Todo lo que existe en el universo. ¿Cuántos universos hay en nuestro universo? Universos paralelos: las hipótesis requieren confirmación
¿Qué hay fuera del universo? Esta pregunta es demasiado compleja para entendimiento humano. Esto se debe al hecho de que, en primer lugar, es necesario determinar sus límites, y esto está lejos de ser simple.
La respuesta generalmente aceptada tiene en cuenta solo el universo observable. Según él, las dimensiones están determinadas por la velocidad de la luz, porque sólo es posible ver la luz que emiten o reflejan los objetos en el espacio. Es imposible mirar más allá de la luz más lejana que viaja todo el tiempo de la existencia del universo.
El espacio sigue aumentando, pero sigue siendo finito. Su tamaño a veces se denomina volumen o esfera de Hubble. El hombre en el universo probablemente nunca podrá saber qué hay más allá de sus límites. Entonces, para toda la investigación, este es el único espacio con el que tendrá que interactuar. Al menos en un futuro próximo.
Grandeza
Todo el mundo sabe que el universo es grande. ¿Cuántos millones de años luz abarca?
Los astrónomos estudian cuidadosamente la radiación cósmica del fondo de microondas, el resplandor del Big Bang. Están buscando una conexión entre lo que sucede en un lado del cielo y lo que sucede en el otro. Y aunque no hay pruebas de que haya algo en común. Esto significa que durante 13.800 millones de años en cualquier dirección el Universo no se repite. Este es el tiempo que tarda la luz en llegar al menos al borde visible de este espacio.
Todavía nos preocupa la cuestión de qué hay más allá del universo observable. Los astrónomos admiten que el cosmos es infinito. La "materia" en él (energía, galaxias, etc.) se distribuye exactamente de la misma manera que en el Universo observable. Si esto es cierto, entonces hay varias anomalías de lo que está en el borde.
No solo hay más planetas diferentes fuera del volumen del Hubble. Allí puedes encontrar todo lo que posiblemente pueda existir. Si te alejas lo suficiente, incluso podrías encontrar otro sistema solar con una Tierra idéntica en todos los sentidos, excepto que desayunaste gachas de avena en lugar de huevos revueltos. O no hubo desayuno en absoluto. O digamos que te levantaste temprano y robaste un banco.
De hecho, los cosmólogos creen que si vas lo suficientemente lejos, puedes encontrar otra esfera del Hubble que sea completamente idéntica a la nuestra. La mayoría de los científicos creen que el universo tal como lo conocemos tiene límites. Lo que está más allá de ellos sigue siendo el mayor misterio.
Principio cosmológico
Este concepto significa que, independientemente del lugar y la dirección del observador, todos ven la misma imagen del Universo. Por supuesto, esto no se aplica a los estudios de menor escala. Tal homogeneidad del espacio es causada por la igualdad de todos sus puntos. Este fenómeno solo puede detectarse a la escala de un cúmulo de galaxias.
Sir Isaac Newton propuso por primera vez algo similar a este concepto en 1687. Y más tarde, en el siglo XX, lo mismo fue confirmado por las observaciones de otros científicos. Lógicamente, si todo se originara en un solo punto en el Big Bang y luego se expandiera al universo, permanecería bastante uniforme.
La distancia a la que se puede observar el principio cosmológico para encontrar esta aparente distribución uniforme de la materia es de aproximadamente 300 millones de años luz de la Tierra.
Sin embargo, todo cambió en 1973. Entonces se descubrió una anomalía que viola el principio cosmológico.
gran atractor
Se encontró una enorme concentración de masa a una distancia de 250 millones de años luz, cerca de las constelaciones de Hidra y Centauro. Su peso es tan grande que podría compararse con decenas de miles de masas de las Vías Lácteas. Esta anomalía se considera un supercúmulo galáctico.
Este objeto se llama el Gran Atractor. Su fuerza gravitatoria es tan fuerte que afecta a otras galaxias y sus cúmulos durante varios cientos de años luz. Él por mucho tiempo seguía siendo uno de los mayores misterios del cosmos.
En 1990, se descubrió que el movimiento de colosales cúmulos de galaxias, llamado Gran Atractor, tiende a otra región del espacio, más allá del borde del Universo. Hasta ahora, se puede observar este proceso, aunque la anomalía en sí se encuentra en la "zona de evasión".
energía oscura
De acuerdo con la Ley de Hubble, todas las galaxias deberían moverse uniformemente separadas unas de otras, preservando el principio cosmológico. Sin embargo, en 2008 apareció un nuevo descubrimiento.
La sonda de anisotropía de microondas de Wilkinson (WMAP) encontró un gran grupo de cúmulos moviéndose en la misma dirección a velocidades de hasta 600 millas por segundo. Todos ellos se dirigían a una pequeña zona del cielo entre las constelaciones Centaurus y Parus.
No hay una razón obvia para esto, y dado que fue fenómeno inexplicable, fue llamado "energía oscura". Es causado por algo fuera del universo observable. En la actualidad, solo hay especulaciones sobre su naturaleza.
Si los cúmulos de galaxias son atraídos hacia un agujero negro colosal, entonces su movimiento debería estar acelerándose. La energía oscura indica una velocidad constante de los cuerpos cósmicos en miles de millones de años luz.
Uno de Posibles Causas este proceso - estructuras masivas que están fuera del universo. Tienen un gran efecto gravitatorio. Dentro del universo observable, no hay estructuras gigantes con suficiente gravedad gravitacional para causar este fenómeno. Pero esto no significa que no puedan existir fuera del área observable.
Esto significaría que la estructura del universo no es uniforme. En cuanto a las estructuras mismas, pueden ser literalmente cualquier cosa, desde agregados de materia hasta energía en una escala que difícilmente se puede imaginar. Incluso es posible que estos sean fuerzas gravitatorias guía de otros Universos.
Burbujas sin fin
Hablar de algo fuera de la esfera de Hubble no es del todo correcto, ya que todavía tiene la estructura idéntica de la Metagalaxia. "Desconocido" tiene las mismas leyes físicas del Universo y constantes. Hay una versión de que el Big Bang provocó la aparición de burbujas en la estructura del espacio.
