yokling

yokling

пикабушник
поставил 60 плюсов и 33 минуса
проголосовал за 0 редактирований
1627 рейтинг 50 комментариев 24 поста 9 в "горячем"
12

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма.

Думаю, вы все знаете, что самого большого числа просто-напросто не существует - их БЕСКОНЕЧНОЕ КОЛИЧЕСТВО. Однако, в математике есть такие рекорды, как "самые большие числа, которые что-то значат".


Собственно, таких чисел много, но одно из наибольших чисел - число Грэма. Сейчас есть числа и больше, но в своё время это было рекордным числом, что оно даже попало в книгу рекордов Гиннеса.


Думаю, мне нужно начать с малого. Ой, простите, с "малого"...😜


Все вы знаете такие числа, как миллион, миллиард... Ну так вот - это всё детский лепет по сравнению со следующими числами)


Для того, чтобы понять эти большие числа, мы запишем миллион следующим образом:

1 000 000 = 10⁶ (6 - кол-во ноликов после единицы)


Значит:


10⁶ - миллион


10⁹ - миллиард


10¹² - триллион


10¹⁵ - квадриллион


10¹⁸ - квинтиллион


10²⁴ - масса нашей планеты Земля в килограммах


10²⁶ - диаметр Обозримой Вселенной в метрах (однако, космические расстояния неудобно высчитывать в метрах и их высчитывают в световых годах. Общепринятые границы Вселенной составляют 93 миллиарда световых лет)

Световой год - расстояние, которое пройдёт свет за год.Если перевести это в метры - это  ~9,46*10¹⁵ метров. Или же примерно 9 с половиной квадриллионов метров.


Однако, я назвал вам далеко ещё цветочки.


Опираясь на данные, полученные вычислениями учёных, наша обозримая Вселенная вмещает в себя 10⁸⁰ атомов.


Один математик, когда гулял со своими детьми, придумал (ну и конечно же запатентовал) число гугол. Это 10¹⁰⁰, т.е. единичка со 100 нулями.


Ну а так же есть число 10¹⁸⁰ - примерно столько планковских объёмов занимает наша Вселенная.


Планковский объём - наименьший известный учёным размер. Составляет примерно  4,22167·10⁻¹⁰⁵ метров в кубе.

Степень равная -105 значит, что всего в числе 105 ноликов, только они записаны немного  по-другому. (Например, 10⁻¹ = 0,1 так же 10⁻² = 0,01 и так далее)


Многовато что-то, да?


Но мы ещё ОООООООООООООООООЧЕНЬ далеко до заветного нашего числа)


Кстати, вы же не успели ещё забыть то число гугол? Я просто тогда вам не договорил, что так же тем математиком было придумано число гуголплекс. Это 10 в степени гугол (т.е. 10 в степени 10¹⁰⁰)


Пометочка: я бы записал это сразу одним числом, но тут форматирование неудобное и не позволит этого сделать, поэтому буду использовать символ ^ для обозначения степени)


Уже идёт степень в степени, да?) А ЭТО ЕЩЁ ТЕ ЖЕ ЦВЕТОЧКИ! Хотя, конечно, человек уже не может вообразить это число - оно слишком огромное (да и ничего не значит).


Ну что же, пора переходить после этой разминочки к самому числу!


Число Грэма появилось в работе, посвященной решению одной из задач в теории Рамсея.


Задачи из теории Рамсея - это задачи на комбинаторику, придуманные математиком Франком  Рамсеем.


Весь смысл этих задач в том, что берётся какая-нибудь математическая фигура и даётся условие, которое должно выполняться.


Представьте себе куб, все вершины которого соединены линиями–отрезками двух цветов, красного или синего. Соединены и раскрашены в случайном порядке.

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Интересное, Математика, Наука, Числа, Видео, Длиннопост

Сможем ли мы исхитриться и так подобрать конфигурацию цветов (а их всего два — красный и синий), чтобы при раскраске этих отрезков у нас НЕ ВЫШЛО, что все отрезки одного цвета, соединяющие четыре вершины, лежат в одной плоскости? В данном случае, НЕ представляют из себя такую фигуру:

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Интересное, Математика, Наука, Числа, Видео, Длиннопост

Можете сами покумекать, покрутить куб в воображении перед глазами, сделать подобное не так уж и сложно. Цвета два, вершин (углов) у куба 8, значит отрезков их соединяющих — 28. Можно так подобрать конфигурацию раскраски, что мы нигде не получим вышеуказанной фигуры, во всех возможных плоскостях будут разноцветные линии.


А что, если у нас БОЛЬШЕ измерений? Что, если взять не просто трёхмерный куб, а четырёхмерный тессеракт?

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Интересное, Математика, Наука, Числа, Видео, Длиннопост

Не надо пыжиться и представлять как он выглядит - достаточно формулу подставить) Это же математика) Ну всё таки, т.к. это уже четвёртое измерение - здесь больше возможных комбинаций. Пораскинув мозгами и сделав расчёты, мы убеждаемся, что здесь тоже можно так ухитриться, как и с кубом.


А в пятимерном? Да, тоже можно. Там уже куб будет называться пентерактом, ну или же пентекубом, ну или на крайняк 5-кубом. И в шестимерном тоже можно (там уже гексеракт).


А дальше уже проблемы... Грэм не сумел математически доказать возможность выполнения условий задачи в семимерном, восьмимерном, девятимерном и так далее кубах. Однако, это "и так далее", как оказалось, не уходит в бесконечность! Оно уходит в то самое число Грэма!


Т.е. мы получаем, что уже появляется какая-то минимальная размерность гиперкуба, при которой уже не выполняется это условие. И эта минимальная размерность будет находиться в числе ТОЧНО больше шести и ТОЧНО меньше того самого числа Грэма.


  Если вам интересно, то вот держите формулировку на сухом математическом языке:

Рассмотрим n–мерный гиперкуб и соединим все пары вершин для получения полного  графа с 2ⁿ вершинами. Раскрасим каждое ребро этого графа либо в красный, либо в синий  цвет. При каком наименьшем значении n каждая такая раскраска обязательно содержит  раскрашенный в один цвет полный подграф с четырьмя вершинами, все из которых  лежат  в одной плоскости?



В 1971 году Грэм доказал, что указанная проблема имеет решение, и что это решение (количество размерности) лежит между числом 6 и неким большим числом, которое позже (не самим автором) было названо в его честь. В 2008м году доказательство улучшили, нижнюю границу подняли, теперь искомое количество размерностей лежит уже между числом 13 и числом Грэма. Математики не спят, работа идет, прицел сужается.


С 70-ых годов прошло немало лет, были найдены математические задачи в которых проявляются числа и побольше грэмова, но это первое число–монстр так поразило современников, понимавших о каких масштабах идет речь, что в 1980 году его включили в книгу рекордов Гиннесса, как "самое большое число, когда–либо участвовавшее в строгом математическом доказательстве" на тот момент.


Ну что же, вы не устали? Надеюсь. вы помните те числа, которые я описывал ещё в начале статьи) Ведь теперь мы переходим К САМОМУ ГРЭМОВУ ЧИСЛУ!

Давайте попробуем хоть КАК-НИБУДЬ понять, НА СКОЛЬКО оно велико!


Давайте вспомним, что в Обозримой Вселенной может вместиться 10⁸⁰ атомов. А это значит, что если её заполнить до изнеможения мизерными циферками, то мы получим что-то соизмеримое с гуголплексом (правда нам понадобится ещё около 10²⁰ атомов для этого, ну или же на крайняк можно заполнить кубики планковских объёмов этими цифрами, ведь их побольше - 10¹⁸⁰ в Обозримой Вселенной. Ну а почему бы и нет?). Здорово, правда?


Теперь, думаю, вам есть от чего оттолкнуться, а я вас уже, наверное, подзае... со своими историями, так что к делу!)


Обозначим число. Но не простое, а целое g₁ Думаю, вы не поймёте меня, если я запишу g₁ = 3↑↑↑↑3


Ну а теперь пришло время объяснять!


Число Грэма очень велико, поэтому его можно записать стрелочной нотацией Кнута (придумана математиком Дональдом Эрвином Кнутом)


Итак, одна стрелочка - это возведение в степень


3↑3 = 3³


3↑4 = 3⁴


Две стрелочки - тетрация (т.е. математическая башня из степеней)


3↑↑3 = ³3 = 3^3^3 (значок ^ будет показывать степень)


3↑↑4 = ⁴3 = 3^3^3^3


Нормально? Или для вас этого маловато? Тогда перейдём к пентации!


3↑↑↑2 = ³3 = 3^3^3


3↑↑↑3 = ³^³3 = ⁷ ⁶²⁵ ⁵⁹⁷ ⁴⁸⁴ ⁹⁸⁷3


Так же это может быть записано как 3↑↑↑3 = 3↑↑3↑↑3


3↑↑↑4 = 3↑↑3↑↑3↑↑3


Представьте эту степенную башню троек. Она своим размером уже может легко дотянуться до Марса.

И как мы видим, тут уже гуглплекс, так сказать, соснул. НО МЫ НЕ ЗАБЫВАЕМ, ЧТО g₁ = 3↑↑↑↑3 !!!


Думаю, вам уже понятно, что 3↑↑↑↑3 будет выглядеть как 3↑↑↑↑3 = 3↑↑↑3↑↑↑3 а здесь уже можно креститься-молиться и промывать глаза святой водой (а заодно и мозг).


ОДНАКО ДАЛЕКО ЭТО НЕ КОНЕЦ!


Думаю, вы можете догадаться, что раз есть g₁ то логично, что будет и g₂, а оно ГОРАЗДО БОЛЬШЕ чем какой-то там g₁! Итак, вы готовы узреть? Точно? ТОЧНО? Ну тогда ладно - держите)

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Интересное, Математика, Наука, Числа, Видео, Длиннопост

Как мы видим, g₂ это те же две тройки, только между ними g₁ стрелок

Мощно? Только вот загвоздка ещё в том, что ЭТО ТОЖЕ НЕ КОНЕЦ! Есть ещё g₃, g₄, g₃₇... Однако, самый большой g - это g₆₄ Его можно записать так же G = g₆₄


Это и есть то самое число Грэма!


Как мы видим, это довольно точное, однако крайне большое число. Помните, что оно появилось при решении задачки из теории Рамсея? Учтите, что это - не точно определённое число, с которого действие продолжает выполняться, а всего лишь верхняя граница, до которой нужно искать ответ.


