном.

А теперь внимание! Кто-то скажет, что суперземли самые распространённые из известных просто потому, что планеты меньше Земли обнаружить труднее, а тем более холодные, и будет максимально прав. Вполне возможно, что статистика изменится после того, как человечеству станут доступны более продвинутые технологии для поиска экзопланет. Если посмотреть на такую же таблицу для Солнечной системы, то мы увидим, что холодные мини земли – самый распространённый тип небесных тел, входящих в рамки этой классификации.

Это небесные тела размером с нашу Луну, но ни одно из этих тел не является планетой согласно определению планеты. Это луны других планет, и вот тут можно уже практически с уверенностью заявлять, что таких лун во Вселенной намного больше, чем остальных планет в этой таблице. Но именно лун, а не планет. Из-за методов поиска экзопланет, обнаружить большие, горячие планеты вблизи своей звезды намного проще, чем холодные, маленькие, лежащие далеко от звезды, именно поэтому в названии статьи содержится слово «из известных», так как человечество не владеет полной информацией, скажем, о всех планетарных системах в нашей галактике, и вполне возможно, что Солнечная система не такая уж и необычная, но возможно также, что она еще более необычна, чем мы себе представляем.

Идем дальше. Известные экзопланеты находятся очень близко к своей звезде. Большинство планет находятся к своей звезде ближе, чем Меркурий к Солнцу. Вот два графика дающих наглядное представление о расстоянии экзопланет от звезды:

Тут расстояние показано в милях и астрономических единицах, если кому-то сложно сориентироваться, то скажу конкретно –наибольшее количество экзопланет находится на расстоянии от звезды в пределах от 6 до 30 миллионов километров. Для сравнения, Земля находится в среднем на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца, а Меркурий – 58 миллионов километров. Нептун – 4.5 миллиардов километров от Солнца. Приведу конкретный пример – звезда TRAPPIST-1 и ее система планет, все из которых находятся очень, очень близко к звезде. Самая далекая находится на расстоянии 9 миллионов километров, а самая близкая – почти два миллиона километров от звезды. Еще раз напомню, что Меркурий находится на расстоянии 58 миллионов километров от Солнца.

Из-за такой близости к звезде на этих планетах год длится пару Земных дней. Я понимаю, что это выглядит странно, но все как раз наоборот – такая ситуация, когда планеты ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу – обычна во Вселенной. Это не всегда значит, что на этих планетах супер жарко, так как большинство звезд не такие большие и горячие как Солнце.

Кроме этого, Солнечная система необычайно велика. Как я уже упоминала, расстояние от Солнца до Нептуна в среднем составляет 4.5 миллиарда километров. Сравните это с тем же ТРАППИСТ – 1 и самой далекой планетой там, которая удалена всего на 9 миллионов километров от своей звезды.

Вообще, другие планетные системы редко превышают размер орбиты Земли, так что Солнечная система просто гигантская по сравнению с большинством других известных планетных систем, хотя далеко не самая большая. И в этом ничего странного – большинство звезд, как я уже сказала, это красные карлики. Их масса меньше солнечной в несколько раз, поэтому они и неспособны удерживать большие планетные системы.

Еще одна странность — это то, что газовым гигантам свойственно находиться близко к звезде, в Солнечной системе же наоборот – все газовые гиганты отдалены от Солнца.

Ученые так же обнаружили корреляцию между эксцентриситетом орбит и количеством планет в планетной системе. Эксцентриситет орбиты – это, если объяснять по-человечески, мера сжатости орбиты, ну или вытянутости, смотря как посмотреть.

Как известно, орбиты – это не идеальные круги, а эллипсы. Эксцентриситет показывает, насколько эти эллипсы как бы «сплющены». Вот примерное сравнение эксцентриситетов орбит планет в Солнечной системе.

Как видно, самый большой эксцентриситет (сплющенность орбиты) у Меркурия. Самый маленький – у Нептуна. Заметьте одну очень важную вещь – эти орбиты не пересекаются. Некоторые тела в Солнечной системе имеют очень большой эксцентриситет, и эти тела могут столкнуться с планетами.

Так вот, в большинстве других планетарных систем, эксцентриситеты орбит очень большие, они пересекаются и из-за этого всегда есть шанс, что планеты столкнутся.

А так как временные масштабы существования многих планетных систем измеряются в миллиардах лет, то реализуются даже самые маленькие шансы, и планеты с большим эксцентриситетом сталкиваются с другими планетами. Из-за этого, в других планетных системах (в подавляющем большинстве) очень мало планет по сравнению с нашей системой, причем это показывают не только наблюдения, но и теоретические предсказания. В общем пока что, если сравнивать с другими системами, Солнечная имеет наибольшее количество планет в системе. Только одна система из известных имеет такое же количество планет.

Аргументов исключительности можно привести больше, это только основные, но их уже достаточно, чтобы заявить, что Солнечная система – самая уникальная из известных. Не забывайте, что ключевое слово тут – из известных. Окажется ли, что Солнечная система еще более необычная, или же она все же менее необычная, узнаем только в будущем. Напомню, что новый флагманский космический телескоп Джеймса Уэбба должны запустить уже совсем скоро, под конец 2021 года. Ожидается, что он откроет очень много внесолнечных планет. Поживем – увидим.

Напоследок вспомню самую уникальную вещь Солнечной системы – это единственная система из известных, в которой существует жизнь. Но тут опять же, ключевое слово – из известных…

Текстовая версия:

В древнеегипетском пантеоне богов присутствовала богиня Нут. У древних египтян она символизировала небо. Согласно мифологии, она каждый день проглатывала звезды и рождала их снова, то есть этим объяснялась смена дня и ночи. По ее телу, то есть по небу, плыл на лодке бог солнца Ра – вот так объяснялось перемещение Солнца.

