Philosophen diskutierten die Natur «nicht-sein», «nichts», «nichts», «leere» Tausende von Jahren, aber was kann die moderne Wissenschaft darüber sagen? Auf diese Frage antwortet Martin Reis, Astronom der königlichen Gesellschaft und emeritierter Professor für kosmologie und Astrophysik der Universität Cambridge. Er erklärt, dass, wenn die Physik diskutieren «nichts», Sie bedeuten einen leeren Raum (Vakuum). Es mag durchaus alltäglich, aber Experimente zeigen, dass der leere Raum nicht wirklich leer — in ihm verbirgt sich eine geheimnisvolle Energie, die uns sagen kann, etwas über das Schicksal des Universums.
Interview mit Martin Reis stellte die Zeitschrift The Conversation.
Der leere Raum — das gleiche, was nichts?
Der leere Raum scheint uns nichts. In Analogie, das Wasser scheint «nichts» für Fische — Sie ist es, die bleibt, wenn Sie entfernen alles, was schwimmt im Meer. Ebenso der leere Raum erweist sich als ziemlich kompliziert erweist.
Wir wissen, dass das Universum sehr leer. Die Durchschnittliche Dichte der Raum ist etwa ein Atom pro zehn Kubikmeter — Mittwoch ist viel mehr spärlich als jedes Vakuum, das wir auf der Erde bekommen. Aber selbst wenn man die gesamte Materie, der Raum hat eine Art Elastizität, die (wie vor kurzem bestätigt wurde), ermöglicht es nämlich den Gravitationswellen — Wellen der Raum selbst — sich darauf. Darüber hinaus haben wir erfahren, dass im leeren Raum eine exotische Art von Energie.
Zum ersten mal haben wir gelernt, über diese Energie des Vakuums im 20 Jahrhundert mit dem Aufkommen der Quantenmechanik, das erklärt das Verhalten von Atomen und Teilchen auf kleinsten Skalen. Daraus folgt, dass der leere Raum besteht aus Fluktuationen des Feldes hintergrund Energie — das Leben gibt die Wellen und der virtuellen Partikeln, hin und wieder Anweisungen und verschwand im nirgendwo. Sie können sogar erstellen Sie eine winzige Kraft. Aber wie wäre es mit leeren Raumes auf großen Skalen?
Die Tatsache, dass der leere Raum schafft eine groß angelegte Kraft, wurde vor 20 Jahren entdeckt. Astronomen haben entdeckt, dass die Expansion des Universums beschleunigt. Es war eine überraschung. Über die Erweiterung bekannt war über 50 Jahre, aber alle dachten, dass die Expansion langsamer wird, aufgrund der Gravitation die Galaxien und andere Strukturen aufeinander ausüben. Deshalb für alle war eine große überraschung, dass die Verlangsamung infolge der Gravitation war verrutscht etwas, was «расталкивало» Erweiterung. Es stellte sich heraus, dass im leeren Raum Energie vorhanden ist, die eine Art von Abstoßung, die Anziehung überwiegt die Gravitation auf diesen großen Maßstab. Dieses Phänomen — die dunkle Energie — die unglaubliche äußerung von der Tatsache, dass der leere Raum nicht ohne Falten und nicht leer ist. Darüber hinaus, diese Tatsache bestimmt das weitere Schicksal unseres Universums.
Gibt es ein Limit, was können wir lernen? In einem Ausmaß, das in die Billionen Billionen mal kleiner als Atom -, Quanten-Fluktuationen der Raum-Zeit gebären können nicht nur virtuelle Teilchen, sondern auch virtuelle schwarze Löcher. Es ist innerhalb der Grenzen, die wir nicht beobachten können und für deren Verständnis zumindest hypothetischen müssen wir kombinieren Theorie der Gravitation mit der Quantenmechanik — und das ist unglaublich schwierig.
Es gibt mehrere Theorien, angestrebt, um dies zu verstehen, unter denen die bekannteste ist die String-Theorie. Aber keine dieser Theorien bisher nicht mit der realen Welt verbunden — deshalb sind Sie noch grundlos. Ich denke, dass fast jeder erkennt, dass der Raum selbst hat eine komplexe Struktur auf kleinen Skalen, wo die Gravitations-und Quanteneffekte.
Wir wissen, dass unser Universum hat drei räumliche Dimensionen: Sie bewegen sich nach Links und nach rechts, vorwärts und rückwärts, nach oben und nach unten. Zeit — es ist wie eine vierte Dimension. Allerdings gibt es starken Verdacht, dass, wenn Sie erhöhen einen winzigen Punkt im Raum, solange nicht пощупаете diese winzigen Maßstab, werden Sie feststellen, dass Sie ausgewirkt Origami aus fünf zusätzlichen Messungen, die wir nicht sehen. Als wäre Sie schaute auf den Schlauch aus der Ferne und dachten, dass es nur eine Linie. Kommen näher, würden Sie sehen, was eine Dimension ist in der Tat drei. Die String-Theorie umfasst komplexe Mathematik — ebenso wie konkurrierende Theorien. Aber das ist genau die Theorie, die wir brauchen, wenn wir verstehen wollen auf der tiefsten Ebene so nah wie möglich an der leere, dass man sich einbilden kann: der leere Raum, offensichtlich.
