Lawrence M. Krauss. A Universe from Nothing / Лоуренс Краусс. Вселенная из ничего.: Chapter 2: A Cosmic Mystery Story: Weighing the Universe

Глава 2: Космическая мистическая история: Взвешивая Вселенную.
Есть известная известность.

cosinus 22.12.13 в 09:37

Есть вещи, которые мы знаем, что знаем.

cosinus 22.12.13 в 09:38

Есть известная неизвестность.

cosinus 22.12.13 в 09:39

То есть, есть вещи, которые мы знаем, но не понимаем.

nadissa0802 15.12.13 в 18:40

Но существует еще и неизвестная неизвестность.

cosinus 22.12.13 в 09:40

Есть вещи, которые мы не знаем, что не знаем.

cosinus 22.12.13 в 09:41

- ДОНАЛЬД РАМСФЕЛД

cosinus 22.12.13 в 09:42

Установив, что у Вселенной было начало, и что она возникла в определенное и измеримое время в прошлом, следующий естественный вопрос звучит так: "Каков ее конец?"

cosinus 23.12.13 в 17:50

На самом деле, это был именно тот вопрос, который привел меня из моей вотчины, физики элементарных частиц, в космологию.

cosinus 23.12.13 в 17:54

В течение 1970-х и 1980-х годов, благодаря детальному изучению движения звезд и газа в нашей Галактике, а также изучению движения галактик в больших группах галактик, называемых кластерами, становилось все более ясно, что во Вселенной есть не только то, что видится невооруженным глазом или в телескоп.

cosinus 23.12.13 в 17:59

Гравитация является главной силой, действующей в огромных масштабах галактик, поэтому измерения движения объектов в этих масштабах позволяет нам исследовать гравитационное притяжение, вызывающее это движение.

cosinus 23.12.13 в 18:02

Такие измерения начались с новаторской работы американского астронома Веры Рубин и ее коллег в начале 1970-х.

cosinus 23.12.13 в 18:05

Рубин закончила Джорджтаун в степени доктора, посещая вечерние занятия, в то время как ее муж ждал в машине, потому что она не умела ее водить.

cosinus 23.12.13 в 18:18

Она подавала заявление в Принстон, но в этот университет не принимали женщин по программе аспирантов-астрономов до 1975 года.

cosinus 23.12.13 в 18:23

Рубин стала лишь второй женщиной, когда-либо награжденной Золотой медалью Королевского астрономического общества.

cosinus 23.12.13 в 18:27

Эта медаль и многие другие ее заслуженные награды стали следствием ее новаторских измерений скорости вращения нашей галактики.

cosinus 23.12.13 в 18:30

Наблюдая звезды и горячий газ все дальше от центра нашей галактики, Рубин определила, что эти области двигались гораздо быстрее, чем должны были бы, если бы гравитационная сила, вызывающая их движение, была обусловлена массой всех наблюдаемых объектов в галактике.

cosinus 23.12.13 в 18:35

Благодаря ее работе, космологам в конечном итоге стало ясно, что единственным способом объяснить это движение было постулировать существование значительно большей массы нашей Галактики, чем можно было объяснить, суммировав массу всего этого горячего газа и звезд.

cosinus 23.12.13 в 18:37

В этой теории, однако, была одна проблема.

cosinus 23.12.13 в 18:43

Те же расчеты, которые так красиво объясняют наблюдаемое содержание легких элементов (водорода, гелия и лития) во Вселенной, также говорят нам, сколько примерно протонов и нейтронов, вещества обычной материи, должно существовать во Вселенной.

cosinus 23.12.13 в 18:47

Причина в том, что, как и в любом кулинарном рецепте - в данном случае в ядерной готовке - количество вашего конечного продукта зависит от того, сколько каждого ингредиента вы берете.

cosinus 23.12.13 в 18:52

Если вы удвоите рецепт, например, возьмете четыре яйца вместо двух, вы получите больше конечного продукта, в данном случае омлета.

cosinus 23.12.13 в 18:54

Тем не менее, начальная плотность протонов и нейтронов во Вселенной, возникшая в результате Большого Взрыва, как это установлено из наблюдаемого относительного содержания водорода, гелия и лития, обеспечивает примерно вдвое большее количество вещества, чем мы можем видеть в звездах и горячем газе.

cosinus 23.12.13 в 19:06

Где эти частицы?

cosinus 23.12.13 в 19:09

Легко представить себе способы скрыть протоны и нейтроны (снежки, планеты, космологов... ничто из этого не светится), поэтому многие физики полагали, что в темных объектах находится столько же протонов и нейтронов, как и в видимых объектах.

cosinus 23.12.13 в 19:20

Однако когда мы подсчитываем, сколько должно быть "темной материи", чтобы объяснить движение видимой материи в нашей галактике, мы находим, что отношение всей материи к видимой материи должно быть не 2 к 1, а скорее 10 к 1.

cosinus 23.12.13 в 19:25

Если это не ошибка, то темная материя не может состоять из протонов и нейтронов.

cosinus 23.12.13 в 19:26

Их просто недостаточно.