Шли времена, наука развивалась, все описывалось более точно, наблюдения позволяли проверить правильность наших представлений о мире и вот Вселенная какой мы ее знаем:

Сфера, радиусом 46 миллиардов световых лет, заполнена триллионами галактик и еще большим количеством звезд и планет. Она называется «Видимой Вселенной». Почему "Видимой"? Потому, что из-за того, что скорость света конечна, мы не можем увидеть то, что находится за границами (или же за горизонтом событий Видимой Вселенной).

Что находится за горизонтом событий? Ученые не сомневаются, что такие же галактики и звезды, что Видимая Вселенная — это лишь маленькая часть всей Вселенной, которая, возможно, бесконечна или же безгранична, мы этого не знаем, известно только, что вся Вселенная как минимум в 250 раз больше, чем Видимая Вселенная.

А возможно ли, что существуют другие Вселенные? Мы этого тоже не знаем, но некоторые ученые предполагают, что да. Люди догадались, что Солнечная Система — это не весь мир, что другие звезды – это такие же Солнца как наше, что наша Солнечная Система не уникальна, похожих систем миллиарды в нашей галактике. Потом люди догадались и подтвердили, что и галактика наша не уникальна, их триллионы во Вселенной.

Можем ли пойти еще дальше и предположить, что и Вселенная наша не уникальна, что существуют триллионы или даже бесконечность таких Вселенных? Посмотрите на эту гравюру неизвестного автора:

На ней изображен человек, одетый в средневековую одежду пилигрима с посохом в руке. Он добрался до края Земли и сквозь занавес небесного свода рассматривает устройство Вселенной. Можно сделать некоторые выводы о научной парадигме, которая существовала в те времена. У нас ситуация несколько посложнее, мы не можем добраться до края Вселенной и посмотреть, что же за ним находится. Мы даже не знаем, существует ли вообще этот край Вселенной. Но у нас есть развитая физика, математика, космология, наука в целом и вообще, мы вроде как умнее того, кто сделал эту гравюру, правда? В этом фильме я расскажу о научных гипотезах, которые касаются темы Мультивселенной. Сразу стоит подчеркнуть, что это гипотезы и предположения, мы не знаем наверняка существуют ли другие Вселенные, поэтому стоит относится к этому соответственно – как к предположениям и гипотезам и даже если они обоснованы наукой, это не значит, что они верны.

А начнем мы от «Инфляционной модели Вселенной». Эта модель была разработана, чтобы попытаться объяснить некоторые космологические вопросы: однородность и изотропность Вселенной, то есть почему она настолько одинакова, почему пространство плоское, почему она настолько огромная и почему мы не наблюдаем магнитные монополи, то есть частицы с одним магнитным полюсом.

Все известные частицы, имеющие магнитный момент – это магнитные диполи, то есть имеют два магнитных полюса. Согласно инфляционной модели, до Большого взрыва существовало инфлятонное поле с определенным значением потенциальной энергии. Как и все поля, это поле флуктуировало случайным образом и энергии случайной флуктуации хватило, чтобы преодолеть барьер с более высокой потенциальной энергией, после чего оно опустилось на еще более низкий уровень потенциальной энергии и в процессе этого «опускания» произошло экспоненциальное расширение пространства, а лишняя энергия сконденсировалась в виде частиц, которые мы сейчас наблюдаем. Конечно, за этим всем стоит математический формализм и все намного сложнее, чем вышеупомянутое описание.

Хоть и эта гипотеза очень популярна среди космологов, самая популярная на данный момент, но не является до конца подтвержденной, не переведена в статус теории. Проблема в том, что значения потенциальной энергии и других переменных должны быть очень точно подобраны, чтобы получилась именно такая Вселенная, которую мы наблюдаем, если говорить просто, то шанс на это менее чем один из триллионов, триллионов, триллионов… короче чуть ли не один из бесконечности. Как же так получилось, почему тогда Вселенная именно такая? Впервые ответ появился 1983 году в этой статье.

Автор говорит, что если инфляционная модель верна, то из нее следует, что этот процесс бесконечен и случаен, Вселенные с разными физическими законами и константами появляются в случайных местах постоянно, поэтому ничего странного в том, что наша Вселенная имеет именно такие физические законы - она просто одна из множества разных Вселенных с разными физическими законами. Дальше буду ссылаться на статью 1994 года этого же автора на эту тему и на лекцию автора, чтобы постараться дать ответы на вопросы, которые возможно у вас возникнут.

- Где находятся эти гипотетические Вселенные с различными физическими законами?

В разных частях пространства которое недоступно для наблюдения, находится за горизонтом событий нашей Видимой Вселенной, в статье автора гипотезы есть такое изображение:

Как видно, они связаны такими "ветками", это просто значит, что существуют области, например в нашей Вселенной, где произошел или произойдет новый Большой Взрыв, что приведет к появлению новой Вселенной и так без конца, формируя фракталоподобную структуру.

- Может ли подобное произойти в видимой части Вселенной?

Да, но, судя по всему, расстояния между такими областями намного, на очень много больше, чем размер Видимой Вселенной, так что шанс на это небольшой.

- Можно ли попасть в другие Вселенные?

На этот вопрос ответа я не удалось найти, но даже если и да, то попасть в другую Вселенную с другими законами физики, где, например электрон не имеет массы – это “смертельно” не только для биологических форм жизни, а и для всяких роботов, космических аппаратов и т. д.

- Существуют ли подобные Вселенные вечно?

Зависит от начальных условий, некоторые моментально прекращают свое существование, некоторые – продолжают существовать практически вечно.

- А как все началось? Как запустился подобный процесс, что было до?

Боюсь неправильно интерпретировать ответ автора, поэтому вот скрин статьи с переводом:

Идем дальше. Практически все попытки создать квантовую теорию гравитации оперируют с дополнительными пространствами, большими чем наше трехмерное пространство. Нас интересует теория струн. Из нее следует существование 10^500 вариантов компактификации дополнительных измерений, ну и такое же количество возможных Вселенных, каждая из своими законами физики.

