Эйнштейн ошибался
Есть две бесконечности - женщина и ее глупость.
Есть две бесконечности - женщина и ее глупость.
Исследователи проанализировали общую теорию относительности Эйнштейна на суперкомпьютере Columbia в Исследовательском центре Эймса НАСА, чтобы создать трехмерную симуляцию слияния черных дыр.
Теория относительности одновременно проста и элегантна, но в то же время до безумия неинтуитивна. Нет необходимости вдаваться во все тонкости и величие этой теории, но есть одна работа Эйнштейна, которая занимала центральное место и в конечном итоге привела его к полной перестройке ньютоновского тяготения, изменяя сами наши представления о структуре Вселенной.
И эта особенность в названии: относительный. Эйнштейн обнаружил, что то, что мы когда-то считали неизменным, на самом деле таким не являлось. Чтобы понять, как Эйнштейн переписал идеи Ньютона, мы сначала должны немного отмотать время назад и понять идеи Ньютона.
Как только Ньютону пришла в голову идея концепции гравитации, силы, исходящей от всех объектов и соединяющейся со всеми ними, ему понадобилась вселенная, чтобы сделать его силу универсальной. Когда солнце "протягивает руку" со своим притяжением и указывает всем планетам, даже могущественному Юпитеру, куда двигаться дальше, эти планеты должны знать, где они находятся относительно солнца. Когда я срываю яблоко с дерева и позволяю ему упасть, яблоку нужно знать, как далеко оно находится от Земли, чтобы оно могло иметь надлежащую скорость ускорения.
Все во Вселенной должно знать, где находится все остальное, чтобы гравитация могла действовать с соответствующей силой. Итак, Ньютон представлял себе космос как огромную неподвижную сетку, ряд универсальных правил и "главных часов", а также абсолютную систему отсчета, исходя из которой можно было принимать все другие меры. (Должен отметить, что это не следует понимать буквально. Там, в пустоте космоса, нет гигантских часов, тикающих по абсолютному времени, и нет буквально "сетки" отмеченных линеек, пересекающих космос. Все это - математическая структура , которая обеспечивает механизмы для вычисления гравитационных сил , но потребность в этой структуре является первостепенной в работе Ньютона).
И поэтому, с точки зрения Ньютона о гравитации, каждое гравитационное взаимодействие должно быть рассчитано с учетом этой универсальной, фиксированной, абсолютной системы отсчета. Сущности нашей вселенной должны знать, где они находятся относительно этой неподвижной системы отсчета, чтобы гравитация могла быть нужной силы в нужное время и в нужных местах.
Но работа Джеймса Клерка Максвелла по электромагнетизму противоречила этой универсальной системе отсчета (хотя Максвелл в то время этого не осознавал). Гениальный математик Максвелл сам сказал, что скорость света - это скорость света всегда и навеки. Неважно, как быстро вы двигались, или в каком направлении вы двигались, приближался ли к вам свет или удалялся, это не имело значения. Свет двигается всегда со "скоростью света".
Если бы существовала какая-то универсальная система отсчета, какие-то главные часы и абсолютная линейка, как предлагал Ньютон, то скорость света должна быть только той скоростью, которой она является относительно этой абсолютной системы отсчета, потому что эта абсолютная система отсчета является эталоном, по которому измеряется все движение. И поэтому существование этой абсолютной рамки должно позволить вам двигаться верхом на луче света и видеть его неподвижным и застывшим на месте.
Эйнштейн выбрал Максвелла, и Эйнштейн был прав. Не существует универсальной системы отсчета, главных часов или абсолютной линейки. Нет способа судить о движении, кроме как по относительным точкам зрения каждого наблюдателя. Другими словами, это "относительность" в теории относительности : все движение относительно. Если бы Эйнштейн проехал мимо меня на своем велосипеде, я мог бы только сказать, что с моей точки зрения он движется. С его точки зрения, он мог бы справедливо утверждать, что он неподвижен, а я тот, кто находится в движении.
Отказавшись от понятий абсолютного времени и пространства, Эйнштейн кое-что получил за свои усилия. Не все вещи относительны, во Вселенной есть некоторые константы. А именно, законы физики. Все наблюдатели, великие и всеобщие, медленные и быстрые, целенаправленные и бесцельные, все наблюдатели согласны с общностью законов физики. Показательный пример - уравнения Максвелла. Говорят, что скорость света постоянна. Конец. И так оно и есть: каждый наблюдатель во Вселенной , независимо от своего положения, скорости или ускорения, всегда будет "видеть" одну и ту же скорость света .