cosinus 23.12.13 в 19:27

Когда я был молодым физиком элементарных частиц в начале 1980-х, для меня было очень интересно узнать об этой возможности существования экзотической темной материи.

cosinus 23.12.13 в 19:29

Это предполагает, в буквальном смысле, что преобладающими частицами во Вселенной были не добрые традиционные нейтроны и протоны, а, возможно, какой-то новый вид элементарных частиц, что-то, чего не существует на Земле сегодня, что-то таинственное, текущее среди звезд и молча командующее парадом, который мы называем галактикой.

cosinus 23.12.13 в 19:40

Что еще более увлекательно, по крайней мере для меня, это означает три новых направления исследований, которые могли бы пролить новый свет на природу реальности.

cosinus 23.12.13 в 19:43

1. Если эти частицы были созданы в результате Большого Взрыва, как легкие элементы, которые я описал, то мы можем использовать идеи о силах, управляющих взаимодействием элементарных частиц (вместо взаимодействия ядер, важного при определении относительного содержания элементов), чтобы оценить относительное количество возможных экзотических новых частиц во Вселенной сегодня.

cosinus 24.12.13 в 17:06

2. Можно было бы вывести общее количество темной материи во Вселенной на основе теоретических представлений в физике элементарных частиц, или можно предложить новые эксперименты, чтобы обнаружить темную материю - то и другое может сказать нам, сколько есть материи всего и, следовательно, какова геометрия нашей Вселенной.

cosinus 24.12.13 в 17:11

Работа физики - не изобретать вещи, которые мы не можем увидеть, чтобы объяснить вещи, которые мы увидеть можем, а выяснить, как увидеть то, что мы не можем видеть, то, что было ранее невидимым, известную неизвестность.

cosinus 24.12.13 в 17:16

Каждая новая кандидатура на элементарную частицу темной материи предполагает новые возможности для экспериментов по прямому обнаружению частиц темной материи, разгуливающих по всей галактике, строя на Земле детекторные устройства, чтобы обнаружить их, когда Земля преграждает путь их движению в космосе.

cosinus 24.12.13 в 17:26

Вместо того, чтобы использовать телескопы для поиска далеких объектов, если частицы темной материи в диффузных сгустках проникают по всей Галактике, они сейчас здесь, и наземные детекторы могут выявить их присутствие.

cosinus 24.12.13 в 17:29

3. Если бы мы могли определить природу темной материи и ее количество, мы могли бы узнать, каким будет конец Вселенной.

cosinus 24.12.13 в 17:35

Это последняя возможность кажется самой захватывающей из всех, поэтому я начну с нее.

cosinus 24.12.13 в 17:35

На самом деле, я ввязался в космологию, потому что хотел быть первым человеком, который узнает, как Вселенная прекратит свое существование.

cosinus 24.12.13 в 17:39

В то время это казалось хорошей идеей.

cosinus 24.12.13 в 17:40

Когда Эйнштейн разработал свою теорию относительности, в ее основе была возможность, что пространство может искривляться в присутствии материи или энергии.

cosinus 24.12.13 в 17:42

В 1919 году эта теоретическая идея стала больше, чем просто гипотезой, когда две экспедиции наблюдали, как свет звезды изгибается вокруг Солнца во время солнечного затмения, ровно в такой степени, в которой, по предсказаниям Эйнштейна, это должно было произойти, если присутствие Солнца изгибает пространство вокруг себя.

cosinus 24.12.13 в 17:48

Эйнштейн почти мгновенно стал известным и знаменитым.

cosinus 24.12.13 в 17:49

(Большинство людей сегодня думают, что он стал знаменит из-за уравнения E = mc2, которое появилось пятнадцатью годами ранее, но это не так.)

cosinus 24.12.13 в 17:53

Итак, если пространство потенциально искривлено, то геометрия всей нашей Вселенной неожиданно становится гораздо более интересной.

cosinus 24.12.13 в 17:55

В зависимости от общего количества материи в нашей Вселенной, ее геометрия может принадлежать к одному из трех различных типов, так называемому открытому, закрытому или плоскому.

cosinus 24.12.13 в 17:59

Трудно представить себе, как на самом деле может выглядеть изогнутое трехмерное пространство.

cosinus 24.12.13 в 18:00

Так как мы трехмерные существа, мы так же не можем легко интуитивно представить изогнутое трехмерное пространство, как двумерные существа в знаменитой книге "Флатландия" не могли представить, как их мир будет выглядеть для трехмерного наблюдателя, если этот мир изогнуть в виде поверхности сферы.

cosinus 24.12.13 в 18:09

Более того, если кривизна очень мала, то трудно представить, как можно было бы фактически обнаружить это в повседневной жизни, по крайней мере так же, как в средние века многие люди считали, что Земля должна быть плоской, потому что с их точки зрения она выглядела плоской.

cosinus 24.12.13 в 18:16

Изогнутые трехмерные вселенные трудно себе представить - замкнутая Вселенная похожа на трехмерную сферу, что звучит довольно устрашающе - но некоторые аспекты описать легко.

cosinus 24.12.13 в 18:21