Это называется «ландшафтом теории струн», предложенным Леонардом Сасскиндом. Поэтому я буду ссылаться на его книгу, в которой идет речь об этом. В ней он приводит хорошие примеры того, что вообще значит Вселенная с другими законами физики, с другими константами. Оказывается, не надо представлять себе что-то абстрактное, достаточно заглянуть в рабочий аппарат МРТ. В нем сильные магнитные поля и это создает внутри "минивселенную" с немного другой физикой внутри.

Там можно заметить, что свободные электроны и другие заряженные частицы летают не по прямой, а по спирали, более того, электрон немного тяжелее чем в обычных условиях, так как сильное магнитное поле влияет на спины этих частиц.

Электронные оболочки атомов вытягиваются по силовым линиям поля, изменяются энергетические уровни атомов, что приводит к изменению спектров излучения. Конечно, это не большие изменения, но теоретически все может проявляться намного сильнее, настолько, что никакая биологическая жизнь или существование атомов не будет возможным. Другой пример – поле Хиггса, которое придает массу различным частицам. Если его изменять, так же, как и магнитное поле, то можно изменять массу частиц. Ну или вообще убрать это поле с некоторой области пространства, тогда все частицы будут двигаться в ней со скоростью света.

А теперь о Мультивселенных. Сасскинд сравнивает их с погодой в различных точках мира. Вот в одной стране такая-то температура, такое-то атмосферное давление, скорость и направление ветра и так далее. Похоже и с Вселенными, только вместо погоды – различные состояния вакуума(значения и свойства различных полей). В одной области физические константы одни, где-то – другие, что приводит к различным физическим законам, некоторые Вселенные и законы физики в ней не позволяют ей существовать, поэтому она практически сразу же коллапсирует, другие Вселенные расширяются слишком быстро и в них не могут появиться атомы, в некоторых частицы не имеют массы, а некоторые Вселенные похожи к нашей.

Как можно заметить, эта гипотеза похожа на предыдущую. Многие ученые считают, что такое(10^500) количество возможных Вселенных – это проблема теории струн, называемая «проблемой ландшафта теории струн». Дело обстоит примерно так:

Это по-другому еще называется «антропный принцип». Кто прав и верна ли теория струн сейчас неизвестно и возможно не будет известно еще долгое время.

Подход Сасскинда критикует Ли Смолин. У него свой подход к проблеме, почему у нашей Вселенной именно такие физические константы и законы физики. Он автор так называемой «гипотезы космологического естественного отбора». Согласно этой гипотезе, «по ту сторону» любой чёрной дыры возникает новая Вселенная, в которой фундаментальные физические постоянные могут отличаться от значений для Вселенной, содержащей эту чёрную дыру.

Разумные наблюдатели могут появиться в тех Вселенных, где значения фундаментальных постоянных благоприятствуют появлению жизни. Процесс напоминает мутации в ходе биологического естественного отбора. По мнению Смолина, его модель лучше за антропный принцип объясняет «тонкую настройку Вселенной», необходимую для появления жизни, так как имеет два важных преимущества, цитирую:

1. В отличие от антропного принципа, модель Смолина имеет физические следствия, которые поддаются опытной проверке

2. Жизнь во множественных вселенных возникает не случайным образом, а закономерно: больше «потомков» в ходе отбора имеют те Вселенные, параметры которых приводят к возникновению большего числа чёрных дыр, и эти же параметры, по предположению Смолина, благоприятствуют возможности зарождения жизни.

Спор Смолина и Сасскинда по поводу ландшафта теории струн и Космологического естественного отбора вы можете прочитать по ссылке. Чтения примерно на минут 40-час.

Продолжим. Многомировая интерпретация Хью Эверетта. Это одна из популярных интерпретаций квантовой механики, но я не считаю, что стоит ее включать в список гипотез о Мультивселенной, потому что она не предполагает реального наличия именно других миров, она предлагает лишь один реально существующий мир. Все остальные альтернативные реальности просто бессмысленные для нас.

Космолог Макс Тегмарк высказал предположение, названное «гипотезой математической Вселенной», гласящей, что любому математически непротиворечивому набору физических законов соответствует независимая, но реально существующая Вселенная.

Тегмарк предложил следующую классификацию миров:

Уровень 1: Миры за пределами нашего космологического горизонта (то есть все что находится за Видимой Вселенной).

Уровень 2: Миры с другими физическими константами (это то, что было описано в трех первых гипотезах).

Уровень 3: Миры, возникающие в рамках многомировой интерпретации квантовой механики.

Уровень 4: Конечный ансамбль (включает все Вселенные, реализующие все возможные математические структуры, то есть абсолютно все возможные Вселенные и альтернативные реальности, как в многомировой интерпретации).

Последняя гипотеза. Она немного не похожа на другие, но ее очень легко представить. Давайте представим Вселенную, разделенную не только пространством, но и временем. Это называется «циклическая модель Вселенной», говоря коротко – Вселенная рождается из Большого Взрыва, эволюционирует как сейчас, потом сжимается и наступает очередной Большой Взрыв и так без конца.

Хоть подобная гипотеза описывается и в теории струн в том числе, но гипотезы циклической Вселенной довольно маргинальны в научных кругах. Одну разновидность этой гипотезы активно продвигается нобелевским лауреатом Роджером Пенроузом, называется «конформная циклическая космология», не буду рассказывать детали, суть циклических гипотез кратко описана выше.