Кстати о точности, учёные высчитали и обнаружили его последние цифры. Вот эти последние 50 бедняжек:

...03222348723967018485186439059104575627262464195387



Источник https://sly2m.livejournal.com/620353.html

Для ЛЛ видео по теме https://youtu.be/kOg-zDjA-0A

Показать полностью 4 1
-7

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма.

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

Думаю, вы все знаете, что самого большого числа просто-напросто не существует - их БЕСКОНЕЧНОЕ КОЛИЧЕСТВО. Однако, в математике есть такие рекорды, как "самые большие числа, которые что-то значат".


Собственно, таких чисел много, но одно из наибольших чисел - число Грэма. Сейчас есть числа и больше, но в своё время это было рекордным числом, что оно даже попало в книгу рекордов Гиннеса.


Думаю, мне нужно начать с малого. Ой, простите, с "малого"...😜


Все вы знаете такие числа, как миллион, миллиард... Ну так вот - это всё детский лепет по сравнению со следующими числами)


Для того, чтобы понять эти большие числа, мы запишем миллион следующим образом: 1 000 000 = 10⁶ (6 - кол-во ноликов после единицы)


Значит:


10⁶ - миллион


10⁹ - миллиард


10¹² - триллион


10¹⁵ - квадриллион


10¹⁸ - квинтиллион


10²⁴ - масса нашей планеты Земля в килограммах


10²⁶ - диаметр Обозримой Вселенной в метрах (однако, космические расстояния неудобно высчитывать в метрах и их высчитывают в световых годах. Общепринятые границы Вселенной составляют 93 миллиарда световых лет)

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

Световой год - расстояние, которое пройдёт свет за год.Если перевести это в метры - это ~9,46*10¹⁵ метров. Или же примерно 9 с половиной квадриллионов метров.

Однако, я назвал вам далеко ещё цветочки.


Опираясь на данные, полученные вычислениями учёных, наша обозримая Вселенная вмещает в себя 10⁸⁰ атомов.


Один математик, когда гулял со своими детьми, придумал (ну и конечно же запатентовал) число гугол. Это 10¹⁰⁰, т.е. единичка со 100 нулями.


Ну а так же есть число 10¹⁸⁰ - примерно столько планковских объёмов занимает наша Вселенная.


Планковский объём - наименьший известный учёным размер. Составляет примерно 4,22167·10⁻¹⁰⁵ метров в кубе.

Степень равная -105 значит, что всего в числе 105 ноликов, только они записаны немного по-другому. (Например, 10⁻¹ = 0,1 так же 10⁻² = 0,01 и так далее)

Многовато что-то, да?


Но мы ещё ОООООООООООООООООЧЕНЬ далеко до заветного нашего числа)


Кстати, вы же не успели ещё забыть то число гугол? Я просто тогда вам не договорил, что так же тем математиком было придумано число гуголплекс. Это 10 в степени гугол (т.е. 10 в степени 10¹⁰⁰)


Пометочка: я бы записал это сразу одним числом, но тут форматирование неудобное и не позволит этого сделать, поэтому буду использовать символ ^ для обозначения степени)


Уже идёт степень в степени, да?) А ЭТО ЕЩЁ ТЕ ЖЕ ЦВЕТОЧКИ! Хотя, конечно, человек уже не может вообразить это число - оно слишком огромное (да и ничего не значит).


Ну что же, пора переходить после этой разминочки к самому числу!


Число Грэма появилось в работе, посвященной решению одной из задач в теории Рамсея.


Задачи из теории Рамсея - это задачи на комбинаторику, придуманные математиком Франком Рамсеем.

Весь смысл этих задач в том, что берётся какая-нибудь математическая фигура и даётся условие, которое должно выполняться.


Представьте себе куб, все вершины которого соединены линиями–отрезками двух цветов, красного или синего. Соединены и раскрашены в случайном порядке.

Сможем ли мы исхитриться и так подобрать конфигурацию цветов (а их всего два — красный и синий), чтобы при раскраске этих отрезков у нас НЕ ВЫШЛО, что все отрезки одного цвета, соединяющие четыре вершины, лежат в одной плоскости? В данном случае, НЕ представляют из себя такую фигуру:

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

Сможем ли мы исхитриться и так подобрать конфигурацию цветов (а их всего два — красный и синий), чтобы при раскраске этих отрезков у нас НЕ ВЫШЛО, что все отрезки одного цвета, соединяющие четыре вершины, лежат в одной плоскости? В данном случае, НЕ представляют из себя такую фигуру:Можете сами покумекать, покрутить куб в воображении перед глазами, сделать подобное не так уж и сложно. Цвета два, вершин (углов) у куба 8, значит отрезков их соединяющих — 28. Можно так подобрать конфигурацию раскраски, что мы нигде не получим вышеуказанной фигуры, во всех возможных плоскостях будут разноцветные линии.


А что, если у нас БОЛЬШЕ измерений? Что, если взять не просто трёхмерный куб, а четырёхмерный тессеракт?

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

Можете сами покумекать, покрутить куб в воображении перед глазами, сделать подобное не так уж и сложно. Цвета два, вершин (углов) у куба 8, значит отрезков их соединяющих — 28. Можно так подобрать конфигурацию раскраски, что мы нигде не получим вышеуказанной фигуры, во всех возможных плоскостях будут разноцветные линии.


А что, если у нас БОЛЬШЕ измерений? Что, если взять не просто трёхмерный куб, а четырёхмерный тессеракт?Не надо пыжиться и представлять как он выглядит - достаточно формулу подставить) Это же математика) Ну всё таки, т.к. это уже четвёртое измерение - здесь больше возможных комбинаций. Пораскинув мозгами и сделав расчёты, мы убеждаемся, что здесь тоже можно так ухитриться, как и с кубом.


А в пятимерном? Да, тоже можно. Там уже куб будет называться пентерактом, ну или же пентекубом, ну или на крайняк 5-кубом. И в шестимерном тоже можно (там уже гексеракт).


А дальше уже проблемы... Грэм не сумел математически доказать возможность выполнения условий задачи в семимерном, восьмимерном, девятимерном и так далее кубах. Однако, это "и так далее", как оказалось, не уходит в бесконечность! Оно уходит в то самое число Грэма!


Т.е. мы получаем, что уже появляется какая-то минимальная размерность гиперкуба, при которой уже не выполняется это условие. И эта минимальная размерность будет находиться в числе ТОЧНО больше шести и ТОЧНО меньше того самого числа Грэма.


Если вам интересно, то вот держите формулировку на сухом математическом языке:

Рассмотрим n–мерный гиперкуб и соединим все пары вершин для получения полного графа с 2ⁿ вершинами. Раскрасим каждое ребро этого графа либо в красный, либо в синий цвет. При каком наименьшем значении n каждая такая раскраска обязательно содержит раскрашенный в один цвет полный подграф с четырьмя вершинами, все из которых лежат в одной плоскости?

В 1971 году Грэм доказал, что указанная проблема имеет решение, и что это решение (количество размерности) лежит между числом 6 и неким большим числом, которое позже (не самим автором) было названо в его честь. В 2008м году доказательство улучшили, нижнюю границу подняли, теперь искомое количество размерностей лежит уже между числом 13 и числом Грэма. Математики не спят, работа идет, прицел сужается.


С 70-ых годов прошло немало лет, были найдены математические задачи в которых проявляются числа и побольше грэмова, но это первое число–монстр так поразило современников, понимавших о каких масштабах идет речь, что в 1980 году его включили в книгу рекордов Гиннесса, как "самое большое число, когда–либо участвовавшее в строгом математическом доказательстве" на тот момент.


Ну что же, вы не устали? Надеюсь. вы помните те числа, которые я описывал ещё в начале статьи) Ведь теперь мы переходим К САМОМУ ГРЭМОВУ ЧИСЛУ!

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

Не надо пыжиться и представлять как он выглядит - достаточно формулу подставить) Это же математика) Ну всё таки, т.к. это уже четвёртое измерение - здесь больше возможных комбинаций. Пораскинув мозгами и сделав расчёты, мы убеждаемся, что здесь тоже можно так ухитриться, как и с кубом.


А в пятимерном? Да, тоже можно. Там уже куб будет называться пентерактом, ну или же пентекубом, ну или на крайняк 5-кубом. И в шестимерном тоже можно (там уже гексеракт).


А дальше уже проблемы... Грэм не сумел математически доказать возможность выполнения условий задачи в семимерном, восьмимерном, девятимерном и так далее кубах. Однако, это "и так далее", как оказалось, не уходит в бесконечность! Оно уходит в то самое число Грэма!


Т.е. мы получаем, что уже появляется какая-то минимальная размерность гиперкуба, при которой уже не выполняется это условие. И эта минимальная размерность будет находиться в числе ТОЧНО больше шести и ТОЧНО меньше того самого числа Грэма.


Если вам интересно, то вот держите формулировку на сухом математическом языке:

Рассмотрим n–мерный гиперкуб и соединим все пары вершин для получения полного графа с 2ⁿ вершинами. Раскрасим каждое ребро этого графа либо в красный, либо в синий цвет. При каком наименьшем значении n каждая такая раскраска обязательно содержит раскрашенный в один цвет полный подграф с четырьмя вершинами, все из которых лежат в одной плоскости?


В 1971 году Грэм доказал, что указанная проблема имеет решение, и что это решение (количество размерности) лежит между числом 6 и неким большим числом, которое позже (не самим автором) было названо в его честь. В 2008м году доказательство улучшили, нижнюю границу подняли, теперь искомое количество размерностей лежит уже между числом 13 и числом Грэма. Математики не спят, работа идет, прицел сужается.


С 70-ых годов прошло немало лет, были найдены математические задачи в которых проявляются числа и побольше грэмова, но это первое число–монстр так поразило современников, понимавших о каких масштабах идет речь, что в 1980 году его включили в книгу рекордов Гиннесса, как "самое большое число, когда–либо участвовавшее в строгом математическом доказательстве" на тот момент.


Ну что же, вы не устали? Надеюсь. вы помните те числа, которые я описывал ещё в начале статьи) Ведь теперь мы переходим К САМОМУ ГРЭМОВУ ЧИСЛУ!Давайте попробуем хоть КАК-НИБУДЬ понять, НА СКОЛЬКО оно велико!


Давайте вспомним, что в Обозримой Вселенной может вместиться 10⁸⁰ атомов. А это значит, что если её заполнить до изнеможения мизерными циферками, то мы получим что-то соизмеримое с гуголплексом (правда нам понадобится ещё около 10²⁰ атомов для этого, ну или же на крайняк можно заполнить кубики планковских объёмов этими цифрами, ведь их побольше - 10¹⁸⁰ в Обозримой Вселенной. Ну а почему бы и нет?). Здорово, правда?


