String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: The Start of the Universe with String Theory

Начало Вселенной согласно теории струн

Swarlz 21.03.15 в 19:52

Согласно теории большого взрыва, если вы экстраполируете расширение вселенной назад во времени, то вся известная вселенная была бы сжата в сингулярную точку невероятно огромной плотности.

Swarlz 22.03.15 в 14:41

Однако это ничего не говорит о том, существовало ли что-либо в момент предшествующий этой точки.

Swarlz 22.03.15 в 15:22

На самом деле, в теории большого взрыва — сформулированный во вселенной квантовой физики и теории относительности — законы физики приводят к бессмысленным бесконечностям в этот момент.

Swarlz 22.03.15 в 15:30

Теория струн может предложить некоторые ответы на то, что было до и что было причиной большого взрыва.

Swarlz 22.03.15 в 15:35

Что было до большого взрыва?

Swarlz 22.03.15 в 15:37

Теория струн делает предложение, что мы "застряли" на бране с тремя пространственными измерениями.

Swarlz 24.03.15 в 19:53

Эти сценарии мира бран, например такие как модели Рэндал-Сандрум, делают предположение, что до большого взрыва что-то уже было тут: скопления струн и бран.

Swarlz 24.03.15 в 19:55

Поиск вечной вселенной

Swarlz 24.03.15 в 19:58

Ученые были на самом деле очень расстроены появлением теории большого взрыва, потому что они полагали, что вселенная вечная, что значило, что вселенная не имела начальной точки (и, в среднем, не изменялась во времени).

Swarlz 24.03.15 в 20:01

Эйнштейн тоже так думал, хотя он отказался от этого, когда доказательства показали обратное.

Swarlz 24.03.15 в 20:04

Фрэд Хойл посвятил большую часть своей карьеры пытаясь доказать, что вселенная вечна.

Swarlz 24.03.15 в 20:05

Сегодня, некоторые физики продолжают искать способы объяснить, скорее наоборот, что существовало до большого взрыва.

Swarlz 24.03.15 в 20:20

Некоторые космологи говорят, что вопрос о том, что случилось во время или до большого взрыва по своему существу ненаучен, потому что в настоящее время наука не имеет возможности для расширения своих физических теорий минуя сингулярность в начале нашей вселенской шкалы времени.

Swarlz 26.03.15 в 19:28

Другие обращают внимания на то, что раз мы никогда не задаем вопросов, мы никогда не найдем способов ответа на них.

Swarlz 26.03.15 в 19:29

Хотя теория струн все еще не готова ответить на такие вопросы, это не остановило космологов начать задавать вопросы и предлагать возможные варианты.

Swarlz 26.03.15 в 19:32

В этих вариантах, которые конечно же неясные, вселенная в предсостоянии большого взрыва (которые похоже не ограничен только тремя пространственными измерениями) это смесь из p-бран, струн, анти-струн и анти-p-бран.

Swarlz 26.03.15 в 19:35

Во многих случаях, эти объекты все еще "там" где-то по ту сторону нашей собственной 3-браны, возможно даже влияющие на нашу собственную вселенную (как в случае моделей Рэндал-Сандрума).

Swarlz 26.03.15 в 19:38

Она из этих моделей была моделью пред большого взрыва и была представлена Габриэлем Венециано — это тот же физик, который придумал в 1968 дуальную резонансную модель, которая и зажгла теорию струн.

Swarlz 26.03.15 в 19:41

В этой модели, наша вселенная это черная дыра в более огромной вселенной струн и пустого пространства.

Swarlz 26.03.15 в 19:42

Предшествующий текущей фазе расширения, был период сжатия.

Swarlz 26.03.15 в 19:43

Хотя, возможно, это не совсем правильно, согласно сегодняшним основным моделям, эта работа Венециано (и похожие идеи других) имеет воздействие на большую часть сегодняшней работы по космологии суперструн, потому что она изображает нашу известную вселенную просто как подмножество вселенной, с многочисленным "там" за пределами наших знаний.

Swarlz 26.03.15 в 19:52

Старомодная модель циклической вселенной

Swarlz 26.03.15 в 19:53

Идея, которая была популярна в 1930х, это идея циклической вселенной, где плотность материи была достаточно высокой, чтобы гравитация преодолела расширение вселенной.

Swarlz 28.03.15 в 11:38

Преимущество этой модели было в том, что она оставляла место для большого взрыва, но вселенная все еще могла быть вечной.