Это был краткий обзор научных и не совсем гипотез о Мультивселенной. Считаю ли я, что существует Мультивселенная? Я думаю так. Безусловно, антропный принцип, который был описан в двух первых гипотезах, очень элегантный, простой и логичный. Но все же я отношусь к нему скептически, и вот почему я так думаю. Давайте вспомним историю. Кеплер, который придумал три закона движения планет, который заменил модель эпициклов эллиптической орбитой, задумывался: «Почему планета Земля находится именно на таком расстоянии от Солнца, как так получилось?». Оказалось, ответ очень прост – существуют миллиарды звездных систем подобных до Солнечной, мы просто появились в одной из таких, она не была создана специально для нас, мы просто появились в таких условиях. Вот ответ на вопрос Кеплера. Мы можем продолжить этот ход мышления и ответить на вопрос, почему в нашей Вселенной законы физики именно такие: «Да потому, что наша Вселенная одна из множества Вселенных и законы физики в нашей Вселенной позволяют существовать формы жизни, которая может задавать такие вопросы». Это выглядит логично и просто, но! Но давайте вспомним Коперника. В его время уже полторы тысячи лет существовала парадигма Птоломея – Земля в Центре мира, вокруг которой вращаются Луна, Солнце и другие планеты, а звезды как бы нарисованы на куполе окружавшим этот мир. Коперник заменил Землю в центре Солнцем, что было очень смелым допущением в те времена, все остальное он оставил таким же.

Но был еще такой астроном, Томас Диггес. Диггес убрал из схемы Коперника край Вселенной, заполнив ее звездами вдаль и до бесконечности.

Понимаете, это простейшая идея, объяснить звезды на небе как множество, простирающееся в бесконечность. Он даже не мог предположить, что существуют более сложные структуры – галактики, сверхскопления галактик, черные дыры. В каком-то смысле ученые поступают как Томас Диггес. Он просто заполнил все пространство звездами до бесконечности, современные ученые заполняют все пространство другими Вселенными до бесконечности. Именно поэтому я отношусь скептически. Да, у нас более развита наука чем во времена Диггеса, но возможно структура Вселенной намного более сложная, чем бесконечное число Вселенных с разными физическими законами, настолько сложная, что современная наука и величайшие умы человечества не в состоянии даже приблизится к ее пониманию, возможно это не просто другие Вселенные, а нечто более сложное, неописуемое современным уровнем физики, математики, нашей логикой и даже больной фантазией.

Египтяне (вспоминайте начало статьи), да и другие народы и отдельные личности, описывали наблюдаемое и ненаблюдаемое так, как позволяла их фантазия и уровень науки, если можно это назвать наукой. Можем ли мы быть уверенны, что современная наука, описывая ненаблюдаемое как множество Вселенных не допускает ту же ошибку, что и египтяне и все остальные? Нет. История показывает, что до реальных наблюдений, предположения и гипотезы в той или иной мере почти всегда оказывались ошибочны. Это не значит, что Мультивселенная наверняка не существует. Это значит, что все может быть устроено покруче даже мозговыносящей Мультивселенной…

Текстовая версия видео:

Кратко и без лишних усложнений расскажу о так называемой "проблеме Больцмановского мозга". В 19 и в начале 20 века превалировала парадигма, согласно которой Вселенная существовала и будет существовать вечно. Тогда же уже знали о началах термодинамики и об энтропии, и эти знания приводили к интересным следствиям – оказывается, что Вселенная не могла существовать вечно, иначе в ней не появились бы люди, планеты, звезды и т.д. Почему? Давайте проведем простой мысленный эксперимент, который позволит интуитивно понимать в чем дело. Представим себе стол для бильярда и пока еще не разбитые шары. Обозначим, что в таком состоянии некая «энтропия», обозначаемая буквой S, равна некоторому неизвестному значению х. Не важно, что это за значение. Допустим, что трение шаров о поверхность стола нулевое, а столкновения шаров - абсолютно упругие, короче, что энергия в этой системе сохраняется и никуда не рассеивается. А теперь разбиваем шары. Интуитивно понятно, что при таких условиях по истечению некоторого времени все шары начнут двигаться примерно с одинаковой скоростью, если быть точным – кинетическая энергия шаров будет колебаться вокруг некоторого среднего значения и очень редко будет как-то сильно отклоняться от этого среднего значения.

Это происходит из-за закона сохранения импульса – один шар передает энергию остальным шарам, сталкиваясь таким образом много раз, они в результате выравнивают свои скорости. В такой системе S, то есть энтропия – максимальна, больше быть не может. Давайте представим, что шары - это молекулы идеального газа, заключенные в некотором объеме, то есть находятся в закрытой системе и энергия оттуда никуда не девается, а сохраняется.

Если все молекулы достигают одинаковой скорости (точнее температура этой изолированной системы почти стабильна, колеблется вокруг некоторого среднего значения), то такая система находится в термодинамическом равновесии. Именно в термодинамическом равновесии энтропия максимальна (в изолированных системах, т.е. в нашем случае). Я специально не буду детально рассказывать об энтропии, в рамках этой статьи я вас только запутаю, понятнее не станет. Скажу упрощенно: энтропия - это мера близости состояния системы к термодинамическому равновесию. На самом деле, понятие энтропии более широкое, но в рамках этого видео нам достаточно знать, что при термодинамическом равновесии в изолированных системах, энтропия - максимальна.

У ученых есть множество оснований полагать, что время движется в сторону максимальной энтропии, в сторону термодинамического равновесия. Обычно это называют более общим и понятным словом - будущее. А вообще, вопрос “куда движется время” это одна из нерешенных проблем физики, но не будем углубляться в эту тему.

Допустим, что время движется именно в сторону максимальной энтропии. Что это значит для нашей Вселенной? Опять же, многое указывает на то, что в будущем наступит состояние с максимальной энтропией, термодинамическое равновесие, когда все частицы барионной материи будут двигаться почти с одинаковой скоростью. А Вселенная мало того, что и так огромная, так еще и расширяется, в общем скорость этих самых частиц будет практически нулевая, будет колебаться возле абсолютного нуля. Такое состояние еще называют «Тепловой смертью Вселенной». Существуют аргументы против того, что это произойдет, но опять же, не буду начинать все перечислять.

Итак, в чем же проблема с энтропией и вечной Вселенной. Если бы Вселенная была вечной, то мы бы не наблюдали таких объектов как, например, звезды, туманности и тем более жизнь, ведь все температуры уравнялись бы, было бы состояние термодинамического равновесия, то есть максимальной энтропии.