Теперь, думаю, вам есть от чего оттолкнуться, а я вас уже, наверное, подзае... со своими историями, так что к делу!)


Обозначим число. Но не простое, а целое g₁ Думаю, вы не поймёте меня, если я запишу g₁ = 3↑↑↑↑3


Ну а теперь пришло время объяснять!


Число Грэма очень велико, поэтому его можно записать стрелочной нотацией Кнута (придумана математиком Дональдом Эрвином Кнутом)


Итак, одна стрелочка - это возведение в степень


3↑3 = 3³


3↑4 = 3⁴


Две стрелочки - тетрация (т.е. математическая башня из степеней)


3↑↑3 = ³3 = 3^3^3 (значок ^ будет показывать степень)


3↑↑4 = ⁴3 = 3^3^3^3


Нормально? Или для вас этого маловато? Тогда перейдём к пентации!


3↑↑↑2 = ³3 = 3^3^3


3↑↑↑3 = ³^³3 = ⁷ ⁶²⁵ ⁵⁹⁷ ⁴⁸⁴ ⁹⁸⁷3


Так же это может быть записано как 3↑↑↑3 = 3↑↑3↑↑3


3↑↑↑4 = 3↑↑3↑↑3↑↑3


Представьте эту степенную башню троек. Она своим размером уже может легко дотянуться до Марса.

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

Давайте попробуем хоть КАК-НИБУДЬ понять, НА СКОЛЬКО оно велико!


Давайте вспомним, что в Обозримой Вселенной может вместиться 10⁸⁰ атомов. А это значит, что если её заполнить до изнеможения мизерными циферками, то мы получим что-то соизмеримое с гуголплексом (правда нам понадобится ещё около 10²⁰ атомов для этого, ну или же на крайняк можно заполнить кубики планковских объёмов этими цифрами, ведь их побольше - 10¹⁸⁰ в Обозримой Вселенной. Ну а почему бы и нет?). Здорово, правда?


Теперь, думаю, вам есть от чего оттолкнуться, а я вас уже, наверное, подзае... со своими историями, так что к делу!)


Обозначим число. Но не простое, а целое g₁ Думаю, вы не поймёте меня, если я запишу

g₁ = 3↑↑↑↑3


Ну а теперь пришло время объяснять!


Число Грэма очень велико, поэтому его можно записать стрелочной нотацией Кнута (придумана математиком Дональдом Эрвином Кнутом)


Итак, одна стрелочка - это возведение в степень


3↑3 = 3³


3↑4 = 3⁴


Две стрелочки - тетрация (т.е. математическая башня из степеней)


3↑↑3 = ³3 = 3^3^3 (значок ^ будет показывать степень)


3↑↑4 = ⁴3 = 3^3^3^3


Нормально? Или для вас этого маловато? Тогда перейдём к пентации!


3↑↑↑2 = ³3 = 3^3^3


3↑↑↑3 = ³^³3 = ⁷ ⁶²⁵ ⁵⁹⁷ ⁴⁸⁴ ⁹⁸⁷3


Так же это может быть записано как 3↑↑↑3 = 3↑↑3↑↑3


3↑↑↑4 = 3↑↑3↑↑3↑↑3


Представьте эту степенную башню троек. Она своим размером уже может легко дотянуться до Марса.

И как мы видим, тут уже гуглплекс, так сказать, соснул. НО МЫ НЕ ЗАБЫВАЕМ, ЧТО g₁ = 3↑↑↑↑3 !!!


Думаю, вам уже понятно, что 3↑↑↑↑3 будет выглядеть как 3↑↑↑↑3 = 3↑↑↑3↑↑↑3 а здесь уже можно креститься-молиться и промывать глаза святой водой (а заодно и мозг).


ОДНАКО ДАЛЕКО ЭТО НЕ КОНЕЦ!


Думаю, вы можете догадаться, что раз есть g₁ то логично, что будет и g₂, а оно ГОРАЗДО БОЛЬШЕ чем какой-то там g₁! Итак, вы готовы узреть? Точно? ТОЧНО? Ну тогда ладно - держите)

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

И как мы видим, тут уже гуглплекс, так сказать, соснул. НО МЫ НЕ ЗАБЫВАЕМ, ЧТО g₁ = 3↑↑↑↑3 !!!


Думаю, вам уже понятно, что 3↑↑↑↑3 будет выглядеть как 3↑↑↑↑3 = 3↑↑↑3↑↑↑3 а здесь уже можно креститься-молиться и промывать глаза святой водой (а заодно и мозг).


ОДНАКО ДАЛЕКО ЭТО НЕ КОНЕЦ!


Думаю, вы можете догадаться, что раз есть g₁ то логично, что будет и g₂, а оно ГОРАЗДО БОЛЬШЕ чем какой-то там g₁! Итак, вы готовы узреть? Точно? ТОЧНО? Ну тогда ладно - держите)Как мы видим, g₂ это те же две тройки, только между ними g₁ стрелок

Мощно? Только вот загвоздка ещё в том, что ЭТО ТОЖЕ НЕ КОНЕЦ! Есть ещё g₃, g₄, g₃₇... Однако, самый большой g - это g₆₄ Его можно записать так же G = g₆₄


Это и есть то самое число Грэма!


Как мы видим, это довольно точное, однако крайне большое число. Помните, что оно появилось при решении задачки из теории Рамсея? Учтите, что это - не точно определённое число, с которого действие продолжает выполняться, а всего лишь верхняя граница, до которой нужно искать ответ.


Кстати о точности, учёные высчитали и обнаружили его последние цифры. Вот эти последние 50 бедняжек:

...03222348723967018485186439059104575627262464195387

Ну, вроде бы всё) Спасибо вам большое за ознакомление с этой статьёй - я старался описать всё максимально чётко и понятно)

Самые большие числа, которые что-то значат. Число Грэма. Математика, Интересное, Наука, Познавательно, Длиннопост

Как мы видим, g₂ это те же две тройки, только между ними g₁ стрелок

Мощно? Только вот загвоздка ещё в том, что ЭТО ТОЖЕ НЕ КОНЕЦ! Есть ещё g₃, g₄, g₃₇... Однако, самый большой g - это g₆₄ Его можно записать так же G = g₆₄


Это и есть то самое число Грэма!


Как мы видим, это довольно точное, однако крайне большое число. Помните, что оно появилось при решении задачки из теории Рамсея? Учтите, что это - не точно определённое число, с которого действие продолжает выполняться, а всего лишь верхняя граница, до которой нужно искать ответ.


Кстати о точности, учёные высчитали и обнаружили его последние цифры. Вот эти последние 50 бедняжек:

...03222348723967018485186439059104575627262464195387

Показать полностью 7
45

5 теорий мультивселенной

Веленная, в которой мы живем, может быть не единственной. По сути, наша Вселенная может быть только одной из бесконечного числа вселенных, образующих “мультивселенную”.

Некоторые эксперты считают, что существование скрытых вселенных более вероятно, чем нет.


Вот пять наиболее правдоподобных научных теорий, предполагающих, что мы живем в Мультивселенной:


1. Бесконечные Вселенные

Ученые пока не уверены, какую форму имеет пространство-время, но, скорее всего, оно плоское (в отличие от сферической и даже пончиковой формы) и тянется бесконечно. Но если пространство-время бесконечно, то оно должно начать повторяться в какой-то момент, потому что есть конечное количество способов, как частицы могут быть устроены в пространстве и времени.


Так что если бы вы могли посмотреть достаточно далеко, вы бы увидели еще одну версию себя — на самом деле, бесконечное количество версий. Некоторые из этих близнецов будут делать именно то, что вы делаете прямо сейчас, в то время как другие будут носить этим утром другой свитер, а третьи и четвертые будут иметь совершенно разные карьеры и образ жизни.

5 теорий мультивселенной Космос, Бесконечность, Вселенная, Наука, Теория, Интересное, Длиннопост

Поскольку наблюдаемая Вселенная простирается лишь настолько, насколько свет имеет шанс попасть за 13,7 млрд. лет после большого взрыва (13,7 млрд световых лет), пространство-время за пределами этого расстояния можно считать своей собственной, отдельной вселенной. Таким образом, множество вселенных существует рядом друг с другом в гигантской мозаике из вселенных.


Пространство-время может растянуться до бесконечности. Если это так, то все в нашей Вселенной обязано повториться в какой-то момент, создавая лоскутное одеяло из бесконечных вселенных.

2. Дочерние вселенные

Теория квантовой механики, которая правит в крошечном мире субатомных частиц, предлагает еще один способ возникновения множественных вселенных. Квантовая механика описывает мир в терминах вероятности, без конкретных результатов. И математика этой теории предполагает, что все возможные исходы ситуации происходят в их собственных отдельных вселенных. Например, если вы достигнете перекрестка, где вы можете пойти направо или налево, вселенная порождает две дочерние вселенные: одна, в которой вы идете направо, другая – налево.


И в каждой Вселенной, есть копия вас, как свидетеля того или иного результата. Думать, что ваша реальность является единственной реальностью, – неправильно.”


– Написал Брайан Рэндолф Грин в “Скрытой реальности”.

3. Вселенная Пузырь

Помимо множественных вселенных, созданных бесконечно расширяющемся пространством-временем, другие вселенные могут возникать в связи с так называемой теорией “вечной инфляции”. Понятие инфляции заключается в том, что Вселенная быстро расширяется после Большого взрыва, словно надуваемый воздушный шар. Вечная инфляция, впервые предложенная космологом университета Тафтса Александром Виленкиным, говорит о том, что отдельные участки пространства перестают раздуваться, тогда как в других регионах продолжают раздуваться, тем самым порождая множество изолированных “пузырчатых вселенных”.

5 теорий мультивселенной Космос, Бесконечность, Вселенная, Наука, Теория, Интересное, Длиннопост

Таким образом наша собственная вселенная, где инфляция закончилась, позволив сформироваться звездам и галактикам, является всего лишь маленьким пузырем в обширном море пространства, часть из которого все еще раздувает, и которая содержит много других пузырей, как наша Вселенная. И в некоторых из этих вселенных пузырей, законы физики и фундаментальных констант могли бы отличаться от наших, делая некоторые вселенные действительно странными местами.