Inmediatamente después, antes de que comenzara la inflación del Universo, surgió una especie de "espuma cósmica", existiendo como un cúmulo de "burbujas". Uno de los objetos de esta sustancia se expandió repentinamente, convirtiéndose eventualmente en el universo conocido hoy.
Pero, ¿qué salió de las otras burbujas? Alexander Kashlinsky, jefe del equipo de la NASA, la organización que descubrió la "energía oscura", dijo: "Si te alejas lo suficiente, puedes ver una estructura que está fuera de la burbuja, fuera del universo". Estas estructuras deberían causar movimiento”.
Así, la "energía oscura" se percibe como la primera evidencia de la existencia de otro Universo, o incluso de un "Multiverso".
Cada burbuja es un área que ha dejado de expandirse junto con el resto del espacio. Ella formó su propio universo con sus propias leyes especiales.
En este escenario, el espacio es infinito y cada burbuja tampoco tiene límites. Incluso si es posible romper el límite de uno de ellos, el espacio entre ellos todavía se está expandiendo. Con el tiempo, será imposible llegar a la siguiente burbuja. Tal fenómeno sigue siendo uno de los mayores misterios del cosmos.
Agujero negro
La teoría propuesta por el físico Lee Smolin asume que cada objeto espacial similar en la estructura de la Metagalaxia provoca la formación de uno nuevo. Uno solo tiene que imaginar cuántos agujeros negros hay en el Universo. Dentro de cada uno hay leyes físicas que son diferentes a las del predecesor. Una hipótesis similar se planteó por primera vez en 1992 en el libro "La vida del cosmos".
Las estrellas de todo el mundo que caen en los agujeros negros se comprimen a densidades increíblemente extremas. Bajo tales condiciones, este espacio explota y se expande en un nuevo universo propio, diferente del original. El punto donde el tiempo se detiene dentro del agujero negro es el comienzo del Big Bang de la nueva Metagalaxia.
Las condiciones extremas dentro del agujero negro destruido conducen a pequeños cambios aleatorios en las fuerzas y parámetros físicos básicos en el Universo hijo. Cada uno de ellos tiene características e indicadores diferentes a los de la matriz.
La existencia de estrellas es un requisito previo para la formación de la vida. Esto se debe a que en ellas se crea el carbono y otras moléculas complejas que dan vida. Por tanto, se necesitan las mismas condiciones para la formación de los seres y del Universo.
Una crítica de la selección natural cósmica como hipótesis científica es la falta de evidencia directa para este escenario. Pero hay que tener en cuenta que, en términos de creencias, no es peor que las alternativas científicas propuestas. No hay evidencia de lo que hay fuera del universo, ya sea el Multiverso, la teoría de cuerdas o el espacio cíclico.
Muchos universos paralelos
Esta idea parece ser algo que tiene poco que ver con la física teórica moderna. Pero la idea de la existencia del Multiverso se ha considerado durante mucho tiempo una posibilidad científica, aunque todavía provoca una discusión activa y un debate destructivo entre los físicos. Esta opción destruye por completo la idea de cuántos universos hay en el espacio.
Es importante tener en cuenta que el Multiverso no es una teoría, sino una consecuencia de la comprensión actual de la física teórica. Esta distinción tiene una importancia decisiva. Nadie agitó la mano y dijo: "¡Que haya un Multiverso!". Esta idea se derivó de enseñanzas actuales como la mecánica cuántica y la teoría de cuerdas.
Multiverso y física cuántica
Mucha gente conoce el experimento mental "Gato de Schrödinger". Su esencia radica en el hecho de que Erwin Schrödinger, un físico teórico austriaco, señaló la imperfección de la mecánica cuántica.
El científico propone imaginar un animal que fue colocado en una caja cerrada. Si lo abres, puedes descubrir uno de los dos estados del gato. Pero mientras la caja esté cerrada, el animal está vivo o muerto. Esto prueba que no hay estado que combine la vida y la muerte.
Todo esto parece imposible simplemente porque la percepción humana no puede comprenderlo.
Pero es bastante real según las extrañas reglas de la mecánica cuántica. El espacio de todas las posibilidades en él es enorme. Matemáticamente, un estado mecánico cuántico es la suma (o superposición) de todos los estados posibles. En el caso del "Gato de Schrödinger", el experimento es una superposición de posiciones "muerto" y "vivo".
Pero, ¿cómo debe interpretarse esto para que tenga algún sentido práctico? Una forma popular es pensar en todas estas posibilidades de tal manera que se observe el único estado "objetivamente verdadero" del gato. Sin embargo, uno también puede estar de acuerdo en que estas posibilidades son ciertas y que todas existen en Universos diferentes.
Teoria de las cuerdas
Esta es la oportunidad más prometedora para combinar la mecánica cuántica y la gravedad. Esto es difícil porque la gravedad es tan indescriptible a pequeña escala como lo son los átomos y las partículas subatómicas en la mecánica cuántica.
Pero la teoría de cuerdas, que dice que todas las partículas fundamentales están formadas por elementos monoméricos, describe todas las fuerzas conocidas de la naturaleza a la vez. Estos incluyen la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares.
Sin embargo, por teoría matemática las cuerdas requieren al menos diez dimensiones físicas. Podemos observar sólo cuatro dimensiones: alto, ancho, profundidad y tiempo. Por lo tanto, las dimensiones adicionales están ocultas para nosotros.
Para poder utilizar la teoría para explicar los fenómenos físicos, estos estudios adicionales se "densifican" y son demasiado pequeños en una escala pequeña.
El problema o peculiaridad de la teoría de cuerdas es que hay muchas formas de realizar una compactación. Cada uno de estos da como resultado la creación de un universo con diferentes leyes físicas, como diferentes masas de electrones y constantes de gravedad. Sin embargo, también existen serias objeciones a la metodología de compactación. Por lo tanto, el problema no está completamente resuelto.