Так вот, в конце 19 века стоял вопрос. Если Вселенная вечна, то почему она не находится в состоянии с максимальной энтропией, почему не все имеет одинаковую температуру, ведь неизбежно температуры должны были уравняться за бесконечный промежуток времени, что следовало из законов термодинамики.

Получается такой вот парадокс. Подумайте, как бы вы его разрешили.

Некий физик, Людвиг Больцман, предложил аж два решения и надо отдать ему должное – додуматься до такого в те времена (19 век) было необычайно умно.

Что же он предложил? Одно из решений заключалось в том, что Вселенная начала свое существование с состояния с низкой энтропией. Другими словами, она была очень горячей в недалеком прошлом и понемногу постепенно охлаждается.

Сейчас мы знаем, что именно так и было – Вселенная начала свое существования с очень низкой энтропией относительно недавно по сравнению с вечностью – примерно 13.8 миллиардов лет назад (это один из нетривиальных способов доказать Большой Взрыв). У нас даже есть фотографии той горячей эпохи.

Вот, например, фотография Вселенной примерно 400 тысяч лет после Большого Взрыва, когда она имела температуру около 3000 кельвинов (2726 °C). Казалось бы, что тогда наоборот термодинамическое равновесие было больше и соответственно энтропия больше, чем сейчас, но это не так. Второе объяснение Больцмана более необычное. Он предположил, что да, Вселенная существовала вечно и в ней вечно было термодинамическое равновесие, максимальная энтропия, в общем практически везде одинаковая, холодная Вселенная. Но Больцман пошел дальше и высказал гипотезу, что атомы, наполняющие эту Вселенную, в ходе хаотических флуктуаций случайно собрались таким невероятным образом, что в итоге в одной части Вселенной случайно появилось все то, что мы наблюдаем: планеты, звезды, туманности и так далее.

Казалось бы, что это полнейший бред, такого произойти не может. Но на самом деле нет. В вечной Вселенной такое событие произойдет бесконечное количество раз – из хаоса появятся структуры любой сложности, но чем более сложная структура, тем меньшая вероятность ее случайного появления. Просто бесконечность, да и вообще очень большие или очень маленькие числа для нас неинтуитивны.

Существует очень известная «теорема о бесконечных обезьянах», которая утверждает, что абстрактная обезьяна, ударяя случайным образом по клавишам пишущей машинки в течение неограниченно долгого времени, рано или поздно напечатает любой наперёд заданный текст.

В общем, если событие имеет сколь угодно малую вероятность, то за бесконечное количество времени это событие произойдет с вероятностью 100%. Приведу еще примеры. Если на бильярдном столе шары будут двигаться вечно, то за бесконечное количество времени они случайно хотя бы на момент создадут любой возможный узор из шаров, хотя понятно, что такие события маловероятны, большинство времени они будут просто хаотически двигаться.

Представим, что мы заключили газ в какой-то коробке, можете представить, что ваша комната и воздух в ней являются такой коробкой с газом и что эта система (система из газа в коробке), является изолированной – то есть не может обмениваться энергией с внешним миром.

Газ в коробке будет стремиться к максимальной энтропии, к термодинамическому равновесию, что выглядит как хаотическое равномерное движение всех частиц, но существует шанс, мизерный, что газ случайно соберется на одной стороне коробки. Энтропия такой системы уменьшится, но ненадолго, газ опять быстро достигнет термодинамического равновесия.

За бесконечное количество времени произойдет бесконечное количество таких событий – газ соберется в одной стороне коробки бесконечное количество раз. Вообще, любая конфигурация, не нарушающая закон сохранения импульса и энергии произойдет в этой коробке, газ соберется в одну точку, сформирует различные фигуры, даже случайно напишет слово "энтропия" и случайно создаст микромодель, например, Солнечной Системы.

За бесконечное количество времени это все произойдет бесконечное количество раз. Больцман примерно так же рассматривал вечную Вселенную - как коробку с хаотическим газом. То, что в ней могли появиться такие структуры, как галактики, звезды, планеты и жизнь – это неизбежность за бесконечное количество времени, за вечность. Более того, в такой вечной Вселенной неизбежно произошел бы Большой Взрыв бесконечное количество раз – за вечность все частицы собрались бы в одной точке бесконечное количество раз.

Парадокс действительно можно было решить этим объяснением, но позже физики пришли к следующим выводам: вероятность появления видимой Вселенной в результате случайных тепловых флуктуаций чрезвычайно мала, речь идет о вероятностях порядка 1 до Числа Грэма. Чем менее сложная структура и с чем меньшего количества частиц она состоит, тем большая вероятность появления такой структуры в вечной Вселенной. Звезда в результате хаотического движения частиц появится с большей вероятностью, чем галактика. Планета появится с большей вероятностью, чем звезда.

Человек появится с большей вероятностью, чем планета. Мозг, осознающий себя появится с большей вероятностью, чем человек. Согласно такой логике, с большей вероятностью ты, осознающий себя, на самом деле являешься просто случайно собравшимся мозгом из частиц во Вселенной с термодинамическим равновесием, причем все твои воспоминания — это иллюзия, они тоже появились случайно. Все, что ты видишь, знаешь и наблюдаешь – тоже иллюзия, на самом деле ты лишь мозг случайно появившийся посреди хаоса.

Конечно же слово «мозг» тут употребляется для того, чтобы возникали ассоциации с сознанием, но в принципе любой случайно создавшийся объект в ходе флуктуаций при этом осознающий себя можно назвать Больцмановским мозгом. Но здравый смысл подсказывает нам, что это ни разу не так и что мы - обычные люди, с вполне реальными воспоминаниями, находящиеся в вполне реальной Вселенной. Да, действительно, здравый смысл подсказывает нам это, но если сделать некоторые допущения, то математически с намного большей вероятностью ты, осознающий себя – являешься лишь Больцмановским мозгом.