4. Математические Вселенные

Ученые спорят о том, является ли математика просто полезным инструментом для описания Вселенной, или сама математика является фундаментальной действительностью, и наши наблюдения за Вселенной – просто несовершенное восприятие ее истинного математического характера. Если последний случай имеет место, то, возможно, конкретная математическая структура, которая составляет нашу вселенную, не является единственным выбором, и на самом деле все возможные математические структуры существуют как свои собственные отдельные вселенные.


“Математическая структура – это нечто, что можно описать таким образом, что это полностью зависит от человеческого багажа”, – сказал Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института, который предложил эту, на первый взгляд, безумную идею.


Я действительно верю, что эта существующая Вселенная может существовать независимо от меня, и будет продолжать существовать, даже если бы не было никаких людей.”

5. Параллельные Вселенные

Еще одна идея, которая возникает из теории струн, является понятие “braneworlds” (мир бран) — параллельные вселенные, которые парят вне досягаемости наших собственных, предложенная Паулем Штайнхардтом Принстонского университета и Нилом Туроком из Института Периметра Теоретической Физики в Онтарио, Канада. Идея исходит из возможности существования многих других измерений в нашем мире, чем трехмерное пространство и одно время, которое мы знаем. В дополнение к нашему трехмерному брану пространства, другие трехмерные браны могут плавать в пространстве большей размерности.

5 теорий мультивселенной Космос, Бесконечность, Вселенная, Наука, Теория, Интересное, Длиннопост

Физик Колумбийского университета Брайан Грин в своей книге “Скрытая Действительность” описывает идею как понятие, что “наша вселенная – одна из потенциально многочисленных ‘плит’, плавающих в более многомерном космосе, во многом как кусок хлеба в более великой космической буханке”.


Данная теория предполагает, что эти браны вселенные – не всегда параллельны и вне досягаемости. Иногда, они могли бы врезаться друг в друга, вызывая повторные Большие взрывы, которые перезагружают Вселенную много раз.


Источник https://qil.ru/5-teorij-predpolagayushhih-chto-my-zhivem-v-m...

Показать полностью 2
15

Пять вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать

Когда мы смотрим на далекую Вселенную, мы всюду видим галактики — во всех направлениях, на миллионы и даже миллиарды световых лет. Поскольку есть два триллиона галактик, которые мы могли бы наблюдать, сумма всего, что за ними, больше и круче самых смелых наших представлений. Один из самых интересных фактов состоит в том, что все галактики, которые мы когда-либо наблюдали, подчиняются (в среднем) одним и тем же правилам: чем они дальше от нас, тем быстрее они от нас и удаляются. Это открытие, сделанное Эдвином Хабблом и его коллегами еще в 1920-х годах, привело нас к картине расширяющейся Вселенной. Но что с того, что она расширяется? Наука знает, а теперь и вы узнаете.

Пять вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать Интересное, Космос, Физика, Длиннопост

Чем дальше мы смотрим, тем дальше назад во времени мы заглядываем, видя еще не развитую Вселенную. Но — только если общая теория относительности применяется к расширяющейся Вселенной

В чем (куда) расширяется Вселенная?

На первый взгляд этот вопрос может показаться здравым. Потому что все, что расширяется, обычно состоит из вещества и существует в пространстве и времени Вселенной. Но сама Вселенная — это пространство и время, содержащее материю и энергию в себе. Когда мы говорим, что «Вселенная расширяется», мы имеем в виду расширение самого пространства, в результате которого отдельные галактики и скопления галактик удаляются друг от друга. Проще всего было бы представить шарик теста с изюмом внутри, который выпекается в печи, считает Этан Зигель.

Пять вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать Интересное, Космос, Физика, Длиннопост

Модель расширяющейся «булочки» Вселенной, в которой относительные расстояния увеличиваются по мере расширения пространства

Это тесто — ткань пространства, а изюминки — связанные структуры (вроде галактик или скоплений галактик). С точки зрения любой изюминки, все остальные изюмы будут от нее отходить, и чем они дальше — тем быстрее. Только в случае Вселенной печи и воздуха за пределами теста не существует, есть только тесто (пространство) и изюм (вещество).

Пять вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать Интересное, Космос, Физика, Длиннопост

Красное смещение создают не просто удаляющиеся галактики, а скорее пространство между нами

Откуда мы знаем, что это пространство расширяется, а не галактики удаляются?



Если вы видите, что во всех направлениях от вас удаляются объекты, есть только одна причина, способная это объяснить: расширяется пространство между вами и этими объектами. Также можно было бы предположить, что вы находитесь возле центра взрыва, и многие объекты просто находятся дальше и удаляются быстрее, потому что получили больше энергии взрыва. Если бы это было так, мы могли бы доказать это двумя способами:


На больших расстояниях и высоких скоростях будет меньше галактик, поскольку со временем они сильно распространились бы в пространстве

Отношение красного смещения и расстояния будет принимать конкретную форму на больших расстояниях, которая будет отличаться от формы, если бы расширялась ткань пространства



Когда мы смотрим на большие расстояния, мы находим, что дальше во Вселенной плотность галактик выше, чем ближе к нам. Это согласуется с картиной, в которой пространство расширяется, потому что смотреть дальше — то же самое, что смотреть в прошлое, где произошло меньше расширения. Мы также обнаруживаем, что отдаленные галактики имеют отношение красного смещения и расстояния, соответствующее расширению пространства, и совсем нет — если бы галактики просто быстро удалялись от нас. Наука может ответить на этот вопрос двумя разными способами, и оба ответа поддерживают расширение Вселенной.


Всегда ли Вселенная расширялась с одной скоростью?



Мы называем ее постоянной Хаббла, но она является постоянной только в пространстве, а не во времени. Вселенная в настоящий момент расширяется медленнее, чем в прошлом. Когда мы говорим о скорости расширения, мы говорим о скорости на единицу расстояния: около 70 км/c/Мпк сегодня. (Мпк — это мегапарсек, примерно 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотностей всех разных вещей во Вселенной, включая материю и излучение. По мере расширения Вселенной материя и излучение в ней становятся менее плотными, а вместе с падением плотности падает и скорость расширения. Вселенная расширялась быстрее в прошлом и замедляется со времен Большого Взрыва. Постоянная Хаббла — это неверное название, ее стоило бы назвать параметром Хаббла.

Пять вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать Интересное, Космос, Физика, Длиннопост

Далекие судьбы Вселенной предлагают разные возможности, но если темная энергия действительно постоянна, как показывают данные, мы будем следовать красной кривой

Будет ли Вселенная расширяться вечно или когда-нибудь остановится?



Несколько поколений астрофизики и космологи ломали голову над этим вопросом, и ответить на него можно, только определив скорость расширения Вселенной и все типы (и количества) энергии, присутствующие в ней. Мы уже успешно измерили, сколько имеется обычной материи, излучения, нейтрино, темной материи и темной энергии, а также скорость расширения Вселенной. Основываясь на законах физики и произошедшем в прошлом, складывается впечатление, что Вселенная будет расширяться вечно. Хотя вероятность этого не 100%; если нечто вроде темной энергии будет вести себя иначе в будущем по сравнению с прошлым и настоящим, все наши выводы придется пересмотреть.


Галактики движутся быстрее скорости света? Разве это не запрещено?



С нашей точки зрения, расширяется пространство между нами и удаленной точкой. Чем дальше она от нас, тем быстрее, как нам кажется, она удаляется. Даже если скорость расширения была бы крошечной, далекий объект однажды пересек бы порог любой предельной скорости, потому что скорость расширения (скорость на единицу расстояния) многократно умножилась бы при достаточном расстоянии. ОТО одобряет такой сценарий. Закон того, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, применяется только к движению объекта через пространство, а не к самому расширению пространства. В реальности сами галактики движутся на скорости всего в несколько тысяч километров в секунду, что намного ниже предела в 300 000 км/с, установленного скоростью света. Именно расширение Вселенной вызывает рецессию и красное смещение, а не истинное движение галактики.

Пять вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать Интересное, Космос, Физика, Длиннопост

В пределах наблюдаемой Вселенной (желтый круг) находится приблизительно 2 триллиона галактик. Галактики, которые находятся ближе, чем на треть пути до этой границы, мы никогда уже не сможем догнать из-за расширения Вселенной. Для освоения силами людей открыто всего 3% объема Вселенной

Расширение Вселенной является необходимым следствием того, что материя и энергия наполняют пространство-время, которое подчиняется законам общей теории относительности. Пока есть материя, есть и гравитационное притяжение, так что либо гравитация победит и все снова сожмется, либо гравитация проиграет и победит расширение. Нет никакого центра расширения и нет ничего вне пространства, которое расширяется; именно сама ткань Вселенной расширяется. Что самое интересное, даже если бы мы покинули Землю на скорости света сегодня, мы смогли бы посетить всего 3% галактик в наблюдаемой Вселенной; 97% из них уже вне зоны нашей досягаемости. Вселенная сложна.


Источник https://hi-news.ru/research-development/pyat-voprosov-o-rass...

Показать полностью 4
17

Как побывать в черной дыре не выходя из дома?

Как побывать в черной дыре не выходя из дома? Космос, Интересное, Видео, Черная дыра, Наука, Длиннопост

Несмотря на то, что черные дыры показываются во многих фантастических фильмах, астрофизики до сих пор не знают, как они выглядят на самом деле. Кажется, время неведения отчасти прошло — исследователи из Нидерландов провели сложные расчеты и выпустили видео, в котором черную дыру можно детально рассмотреть внутри виртуальной реальности. Проект осуществлен в рамках финансируемой Европейским союзом программы BlackHoleCam по изучению черных дыр.


Исследователи предоставили людям возможность побывать внутри черной дыры под названием Sagittarius A*, которая расположена в середине Млечного Пути. На основе известных о ней данных были рассчитаны пути движения световых лучей, которые искажают окружающее пространство.


На примере изображения ниже исследователи показали, как бы начала выглядеть картина Вселенной глазами человека, который падает в черную дыру. На первой части показано не искаженное пространство: красным и зеленым цветами обозначено то, что человек видит впереди, а желтым и синим — то, что сзади. На второй части видно, что черная дыра увеличивает угол обзора — чтобы увидеть то, что сзади, человеку даже не нужно поворачивать голову. Если человек не падает в дыру, а противится ее притяжению, угол обзора наоборот, сильно уменьшается.