Взято тут: https://phys.org/news/2023-11-absolute.html
Теория гравитации Эйнштейна — общая теория относительности — пользуется большим успехом более века. Однако у нее есть теоретические недостатки. Это неудивительно, теория предсказывает свою собственную неудачу в пространственно—временных сингулярностях внутри черных дыр и сам Большой взрыв.
По мере того как новые и мощные телескопы собирают новые данные о Вселенной, они раскрывают пределы старых теорий.
В отличие от физических теорий, описывающих три фундаментальных взаимодействия в физике — электромагнитное, сильное и слабое - общая теория относительности была проверена только в условиях слабой гравитации.
Отклонения гравитации от общей теории относительности ни в коем случае не исключаются и не проверяются повсюду во Вселенной. Но по мнению физиков-теоретиков отклонения должны быть.
Согласно теории, первоначально предложенной Жоржем Леметром и широко принятой астрономическим сообществом, наша вселенная возникла в результате Большого взрыва. Другие сингулярности скрываются внутри черных дыр: пространство и время перестают там иметь значение, в то время как плотность энергии и давление, становятся бесконечными. Это сигнализирует о том, что теория Эйнштейна здесь терпит неудачу и должна быть заменена более фундаментальной.
Наивно полагать, что пространственно-временные сингулярности должны быть разрешены с помощью квантовой механики , которая применима в очень малых масштабах.
Квантовая физика опирается на две простые идеи: точечные частицы не имеют смысла; и принцип неопределенности Гейзенберга, который гласит, что никогда нельзя знать значение определенных пар величин с абсолютной точностью — например, положение и скорость частицы. Это происходит потому, что частицы следует рассматривать не как точки, а как волны; в малых масштабах они ведут себя как волны материи.
Теория охватывающая как общую теорию относительности, так и квантовую физику, должна быть свободна от подобных патологий. Однако все попытки объединить общую теорию относительности и квантовую физику неизбежно влекут за собой отклонения от теории Эйнштейна.
Следовательно, гравитация Эйнштейна не может быть окончательной теорией гравитации. Действительно, вскоре после введения общей теории относительности Эйнштейном в 1915 году Артур Эддингтон, наиболее известный тем, что подтвердил эту теорию во время солнечного затмения 1919 года , начал искать альтернативы, просто чтобы посмотреть, как все могло бы быть.
Теория Эйнштейна выдержала все проверки на сегодняшний день, точно предсказывая различные результаты, начиная от прецессии орбиты Меркурия и заканчивая существованием гравитационных волн . Итак, где скрываются эти отклонения от общей теории относительности?
Столетие исследований дало нам стандартную космологическую модель, известную как модель "Лямбда-си-ди-эм" (ΛCDM (аббревиатура от Lambda-Cold Dark Matter) . Здесь Λ обозначает либо знаменитую космологическую постоянную Эйнштейна, либо таинственную темную энергию с аналогичными свойствами.
Темная энергия была введена астрономами ad hoc (латинская фраза, означающая «для данного случая», «специально для этого»), чтобы объяснить ускорение космического расширения. Несмотря на чрезвычайно хорошую подгонку космологических данных до недавнего времени, модель ΛCDM является поразительно неполной и неудовлетворительной с теоретической точки зрения.
За последние пять лет ученые столкнулись с серьезной напряженностью в наблюдениях . Постоянная Хаббла, которая определяет возраст и масштаб расстояний во Вселенной, может быть измерена в ранней Вселенной с использованием космического микроволнового фона (т.н. реликтовое излучение), а в поздней Вселенной с использованием сверхновых в качестве стандартных свечей.
Эти два измерения дают несовместимые результаты . Что еще более важно, природа основных компонентов модели ΛCDM — темной энергии, темной материи и поля, управляющего инфляцией ранней Вселенной (очень короткий период чрезвычайно быстрого расширения, зарождающий семена галактик и скоплений галактик) — остается загадкой.