Сейчас в научных кругах проблему Больцмановских мозгов часто называют, в переводе на русский, «ложный наблюдатель» (freak observer), обычно это касается работ посвященных Мультивселенной. Если существует бесконечное число Вселенных, ну или очень большое число Вселенных с различными физическими законами, то математически большая вероятность, что во всем мультуме Вселенных больше мозгов Больцмана, а не обычных живых существ, и осознающий себя ты, опять же, с большей вероятностью это Больцмановский мозг, а не тот, кем себя представляешь.

Так в конце концов, все-таки я – Больцмановский мозг и все мои воспоминания поддельны, или нет?

Вот что я вам скажу. Этот вопрос не является принципиально опровержимым, нельзя поставить эксперимент, который опровергнет это утверждение. А принципиальная опровергаемость и постановка экспериментов – это критерии научности, в общем это не научная проблема, в это можно верить, или не верить, эмпирически проверить это нельзя. Таких принципиально не опровергаемых идей существует масса. Например, гипотеза симуляции, тут тоже, если появление жизни во Вселенной возможно, то скорей всего, более вероятно математически, мы - не первая жизнь, а симуляция, созданная более развитыми интеллигентными существами, а может даже симуляция в симуляции.

Это нельзя проверить, это не наука, в это можно верить, либо не верить, а это уже решать вам. Добавлю еще, что некоторые ученые называют проблему Больцмановского мозга глупостями, а некоторые постоянно придумывают способы как-то ее опровергнуть и привести аргументы против, да и вообще проблема Больцмановского мозга возникает только при некоторых допущениях. Не вижу смысла более глубоко раскрывать эту тему, все основное я рассказала. Моей целью было предоставить пищу для размышлений. Приятного аппетита =)

Текстовая версия:

В 19 веке начали появляться свидетельства очевидцев о таинственных огромных волнах в океане, появляющихся из ниоткуда. И это не совпадение – в 19 веке появились первые железные морские судна, которые, при счастливом стечении обстоятельств, могли пережить встречу с таинственной волной. До этого встреча с ней была фатальной – моряки уже никогда не возвращались на берег…

С развитием судостроения сообщения о загадочных волнах только участились, но почти никто не верил в рассказы очевидцев. Считалось, что волна высотой 10 метров в открытом океане – это достаточно редкое явление, а сообщения о волнах высотой 30 метров – что-то из разряда фантастики. Но корабли, казалось бы надежно защищенные от штормов, продолжали без следа пропадать в океанах по всему миру. Хорошо задокументированное событие произошло сравнительно недавно с грузовым судном МС Мюнхен.

Этот двести шестидесяти метровый корабль считался непотопляемым, в 1978 году он отправился в свой 62 рейс по привычному маршруту из Германии в США. Рейс проходил нормально, а потом несколько судов и радиостанции получили от Мюнхена сигнал бедствия.

После этого – полная тишина, корабль и экипаж в составе 28 человек просто исчезли. В поисковой операции принимали участия несколько стран, были задействованы десятки самолетов и сотни морских судов. В результате были найдены спасательные шлюпки, пару спасательных жилетов, аварийные буи и часть груза. Никакого корабля и людей не нашли, поэтому мы можем только догадываться о том, что произошло с МС Мюнхен. Но повреждения на одной из спасательных шлюпок и другие косвенные признаки говорили о том, что шлюпка, крепленная на высоте 20 метров над уровнем воды, была сорвана чудовищной силой.

«Плохая погода стала причиной необычного события» -- к такому выводу пришел морской суд, но сейчас большинство исследователей считает, что это произошло из-за огромной, редкостной волны, возможно даже не одной.

Согласно одной из публикаций на эту тему, всего во второй половине 20 века эти же гигантские волны вероятно потопили 22 больших корабля и стали причиной больше 500 смертей. Хорошо известный случай о затонувшем при странных обстоятельствах огромного MV Derbyshire. Без вести пропали 44 человека.

Скепсис по отношению к огромным волнам продолжался, все изменилось в 1995 году, всего чуть больше 26 лет назад. Лазерные датчики на нефтяной платформе Дропнер зафиксировали волну высотой 25 метров, это почти в 3 раза выше, чем самые высокие волны в этом регионе.

Считалось, что это просто невозможно, это не укладывалось в математические модели того времени и не подтверждалось наблюдениями. Так как данные из подобных датчиков были очень надежные и ошибка исключалась, этим случаем заинтересовались ученые и начали искать способы объяснить как это возможно, наблюдения за океаном усилились и за короткое время данные спутников показали существование огромных волн высотой больше 25 метров. Эти волны действительно возникали как-бы из ниоткуда и быстро исчезали, интересным был так же тот факт, что очевидцы описывали эти волны как стену воды, то есть они были очень крутыми. Эти волны получили называние «Волн Убийц», хотя название очень отличается в различных языках Как оказалось позже, существуют даже супер волны-убийцы, их высота превышает в 5 раз окружающие волны, они могут быть высотой больше 30 метров, можно так же встретить информацию о волнах высотой больше 40 метров, но источники мне показались ненадежными.

Вот гифка, показывающая данные наблюдений за волнами на воде, там где области смещаются в сторону красного цвета, там бушуют штормы, высота волн там может достигать 11 метров.

Стоит сказать, что существуют такие понятия, как столетняя волна, тысячелетняя волна, десяти тысячи летняя волна, это как бы необычное редкое отклонение от среднего значения, например раз в 10 тысяч лет может появиться волна высотой около 20 метров, это берут во внимание проектируя корабли, порты и нефтяные вышки. Но регулярные появления волн высотой больше 20 метров, а иногда даже больше 30 метров… как? Что за сила создает их, откуда такая энергия? Я бы могла сказать «Наука не может объяснить», но эти слова обычно используют для кликбейта и на самом деле это означает «наука имеет предположения, гипотезы, но общепринятого мнения и однозначного ответа нет». Кратко расскажу об основных двух гипотезах.