Swarlz 28.03.15 в 11:41

В циклической модели, вселенная бы расширялась до тех пор, пока гравитация не начала бы тянуть все назад, что привело бы к "большому сжатию", где вся материя возвращается к первичному "суператому" — и затем цикл расширения все бы начал заново.

Swarlz 28.03.15 в 11:45

Проблема в том, что второй закон термодинамики велит, чтобы энтропия, или разупорядоченность, во вселенной возрастала с каждым циклом.

Swarlz 28.03.15 в 11:48

Если вселенная прошла через бесконечное число циклов, значение разупорядоченности во вселенной было бы бесконечным — каждый бит вселенной был бы в тепловом равновесии с каждым другим битов вселенной.

Swarlz 28.03.15 в 11:50

Во вселенной, где каждая область имеет совершенно одинаковую структуру, ни одна область не имеет больший порядок, чем какая-либо другая, так что все области имеют максимальное значение разупорядоченности, которое возможно.

Swarlz 28.03.15 в 11:52

(Если вселенная прошла через конечное число циклов, ученые все равно столкнулись с проблемой того, как все началось; они просто отодвинули проблему назад на несколько циклов.

Swarlz 28.03.15 в 11:55

Это своего рода принесло поражение всей цели модели, так что модель предполагала бесконечное число циклов.)

Swarlz 28.03.15 в 12:20

Теория струн, однако, могла бы просто иметь способ восстановить циклическую модель в новой форме.

Swarlz 28.03.15 в 12:24

Что взорвалось?

Swarlz 28.03.15 в 12:24

Теория большого взрыва не предлагает какого-либо объяснения тому, что было причиной начального расширения вселенной.

Swarlz 28.03.15 в 14:56

Это главный теоретический вопрос для космологов, и многие применяют понятия теории струн в попытках ответить на него.

Swarlz 28.03.15 в 15:00

Одной из противоречивых гипотез является модель циклической вселенной, что названа как экпиротическая теория вселенной, которая предполагает, что наша собственная вселенная это результат столкновения бран друг с другом.

Swarlz 28.03.15 в 15:15

Соударение струн

Swarlz 28.03.15 в 15:18

Задолго до введения М-теории или сценариев мира бран, была гипотеза теории струн о том, почему вселенная имела то количество измерений, которые мы видим: компактное пространство девяти симметричный пространственных измерений начали расширение в трех из этих измерений.

Swarlz 28.03.15 в 15:24

Согласно этому анализу, вселенная, с тремя пространственными измерениями (как наша), скорее всего, это вселенная с пространственно-временной геометрией.

Swarlz 28.03.15 в 15:27

Согласно этой идеи, первоначально предложенной в 1980х Робертом Брэнденберджером и Кумруном Вафой, вселенная началась с плотного мотка струны всех измерений симметрично запертого в Планковскую длину.

Swarlz 29.03.15 в 10:01

Струны, по сути, ограничивали измерения до этого размера.

Swarlz 29.03.15 в 10:03

Брэнденберджер и Вафа утверждали, что в трех или меньше измерениях, это было бы похоже на то, как струны столкнулись с антиструнами.

Swarlz 29.03.15 в 10:06

(Антиструна это в общем то струна, которая закручивается по направлению противоположному струне.)

Swarlz 29.03.15 в 10:22

Столкновение аннигилирует струну, которая, в свою очередь, высвобождает измерения, которые были заперты.

Swarlz 29.03.15 в 10:23

Они соответственно начинают расширение, как в инфляционной теории и теории большого взрыва.

Swarlz 29.03.15 в 10:25

Вместо того, чтобы думать о струнах и антиструнах, представьте себе комнату, которая имеет связку канатов, прикрепленных к случайным точкам на стенах.

Swarlz 29.03.15 в 20:09

Представьте, что комната желает расширится за счет стен, пола и потолка, которые пытаются двигаться прочь друг от друга — но они не могут из-за канатов.

Swarlz 29.03.15 в 20:16

Теперь представьте, что канаты могут двигаться, и каждый раз когда они пересекаются, они могут воссоединится.

Swarlz 29.03.15 в 20:17

Представьте два натянутых каната, которые растянуты от пола до потолка, которые пересекаются и образуют высокую и тонкую X.

Swarlz 29.03.15 в 20:20

Они могут воссоединится и стать двумя свободными канатами — один прикрепленный к полу, а другой — к потолку.

Swarlz 29.03.15 в 20:22