Im Rahmen unseres heutigen Verständnisses, wie können wir erklären, dass unser gesamtes Universum dehnt sich aus nichts? Wirklich konnte Sie beginnen mit einer kleinen Energie-Fluktuationen des Vakuums?
Einige geheimnisvolle übergänge oder Schwankungen konnten plötzlich dazu führen, dass ein Teil der Raum begann sich zu erweitern — so glauben einige Theoretiker. Fluktuationen, Quantentheorie innewohnen, könnten schütteln Sie das ganze Universum, ob es komprimiert wurde bis genügend kleinen Skalen. Dies sollte geschehen für etwa 10-44 Sekunden ist планковское Zeit. Auf diesen Skalen Zeit und Raum verflochten, daher die Idee, eine tickende Uhr macht keinen Sinn. Wir extrapolieren unser Universum mit hoher Wahrscheinlichkeit zurück bis Nanosekunden und mit hoher Wahrscheinlichkeit wieder näher an планковскому Zeit. Aber danach unsere Vermutungen nicht mehr die Kraft haben — Physik auf dieser Skala ersetzt durch eine andere, komplexere Theorie.
Wenn könnte es sein, dass die Fluktuation in einer zufälligen Teile des leeren Raumes Universum Leben gab, warum nicht das gleiche kann passieren, mit einem anderen Teil des leeren Raumes und parallele Universen geben dem Leben in einem unendlichen Multiversum?
Die Vorstellung, dass unser Urknall nicht der einzige, und dass das, was wir in unsere Teleskope ist ein winziger Teil der physischen Realität, ist es sehr beliebt bei den Physikern. Und es gibt viele Versionen von zyklischen Universum. Erst vor 50 Jahren gab es starke Beweise, dass der Urknall überhaupt stattgefunden hat. Aber seitdem gehen die Annahmen, dass er nur eine Episode in einem zyklischen Universum. Auch gibt es eine Tendenz zu der Erkenntnis, dass die physische Realität ist viel größer als das Volumen des Raumes und der Zeit, die wir fühlen können, auch mit Hilfe der stärksten Teleskope.
Deshalb haben wir keine Ahnung, war eine Große Explosion oder deren gab es viele — es gibt Szenarien, die Vorhersage viele Große Explosionen, und Szenarien, die Vorhersage ein. Ich denke, wir sollten Sie alle zu erkunden.
Welches Ende wartet auf das Universum?
Die einfachste Prognose für die Ferne Zukunft — das Universum weiter expandiert immer schneller, immer mehr kalt und leer. Teilchen es zerfallen können, endlos in der leere auflösen. Wir können uns in einem riesigen Raum zur Verfügung, aber es wird auch mehr leer als Raum jetzt. Es ist eines der Szenarien. Es gibt auch andere, die einen «U-Turn» Richtung der dunklen Energie, von der Abstoßung bis der Anziehung, infolge dessen Kompression auf uns wartet ein dichtes Punkt.
Es gibt noch die Idee von Roger Penrose, die besagt, dass das Universum weiter expandiert, immer mehr verdünnt, aber irgendwie — wenn es nicht wird nichts als die Photonen, die Teilchen des Lichts — Objekte darin перекалибруются und der Raum wird in gewisser Weise der generator des neuen Urknall. Es wird sehr exotische Version der alten zyklischen Universum — aber bitte Fragen Sie mich nicht zu erklären, die Ideen von Penrose.
Wie sicher bist du, dass die Wissenschaft eines Tages lüftet sein Geheimnis, was dieses «nichts»? Selbst wenn wir beweisen könnten, dass das Universum aus einer seltsamen Fluktuationen im Vakuum-Feld, ist es uns nicht Wert, die Frage zu stellen, Woher kommt das Vakuum-Feld?
Die Wissenschaft versucht Antworten zu geben, aber jedes mal, wenn wir Sie finden, gibt es neue Fragen — bei uns wird nie das volle Bild. Als ich begann die Forschung in den späten 1960er Jahren, waren Zweifel daran, dass der Urknall überhaupt war. Jetzt gibt es keinen Zweifel und wir können sagen mit einer Genauigkeit von etwa 2%, was das Universum so alles 13,8 Milliarden Jahren, bis zum ersten Nanosekunden. Das ist ein großer Fortschritt. Lächerlich optimistisch zu glauben, dass in den nächsten 50 Jahren beschäftigen wir uns in schwierigen Fragen über das, was passiert in der Quanten-oder «инфляционную» Zeitalter.
Aber natürlich stellt sich eine andere Frage: wie Wissenschaft verständlich für das menschliche Gehirn? Es kann sein, dass die Mathematik der Stringtheorie in gewissem Sinne ist die wahre Beschreibung der Realität, aber wir werden es nie schaffen, verstehen Sie gut genug, um zu überprüfen, auf den hintergrund eines echten Beobachtungen. Dann müssen wir vielleicht warten einige post-Menschen, damit Sie sich ein besseres Verständnis.
Was ist «nichts»? Sagt der Astrophysiker Martin Reis
Ilja Hel