В общем самое простое объяснение – это интерференция, суперпозиция разных волн, ну или в более привычном смысле – наложение волн. Несколько различных волн с разной длиной волны и амплитудой накладываются одна на другую и создают в некоторых местах одну большую волну.

Тут очень много дополнительных параметров учитывается, например не просто синусоидальная форма волн, а крутые гребни и впадины, течения, ветер, разность температур и так далее, но суть в двух словах можно передать как наложение различных волн в некоторых условиях.

Другое объяснение пришло из квантовой механики, образование волн с необычно большой амплитудой описывает одно из модификаций Уравнения Шредингера, которое используется в оптике и физике плазмы.

Решение обычного уравнения Шредингера – это волновая функция, тут так же, только имеет немножко более сложный вид и тоже в комплексную форму, называется «Солитон Перегрина», графически выглядит примерно вот так:

В чем суть. Обычная волна, как можно часто заметить, она очень нестабильна, когда она набирает высоту, то гребень начинает закручиваться и волна обрушивается. А Солитон – это одиночная волна, которая сохраняет свою форму более длительное время, вот например нервные импульсы можно рассматривать как солитоны, но вообще солитон Перегрина применяется для описаний солитонов в оптике и физике плазмы. Как оказалось, это все можно применить и к гравитационным волнам, гравитационные волны – это волны на воде, не следует путать и другими гравитационными волнами в пространстве и времени, которые следуют из общей теории относительности.

В общем в итоге ученым удалось смоделировать волну убийцу на воде в бассейне на фото.

Это не единственная модель, но одна из, тут теория вполне согласуется с практикой. В чем суть в двух словах: тут происходит не интерференция, а как бы всасывание соседних волн в одну большую, стабильную волну, в океане это может происходить вполне регулярно, все условия позволяют.

Что забавно – такими волнами в моделях могут быть не только гребни, но и впадины – и это подтверждается очевидцами волн убийц в океанах. Но скорее всего волны убийцы не описываются только каким-то одним процессом и возникают в следствии различных причин.

Наверное стоит вспомнить о цунами, почему не берут во внимание процесс, который отвечает за формирование цунами. Тут все просто – цунами в открытом океане почти незаметна, она увеличивается в высоту при приближении к берегу, ну, если это не цунами вызванное падением огромного астероида. На ютубе много видео о волнах убийцах, но почти на всех таких видео нет никаких волн убийц, а просто автор решил написать ошибочное название сам того не осознавая, вот одно из редких видео, на котором был заснят момент столкновения с волной убийцей, правда не очень большой, но как и все видео о необычных явлениях, снято на кирпич:

Реальных фото волн убийц тоже очень мало, в основном используют фотошоп для того, чтобы впечатлить людей, но на самом деле волны в море, даже самые большие, не выглядят так впечатляюще, как в фильмах. На реальных фото просто трудно с чем-то сравнить их размер. Вот фото, которое я использовала для превью, вообще не впечатляет, я не знаю какая высота этой волны, наверное где-то около 20 метров, найти оценку ее высоты в оригинальных источниках не удалось.

Но на самом деле эта тема интересна даже не из-за самих волн-убийц, а из-за универсальности волновых феноменов, ведь волны убийцы появляются не только на воде, но и в других системах, где есть волны различной природы, в оптических средах, плазме и даже экономике.

Как известно многие физики специализирующиеся на дифференциальном исчислении уходят в область экономики, финансов, там просто больше платят, на каком-нибудь Волл Стрит, они применяют физику и математику для анализа ситуаций на рынке финансов, там очень сложные формулы, но иногда удается найти закономерности и предсказать поведение инвесторов например, ну наверное самый известный для широких масс инструмент при анализе бирж – это уровни Фибоначчи, это что-то из той же серии, только более продвинутое.

Есть даже такой термин – Эконофизика, волновые процессы играют там не последнюю роль, можете почитать об этом, если хотите, а я пойду делать следующее видео (и писать статью тоже). Пока.

Краткая текстовая версия видео:

Мир, в котором мы живем, является четырехмерным. По крайней мере в макро масштабе. В нашем мире 3 пространственных измерения и одно временное. Трехмерность пространства значит, например, то, что мы можем в нем провести три взаимно перпендикулярных координатных осей расположенных под углом 90 градусов. В таком пространстве можно двигаться «влево-вправо», «вперед-назад» и «вверх-вниз».

В трехмерном пространстве мы можем завязать узел. В двумерном пространстве завязать узел невозможно. А еще в трехмерном пространстве стул может стоять только на трех ножках или больше, стул на двух ножках потеряет равновесие и упадет (Речь идет о ножках типа такого, как на фото).

А что будет, если мы добавим еще одно пространственное измерение? То есть представим себе пятимерный мир, 4 пространственных измерения и 1 временное?

В таком мире можно провести еще одну ось перпендикулярную к остальным трем осям под углом 90 градусов. В трехмерном пространстве сделать это невозможно и как-то точно визуализировать я это не могу, так что включайте фантазию.

В пятимерном мире так же добавятся новые направления движения, которые называют «ана-ката», получается: «влево-вправо», «вперед-назад», «вверх-вниз» и «ана»-«ката». Представить себе направление движения ана и ката мы не можем, так же как существо в двумерном мире не может представить себе направления вверх и вниз.

В таком мире можно завязать двумерную сферу на узел, в нашем мире сделать это невозможно, показать, соответственно, тоже нельзя. Ну и стул с тремя ножками не сможет стоять в мире с 4 пространственными измерениями, чтобы он был устойчив потребуется 4 или больше ножек.

Ну хорошо, я понимаю, вы вряд ли Вы читаете это, чтобы узнать о узлах и ножках стула, Вас интересует, что будет с нашим миром, если внезапно в него добавить еще одно измерение, вот так по щелчку пальца «тыц» и добавили еще одно пространственное измерение и вот ты уже в 5 измерении, что с тобой будет?