Pero la pregunta obvia es: ¿en cuál de estas posibilidades estamos viviendo? La teoría de cuerdas no proporciona un mecanismo para determinar esto. Lo hace inútil porque no es posible probarlo a fondo. Pero explorar el borde del universo convirtió ese error en una característica.
Consecuencias del Big Bang
Durante el universo primitivo, hubo un período de expansión acelerada llamado inflación. Originalmente explicó por qué la esfera del Hubble tiene una temperatura casi uniforme. Sin embargo, la inflación también predijo un espectro de fluctuaciones de temperatura alrededor de este equilibrio, que luego fue confirmado por varias naves espaciales.
Aunque los detalles exactos de la teoría todavía se debaten acaloradamente, los físicos aceptan ampliamente la inflación. Sin embargo, la implicación de esta teoría es que debe haber otros objetos en el universo que todavía estén acelerando. Debido a las fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo, algunas partes nunca alcanzarán el estado final. Esto significa que el espacio se expandirá para siempre.
Este mecanismo genera un número infinito de Universos. Combinando este escenario con la teoría de cuerdas, existe la posibilidad de que cada uno de ellos tenga una compactación diferente de dimensiones extra y, por lo tanto, tenga diferentes leyes físicas del universo.
Según las enseñanzas del Multiverso, predichas por la teoría de cuerdas y la inflación, todos los universos viven en el mismo espacio físico y pueden superponerse. Inevitablemente deben chocar, dejando rastros en el cielo cósmico. Su carácter tiene una amplia gama, desde puntos fríos o calientes en el fondo cósmico de microondas hasta vacíos anómalos en la distribución de las galaxias.
Dado que la colisión con otros universos debe ocurrir en cierta dirección, se espera que cualquier interferencia rompa la homogeneidad.
Algunos científicos los buscan a través de anomalías en el fondo cósmico de microondas, el resplandor del Big Bang. Otros están en ondas gravitacionales que se propagan a través del espacio-tiempo a medida que pasan objetos masivos. Estas ondas pueden probar directamente la existencia de inflación, lo que en última instancia fortalece el apoyo a la teoría del Multiverso.
Doctor en Ciencias Pedagógicas E. LEVITAN.
Contempla las profundidades del universo que antes eran inalcanzables.
Un peregrino inquisitivo ha llegado al "fin del mundo" y está tratando de ver: ¿qué hay más allá del borde?
Ilustración para la hipótesis del nacimiento de metagalaxias a partir de una burbuja gigante en descomposición. La burbuja creció a un tamaño enorme en la etapa de rápida "inflación" del Universo. (Dibujo de la revista "Tierra y Universo".)
¿No es un título extraño para un artículo? ¿No está solo el universo? A fines del siglo XX, quedó claro que la imagen del universo es muchísimo más complicada que la que parecía completamente obvia hace cien años. Ni la Tierra, ni el Sol, ni nuestra Galaxia resultaron ser el centro del Universo. Los sistemas geocéntrico, heliocéntrico y galactocéntrico del mundo han sido reemplazados por la idea de que vivimos en una Metagalaxia en expansión (nuestro Universo). Contiene innumerables galaxias. Cada uno, como el nuestro, consta de decenas o incluso cientos de miles de millones de estrellas solares. Y no hay centro. A los habitantes de cada una de las galaxias solo les parece que es de ellas que otras islas estelares se dispersan en todas direcciones. Hace unas décadas, los astrónomos solo podían especular que existían sistemas planetarios como nuestro sistema solar en alguna parte. Ahora, con un alto grado de certeza, nombran una serie de estrellas en las que se han descubierto "discos protoplanetarios" (algún día se formarán planetas a partir de ellos), y hablan con confianza sobre el descubrimiento de varios sistemas planetarios.
El proceso de conocer el Universo es interminable. Y cuanto más lejos, más y más audaces, a veces parecen absolutamente fantásticas, las tareas son establecidas por los investigadores. Entonces, ¿por qué no asumir que los astrónomos algún día descubrirán otros universos? Después de todo, es bastante probable que nuestra Metagalaxia no sea todo el Universo, sino sólo una parte de él...
Es poco probable que los astrónomos modernos e incluso los astrónomos de un futuro muy lejano puedan ver otros universos con sus propios ojos. Sin embargo, la ciencia ya tiene algunos datos de que nuestra Metagalaxia puede convertirse en uno de muchos mini-universos.
Casi nadie duda de que la vida y la inteligencia puedan surgir, existir y desarrollarse sólo en una determinada etapa de la evolución del Universo. Es difícil imaginar que alguna forma de vida apareció antes que las estrellas y los planetas que se movían a su alrededor. Y no todos los planetas, como sabemos, son aptos para la vida. Ciertas condiciones son necesarias: un rango de temperatura bastante estrecho, la composición del aire adecuada para respirar, agua... En el sistema solar, la Tierra resultó estar en tal "cinturón de vida". Y nuestro Sol probablemente se encuentra en el "cinturón de vida" de la Galaxia (a cierta distancia de su centro).
Muchas galaxias extremadamente débiles (en brillo) y distantes han sido fotografiadas de esta manera. El más llamativo de ellos logró considerar algunos detalles: estructura, características estructurales. El brillo de la más débil de las galaxias obtenidas en la imagen es de 27,5 m, ¡y los objetos puntuales (estrellas) son aún más débiles (hasta 28,1 m)! Recuerde que a simple vista, las personas con buena vista y en las condiciones de observación más favorables ven estrellas de unos 6 m (esto es 250 millones de veces más brillantes que los objetos con una magnitud de 27 m).
Los telescopios terrestres similares que se están creando actualmente ya son comparables en sus capacidades a las capacidades del Telescopio Espacial Hubble y, en cierto modo, incluso las superan.
¿Qué condiciones se necesitan para la formación de estrellas y planetas? En primer lugar, esto se debe a constantes físicas fundamentales como la constante gravitacional y las constantes de otras interacciones físicas (débil, electromagnética y fuerte). Los valores numéricos de estas constantes son bien conocidos por los físicos. Incluso los escolares, que estudian la ley de la gravitación universal, se familiarizan con la constante (constante) de la gravitación. Los estudiantes del curso de física general también aprenderán sobre las constantes de otros tres tipos de interacción física.
