Хокинг, математика и струны: три ключевых теории о параллельных мирах

10 экспериментов, которые разоблачают человеческую сущность

Психологические эксперименты — отличный способ узнать что-то новое про себя и окружающих, а также увидеть самые потаённые уголки человеческой души. Одни исследования тебя удивят, другие — могут откровенно ввести в состояние шока своей жестокостью.

Конформность — это склонность человека менять свою первоначальную оценку ситуации / предмета, находясь под влиянием мнения окружающих. Конформизм способствует усвоению норм поведения в обществе и необходим для полноценной социализации индивида.

Психолог Соломон Аш — автор знаменитой серии экспериментов, посвященных конформности. Суть эксперимента состояла в том, что его участникам предлагалось оценить длину линий, изображенных на карточках, и найти среди них одинаковые, назвать цвет предмета и т. д. В экспериментах все участники, кроме одного, были «подсадными утками», а настоящий участник всегда был в очереди на ответ самым последним.

В результате подавляющее большинство участников серии экспериментов (а именно 75 %) отвечало неправильно на элементарные вопросы, следуя за мнением предыдущих опрошенных. Вот как легко оказалось убедить человека в собственной неправоте и провоцировать на желаемый ответ.

Теории параллельных Вселенных

Теория Хартла — Хокинга

В 1983 году физики Стивен Хокинг и Джеймс Хартл выпустили научную работу, посвященную новой теории возникновения Вселенной. С помощью квантовой механики ученые пытались объяснить, как мир мог появиться из ничего и что было до Планковской эпохи — самого раннего этапа в его развитии.

Стивен Хокинг посвятил почти всю свою научную карьеру космологии — разделу астрономии, изучающему появление и эволюцию Вселенной. Помимо исследовательских работ, он выпустил несколько научно-популярных книг на эту тему — «Краткая история времени», «Черные дыры и молодые вселенные», «Мир в ореховой скорлупке».

Согласно теории Хартла — Хокинга изначально наш мир находился в космологической сингулярности. Это состояние, для которого характерны бесконечно высокие плотность и температура вещества. В результате Большого взрыва Вселенная расширилась, образовались галактики, звезды, планеты. Она продолжает безгранично расширяться до сих пор.

Описывая мир, Хокинг и Хартл рассматривали Вселенную как квантовую систему, которая одновременно находится в бесконечном множестве состояний. Наша реальность — лишь одно из них. Помимо нее существуют параллельные миры, которые отображают все возможные исходы любых происходивших событий.

Идея, согласно которой система может находиться в нескольких состояниях в одно и то же время, объясняется мысленным экспериментом Эрвина Шредингера — одного из основателей квантовой механики. Ученый привел пример с кошкой в непрозрачном ящике рядом с атомом радиоактивного вещества, который с одной и той же вероятностью может распасться или не распасться, и устройством, которое убивает или не убивает животное в зависимости от состояния частицы. Для наблюдателя, пока тот не откроет ящик, кошка будет в равной степени живой и мертвой, то есть одновременно находиться в двух состояниях.

Математическая гипотеза Тегмарка

Астрофизик и профессор Массачусетского технологического института **Макс Тегмарк выдвинул гипотезу о том, что наш физический мир — это математическая структура: набор физических постоянных (например, число Авогадро, массы элементарных частиц) и уравнений, описывающих фундаментальные законы природы.

Ученый считает, что все непротиворечивые математические структуры, которые можно вычислить, существуют физически. Например, в нашем мире гравитационная постоянная равна 6,67430 (15) × 10−11 Н × м² / кг−2. В параллельной вселенной это значение может быть другим, а значит, меняются решения связанных с ним уравнений.

Объединяя свою и другие теории, Тегмарк предлагает четырехуровневую классификацию миров:

  • 1-й уровень — области, которые находятся в этой вселенной, но из-за постоянного расширения пространства после Большого взрыва удаляются от нашей части мира настолько быстро, что абсолютно не влияют на нее. В них действуют привычные физические законы, но с другими первоначальными условиями.
  • 2-й уровень — вселенные-«пузыри», которые возникают из-за того, что иногда пространство расширяется более интенсивно, будто происходит небольшой взрыв. Их можно сравнить с отверстиями в хлебном мякише, которые появляются при выпечке теста. Фундаментальные законы природы в этих мирах такие же, но физические константы и элементарные частицы иные.
  • 3-й уровень — множественные квантовые состояния вселенной, о которых говорили Хокинг, Хартл и Шредингер. Могут отображать альтернативные исходы событий. В них другие физические постоянные и элементарные частицы, но такие же законы природы.
  • 4-й уровень — реальности с другими математическими структурами, которые, по версии Тегмарка, во всем отличаются от нашего мира.