Как побывать в черной дыре не выходя из дома? Космос, Интересное, Видео, Черная дыра, Наука, Длиннопост

На основе этих данных, исследователи создали захватывающее видео того, как выглядит черная дыра глазами втягиваемого им объекта. В случае этого видео втягиваемым в дыру объектом является сам зритель. В отрезке от 0:40 до 1:41 объект приближается к черной дыре — ее тень, виднеющаяся посередине, постепенно закрывается потоками горячего газа. Далее зритель находится в максимальной близости к плотному диску аккреции, поэтому перед его глазами практически ничего не происходит. В завершении «путешествия» человека выносит из черной дыры одно из полярных струйных течений.

Один из авторов исследования Эйно Фальке признал, что они представляли себе черные дыры немного по-другому. Исследователи выделили два результата их работы. Во-первых, детальное рассматривание дало им массу информации, которая поможет понять фундаментальные законы физики. Во-вторых, панорамное видео позволило рассказать о черных дырах широкой аудитории в максимально интересной форме.



Источник: https://hi-news.ru/space/video-massivnaya-chernaya-dyra-v-vi...

Показать полностью 1 1
7

Abell 1033 - столкновение скоплений галактик в форме звездолёта "Энтерпрайз"

С помощью рентгеновской обсерватории “Чандра” учёные изучили столкновения пучков газа, скрытые в далеком скоплении галактик, и поняли, что они чем-то напоминают космический аппарат “Энтерпрайз” из вселенной Звёздный Путь (Star Trek).


Скопления галактик — космические структуры, содержащие сотни или даже тысячи галактик. Они являются крупнейшими объектами во вселенной, удерживаемыми друг с другом посредством мощной гравитации. А пространство между отдельными галактиками скопления заполняет газ, разогретый до многих миллионов градусов. Масса этого горячего газа примерно в шесть раз больше суммы масс всех галактик скопления. Этот перегретый газ невидим для оптических телескопов, но очень ярко светит в рентгеновских лучах, поэтому для его изучения требуется рентгеновский телескоп, такой, например, как рентгеновская обсерватория “Чандра”.


Комбинируя рентгеновские с лучами других типов световой волны, например, с радиоволнами, можно получить более полную картину этих важных космических объектов. Новое сложное изображение скопления галактик Abell 1033 как раз и демонстрирует процесс такого объединения данных. Рентгеновские лучи от “Чандры” показаны фиолетовым, а радиоизлучение от сети низкочастотных массивов LOFAR в Нидерландах — синим. Здесь же показано и оптическое излучение от Слоановского Цифрового Обзора SDSS. Это скопление галактик расположено на расстоянии примерно 1.6 миллиарда световых лет от Земли.

Abell 1033 - столкновение скоплений галактик в форме звездолёта "Энтерпрайз" Космос, Интересное, Наука, Фотография, Длиннопост

Используя рентгеновские и радио данные, учёные установили, что Abell 1033, на самом деле, является двумя скоплениями галактик, находящимися в процессе столкновения. Это чрезвычайно мощное событие, оно протекает сверху вниз, если смотреть на изображение, вызвало турбулентность и ударные волны, которые похожие на звуковые ударные фронты, создаваемые самолетом, движущимся быстрее скорости звука.


В Abell 1033 столкновение породило другой энергетически сильный космический процесс — образование струй высокоскоростных частиц из материи, падающей в сверхмассивную чёрную дыру, в данном случае находящуюся в галактике в одном из кластеров. Эти струи выявляются по радиоизлучению с левой и правой сторон изображения. Радиоизлучение произведено электронами, закручивающимися в спираль вокруг линий магнитного поля. Такое излучение называется синхротронным.


Электроны в струях движутся со скоростью, очень близкой к скорости света. По мере того, как галактика и её черная дыра двигались к нижней части изображения, струя справа замедлялась, когда она врезалась в горячий газ в другом скоплении галактик. Струя слева не замедлилась, потому что она столкнулась с гораздо менее горячим газом. Именно из-за столкновений джеты имеют такой деформированный вид, а не прямую линию, как мы обычно привыкли.


Это изображение скопления Abell 1033 также является примером парейдолического эффекта — психологического феномена, при котором в случайных данных видны знакомые формы и узоры. В Abell 1033 структуры в данных создают сверхъестественное сходство со многими изображениями вымышленного звездолёта “Энтерпрайз” из вселенной Звёздный Путь (Star Trek).



Источник: http://www.theuniversetimes.ru/abell-1033-stolknovenie-skopl...

Показать полностью 1
30

Что такое «ничего»? Рассказывает астрофизик Мартин Рис.

Что такое «ничего»? Рассказывает астрофизик Мартин Рис. Интересное, Космос, Наука, Интервью, Длиннопост

Философы обсуждали природу «небытия», «ничего», «ничто», «пустоты» тысячи лет, но что может современная наука об этом рассказать? На этот вопрос ответит Мартин Рис, астроном Королевского общества и почетный профессор космологии и астрофизики Кембриджского университета. Он объясняет, что когда физики обсуждают «ничто», они имеют в виду пустое пространство (вакуум). Это может показаться вполне заурядным, но эксперименты показывают, что пустое пространство на самом деле не пустое — в нем скрывается загадочная энергия, которая может рассказать нам что-то о судьбе вселенной.


Интервью с Мартином Рисом представил журнал The Conversation.


Пустое пространство — то же самое, что ничего?


Пустое пространство кажется нам ничем. По аналогии, вода может казаться «ничем» для рыбы — именно она остается, когда вы убираете все остальное, что плавает в море. Точно так же и пустое пространство оказывается довольно сложным на поверку.


Мы знаем, что Вселенная очень пустая. Средняя плотность пространства составляет примерно один атом на каждые десять кубических метров — среда гораздо более разреженная, чем любой вакуум, который мы можем получить на Земле. Но даже если убрать всю материю, пространство обладает своего рода эластичностью, которая (как было недавно подтверждено), позволяет гравитационным волнам — ряби самого пространства — распространятся по нему. Более того, мы узнали, что в самом пустом пространстве есть экзотический вид энергии.


Впервые мы узнали об этой энергии вакуума в 20 веке с появлением квантовой механики, которая объясняет поведение атомов и частиц на мельчайших масштабах. Из нее следует, что пустое пространство состоит из поля флуктуаций фоновой энергии — которая дает жизнь волнам и виртуальным частицам, то и дело появляющимся и исчезающим в никуда. Они даже могут создать крошечную силу. Но как насчет пустого пространства на больших масштабах?


Тот факт, что пустое пространство создает крупномасштабную силу, был обнаружен 20 лет назад. Астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это был сюрприз. О расширении было известно более 50 лет, но все думали, что расширение будет замедляться из-за гравитационного притяжения, которое галактики и другие структуры оказывают друг на друга. Поэтому для всех стало большим сюрпризом то, что замедление вследствие гравитации было смещено чем-то, что «расталкивало» расширение. Оказалось, что в самом пустом пространстве присутствует энергия, которая создает своего рода отталкивание, которое перевешивает притяжение гравитации на этих больших масштабах. Это явление — темная энергия — самое невероятное проявление того факта, что пустое пространство не лишено морщин и не является пустым. Более того, этот факт определяет дальнейшую судьбу нашей Вселенной.


Существует ли предел тому, что мы можем узнать? В масштабах, в триллион триллионов раз меньше атома, квантовые флуктуации пространства-времени могут родить не только виртуальные частицы, но и виртуальные черные дыры. Это в пределах, которые мы наблюдать не можем и для понимания которых хотя бы гипотетического нам нужно совместить теории гравитации с квантовой механикой — а это невероятно сложно.


Существует несколько теорий, направленных на то, чтобы понять это, среди которых самая известная — это теория струн. Но ни одна из этих теорий пока не связана с реальным миром — поэтому они все еще являются беспочвенными. Я думаю, что практически каждый признает, что пространство само по себе обладает сложной структурой на крошечных масштабах, где встречаются гравитационные и квантовые эффекты.


Мы знаем, что у нашей Вселенной есть три пространственных измерения: вы можете двигаться налево и направо, вперед и назад, вверх и вниз. Время — это как бы четвертое измерение. Однако есть сильное подозрение, что если вы увеличите крошечную точку в пространстве до тех пор, пока не пощупаете этот крошечный масштаб, вы обнаружите, что она будет плотно сжатым оригами из пяти дополнительных измерений, которых мы не видим. Как если бы вы смотрели на шланг издалека и думали, что это просто линия. Подходя ближе, вы бы увидели, что одно измерение является по сути тремя. Теория струн включает сложную математику — так же как и конкурирующие теории. Но это именно та теория, которая нам понадобится, если мы захотим понять на самом глубоком уровне самое близкое к пустоте, что можно вообразить: пустое пространство, очевидно.


В рамках нашего нынешнего понимания, как мы можем объяснить, что вся наша вселенная расширяется из ничего? Неужели она могла начаться с небольшой флуктуации энергии вакуума?


Некоторые таинственные переходы или колебания могли внезапно привести к тому, что часть пространства начала расширяться — так полагают некоторые теоретики. Флуктуации, присущие квантовой теории, могли бы встряхнуть всю Вселенную, если бы она была сжата до достаточно малых масштабов. Это должно было произойти в течение примерно 10-44 секунд — это планковское время. На этих масштабах время и пространство переплетены, поэтому идея тикающих часов не имеет смысла. Мы можем экстраполировать нашу вселенную с высокой степенью уверенности обратно до наносекунды и с высокой долей вероятности вернемся ближе к планковскому времени. Но после этого наши догадки уже не имеют силы — физика на этом масштабе заменяется какой-то другой, более сложной теорией.


Если может ли быть так, что флуктуация в некой случайной части пустого пространства дала жизнь вселенной, почему то же самое не может произойти с другой частью пустого пространства — и дать жизнь параллельным вселенным в бесконечной мультивселенной?


Идея о том, что наш Большой Взрыв — не единственный, и что то, что мы видим в наши телескопы — это крошечная часть физической реальности, весьма популярна среди физиков. И существует много версий цикличной вселенной. Всего 50 лет назад появились мощные доказательства того, что Большой Взрыв вообще произошел. Но с тех пор ходят предположения, что он мог быть лишь эпизодом в цикличной вселенной. Также есть тенденция к пониманию того, что физическая реальность — это намного больше, чем объем пространства и времени, который мы можем пощупать, даже при помощи мощнейших телескопов.


Поэтому мы понятия не имеем, был Большой Взрыв один или их было много — существуют сценарии, предсказывающие множество Больших Взрывов, и сценарии, предсказывающие один. Думаю, мы должны изучить их все.


Какой конец ждет Вселенную?