Más recientemente, los astrofísicos y cosmólogos se han dado cuenta de que son los valores existentes de las constantes de las interacciones físicas los que son necesarios para que el Universo sea como es. Con otras constantes físicas, el Universo sería completamente diferente. Por ejemplo, la vida útil del Sol podría ser de solo 50 millones de años (esto es demasiado corto para el surgimiento y desarrollo de la vida en los planetas). O, digamos, si el Universo consistiera solo en hidrógeno o solo en helio, esto también lo dejaría completamente sin vida. Las variantes del Universo con otras masas de protones, neutrones, electrones de ninguna manera son adecuadas para la vida en la forma en que la conocemos. Los cálculos convencen: ¡necesitamos partículas elementales exactamente como son! Y la dimensión del espacio es de fundamental importancia para la existencia tanto de los sistemas planetarios como de los átomos individuales (con electrones moviéndose alrededor de los núcleos). Vivimos en un mundo tridimensional y no podríamos vivir en un mundo con más o menos dimensiones.
¡Resulta que todo en el Universo parece estar “a la medida” para que la vida pudiera aparecer y desarrollarse en él! Por supuesto, hemos dibujado una imagen muy simplificada, porque no solo la física, sino también la química y la biología juegan un papel muy importante en el surgimiento y desarrollo de la vida. Sin embargo, con una física diferente, tanto la química como la biología podrían volverse diferentes...
Todas estas consideraciones conducen a lo que en filosofía se llama el principio antrópico. Este es un intento de considerar el Universo en una dimensión "hombre-dimensional", es decir, desde el punto de vista de su existencia. Por sí mismo, el principio antrópico no puede explicar por qué el universo es como lo observamos. Pero hasta cierto punto, ayuda a los investigadores a formular nuevos problemas. Por ejemplo, el sorprendente "ajuste" de las propiedades fundamentales de nuestro universo puede verse como evidencia de la singularidad de nuestro universo. Y desde aquí, parece, un paso a la hipótesis de la existencia de universos completamente diferentes, mundos que no son absolutamente similares al nuestro. Y su número, en principio, puede ser ilimitadamente enorme.
Ahora intentemos abordar el problema de la existencia de otros universos desde el punto de vista de la cosmología moderna, una ciencia que estudia el Universo como un todo (a diferencia de la cosmogonía, que estudia el origen de los planetas, las estrellas, las galaxias).
Recuerde, el descubrimiento de que la Metagalaxia se está expandiendo llevó casi inmediatamente a la hipótesis del Big Bang (ver "Ciencia y Vida" No. 2, 1998). Se cree que ocurrió hace unos 15 mil millones de años. La materia muy densa y caliente pasó una tras otra etapa del "Universo caliente". Entonces, mil millones de años después del Big Bang, las "protogalaxias" comenzaron a aparecer de las nubes de hidrógeno y helio que se habían formado en ese momento, y en ellas, las primeras estrellas. La hipótesis del "universo caliente" se basa en cálculos que nos permiten rastrear la historia del universo primitivo literalmente desde el primer segundo.
Esto es lo que nuestro conocido físico académico Ya. alrededor del Sol. Ambas teorías ocuparon un lugar central en la imagen del universo de su tiempo, y ambas tenían muchos oponentes que argumentaban que las nuevas ideas incrustadas en ellas eran absurdas y contrarias a sentido común Pero tales declaraciones no pueden evitar el éxito de nuevas teorías ".
Esto se dijo a principios de los años 80, cuando ya se estaban haciendo los primeros intentos de complementar significativamente la hipótesis del "universo caliente" con una idea importante sobre lo que sucedió en el primer segundo de la "creación" cuando la temperatura estaba por encima de los 10 28 K. Toma un paso más hacia "el principio mismo" fue posible gracias a los últimos logros de la física de partículas elementales. Fue en la intersección de la física y la astrofísica que comenzó a desarrollarse la hipótesis del "Universo inflado" (ver "Ciencia y Vida" No. 8, 1985). Debido a su naturaleza inusual, la hipótesis del "Universo inflado" puede clasificarse entre las más "locas". Sin embargo, se sabe por la historia de la ciencia que son precisamente estas hipótesis y teorías las que a menudo se convierten en hitos importantes en el desarrollo de la ciencia.
La esencia de la hipótesis del "Universo inflado" es que en el "principio" el Universo se expandió monstruosamente rápido. Durante unos 10-32 s, el tamaño del Universo emergente ha crecido no 10 veces, como sería de esperar con una expansión "normal", sino 10 50 o incluso 10 1000000 veces. La expansión se aceleró y la energía por unidad de volumen se mantuvo sin cambios. Los científicos prueban que los momentos iniciales de la expansión ocurrieron en un "vacío". La palabra se pone aquí entre comillas, ya que el vacío no era ordinario, sino falso, ¡porque es difícil llamar "vacío" ordinario con una densidad de 10 77 kg / m 3! A partir de ese vacío falso (o físico), que tenía propiedades sorprendentes (por ejemplo, presión negativa), no se podría formar una, sino muchas metagalaxias (incluida, por supuesto, la nuestra). Y cada uno de ellos es un mini-universo con su propio conjunto de constantes físicas, su propia estructura y otras características inherentes a él (para más detalles, consulte "La Tierra y el Universo" No. 1, 1989).
Pero, ¿dónde están estos "parientes" de nuestra Metagalaxia? Con toda probabilidad, ellos, como nuestro Universo, se formaron como resultado de dominios "inflados" ("dominios" del francés domaine - área, esfera), en los que el Universo primitivo se dividió inmediatamente. Dado que cada una de esas regiones se ha hinchado hasta un tamaño que excede el tamaño actual de la Metagalaxia, sus límites están separados entre sí por grandes distancias. Quizás el miniuniverso más cercano esté a unos 10 35 años luz de distancia. ¡Recuerde que el tamaño de la Metagalaxia es "solo" 10 10 años luz! Resulta que no junto a nosotros, sino en algún lugar muy, muy alejado el uno del otro, hay otros, probablemente completamente extravagantes, según nuestros conceptos, mundos...