Компьютерная модель вселенных-«пузырей»

Теория струн

В 1970 году Йоитиро Намбу, Хольгер Нильсен и Леонард Сасскинд независимо друг от друга выдвинули предположение о том, что не все физические частицы можно считать точечными из-за нетипичного характера их взаимодействия. Исследователи предложили рассматривать некоторые элементарные частицы (например, пионы, которые по массе меньше атома) как тонкие протяженные нити — так называемые квантовые струны.

В 1984–1986 годах произошла суперструнная революция: физики поняли, что теорией струн гипотетически можно описать взаимодействие всех элементарных частиц, а не только пионов. Возникла идея, что квантовые нити колеблются с разными частотами и задают свойства материи, как привычные нам атомы.

Согласно общепринятой теории относительности Вселенная включает в себя четыре измерения, среди которых длина, ширина, глубина и время. По теории струн измерений может быть 6, 10 и даже 26. Но мы осознаем только четыре из них. Остальные измерения сворачиваются, но в них могут помещаться параллельные вселенные. Эта концепция в упрощенной визуальной форме отражена в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар» (2014).

Михаил Иванов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической физики МФТИ:

«Тема параллельных миров-вселенных в художественной и научной литературе переплетена с темой множественности миров-областей в пределах одной вселенной. Если рассматривать область якобы нашей вселенной, но отстающую от нас более чем на 14 млрд световых лет (это больше расстояния, которое свет может пройти с момента Большого взрыва к настоящему времени), тут уже возможно говорить о параллельных мирах.

Исторически одним из первых источников идеи мультивселенных была многомерная геометрия. Если в пространстве больше трех измерений, в нем можно представить несколько параллельных или пересекающихся гиперплоскостей, на каждой из которых действует обычная трехмерная физика. Восходят эти идеи минимум к XIX веку.

В современной науке основные источники идеи о мультивселенных — общая теория относительности и квантовая теория.

Общая теория относительности (ОТО) описывает, как геометрия пространства-времени, которая проявляется в виде гравитационных полей, изменяется со временем и взаимодействует с материей. В ней можно сконструировать решения основных уравнений так, чтобы черная дыра оказалась воротами в параллельный мир. Но это требует существования экзотических видов материи, которые едва ли возможны.

Можно применить обобщения ОТО к многомерному пространству и прийти к допущению, что в нем живут трехмерные браны (от слова мембрана), на поверхности которых размещаются параллельные вселенные. Можно модифицировать теорию так, чтобы пространство эволюционировало, порождая практически не связанные друг с другом области, в которых законы физики будут различаться.

В квантовой теории есть концептуальные проблемы, связанные с тем, что она состоит из двух разных частей. Первая — физика того, что происходит в замкнутой системе, обособленной от внешних взаимодействий. Вторая — теория измерений, описывающая взаимодействия системы с измерительным прибором.

Последнюю старались свести к физике замкнутых систем, включая в нее измерительный прибор. Но каждый раз теория измерений возникала снова, на другом уровне: вместо измерения состояния квантовой частицы приходилось рассматривать измерение состояния стрелки прибора или даже экспериментатора. В 1957 году американский физик Хью Эверетт III заметил, что теорию измерений можно исключить из квантовой механики, но тогда окажется, что в каждом эксперименте реализуются одновременно все возможные исходы. Это позволило проинтерпретировать теорию так, что Вселенная ветвится на варианты. В них происходит все, что в принципе могло бы произойти».

Рождение новых звезд

Сверхновая вспыхнувшая в 1604 году

Сверхновая вспыхнувшая в 1604 году

Новые вспышки являются термоядерными взрывами, происходящим в некоторых тесных звездных системах. Такие системы состоят из белого карлика и более крупной звезды-компаньона (звезды главной последовательности, субгиганта или гиганта). Могучее тяготение белого карлика притягивает вещество из звезды-компаньона, в результате чего вокруг него образуется аккреционный диск. Термоядерные процессы, происходящие в аккреционном диске, временами теряют стабильность и приобретают взрывной характер.

В результате такого взрыва яркость звездной системы увеличивается в тысячи, а то и в сотни тысяч раз. Так происходит рождение новой звезды. Доселе тусклый, а то и невидимый для земного наблюдателя объект приобретает заметную яркость. Как правило, своего пика такая вспышка достигает всего за несколько дней, а затухать может годами. Нередко такие вспышки повторяются у одной и той же системы раз в несколько десятилетий, т.е. являются периодичными. Также вокруг новой звезды наблюдается расширяющаяся газовая оболочка.

Сверхновые взрывы обладают совершенно иной и более разнообразной природой своего происхождения.