Самый простой прогноз на далекое будущее — вселенная продолжит расширяться все быстрее и быстрее, становясь все более холодной и пустой. Частицы в ней могут распадаться, бесконечно растворяясь в пустоте. Мы можем оказаться в огромном объеме пространства, но оно будет даже более пустым, чем космос сейчас. Это один из сценариев. Есть и другие, которые прогнозируют «разворот» направления темной энергии, от отталкивания до притяжения, в результате которого нас ждет сжатие в плотную точку.


Есть еще идея Роджера Пенроуза о том, что вселенная продолжит расширяться, становясь все более разбавленной, но каким-то образом — когда в ней не будет ничего кроме фотонов, частиц света — объекты в ней перекалибруются и пространство станет в некотором роде генератором нового Большого Взрыва. Это будет весьма экзотическая версия старой цикличной вселенной — но, пожалуйста, не просите меня объяснять идеи Пенроуза.


Насколько вы уверены в том, что наука однажды раскроет тайну того, что такое это «ничто»? Даже если бы мы могли доказать, что Вселенная появилась из странной флуктуации в вакуумном поле, разве нам не стоило бы задать вопрос, откуда взялось это вакуумное поле?


Наука пытается дать ответы, но каждый раз, когда мы их находим, появляются новые вопросы — у нас никогда не будет полной картины. Когда я начал заниматься исследованиями в конце 1960-х, были сомнения в том, что Большой Взрыв вообще был. Теперь сомнений уже нет и мы можем сказать с точностью примерно в 2%, что вселенная была такой же все 13,8 миллиардов лет, до самой первой наносекунды. Это большой прогресс. Нелепо оптимистично полагать, что в следующие 50 лет мы разберемся в сложных вопросах о том, что происходит в квантовую или «инфляционную» эпоху.


Но, конечно, возникает другой вопрос: насколько наука будет постижима для человеческого мозга? Может оказаться так, что математика теории струн в некотором смысле является верным описанием реальности, но мы никогда не сможем понять ее достаточно хорошо, чтобы проверить на фоне любого подлинного наблюдения. Тогда нам, возможно, придется ждать появления каких-нибудь пост-людей, чтобы получить более полное понимание.


Источник https://hi-news.ru/space/chto-takoe-nichego-rasskazyvaet-ast...

Показать полностью
13

Как и почему взрываются звезды.

Как и почему взрываются звезды. Космос, Физика, Интересное, Наука, Сверхновая, Гифка, Длиннопост

На рисунке представлена Туманность Киля. (Остаток после взрыва сверхновой).

Обратимся к явлению сверхновой звезды — одному из самых грандиозных космических явлений. Коротко говоря, сверхновая — это настоящий взрыв звезды, когда большая часть ее массы (или даже вся) сбрасывается со скоростью до 10 тысяч км/с в пространство, а оставшаяся центральная часть схлопывается (коллапсирует) в сверхплотную нейтронную звезду или даже в Черную дыру. Сверхновые играют фундаментальную роль в эволюции звезд, являясь «финалом» жизни звезд с массами более 8-10 солнечных масс, рождая нейтронные звезды и Черные дыры и обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами (практически все химические элементы тяжелее кислорода когда-то образовались при взрыве какой-нибудь массивной звезды).

Как и почему взрываются звезды. Космос, Физика, Интересное, Наука, Сверхновая, Гифка, Длиннопост
Как и почему взрываются звезды. Космос, Физика, Интересное, Наука, Сверхновая, Гифка, Длиннопост

Не в этом ли разгадка извечной тяги человечества к звездам? Ведь в мельчайшей клетке живой материи есть атомы железа, каждый из которых был синтезирован при гибели массивной звезды, и в этом смысле люди сродни тому снеговику из сказки Г.-Х. Андерсена, который испытывал необъяснимую любовь к жаркой печке, потому что основой его была кочерга…). По своим наблюдаемым характеристикам сверхновые принято разделять на 2 широких класса — сверхновые 1-го и 2-го типа.


В спектрах сверхновых 1-го типа нет линий водорода, зависимость их блеска от времени (т.н. кривая блеска) почти не меняется от сверхновой к сверхновой, светимость в максимуме блеска примерно одинакова. Сверхновые 2-го типа, напротив, имеют богатый водородными линиями оптический спектр, формы их кривых блеска весьма разнообразны, блеск в максимуме сильно различается у разных сверхновых. Чтобы дополнить картину различий между этими типами сверхновых, укажем, что только сверхновые 1-го типа вспыхивают в эллиптических галактиках (т.е. галактиках без спиральной структуры с пониженным темпом звездообразования, основной состав которых — маломассивные красные звезды), в то время как в спиральных галактиках (к числу которых принадлежит и наша галактика Млечный Путь) встречаются оба типа сверхновых, причем установлено, что сверхновые 2-го типа концентрируются к спиральным рукавам галактик, где идет активный процесс звездообразования и много молодых массивных звезд.


Эти феноменологические особенности наводят на мысль о различной природе двух типов сверхновых. Сейчас надежно установлено, что при взрыве любой сверхновой освобождается всегда примерно одно и то же (гигантское!) количество энергии 1053 эрг, что соответствует энергии связи образующегося компактного остатка (напомним, что энергия связи звезды соответствует такому количеству энергии, которое нужно затратить, чтобы «распылить» вещество звезды на бесконечно удаленное расстояние). Основная энергия взрыва уносится не фотонами, а нейтрино — релятивистской частицей с очень малой массой или вообще без массы (этот вопрос активно исследуется последние 10-20 лет на самых мощных ускорителях элементарных частиц), так как большая плотность звездных недр не позволяет фотонам свободно покидать звезду, а нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом (как говорят, имеют очень малое сечение взаимодействия) и для них недра звезды вполне «прозрачны».


Окончательной самосогласованной теории взрыва сверхновых с образованием компактного остатка и сбросом внешней оболочки не существует ввиду крайней сложности учета всех физических процессов, происходящих при вспышке сверхновой. Однако все данные говорят о том, что сверхновые 2-го типа являются следствием коллапса ядра звезды, в котором происходило термоядерное превращение сначала водорода в гелий, затем гелия в углерод и так далее до образования изотопов элементов «железного пика» — железа, кобальта и никеля, атомные ядра которых имеют максимальную энергию связи в расчете на одну частицу (ясно, что присоединение новых частиц к ядру, например железа, будет требовать затрат энергии, а потому термоядерное горение и «останавливается» на элементах железного пика).


Что же заставляет центральные части массивной звезды терять устойчивость и коллапсировать, как только железное ядро станет достаточно массивным (около 1.5 масс Солнца)?


В настоящее время известны два основных фактора, приводящие к коллапсу. Во-первых, это «развал» ядер железа на 13 альфа-частиц (ядер гелия) с выделением фотонов (т.н. фотодиссоциация железа), и

во-вторых, захват электронов протонами с образованием нейтронов (т.н. нейтронизация вещества).


Оба процесса становятся возможными при больших плотностях (свыше 1 тонны в куб. см), устанавливающихся в центре звездных недр в конце эволюции, и оба они эффективно снижают «упругость» вещества, которая фактически и противостоит сдавливающему действию сил притяжения. При этом в ходе нейтронизации вещества выделяется большое количество нейтрино, уносящее основную энергию, запасенную в коллапсирующем ядре. В отличие от процесса катастрофического коллапса ядра, разработанного достаточно детально, сброс оболочки звезд (собственно взрыв) не так-то просто получить. По-видимому, существенную роль в этом процессе играет нейтрино.


Как показывают расчеты, проведенные на суперкомпьютерах, плотность вблизи ядра настолько высока, что даже слабовзаимодействующие с веществом нейтрино оказываются на какое-то время «запертыми» внешними слоями звезды. Но гравитационные силы притягивают оболочку к ядру и возникает ситуация, похожая на ту, которая получается при попытке налить более плотную жидкость, например, воду, поверх менее плотной (например, керосина или масла) — из опыта хорошо известно, что легкая жидкость стремится «всплыть» из-под тяжелой (в этом проявляется так называемая неустойчивость Рэлея-Тэйлора). Этот механизм приводит к возникновению гигантских конвективных движений и в конце концов импульс нейтрино передается вышележащей оболочке, которая сбрасывается в окружающее звезду пространство. Интересно отметить, что, возможно, именно эти нейтринные конвективные движения приводят к нарушению сферической симметрии взрыва сверхновой (иными словами, появляется направление, вдоль которого преимущественно выбрасывается вещество) — и тогда образующийся остаток получает импульс отдачи и начинает двигаться в пространстве по инерции со скоростью до тысячи км/с (столь большие пространственные скорости наблюдаются у молодых нейтронных звезд — радиопульсаров). Описанная схематическая картина взрыва сверхновой 2-го типа позволяет объяснить основные наблюдательные особенности этого грандиозного явления. Более того, теоретические предсказания этой модели (особенно касающиеся полной энергии и спектра нейтринной вспышки) оказались в отличном согласии с зарегистрированным нейтринным импульсом, пришедшим 23 февраля 1987 г. от сверхновой в Большом Магеллановом Облаке.


Теперь несколько слов о сверхновых 1-го типа. Отсутствие свечения водорода в их спектрах говорит о том, что взрыв произошел в звезде, лишенной водородной оболочки. Как сейчас полагают, это может быть звезда типа Вольфа-Райе (фактически это богатые гелием, углеродом и кислородом ядра звезд, у которых давление света «сдуло» верхнюю водородную оболочку, или же, если такая массивная звезда входила в состав тесной двойной системы, эта оболочка «перетекла» на соседнюю звезду под действием мощных приливных сил), у которой коллапсирует проэволюционировавшее ядро (т.н. сверхновые типа 1b), или взрывающийся белый карлик.

Как может взорваться звезда белый карлик? Ведь это очень плотная звезда, в которой не идут ядерные реакции, а силам гравитации противостоит давление плотного газа, состоящего из электронов и ионов, которое вызвано существенно квантовыми свойствами электронов (т.н. вырожденный электронный газ). Причина здесь та же, что и при коллапсе ядер массивных звезд — уменьшение упругости вещества звезды при повышении ее плотности. Это опять же связано со «вдавливанием» электронов в протоны с образованием нейтронов, а также с некоторыми релятивистскими эффектами, которые мы здесь не будем рассматривать.