Así que es posible que el mundo en el que vivimos sea mucho más complejo de lo que se pensaba hasta ahora. Es probable que consista en innumerables universos en el universo. De este Gran Universo, complejo, sorprendentemente diverso, todavía no sabemos prácticamente nada. Pero todavía parece que sabemos una cosa. Cualesquiera que sean los otros mini-mundos lejos de nosotros, cada uno de ellos es real. No son ficticios, como algunos mundos "paralelos" ahora de moda, de los que la gente que está alejada de la ciencia suele hablar ahora.
Bueno, ¿a qué se reduce todo al final? Estrellas, planetas, galaxias, metagalaxias, todos juntos ocupan solo el lugar más pequeño en las extensiones ilimitadas de materia extremadamente enrarecida... ¿No hay nada más en el Universo? Es demasiado simple... De alguna manera es incluso difícil de creer.
Y los astrofísicos llevan mucho tiempo buscando algo en el universo. Las observaciones dan testimonio de la existencia de una "masa oculta", una especie de materia "oscura" invisible. No se puede ver ni siquiera con el telescopio más potente, pero se manifiesta por su efecto gravitacional sobre la materia ordinaria. Hasta hace poco, los astrofísicos suponían que había aproximadamente la misma cantidad de materia oculta en las galaxias y en el espacio entre ellas que materia observable. Recientemente, sin embargo, muchos investigadores han llegado a una conclusión aún más sensacional: materia "normal" en nuestro universo, no más del cinco por ciento, el resto, "invisible".
Se supone que el 70 por ciento de ellos son estructuras de vacío mecánicas cuánticas distribuidas uniformemente en el espacio (son ellas las que determinan la expansión de la Metagalaxia), y el 25 por ciento son varios objetos exóticos. Por ejemplo, agujeros negros de poca masa, casi puntuales; objetos muy extendidos - "cadenas"; muros de dominio, que ya hemos mencionado. Pero además de tales objetos, la masa "oculta" puede estar compuesta por clases enteras de partículas elementales hipotéticas, por ejemplo, "partículas espejo". El conocido astrofísico ruso, académico de la Academia Rusa de Ciencias N. S. Kardashev (una vez, hace mucho tiempo, ambos éramos miembros activos del círculo astronómico en el Planetario de Moscú) sugiere que el "mundo espejo" invisible para nosotros con sus planetas y las estrellas pueden consistir en "partículas de espejo". Y hay unas cinco veces más sustancias en el "mundo espejo" que en el nuestro. Resulta que los científicos tienen alguna razón para creer que el "mundo espejo" parece impregnar el nuestro. Simplemente no puedo encontrarlo todavía.
La idea es casi fabulosa, fantástica. Pero quién sabe, tal vez uno de ustedes, los actuales amantes de la astronomía, se convierta en investigador en el próximo siglo XXI y pueda revelar el secreto del "universo espejo".
Publicaciones relacionadas en "Ciencia y Vida"
Shulga V. Lentes cósmicas y la búsqueda de materia oscura en el Universo. - 1994, nº 2.
Roizen I. Universo entre el momento y la eternidad. - 1996, núms. 11, 12.
Sazhin M., Shulga V. Adivinanzas de cuerdas cósmicas. - 1998, nº 4.
El científico estadounidense y famoso divulgador de la ciencia Kaku Michio escribió un libro en el que argumenta con sentido común. Para persona normal el mundo tridimensional es la norma, a la que Einstein, no sin dificultad, añadió la cuarta dimensión: el tiempo. Pero física moderna ha estado trabajando durante bastante tiempo en la teoría del hiperespacio, según la cual el Universo consiste no solo en el tiempo y el espacio, sino también en algo más: la quinta dimensión, la sexta dimensión ... La mente humana ahora es incapaz de imagine tal cosa, pero es accesible al lenguaje de las matemáticas.
Grandes cálculos matemáticos en el marco de la teoría del hiperespacio demostraron que si asumimos la existencia teórica de otras dimensiones, entonces los problemas físicos aparentemente irresolubles se resuelven fácilmente: por ejemplo, la respuesta a la pregunta de la posible interacción de la luz y la gravedad. Además, el descubrimiento de nuevas dimensiones permitirá fusionar conocimientos aún dispersos sobre la estructura del Universo, gracias a los cuales puede surgir la "teoría del todo" buscada desde la antigüedad. Y para que la gente se preparara para su aparición, Michio tradujo la teoría del hiperespacio del lenguaje de fórmulas para personas que viven en un mundo tridimensional.
Russian Planet, con el permiso de la editorial Alpina Non-Fiction, publica un fragmento del libro de Kaku Michio Hyperspace: A Scientific Odyssey Through Parallel Worlds, Holes in Time, and the Tenth Dimension, dedicado a la posibilidad de la existencia de varios universos .
En 1957, el físico Hugh Everett sugirió que el universo se "bifurca" constantemente en el proceso de evolución, como un camino en una bifurcación. En un universo, el átomo de uranio no se descompone y el gato sigue vivo. En otro, el átomo de uranio se descompone y el gato muere. Si Everett tiene razón, hay un número infinito de universos. Cada universo está conectado a los demás por una red de "bifurcaciones en el camino". O, como escribió el argentino Jorge Luis Borges en El jardín de senderos que se bifurcan, “Eternamente ramificado, el tiempo conduce a innumerables futuros”.
El físico Bryce DeWitt, uno de los defensores de la teoría de los muchos mundos, describió la impresión duradera que le causó: “Cada transición cuántica que ocurre en cada estrella, en cada galaxia y en cada rincón remoto del universo, divide nuestro mundo en la Tierra en miríadas de copias de sí mismo. Todavía recuerdo claramente el impacto que sentí cuando me encontré por primera vez con este concepto de muchos mundos. De acuerdo con el postulado de la teoría de muchos mundos, existen todos los mundos cuánticos posibles. En algunos mundos, como la forma de vida dominante en la Tierra, viven seres humanos. En otros, los acontecimientos en el reino subatómico impidieron la aparición del hombre.