Стадии эволюции звезд

Судьба светила в находится в зависимости от исходной массы звезды и ее химического состава. Пока в ядре сосредоточены основные запасы водорода, звезда пребывает в так называемой главной последовательности. Как только наметилась тенденция на увеличение размеров звезды, значит, иссяк основной источник для термоядерного синтеза. Начался длительный финальный путь трансформации небесного тела.

Образовавшиеся во Вселенной светила изначально делятся на три самых распространенных типа:

  • нормальные звезды (желтые карлики);
  • звезды-карлики;
  • звезды-гиганты.

Звезды с малой массой (карлики) медленно сжигают запасы водорода и проживают свою жизнь достаточно спокойно.

Таких звезд большинство во Вселенной и к ним относится наша звезда – желтый карлик. С наступлением старости желтый карлик становится красным гигантом или сверхгигантом.

Исходя из теории происхождения звезд, процесс формирования звезд во Вселенной не закончился. Самые яркие звезды в нашей галактике являются не только самыми крупными, в сравнении с Солнцем, но и самыми молодыми. Астрофизики и астрономы называют такие звезды голубыми сверхгигантами. В конце концов, их ожидает одна и та же участь, которую переживают триллионы других звезд. Сначала стремительное рождение, блистательная и ярая жизнь, после которой наступает период медленного затухания. Звезды такого размера, как Солнце, имеют продолжительный жизненный цикл, находясь в главной последовательности (в средней ее части).

Используя данные о массе звезды, можно предположить ее эволюционный путь развития. Наглядная иллюстрация данной теории – эволюция нашей звезды. Ничто не бывает вечным. В результате термоядерного синтеза водород превращается в гелий, следовательно, его первоначальные запасы расходуются и уменьшаются. Когда-то, очень не скоро, эти запасы закончатся. Судя по тому, что наше Солнце продолжает светить уже более 5 млрд. лет, не меняясь в своих размерах, зрелый возраст звезды еще может продлиться примерно такой же период.

Истощение запасов водорода приведет к тому, что под воздействием гравитации ядро солнца начнет стремительно сжиматься. Плотность ядра станет очень высокой, в результате чего термоядерные процессы переместятся в прилегающие к ядру слои. Подобное состояние называется коллапсом, который может быть вызван прохождением термоядерных реакций в верхних слоях звезды. В результате высокого давления запускаются термоядерные реакции с участием гелия.

Запасов водорода и гелия в этой части звезды хватит еще на миллионы лет. Еще очень нескоро истощение запасов водорода приведет к увеличению интенсивность излучения, к увеличению размеров оболочки и размеров самой звезды. Как следствие, наше Солнце станет очень большим. Если представить эту картину через десятки миллиардов лет, то вместо ослепительного яркого диска на небе будет висеть жаркий красный диск гигантских размеров. Красные гиганты – это естественная фаза эволюции звезды, ее переходное состояние в разряд переменных звезд.

В результате такой трансформации сократится расстояние от Земли до Солнца, так что Земля попадет в зону влияния солнечной короны и начнет “жариться” в ней. Температура на поверхности планеты вырастет в десятки раз, что приведет к исчезновению атмосферы и к испарению воды. В результате планета превратится в безжизненную каменистую пустыню.

Внешние переменные звезды

К затменным относятся звезды, которые периодически перекрывают свет друг друга в наблюдении. У каждой из них могут быть свои планеты, повторяющие механизм затмения, происходящий в системе Земля-Луна. Таким объектом является Алголь. Аппарату Кеплер НАСА удалось отыскать более 2600 затменных двойных звезд во время миссии.

Схема затмения у бинарной звезды

Схема затмения у бинарной звезды

Вращающиеся – это переменные, демонстрирующие небольшие колебания в свете, создаваемые поверхностными пятнами. Очень часто это двойные системы, сформированные в виде эллипсов, что вызывает изменения яркости во время движения.

Пульсары – вращающиеся нейтронные звезды, вырабатывающие электромагнитное излучение, которое можно заметить только в случае, если оно направлено на нас. Световые интервалы можно измерить и отследить, потому что они точные. Очень часто их называют космическими маяками. Если пульсар вращается очень быстро, то теряет огромное количество массы за секунду. Их именуют миллисекундными пульсарами. Наиболее быстрый представитель способен за минуту совершить 43000 оборотов. Их скорость объясняется гравитационной связью с обычными звездами. Во время подобного контакта газ от обычной переходит к пульсару, ускоряя вращение.

В центре Млечного пути видно две пульсирующие звезды (цефеиды), играющие роль указателей космических дистанций

В центре Млечного пути видно две пульсирующие звезды (цефеиды), играющие роль указателей космических дистанций

История наблюдений за сверхновыми звездами

Различные цивилизации регистрировали сверхновые задолго до изобретения телескопа. Самая старая зарегистрированная сверхновая – RCW 86, которую китайские астрономы видели в 185 году нашей эры. Их записи показывают, что эта звезда оставалась на небе в течение 8 месяцев. До начала 17 века (когда появились телескопы) было зафиксировано всего 7 сверхновых.