Как же можно повысить плотность белого карлика? Это невозможно, если он одиночный. Но если белый карлик входит в состав достаточно тесной двойной системы, то под действием гравитационных сил газ с соседней звезды может перетекать на белый карлик (вспомните случай новых звезд!), и при некоторых условиях масса (а значит и плотность) его будет постепенно возрастать, что в конечном счете и приведет к коллапсу и взрыву.


Другой возможный вариант более экзотичен, но не менее реален — это столкновение двух белых карликов. Как такое возможно, спросит внимательный читатель, ведь вероятность столкнуться двум белым карликам в пространстве ничтожна, т.к. ничтожно число звезд в единице объема (от силы несколько звезд в 100-1000 парсеках). И здесь (в который уж раз!) «виноваты» оказываются двойные звезды, но теперь уже состоящие из двух белых карликов. Не вдаваясь в детали их образования и эволюции, заметим только, что, как следует из общей теории относительности А.Эйнштейна, две любые массы, обращающиеся по орбите вокруг друг друга, рано или поздно должны столкнуться из-за постоянного, хотя и весьма незначительного уноса энергии из такой системы волнами тяготения — гравитационными волнами (например, Земля и Солнце, живи они бесконечно долго, столкнулись бы из-за этого эффекта, правда через колоссальное время, на много порядков превосходящее возраст Вселенной).


Оказывается, в случае двойных систем с массами звезд около солнечной (2*10↑30 кг) их «слияние» должно произойти за время, меньшее возраста Вселенной (примерно 10 миллиардов лет).


Как показывают оценки, в типичной галактике такие двойные белые карлики могут сливаться раз в несколько сотен лет. Гигантская энергия, освобождаемая при этом катастрофическом процессе, вполне достаточна для объяснения явления Сверхновой типа 1а. Кстати, примерная одинаковость масс белых карликов делает все такие слияния «похожими» друг на друга, поэтому сверхновые типа 1а по своим характеристикам должны выглядеть одинаково вне зависимости когда и в какой галактике произошло это событие. Это свойство сверхновых типа 1а в настоящее время используется учеными для получения независимой оценки важнейшего космологического параметра — постоянной Хаббла, которая является количественной мерой скорости расширения Вселенной.


Мы рассказали лишь о наиболее грандиозных взрывах звезд, происходящих во Вселенной и наблюдаемых в оптическом диапазоне. Мы отмечали выше, что в случае Сверхновых звезд основная энергия взрыва уносится нейтрино, а не светом, поэтому исследование неба методами нейтринной астрономии имеет интереснейшие перспективы и позволит в будущем «заглянуть» в самое «пекло» сверхновой, скрытое огромными толщами непрозрачного для света вещества.


Еще более удивительные открытия сулит гравитационно-волновая астрономия, которая в недалеком будущем расскажет нам о грандиозных явлениях слияния двойных белых карликов, нейтронных звезд и Черных дыр.

Показать полностью 2
494

Что будет, если упасть в черную дыру?

Что будет, если упасть в черную дыру? Космос, Интересное, Наука, Черная дыра, Теория, Длиннопост

Наверняка вы полагаете, что если упадете в черную дыру, то вас ждет мгновенная смерть. Но в действительности, как полагают физики, ваша судьба будет куда более странной. В будущем такое может произойти с кем угодно. Может, вы пытаетесь найти новую обитаемую планету для человеческой расы или просто уснули в долгом пути. Что будет, если вы упадете в черную дыру? Можно было бы ожидать, что вас перемелет или разорвет. Но все не так.


В момент, когда вы входите в черную дыру, реальность будет разделена на две части. В одной вы будете немедленно уничтожены, а в другой погрузитесь в черную дыру совершенно невредимым.

Что будет, если упасть в черную дыру? Космос, Интересное, Наука, Черная дыра, Теория, Длиннопост

Черная дыра — это место, в котором известные нам законы физики не работают. Эйнштейн учил нас, что гравитация искривляет само пространство, деформирует его. Поэтому если взять достаточно плотный объект, пространство-время может стать настолько кривым, что завернется само в себя, проделав отверстие в самой ткани реальности.


Массивная звезда, которая исчерпала топливо, может обеспечить чрезвычайную плотность, необходимую для создания этого деформированного участка пространства. Прогибаясь под собственным весом и коллапсируя, массивный объект затягивает с собой и пространство-время. Гравитационное поле становится настолько мощным, что его не может покинуть даже свет, чем обрекает область, в котором находится эта звезда, на мрачную судьбу: черная дыра.


Внешней границей черной дыры является ее горизонт событий, точка, в которой сила гравитации противодействует попыткам света покинуть ее. Подойдите слишком близко и возврата уже не будет.


Горизонт событий пылает энергией. Квантовые эффекты на этой границе создают потоки горячих частиц, утекающих обратно во Вселенную. Это так называемое излучение Хокинга, названное в честь физика Стивена Хокинга, который предсказал его существование. По истечении достаточного времени черная дыра испарит свою массу полностью и исчезнет.


Погружаясь в черную дыру, вы обнаружите, что пространство становится все более искривленным, пока в самом центре не станет изогнутым бесконечно. Это сингулярность. Пространство и время перестают иметь хоть какой-нибудь смысл, и законы физики, известные нам, которые нуждаются в пространстве и времени, больше не работают.

Что происходит в сингулярности? Никто не знает. Другая вселенная? Забвение? Мэтью Макконахи плавает по ту сторону книжных полок? Загадка.


Что же произойдет, если вы случайно упадете в одну из этих космических аберраций? Сначала спросим вашего космического напарника — назовем ее Анна — которая с ужасом смотрит, как вы плывете по направлению к черной дыре, в то время как она остается на безопасном расстоянии. Она наблюдает странные вещи.


Если вы ускоряетесь по направлению к горизонту событий, Анна видит, как вы растягиваетесь и искажаетесь, словно она смотрит на вас через гигантскую лупу. Кроме того, чем ближе вы подходите к горизонту, тем больше ваши движения замедляются.


Вы не можете крикнуть, поскольку воздуха в космосе нет, но можете попытаться сигнализировать Анне сообщение Морзе светом своего iPhone (даже приложение есть для этого). Однако ваши слова будут достигать ее все медленнее и медленнее, поскольку световые волны растягиваются до все более низких и красных частот: «Хорошо, х о р о ш о, х о р о…»

.Когда вы достигнете горизонта, Анна увидит, что вы замерзли, словно кто-то нажал кнопку паузы. Вы отпечатаетесь там, обездвиженный и вытянутый по всей поверхности горизонта, когда нарастающее тепло начнет вас поглощать.


По мнению Анны, вас медленно стирает растяжение пространства, остановка времени и тепло излучения Хокинга. Перед тем как погрузиться в темноту черной дыры, вы превратитесь в пепел.


Но прежде чем начинать планировать похороны, давайте забудем об Анне и посмотрим эту жуткую сцену с вашей точки зрения. И знаете, что тут происходит? Ничего.

Что будет, если упасть в черную дыру? Космос, Интересное, Наука, Черная дыра, Теория, Длиннопост

Вы плывете прямиком в самое зловещее проявление природы и не получаете ни шишки, ни синяка — и уж точно не растягиваетесь, не замедляетесь и не поджариваетесь на излучении. Потому что находитесь в свободном падении и не испытываете гравитации: Эйнштейн назвал это «самой счастливой мыслью».


В конце концов, горизонт событий — это не кирпичная стена, плавающая в пространстве. Это артефакт перспективы. Наблюдатель, который остается вне черной дыры, не может видеть сквозь него, но это не ваша проблема. Для вас горизонта не существует.


Если бы черная дыра была меньше, у вас были бы проблемы. Сила гравитации была бы гораздо сильнее у ваших ног, чем у вашей головы, и растянула бы вас как спагетти. Но к счастью для вас это большая черная дыра, в миллионы раз массивнее Солнца, так что силы, которые могли бы вас спагеттифицировать, достаточно слабы, чтобы их можно было проигнорировать.


Более того, в достаточно большой черной дыре вы могли бы прожить остаток своей жизни, а после умереть в сингулярности.

Насколько нормальной эта жизнь будет, большой вопрос, учитывая что вас засосало против вашей воли в разрыв в пространственно-временном континууме и обратного пути нет.


Но если задуматься, нам всем знакомо это чувство, по опыту общения не с пространством, но со временем. Время идет только вперед, никогда назад, и засасывает нас против нашей воли, не оставляя шанса на отступление.


Это не просто аналогия. Черные дыры искажают пространство и время до такого экстремального состояния, что внутри горизонта событий черной дыры пространство и время на самом деле меняются ролями. В действительности, именно время засасывает вас в сингулярность. Вы не можете развернуться и уйти из черной дыры точно так же, как не можете развернуться и уйти обратно в прошлое.


В этот момент вы спросите себя: что не так с Анной? Если вы прохлаждаетесь внутри черной дыры, будучи окруженным пустым пространством, почему ваш напарник видит, как вы сгораете в излучении на горизонте событий? Галлюцинации?

На самом деле, Анна пребывает в полном здравии. С ее точки зрения вы действительно сгорели на горизонте. Это не иллюзия. Она даже могла бы собрать ваш пепел и отправить его домой.


На самом деле, законы природы требуют, чтобы вы оставались за пределами черной дыры, как это видно с точки зрения Анны. Это потому что квантовая физика требует, чтобы информация не пропадала, не терялась. Каждый бит информации, который говорит о вашем существовании, должен оставаться за пределами горизонта, чтобы законы физики Анны не нарушались.


С другой стороны, законы физики также требуют, чтобы вы плыли через горизонт, не сталкиваясь с горячими частицами или чем-то из ряда вон выходящего. В противном случае, вы будете нарушать «самую счастливую мысль» Эйнштейна и его общую теорию относительности.


Итак, законы физики требуют, чтобы вы одновременно были снаружи черной дыры в виде горстки пепла и внутри черной дыры, живы и здоровы. И есть также третий законы физики, который говорит, что информация не может быть клонирована. Вы должны быть в двух местах, но может быть только одна копия вас.


Так или иначе, законы физики приводят нас к выводу, который кажется довольно бессмысленным. Физики называют эту головоломку информационным парадоксом черной дыры. К счастью, в 1990-х они нашли способ ее разрешить.

Что будет, если упасть в черную дыру? Космос, Интересное, Наука, Черная дыра, Теория, Длиннопост

Леонард Сасскинд пришел к выводу, что парадокса нет, поскольку никто не видит вашу копию. Анна видит только одну копию вас. Вы видите только одну свою копию. Вы и Анна никогда не сможете их сопоставить (и свои наблюдения тоже). И нет третьего наблюдателя, который может одновременно наблюдать черную дыру изнутри и снаружи. Так что никакие законы физики не нарушаются.