El físico Frank Wilczek escribió:
“Dicen que la historia del mundo habría resultado completamente diferente si Helena de Troya tuviera una verruga en la nariz. Entonces, las verrugas surgen debido a una mutación de una sola célula, a menudo causada por los rayos ultravioleta del sol. Conclusión: hay muchos mundos en los que Helena de Troya realmente tenía una verruga en la nariz.
De hecho, la idea de múltiples universos es antigua. El santo y filósofo Albert Magnus escribió: “¿Hay realmente muchos mundos, o solo hay un mundo? Esta es una de las preguntas más nobles y emocionantes en el estudio de la naturaleza". Sin embargo, la idea antigua recibe un giro moderno: los numerosos mundos resuelven la paradoja del gato de Schrödinger. En un universo un gato puede estar muerto, en otro puede estar vivo.
Por extraña que pueda parecer la teoría de los muchos mundos de Everett, se puede demostrar que es matemáticamente equivalente a la interpretación habitual de la teoría cuántica. Pero sucedió que la teoría de muchos mundos no es popular entre los físicos. Es imposible rechazarlo, pero la idea misma de un número infinito de universos igualmente reales, cada uno de los cuales se divide en dos cada minuto, es una pesadilla filosófica para los físicos amantes de la simplicidad. En física, se aplica el llamado principio de Occam, según el cual siempre se debe elegir el camino más simple, ignorando las alternativas complicadas, especialmente si no son medibles.
(Por lo tanto, el principio de Occam rechaza la antigua teoría del éter, según la cual el universo entero una vez estuvo lleno de un gas misterioso. La teoría del éter proporcionó una respuesta conveniente a la pregunta difícil: si la luz es una onda y si la luz puede propagarse en en el vacío, ¿qué son entonces las oscilaciones ondulatorias? La respuesta fue que el éter, como un líquido, oscila incluso en el vacío. Einstein demostró que el éter no es necesario. Sin embargo, nunca afirmó que el éter no existe; simplemente dijo que es irrelevante. Por lo tanto, siguiendo el principio de Occam, los físicos ya no recurren al éter).
Se puede demostrar que la comunicación entre los muchos mundos de Everett es imposible. Por lo tanto, cada universo desconoce la existencia de los demás. Si los experimentos no pueden confirmar la existencia de estos mundos, deberíamos, de acuerdo con el principio de Occam, excluirlos.
Continuando en la misma línea, los físicos se abstienen de hacer afirmaciones categóricas de que los ángeles y los milagros no existen. Tal vez hay ambos. Pero los milagros, casi por definición, no ocurren regularmente y, por lo tanto, no pueden cuantificarse experimentalmente. Entonces, de acuerdo con el principio de Occam, deben ignorarse (a menos, por supuesto, que encontremos un milagro reproducible y medible o un ángel). Uno de los autores de la teoría de los muchos mundos, el mentor de Everett, John Wheeler, rechazó a regañadientes ambas, ya que "es demasiado pesado para llevar un equipaje metafísico tan voluminoso".
Sin embargo, la situación con la impopularidad de la teoría de muchos mundos puede corregirse mediante un aumento gradual en la popularidad de la función de onda de Hawking en relación con el Universo. La teoría de Everett se basa en partículas individuales y la imposibilidad de comunicación entre universos después de su separación. La teoría de Hawking, aunque relacionada con la anterior, va más allá: se basa en un número infinito de universos autoconsistentes (y no solo partículas), y la propia teoría postula la posibilidad de hacer túneles entre ellos (a través de "agujeros de gusano").
Hawking incluso encontró una solución a la función de onda del universo. Está convencido de la corrección de su enfoque en parte porque la teoría está bien definida (si, como ya se mencionó, la teoría finalmente se define en diez dimensiones). Su propósito es mostrar que la función de onda del universo toma grandes valores cerca de un universo similar al nuestro. Así que nuestro universo es casi seguro un universo, pero definitivamente no es el único.
Hasta la fecha, se han celebrado una serie de conferencias internacionales dedicadas a la función de onda del Universo. Pero, como antes, desde un punto de vista matemático, la función de onda del universo está más allá de las habilidades computacionales de las personas que viven en nuestro planeta, y es posible que tengamos que esperar muchos años antes de que cualquier entusiasta encuentre una solución exacta a las ecuaciones de Hawking.
mundos paralelos
La principal diferencia entre la teoría de muchos mundos de Everett y la función de onda del universo de Hawking radica en la idea central de Hawking de "agujeros de gusano" que conectan universos paralelos. Sin embargo, no imagines que un día llegarás a casa del trabajo, abrirás la puerta, entrarás en un universo paralelo y te encontrarás con que tus seres queridos nunca han oído hablar de ti. En lugar de apresurarse a reunirse con usted después de un día difícil, su familia aparecerá presa del pánico, gritará que hay un extraño en la casa y lo arrestarán por allanamiento. Tales escenarios solo son posibles en el cine. Según Hawking, los "agujeros de gusano" conectan constantemente nuestro universo con miles de millones de miles de millones de universos paralelos, pero en promedio, el tamaño de estos "agujeros de gusano" es extremadamente pequeño y comparable a la longitud de Planck (alrededor de 100 billones de billones de veces más pequeño que un protón, es decir, demasiado pequeño para que una persona lo mueva). Además, dado que las grandes transiciones cuánticas entre universos son raras, es posible que tal evento tenga que esperar mucho tiempo, más de lo que existe el universo.
Hugo Everett. Foto: physicsmasterclasses.org
Por lo tanto, en total conformidad con las leyes de la física (aunque extremadamente improbable), alguien podría caer en un universo paralelo, gemelo al nuestro, que se parece exactamente al nuestro, con la excepción de una pequeña pero importante diferencia que surgió en algún momento. cuando estos universos han sido divididos.
O mundos paralelos este tipo fue escrito por John Wyndham en el cuento "Buscar al azar" (Random Quest). El físico nuclear británico Colin Trafford casi muere en 1954 debido a un accidente durante un experimento. En lugar de ser llevado al hospital, se encuentra sano y salvo en un área remota de Londres. Trafford se alegra de haber salido tan bien parado, pero pronto se da cuenta de que algo ha sucedido. Los titulares de los periódicos son increíbles. La Segunda Guerra Mundial nunca sucedió. No se menciona ninguna bomba atómica.