С точки зрения наблюдений, наиболее убедительной причиной изменения гравитации является ускорение Вселенной, обнаруженное в 1998 году с помощью сверхновых типа Ia , яркость которых уменьшается из-за этого ускорения. Модель ΛCDM, основанная на общей теории относительности, постулирует чрезвычайно экзотическую темную энергию с отрицательным давлением, пронизывающую вселенную.
Проблема в том, что эта темная энергия не имеет физического обоснования. Ее природа совершенно неизвестна, хотя было предложено множество моделей . Предлагаемой альтернативой темной энергии является космологическая постоянная Λ, которая, согласно квантово-механическим (но сомнительным) расчетам , должна быть огромной.
Однако вместо этого Λ должна быть невероятно точно настроена, чтобы соответствовать космологическим наблюдениям. Если темная энергия существует, наше незнание ее природы вызывает глубокую тревогу.
Может ли быть так, что вместо этого проблемы возникают из-за неправильных попыток подогнать космологические наблюдения к общей теории относительности, например, втиснуть человека в слишком маленькие брюки? Что мы наблюдаем первые отклонения от общей теории относительности, в то время как таинственной темной энергии просто не существует?
Эта идея, впервые предложенная исследователями из Неаполитанского университета, приобрела огромную популярность, в то время как противоборствующий лагерь "темной энергии" остается активным.
Как мы можем это определить? Отклонения от гравитации Эйнштейна ограничены экспериментами в солнечной системе , недавними наблюдениями за гравитационными волнами и загоризонтными изображениями черных дыр .
В настоящее время существует много литературы по теориям гравитации, альтернативным общей теории относительности, восходящая к ранним исследованиям Эддингтона 1923 года. Очень популярной альтернативой является так называемая скалярно-тензорная гравитация. Концептуально она очень проста, поскольку вводит только один дополнительный компонент (скалярное поле, соответствующее простейшей, бесспиновой частице) в геометрическое описание гравитации Эйнштейна. Однако последствия этого далеки от тривиальных. Поразительным явлением является " эффект хамелеона ", состоящий в том факте, что эта теория может маскироваться под общую теорию относительности в средах с высокой плотностью (таких как звезды или Солнечная система), в то же время сильно отклоняясь от нее в космологической среде с низкой плотностью.
В результате дополнительное (гравитационное) поле фактически отсутствует, маскируясь, как хамелеон, и ощущается только в самых больших (космологических) масштабах.
В настоящее время спектр альтернатив гравитации Эйнштейна резко расширился. Даже добавление единственного массивного скалярного возбуждения (а именно частицы с нулевым спином) к гравитации Эйнштейна - и сохранение полученных уравнений, чтобы избежать некоторых известных фатальных несоответствий, — привело к гораздо более широкому классу теорий Хорндески и последующим обобщениям.
«Чат на чат» — новое развлекательное шоу RUTUBE. В нем два известных гостя соревнуются, у кого смешнее друзья. Звезды создают групповые чаты с близкими людьми и в каждом раунде присылают им забавные челленджи и задания. Команда, которая окажется креативнее, побеждает.
Реклама ООО «РУФОРМ», ИНН: 7714886605
Наблюдения за сверхмассивными черными дырами в центрах галактик указывают на вероятный источник темной энергии — «недостающие» 70% Вселенной.
Измерения древних и спящих галактик показывают, что черные дыры растут больше, чем ожидалось, что соответствует явлению, предсказанному в теории гравитации Эйнштейна.
Результат потенциально означает, что к нашей картине Вселенной не нужно добавлять ничего нового, чтобы объяснить темную энергию - ее источником являются черные дыры в сочетании с гравитацией Эйнштейна.
По-научному
В 1935 году физики-теоретики Альберт Эйнштейн и Натан Розен сделали смелое предположение о том, что в мире где-то должны существовать такие пространственно-временные «каналы», которые могут соединить две вселенные. Эти так называемые «мосты» Эйнштейна-Розена, представляющие собой сложные пространственные структуры, позднее получили название «кротовые норы» (аналог английского слова wormhole, «червоточина», предложенного физиком Джоном Уилером, который также ввел термин black hole — «черная дыра» (хочу посоветовать вам свой тг канал где весь движ о космосе CosmoVision)
Первая диаграмма кротовой норы
По-простому
Как объясняет профессор Государственного астрономического института имени Штернберга Владимир Липунов, представить кротовую нору можно, сложив листок бумаги пополам, а затем проткнув его. Получившееся отверстие будет подобием кротовой норы.
