Вселенная — сверхтекучая жидкость, или самые странные теории Вселенной

Некоторые из них звучат правдоподобно, а другие звучат безумно. Сегодня мы расскажем вам о двух самых странных, но захватывающих теориях о строении Вселенной.

Почему Вселенная такая, какая она есть? На протяжении многих лет ученые исследовали этот вопрос и выдвинули множество идей, объясняющих, как устроен космос и что его ждет в будущем.

Известно, что Вселенная состоит из скоплений галактик. Каждая галактика содержит десятки и сотни миллиардов звезд с вращающимися вокруг них планет, а также огромные газовые и пылевые облака.

Есть также гипотетическая темная материя и темная энергия, которые ответственны за расширение Вселенной. Однако некоторые ученые считают, что все намного сложнее.

Голографическая вселенная

Согласно теории, выдвинутой в 1993 году, Вселенная на самом деле представляет собой огромную голографию. Концепция напоминает аллегорию пещеры Платона. Согласно голографическому принципу, всю материю, содержащуюся в определенной области пространства, можно представить в виде «голограммы» — информации, находящейся на границе этой области.

Принцип был впервые предложен голландским физиком-теоретиком Герардом Хоофтом, а американский профессор физики в Стэнфорде Леонард Сасскинд объединил свои идеи с предыдущими идеями Хоофта и профессора физики Флоридского университета Чарльза Торна, предложив теорию струн.

Голографический принцип самой Вселенной родился из обсуждения термодинамики черных дыр — Леонард Сасскинд подробно написал об этом в книге «Война с черной дырой: моя битва со Стивеном Хокингом за то, чтобы сделать мир безопасным для квантовой механики«.

Идея в том, что вся информация, однажды попавшая в черную дыру (а ее там должно быть много и по закону сохранения энергии она не может просто исчезнуть) дублируется на горизонте событий.

Когда что-то падает в черную дыру, оно остается там навсегда и искажается до неузнаваемости. В результате вся информация сохраняется в нечитаемом виде.

Это утверждение основано на фундаментальном физическом принципе. Именно благодаря Сасскинду голографический принцип разрешает информационный парадокс черной дыры (по крайней мере, в рамках теории струн).

Так родилась идея голографической черной дыры, которая хранит информацию о падающих в нее трехмерных объектах на двухмерном горизонте событий. Затем ученые пошли дальше — они предположили, что вообще любую информацию в любом объеме можно записать на поверхности, ограничивающей этот объем.

Если мы говорим об информации из черного ящика, то она написана на стенках черного ящика, если информация о Солнечной системе, то ее можно записать на воображаемой сфере вокруг нее, а данные обо всем, что происходит в ней. Вселенная записана на ее границе.

Это не требует каких-либо конкретных границ, потому что это теоретический принцип. Подводя итог, говорится, что вся информация и процессы, происходящие на участке пространства, равны какой-то записи на границе этого тома.

Теория голографической вселенной предполагает, что все, что видит человек, слышит. чувствует и наблюдает, это может быть как реальность, так и «голографическая» 3D-проекция 2D-записей на «стену, окружающую Вселенную». Здесь очень важны цитаты — голография не такая, как та, к которой мы привыкли, это просто похожий принцип. И, конечно же, мир не окружен настоящей стеной, он воображаемый, как экватор на глобусе.

Хотя эта идея звучит безумно, это теория, которую можно проверить с научной точки зрения. Ученые провели исследование в 2017 году. Международная группа космологов из Канады, Великобритании и Италии получила доказательства, подтверждающие теорию голографической Вселенной.

Космологи использовали двумерную модель Вселенной, которая на основе ранее наблюдаемых параметров смогла точно воспроизвести картину микроволнового фона — теплового излучения, равномерно заполняющего пространство. Полученные результаты свидетельствуют в пользу применимости голографического принципа, хотя пока не опровергают стандартные космологические модели.

Вселенная — сверхтекучая жидкость

Даже если пространство имеет только три измерения, все же существует четвертое измерение в форме времени. Вот почему теоретически возможно визуализировать Вселенную, существующую в четырехмерном пространстве-времени.

В 1905 году Эйнштейн в своей теории относительности первым предположил, что пространство и время могут быть связаны. В то же время сам термин «пространство-время» был изобретен только спустя три года, его автор — математик Герман Минковский. «Отныне время в себе и пространство в себе стали пустой фикцией, и только их единство сохраняет шанс на реальность», — сказал он на коллоквиуме в 1908 году.

Согласно некоторым теориям, например, предложенным итальянскими физиками Стефано Либерати и Лукой Маккионе, пространство-время — это не просто абстрактная система отсчета, содержащая физические объекты, такие как звезды и галактики. Итальянские ученые считают, что это физическая субстанция, аналогичная океану, наполненному водой.

Согласно теории, подобно тому, как вода состоит из бесчисленных молекул, пространство-время состоит из микроскопических частиц на более глубоком уровне реальности.

Вообще, сама идея о том, что пространство-время ведет себя как жидкость, новейшая — теория «сверхтекучего вакуума» была предложена более полувека назад. Но итальянские исследователи первыми подвергли сомнению вязкость такой жидкости.

Как все движется во Вселенной — одна из загадок физики. Например, волна распространяется через воду, используя ее как «среду» для движения. Для передачи энергии требуется среда, но как электромагнитные волны и, например, фотоны движутся в пространстве, где вроде бы ничего нет?

Либерати и Маккионе предложили решение проблемы — они разработали теорию сверхтекучего пространства. По ее словам, Вселенная состоит из сверхтекучей жидкости с нулевой вязкостью, которая ведет себя как единое целое. Сверхтекучая жидкость — это жидкость, которая может течь бесконечно без потери энергии. Это не вымышленное понятие, такие жидкости действительно существуют.

Сверхтекучесть — это фаза вещества, в которую переходят жидкости или газы, когда они охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю. В этом состоянии атомы теряют свои индивидуальные свойства и ведут себя как единый суператом. Самая известная сверхтекучая жидкость — гелий, но охлажденная только до 2 К (Кельвина) или –271,15 ℃.

Сверхтекучие жидкости обладают несколькими уникальными свойствами. Они могут, например, взобраться на стенки открытого судна и «спастись» от него. При этом нагреть их просто невозможно — они отлично передают тепло. Сверхтекучая жидкость просто испаряется при нагревании.

Теория визуализирует пространство-время как сверхтекучую жидкость с нулевой вязкостью. Странным свойством таких жидкостей является то, что их нельзя заставить вращаться «в массе», как обычная жидкость «работает» при перемешивании. Они распадаются на крошечные вихри. В 2014 году ученые выяснили, что эти квантовые «торнадо» в ранней Вселенной объясняют происхождение галактик.

Будущее Вселенной

Многие ученые — физики, математики, астрономы — работают над созданием таких глобальных и странных теорий. Все эти дисциплины объединяет космология.

Космологии как науке всего сто лет, но она уже много знает о том, как устроена наша Вселенная — как образовалось все, что нас окружает, от атомов до галактик, как все началось и чем закончится.

Различные теории по-своему объясняют мир. Возможно, однажды ученые придут к единому ответу.