La historia mundial es diferente. Además, después de mirar accidentalmente un estante en una tienda, Trafford se da cuenta de su propio nombre y fotografía y descubre que es un autor de gran éxito de ventas. Él está conmocionado. Su copia exacta existe en este mundo, además, ¡no es físico, sino escritor!
¿Está soñando? Hace muchos años, pensó en convertirse en escritor, pero se convirtió en físico. Aparentemente, se eligió un camino diferente en este universo paralelo.
Trafford hojea la guía telefónica de Londres y encuentra su nombre en la lista, pero la dirección que contiene no le resulta familiar. Asombrado, Trafford decide visitarlo "en casa".
En "su" apartamento, se sorprende al encontrarse con "su" esposa, a quien nunca había visto antes: mujer hermosa, indignado por "sus" numerosas novelas con otras mujeres. Ella lo reprocha por hacer trampa, pero nota que su esposo está desconcertado por algo. Trafford descubre que su doppelganger es un villano y un libertino, y se da cuenta de que no puede defenderse de una bella desconocida, aunque ella se considera su esposa. Aparentemente, él y su doppelgänger han intercambiado universos.
Trafford se enamora gradualmente de su "propia" esposa. Y no entiende cómo su doble puede tratar a esta hermosa mujer con tanto desdén. Las próximas semanas que pasan juntos son las mejores de sus vidas. Trafford decide enmendar todos los males que su doppelgänger le ha infligido a su esposa a lo largo de los años. Pero cuando los cónyuges parecen volver a reconocerse, Trafford se encuentra repentinamente devuelto a su universo y separado de su amada. En el universo familiar, emprende una búsqueda desesperada de "su esposa". Y aprende que las personas que viven en su universo tienen contrapartes en otro, no todas, pero sí la mayoría. Trafford llega a la conclusión de que su "esposa" debe tener un doble en algún lugar de este mundo.
Como un poseso, se aferra a cualquier pista, trata de recordar todo lo que sabe sobre los universos gemelos. brazo teniendo conocimientos en el campo de la historia y la física, concluye que los dos mundos divergieron en su desarrollo debido a algún punto de inflexión en 1926 o 1927 du . Trafford cree que un solo evento podría separar los universos.
Entonces comienza a investigar meticulosamente la historia de varias familias. Gasta todos sus ahorros, entrevista a decenas de personas y finalmente encuentra a la familia de "su esposa". Eventualmente descubre a la misma mujer en su universo y se casa con ella.
Parte de la imagen del espacio profundo "Hubble Ultra Deep Field". Todo lo que ves son galaxias.
Más recientemente, en la década de 1920, el famoso astrónomo Edwin Hubble pudo demostrar que la nuestra no es la única galaxia existente. Hoy ya estamos acostumbrados al hecho de que el espacio está lleno de miles y millones de otras galaxias, frente a las cuales la nuestra parece muy pequeña. Pero, ¿exactamente cuántas galaxias en el Universo están junto a nosotros? Hoy encontraremos la respuesta a esta pregunta.
Suena increíble, pero incluso nuestros bisabuelos, incluso la mayoría de los científicos, consideraban que nuestra Vía Láctea era una metagalaxia, un objeto que cubría todo el Universo. Su engaño se explicaba lógicamente por la imperfección de los telescopios de la época: incluso los mejores veían las galaxias como puntos borrosos, razón por la cual se llamaban nebulosas sin excepción. Se creía que las estrellas y los planetas se formaron a partir de ellos con el tiempo, como se formó una vez el nuestro. sistema solar. Esta conjetura fue confirmada por el descubrimiento de la primera nebulosa planetaria en 1796, en cuyo centro había una estrella. Por lo tanto, los científicos creían que todos los demás objetos nebulosos en el cielo son las mismas nubes de polvo y gas, en las que las estrellas aún no han tenido tiempo de formarse.
Primeros pasos
Naturalmente, el progreso no se detuvo. Ya en 1845, William Parsons construyó el telescopio Leviatán, gigantesco para aquellos tiempos, cuyo tamaño rondaba los dos metros. Con el deseo de demostrar que las "nebulosas" en realidad están hechas de estrellas, acercó seriamente la astronomía a concepto moderno galaxias Por primera vez, pudo notar la forma espiral de galaxias individuales, así como detectar diferencias en la luminosidad en ellas, correspondientes a cúmulos estelares especialmente grandes y brillantes.
Sin embargo, la controversia duró hasta el siglo XX. Aunque ya se aceptaba en la comunidad científica progresista que había muchas otras galaxias además de la Vía Láctea, la astronomía académica oficial necesitaba pruebas irrefutables de ello. Por lo tanto, los ojos de los telescopios de todo el mundo están en la galaxia grande más cercana a nosotros, que también se confundió previamente con una nebulosa: la galaxia de Andrómeda.
En 1888, Isaac Roberts tomó la primera fotografía de Andrómeda, y se tomaron fotografías adicionales durante los años 1900-1910. Muestran un núcleo galáctico brillante e incluso cúmulos individuales de estrellas. Pero la baja resolución de las imágenes permitía errores. Lo que se pensaba que eran cúmulos de estrellas podrían haber sido nebulosas, o simplemente unas pocas estrellas "pegadas" en una sola durante la exposición de la imagen. Pero la solución final del problema no estaba lejos.
pintura moderna
En 1924, utilizando el telescopio récord de principios de siglo, Edwin Hubble pudo estimar con mayor o menor precisión la distancia a la galaxia de Andrómeda. Resultó ser tan grande que descartó por completo que el objeto perteneciera a la Vía Láctea (pese a que la estimación del Hubble era tres veces menor que la moderna). Otro astrónomo descubrió muchas estrellas en la "nebulosa", lo que claramente confirmó la naturaleza galáctica de Andrómeda. En 1925, a pesar de las críticas de sus colegas, Hubble presentó los resultados de su trabajo en una conferencia de la Sociedad Astronómica Americana.