Но вы наверняка хотели бы узнать, чья история правдива. Мертвы вы или живы? Если черные дыры нас чему-то и научили, то ответа на этот вопрос просто нет. Реальность зависит от того, кого спросить. Есть реальность Анны и реальность ваша. Вот и все.


Во всяком случае так думали долгое время. Лето 2012 года физики Ахмед Альмейри, Дональд Марольф, Джо Полчински и Джеймс Салли, коллективно известные как AMPS, задумали мысленный эксперимент, который грозил перевернуть все, что мы насобирали о черных дырах.

Они предположили, что решение Сасскинда основано на том, что любое несоответствие между вами и Анной опосредовано горизонтом событий. Не имеет значения, увидела ли Анна неудачную версию вас, растерзанных излучением Хокинга, поскольку горизонт не позволяет ей увидеть другую версию вас, плавающего в черной дыре.


Но что, если бы у нее был способ узнать, что было по ту сторону горизонта, не пересекая его?


Обычная относительность скажет «ни-ни», но квантовая механика немного размывает правила. Анна могла бы заглянуть за горизонт, используя небольшой трюк, который Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии».


Это происходит, когда два набора частиц, разделенных в пространстве, загадочным образом «запутаны». Они являются частью единого невидимого целого, поэтому информация, которая их описывает, загадочным образом связывается между ними.

Что будет, если упасть в черную дыру? Космос, Интересное, Наука, Черная дыра, Теория, Длиннопост

Идея AMPS основана на этом явлении. Скажем, Анна зачерпывает немного информации у горизонта — назовем ее А.


Если ее история верна, и вы уже отправились в мир получше, тогда А, зачерпнутая в излучении Хокинга за пределами черной дыры, должна быть запутана с другой частицей информации B, которая также является частью горячего облака излучения.


С другой стороны, если верна ваша история и вы живы и здоровы по другую сторону горизонта событий, то А должна быть запутана с другой частицей информации C, которая находится где-то внутри черной дыры. Но вот момент: каждый бит информации можно запутать лишь единожды. Из этого следует, что А может быть запутана либо с B, либо с C, но не одновременно с обеими.

Что будет, если упасть в черную дыру? Космос, Интересное, Наука, Черная дыра, Теория, Длиннопост

Итак, Анна берет свою частицу A и помещает ее в ручную машину декодирования запутанности, которая выдает ей ответ: B или C.


Если ответ C, побеждает ваша история, но законы квантовой механики нарушаются. Если A запутана с C, которая глубоко внутри в черной дыре, тогда эта частица информации потеряна для Анны навсегда. Это нарушает квантовый закон невозможности потери информации.


Остается B. Если декодирующая машина Анны обнаруживает, что А запутана с B, Анна побеждает и общая теория относительности проигрывает. Если А запутана с B, история Анны будет единственной верной историей, из чего следует, что вы на самом деле сгорели дотла. Вместо того, чтобы плыть прямо через горизонт, как подсказывает относительность, вы столкнетесь с пылающей стеной огня.


Таким образом, мы возвращаемся к тому, с чего начали: что происходит, когда вы падаете в черную дыру? Вы скользите через нее и живете нормальной жизнью, благодаря реальности, которая странным образом зависит от наблюдателя? Или вы подходите к горизонту черной дыры только чтобы столкнуться со смертельной стеной огня?

Никто не знает ответ, и поэтому этот вопрос стал одним из самых спорных в области фундаментальной физики.


Более ста лет физики пытаются примирить общую теорию относительности с квантовой механикой, полагая, что одной из них придется в конечном счете уступить. Решение парадокса вышеупомянутой стены огня должно указать на победителя, а также привести нас к еще более глубокой теории Вселенной.


Одна из подсказок может лежать в машине декодирования Анны. Выяснить, какой из других битов информации запутан с A, является чрезвычайно сложной задачей. Поэтому физики Даниэль Харлоу из Принстонского университета в Нью-Джерси и Патрик Хейден, работающий в Стэнфордском университете в Калифорнии, решили разобраться, сколько времени потребуется на декодирование.


В 2013 году они подсчитали, что даже при самом быстром компьютере, который только может существовать, Анне потребуется невероятно много времени, чтобы расшифровать запутанность. К моменту, когда она найдет ответ, черная дыра уже давно испарится, исчезнет из Вселенной и заберет с собой загадку смертельной стены огня.

Если это так, то одна только сложность этой проблемы может помешать Анне выяснить, чья же история верна. Обе истории останутся в равной степени верными, законы физики — нетронутыми, реальность — зависящей от наблюдателя, а никто не подвергнется опасности быть поглощенным стеной огня.


Это также дает физикам новую пищу для размышлений: дрязнящие связи между сложными вычислениями (вроде тех, которые не может провести Анна) и пространством-временем. Возможно, где-то здесь скрывается нечто большее.


Таковы черные дыры. Они не только являются досадными препятствиями для космических путешественников. Они также являются теоретическими лабораториями, которые доводят законы физики до белого каления, а тонкие нюансы нашей Вселенной выводят на такой уровень, что проигнорировать их уже нельзя.


Если истинная природа реальности где-то скрывается, лучшее место для ее поиска — это черная дыра. Правда, искать лучше изнутри. Отправим Анну, теперь ее очередь.


https://hi-news.ru/space/chto-budet-esli-upast-v-chernuyu-dy...

Показать полностью 4
13

Двигатель из "Звездного пути" реален?

Двигатель из "Звездного пути" реален? Интересное, Наука, Космос, Научная фантастика, Star trek, Длиннопост

Большинство из нас, кто живет сегодня, никогда не знали мира, в котором не существует космических полетов. Но еще до того, как мы ступили на поверхность Луны, запустили Международную космическую станцию, направили механических посланцев к другим планетам и даже за пределы Солнечной системы, у нас был «Звездный путь», который предложил общественности такие мечты, что ими грезят до сих пор. Вместо ракетного топлива, нам предложили корабли на антиматерии. Вместо посещения ближайших миров в нашей Солнечной системе, мы отправились к планетам возле далеких звезд. Вместо преодоления звукового барьера, мы прыгнули на световые годы в считанные дни. И среди разнообразных технологических достижений, с которыми нас познакомил «Звездный путь» — и возможностей цивилизации — пожалуй, изобретение варп-двигателя было самым великолепным.
Еще до создания «Звездного пути» человечество было поставлено перед фактом: для успешного освоения космоса нужно победить скорость света. Учитывая, что даже ближайшая звезда к нашему Солнцу— и ближайший потенциально обитаемый мир — более чем в четырех световых годах от нас, путешествие к любой другой звездной системе будет означать, что на Земле пройдут многие годы, даже если сам космический корабль воспользуется преимуществами специальной теории относительности и сократит время путешествия для экипажа. Согласно теории Эйнштейна, когда вы путешествуете на скорости, близкой к скорости света, расстояния по вашему курсу движения будут укорачиваться (сокращение длины), а скорость, с которой проходит время, будет удлиняться (замедление времени). Две этих идеи буквально противоречат здравому смыслу, но тем не менее хорошо изучены и подтверждены в рамках специальной теории относительности. Если бы путешествовать по Вселенной было несложно, члены экипажа, путешествующего на околосветовой скорости, оставался бы относительно молодым, а вот в пункте отправления и назначения прошли бы многие годы. Межзвездное путешествие растянется на поколения.

Двигатель из "Звездного пути" реален? Интересное, Наука, Космос, Научная фантастика, Star trek, Длиннопост

Но общая теория относительности предлагает возможный выход из этих тесных стен: благодаря податливости самого пространства-времени. Мы, возможно, не смогли бы путешествовать через само пространство на скорости большей, чем 299 792 458 м/с, но если бы мы могли сократить сами расстояния между двумя точками (или событиями), то мы не только могли бы добраться в пункт назначения очень быстро с точки зрения экипажа, но и с точки зрения наблюдателей там и тут. Варп-двигатель, предложенный 50 лет назад, предлагает уникальную реализацию такого решения: за счет искажения (сокращения) пространства по направлению движения звездолета.
Искажение пространства времени по направлению движения (перед) космического аппарата впервые взяли на вооружение фантасты 1960-х годов, подпоясавшись выдуманным механизмом. По их планам, варп-двигатель мог бы эффективно сократить путешествие от звезды к звезде, будучи ограниченным только тем, насколько можно сжать пространство перед кораблем, но можно ли его сделать в принципе? В 1994 году было показано, что решение в рамках ОТО позволяет привести пространство-время к такому поведению. Сжимая пространство перед аппаратом и удлиняя пространство позади на равный и противоположный показатель, можно создать «пузырь» пространства, в котором будет ваш космический аппарат. Мигель Алькубьерре показал, что такой варп-двигатель будет полностью соотносится с законами, управляющими поведение пространства-времени. 22 года назад, одним махом, физика перешла от фантастических путешествий с варп-скоростью — теперь этот двигатель называется в честь Алькубьерре — к теоретически возможным.

Двигатель из "Звездного пути" реален? Интересное, Наука, Космос, Научная фантастика, Star trek, Длиннопост

Чтобы двигатель Алькубьерре стал реальностью, нам необходимо решить множество практических вопросов, в настоящее время непреодолимых препятствий. Во-первых, по самым скромным расчетам расхода энергии, необходимой для деформации любой непустой части пространства таким образом, необходимо минимум 20 000 мегатонн тротилового эквивалента. Или тонна массы, преобразованная в чистую энергию по формуле Эйнштейна E = mc2. Во-вторых, двигатель Алькубьерры требует создания области пространства с энергией, которая меньше нулевой энергии самого пространства, что требует наличия отрицательной массы (или отрицательной энергии) в той или иной форме. Хотя это может показаться непреодолимым препятствием, поскольку только положительные массы и энергии, как известно, существуют в этой Вселенной, создание условий, аналогичных эффекту Казимира, когда параллельные проводящие пластины могут уменьшать эффективную нулевую энергию самого пространства, могло бы удовлетворить необходимым требованиям. Это решение предложил сам Алькубьерре.
Наконец, не существует известного способа начать путешествие на варп-скорости и закончить его, как только оно началось. Очевидно, чтобы управлять космическим аппаратом, нужно уметь и то и другое. Когда-нибудь, возможно, мы снова вернемся к чертежам и позволим себе покинуть эту галактику. А пока остается только мечтать.

Показать полностью 2
Отличная работа, все прочитано!