Если коротко то… умрешь конечно же. А еще Земля станет приплюснутой. Сейчас расскажу как именно умрешь и почему земля станет приплюснутой.

Есть такой закон – закон обратных квадратов, и он тесно связан с размерностью пространства. Возьмем для примера светящий фонарь, интенсивность света в таком случае убывает согласно закону обратных квадратов.

Объект, перемещенный на расстояние в 2 раза большее от источника, получает только четверть той мощности, которую он получал в первоначальном положении. На расстоянии в 3 раза большее от источника – в 9 раз меньше мощности, на расстоянии в 4 раза большее от источника – 16 раз и так далее.

В законе всемирного тяготения сила гравитационного притяжения убывает тоже с квадратом расстояния. В два раза увеличиваем расстояние, сила притяжения уменьшается в 4 раза и так далее. Тоже самое с законом Кулона – сила притяжения или отталкивания заряженных частиц убывает с квадратом расстояния. В 5D мире закон обратных квадратов превращается в закон обратных кубов. Теперь интенсивность света будет падать не с квадратом расстояния, а с кубом расстояния. r^2 в законе Кулона и Законе всемирного тяготения превращается в r^3.

Это все полностью изменит химические элементы из которых мы состоим, некоторые атомы станут нестабильными, радиоактивными, другие наоборот, станут стабильными.

Например, в 5D мире магний был бы благородным газом, а не металлом, то есть некоторые элементы станут менее реактивными, другие более реактивными. Ионизация атомов будет осуществляться при значительно меньших энергиях, да и вообще агрегатное состояние различных элементов будет меняться не так, как в нашем мире, некоторые хим. элементы станут газообразны при комнатной температуре, некоторые затвердеют и такие вот вещи. Думаю, практически бессмысленно вспоминать биологические процессы, благодаря которым мы можем жить, ведь это все поменяется кардинально, мы мгновенно потеряем сознание и умрем, синтез белков, транспортировка различных аминокислот, нейромедиаторов, нервные импульсы, это все либо прекратится, либо изменится до неузнаваемости. Ну и конечно же спектры атомов изменятся, а это значит, что все резко поменяет цвет, что-то станет прозрачным, что-то непрозрачным, да и вообще привычные для нас источники света выглядели бы более тускло из-за r^3, с запахами та же история, правда уже некому будет смотреть и нюхать все это, ведь все живые существа погибнут.

Короче будет происходить полная жесть, что-то будет плавится, что-то превратится в газ, что-то затвердеет, некоторые вещества станут радиоактивными, привычные нам вещи потеряют свои свойства и перестанут работать так, как в нашем мире. Я напомню, что это все в мире, в котором 4 пространственных измерения и одно временное и в котором можно двигаться в направлении ана и ката. Но кроме дополнительного направления появятся также дополнительные степени свободы во вращении. В нашем мире ориентацию тела можно задать тремя углами, в быту это называется «наклон, подъём и поворот», в 5D мире надо представить себе еще 3 дополнительных степени свободы вращения перпендикулярные к 3 вышеупомянутым. Но по идее, на вращение Земли это не должно повлиять, момент импульса сохранится, ведь нужно, чтобы какая-то сила передала момент импульса Земле, чтобы она могла вращаться в какой-то непривычный для нас способ. Конечно Земля изменит свой привычный облик, из-за того, что свойства химических элементов изменятся, но из-за гравитации все должно также удерживаться вокруг центра масс, правда земля довольно быстро вращается, а так как гравитация в 5D мире у нас ослабевает с кубом расстояния, то земля сплюснется и формой будет напоминать что-то типа такого, как на картинке.

Но вообще, появится дополнительное направление, в котором могут двигаться частицы из которых состоит земля, планета начнет превращаться в гиперсферу, представить себе этот процесс, эти метаморфозы которые будут происходить, очень сложно.

Будут ли происходить термоядерные реакции на солнце, тут под вопросом, но изменения явно произойдут. Но вот что забавно – в пятимерном мире нет стабильных орбит. Вот, посмотрите на график, это моделирование классической задачи двух тел, оказывается, что устойчивых орбит в 5D мире нет, тела либо падают друг на друга, либо улетают в бесконечность, поэтому солнечная система, как и все другие системы, разрушится, некоторые тела упадут на другие тела, а некоторые улетят бороздить просторы галактики.

Казалось бы, следуя логике как с законом обратных квадратов, все квадраты в других уравнениях тоже надо заменить на кубы и получается, что формула эквивалентности массы и энергии в пятимерном пространстве будет работать как Е=мс в кубе, но нет, эта формула, как и множество других, не изменятся в пятимерном пространстве, она, как и множество других формул, не зависит от размерности пространства.

Но даже и без этого всего, мир в 5 мерном пространстве изменится настолько, что в нем не сможет существовать жизнь в том виде, в котором существует в четырехмерном пространстве. Вообще, оказывается, четырехмерный мир – самый простой из возможных и одновременно самый оптимальный для существования в нем жизни, стабильных орбит и химии, какой мы ее знаем.

Тут есть лимит для изображений в статье, но если что -- в видео рассказываю все немного более детально (вспоминаю Интерстеллар, возможности 5D существа в 4D мире, простой и необычный способ попытаться представить себе фигуру 4D и тд.) плюс стараюсь все визуализировать. По этой теме (5D измерение) написано много бреда в интернете, но проведя пару дней поиска, среди масс откровенной ахинеи удалось найти статьи ученых и математиков на эту тему, вот, собственно, сами источники:

Книга Кипа Торна, «Интерстеллар. Наука за кадром»

https://space.mit.edu/home/tegmark/dimensions.pdf

https://www.knotplot.com/knot-theory/

https://www.askamathematician.com/2012/05/q-what-would-life-...

https://medium.com/starts-with-a-bang/how-would-the-universe...

https://www.numberphile.com/videos/4d-monkey-dust