То, что мы сегодня знаем как Крабовидную Туманность, является самой известной из этих сверхновых. Китайские и корейские астрономы записали этот звездный взрыв в своих записях в 1054 году. Коренные американцы, возможно, также видели его (согласно наскальным рисункам, увиденным в Аризоне и Нью-Мексико). Сверхновая, образовавшая Крабовидную Туманность, была настолько яркой, что астрономы могли видеть ее днем.

Крабовидная туманность

Другие сверхновые, наблюдавшиеся до изобретения телескопа, произошли в 393, 1006, 1181, 1572 годах (изученные знаменитым астрономом Тихо Браге) и 1604 году. Браге писал о своих наблюдениях за сверхновой звездой в своей книге “De nova stella”, которая дала название “нова”. Однако нова отличается от сверхновой. Оба они представляют собой внезапные вспышки яркости, когда горячие газы выбрасываются наружу, но для сверхновой, взрыв является катастрофическим и означает конец жизни звезды.

Термин “Сверхновая” не использовался до 1930-х годов. Впервые он был использован Уолтером Бааде и Фрицем Цвикки в обсерватории Маунт-Вильсон, которые использовали его в связи с наблюдаемым ими взрывным событием, названным S Andromedae (также известным как SN 1885A). Взрыв был расположен в галактике Андромеда. Они также предположили, что сверхновые происходят, когда обычные звезды коллапсируют в нейтронные звезды.

В современную эпоху одной из наиболее известных сверхновых была SN 1987A 1987 года рождения, которая до сих пор изучается астрономами. Они могут видеть, как развивается сверхновая в первые несколько десятилетий после взрыва.

Цель исследования

Психолог задался целью понять, может ли один человек противостоять мнению большинства, даже если оно противоречит очевидным фактам. А также насколько вероятен становится конформизм, если ситуация усложняется.

Испытуемые из числа студентов были приглашены, чтобы поучаствовать в эксперименте «по проверке зрения». На самом деле цель исследования была совсем другая. Каждый испытуемый располагался в аудитории вместе с семью такими же студентами. На самом деле эти семеро были подсадными актёрами. Затем группе демонстрировались две карточки; на одной из них была изображена вертикальная линия, а на другой – три другие линии, одна из которых совпадала по длине с первой. Всех участников просили определить, какая из трёх линий на второй карточке совпадает по длине с линией на первой. Участники по очереди высказывали своё мнение, при этом мнение испытуемого спрашивали в последнюю очередь. Всего было восемнадцать этапов. На первых двух этапах все подсадные участники называли правильные ответы. Но начиная с третьего, актёры начинали называть один и тот же ответ, но неправильный.

Оказалось, что 75 процентов испытуемых подчинились мнению большинства и назвали заведомо неправильный ответ хотя бы на одном из этапов .

В дальнейшем эксперимент усложнялся. Актёры начинали давать разные ответы, хоть и неправильные. В этом случае процент ошибок со стороны испытуемых резко снижался: они в меньшей степени подчинялись большинству. В другой раз в исследовании участвовали двое настоящих испытуемых; в этом случае испытуемые также в меньшей степени подчинялись большинству, предпочитая давать правильные ответы. Было выявлено, что количество ошибок испытуемых зависит от того, насколько категорично выражается «третье мнение» актёра.

Ход

Как происходит взрыв

Как известно, звезда выделяет огромную энергию благодаря термоядерной реакции, происходящей в ядре. Термоядерная реакция — это процесс превращения водорода в гелий и более тяжелые элементы с выделением энергии. Но вот когда водород в недрах заканчивается, верхние слои звезды начинают обрушиваться к центру. После достижения критической отметки вещество буквально взрывается, всё сильнее сжимая ядро и унося верхние слои звезды ударной волной.

В довольно малом объеме пространства образуется при этом столько энергии, что часть ее вынуждено уносить нейтрино, у которой практически нет массы.

Что говорят астрономы

Ученые считают, что в момент столкновения обе звезды погибнут. И все же перед этим они испустят много энергии и света, сформировав сверхновую красного цвета и повысив яркость двойной звезды в 10 000 раз. Сверхновая в небе будет видна как элемент созвездия Северного Креста и Лебедя. Это будет первый случай, когда земляне смогут понаблюдать за двойной звездой именно в момент ее смерти, причем на весьма близком расстоянии. Слежение за KIC 9832227 – первый случай, когда астрономы наблюдают за последними годами жизни звезд перед их слиянием.

Adblock
detector