Какими бывают кротовые норы?
Согласно исследованиям, существующие кротовые норы можно разделить на несколько подвидов:
* Непроходимые
Они внешне напоминают черную дыру, но внутри такой дыры нет сингулярности, то есть бесконечной плотности материи, которая разрывает и уничтожает любую другую материю, попадающую в нее. В теории у таких нор даже нельзя поймать сигнал — они разрушаются слишком быстро.
* Проходимые
Эти норы можно пересекать в обе стороны, что дает возможность для путешествий на большие расстояния без нарушения скоростного предела. Чтобы быть проходимой, кротовая нора должна быть заполнена темной материей.
* Межмировые
Ряд ученых считает, что кротовые норы способны соединять не только точки в нашей вселенной, но и стать «коридорами» во вселенные параллельные.
* Внутримировые
Если один из входов в кротовую нору движется относительно другого, или если он находится в мощном гравитационном поле, где замедляется временной поток, то такая нора способна стать настоящей машиной времени.
Возможны ли путешествия сквозь кротовые норы?
Пока что идея кротовой норы — единственная надежда человечества на путешествия на очень большие расстояния за разумное время.
Учитывая существующий уровень технологий, человечеству в обозримом будущем удастся создать звездолеты, которые будут тратить десятки или даже сотни лет на путешествия до ближайших звезд. На этих аппаратах должны будут смениться целые поколения космонавтов. А вот с использованием кротовых нор можно было бы сильно ускорить такие путешествия, как это было показано в «Стартреке» или «Интерстелларе».
Можно ли создать кротовую нору искусственно?
В теории, в далеком будущем и при должном уровне развития ускорительной техники — да.
«Для создания кротовой норы, которая позволит быстро перемещаться между различными областями Вселенной, нужна экзотическая энергия, например, темная энергия достаточно высокой плотности или энергия микроскопических квантовых флуктуаций. Микроскопические кротовые норы, возможно, удастся создать в далеком будущем. Для этого нужны очень высокие энергии, которые пока не реализуются на современных ускорителях, но могут быть достигнуты с их развитием. А вот как искусственно создать большие кротовые норы, которые позволят космическому кораблю быстро перелететь в удаленную область нашей Вселенной, пока не очень ясно», — отмечает Эмиль Ахмедов.
Примерное изображение кротовой норы
В 1907 году Альберт Эйнштейн описал эффект гравитационного замедления времени, обеспечиваемый сильным искривлением пространства-времени очень массивными телами.
По сути, он понял, что пространство намного больше, чем «пространство», в котором мы живем, и что время превосходит изобретенные нами часы. Скорее, предположил он, эти двое физически переплетены.
Представьте, что каждый ваш страх — это невидимый монстр в бесконечном доме. Сможете ли вы найти выход и освободиться? Сегодня есть возможность узнать ответ — в нашей новой игре!
Кто из российских ученых-астрофизиков самый известный в мире, а о ком мы не знаем ничего? Почему такое открытие, как «кольцо Эйнштейна» на деле заслуга не только Эйнштейна? И, наконец, сколько раз должна быть процитирована научная статья, чтобы стать по-настоящему знаменитой?
В новом «Толке» популяризатор науки и астрофизик Сергей Попов расскажет про самые значимые космические открытия ученых из России, которыми по праву стоит гордиться. Например, вы знали, что магнитары были открыты в Советском Союзе? А современная модель Вселенной родилась в Петрограде начала 1920-х? Поверьте, это далеко не все.
00:00 - Интро
00:27 - Классификация заслуг в науке
01:10 - №1 космическое открытие: открытие магнитаров
03:17 - №2 космическое открытие: фотография черной дыры
04:43 - №3 космическое открытие: лазерные интерферометры для регистрации гравитационных волн
05:46 - №4 космическое открытие: Вселенная Фридмана
07:15 - №5 космическое открытие: кольцо Хвольсона-Эйнштейна
08:51 - №6 космическое открытие: модель аккреционных дисков Шакуры и Сюняева
10:56 - №7 космическое открытие: Байкальский нейтринный детектор
12:55 - Какая главная трудность современной науки?
РБК Тренды
Текст https://trends.rbc.ru/trends/futurology/61e52e449a794709762d...