Este discurso dio lugar a un nuevo período en la historia de la astronomía: los científicos "redescubrieron" las nebulosas, dándoles el título de galaxias, y descubrieron otras nuevas. En esto fueron ayudados por los desarrollos del propio Hubble, por ejemplo, el descubrimiento. El número de galaxias conocidas creció con la construcción de nuevos telescopios y el lanzamiento de otros nuevos - por ejemplo, el comienzo aplicación amplia radiotelescopios después de la Segunda Guerra Mundial.
Sin embargo, hasta la década de los 90 del siglo XX, la humanidad permaneció a oscuras sobre el número real de galaxias que nos rodeaban. La atmósfera de la Tierra impide que incluso los telescopios más grandes obtengan una imagen precisa: las capas de gas distorsionan la imagen y absorben la luz de las estrellas, cerrándonos los horizontes del Universo. Pero los científicos lograron sortear estas limitaciones lanzando uno espacial, que lleva el nombre de un astrónomo que ya conoces.
Gracias a este telescopio, la gente vio por primera vez los discos brillantes de aquellas galaxias que antes parecían pequeñas nebulosas. Y donde el cielo solía parecer vacío, han aparecido miles de millones de nuevos, y esto no es una exageración. Sin embargo, estudios posteriores han demostrado que incluso miles de miles de millones de estrellas visibles para Hubble son al menos una décima parte de su número real.
recuento final
Y, sin embargo, ¿exactamente cuántas galaxias existen en el universo? Inmediatamente le advertiré que tendremos que contar juntos; tales preguntas generalmente tienen poco interés para los astrónomos, ya que carecen de valor científico. Sí, catalogan y rastrean galaxias, pero solo para propósitos más globales, como estudiar el Universo.
Sin embargo, nadie se compromete a encontrar el número exacto. En primer lugar, nuestro mundo es infinito, por lo que el conocimiento lista completa galaxias es problemático y carece de significado práctico. En segundo lugar, para contar incluso aquellas galaxias que están dentro del universo visible, un astrónomo no tiene suficiente vida. Incluso si vive 80 años, comienza a contar galaxias desde el nacimiento y no dedica más de un segundo a detectar y registrar cada galaxia, el astrónomo encontrará solo más de 2 mil millones de objetos, mucho menos que las galaxias en realidad.
Para determinar el número aproximado, tomemos algunos de los estudios de alta precisión del espacio, por ejemplo, el "Campo ultraprofundo" del telescopio Hubble de 2004. En un área equivalente a 1/13.000.000 de toda el área del cielo, el telescopio fue capaz de detectar 10.000 galaxias. Teniendo en cuenta que otros estudios en profundidad de la época mostraron un panorama similar, podemos promediar el resultado. Por lo tanto, dentro de la sensibilidad del Hubble, vemos 130 mil millones de galaxias de todo el universo.
Sin embargo, eso no es todo. Después de "Ultra Deep Field" se tomaron muchas otras tomas que agregaron nuevos detalles. Y no solo en el espectro visible de la luz, que opera el Hubble, sino también en el infrarrojo y en rayos X. A partir de 2014, en un radio de 14 mil millones, tenemos disponibles 7 billones 375 mil millones de galaxias.
Pero esto, de nuevo, es la estimación mínima. Los astrónomos creen que las acumulaciones de polvo en el espacio intergaláctico nos quitan el 90% de los objetos observados: 7 billones se convierten fácilmente en 73 billones. Pero incluso esta figura se precipitará aún más hacia el infinito cuando un telescopio entre en la órbita del Sol. Este dispositivo llegará en minutos a donde el Hubble ha estado avanzando durante días, y penetrará aún más en las profundidades del Universo.
¿El universo es infinito o tiene un borde? Si es infinito, esto significa que deben existir universos paralelos, dice el físico Brian Greene.
Explicó esta idea en una entrevista con NPR usando una metáfora: “Piense en el universo como una baraja de cartas. Si barajas las cartas, habrá muchos cambios, dice Brian Green. - Si barajas este mazo el tiempo suficiente, el orden de las cartas puede repetirse. Lo mismo es cierto del universo infinito. Con un conjunto limitado de combinaciones de materia, el orden de su disposición debe repetirse una vez.
Según él, muchos científicos teóricos están considerando seriamente la posibilidad de la existencia del Multiverso. Estas son algunas de las hipótesis existentes.
1. Universos de burbujas
El cosmólogo Alexander Vilenkin de la Universidad de Tufts cree que las zonas espaciales separadas después del Big Bang podrían expandirse, lo que condujo a la formación de universos de burbujas aislados.
Según la teoría de Vilenkin, nuestra burbuja dejó de expandirse, lo que creó ciertas condiciones en nuestro Universo. Sin embargo, otras burbujas pueden haber continuado expandiéndose, causando propiedades físicas esos Universos no son en absoluto similares a los que observamos en nuestro Universo.
2. El universo como holograma
La teoría de cuerdas ve el universo como una colección de cuerdas muy delgadas que vibran. Estas cuerdas crean una fuerza conocida como gravedad. El mundo de las cuerdas es una especie de holograma proyectado desde una dimensión cósmica inferior que es más simple, más plana y no tiene gravedad.
3 Un enorme vacío en el espacio puede ser una puerta a otro universo
Un vacío espacial que abarca mil millones de años luz desconcertó a los científicos cuando se descubrió en 2007. Luego, en 2009, se descubrió otro vacío espacial que abarcaba 3.500 millones de años luz. Tal fenómeno no puede ser explicado por el conocimiento moderno sobre la estructura y evolución del Universo. Los vacíos de proporciones tan gigantescas no podrían haberse formado en el tiempo transcurrido desde el Big Bang. Habría llevado mucho más tiempo educarlos.
La física Laura Mersini-Hugton, profesora de la Universidad de Carolina del Norte, cree que este es un rastro de otro universo que está fuera de nuestro universo. Según su hipótesis, entrelazamiento cuántico entre nuestro Universo y otro Universo creó estos vacíos como una partición entre los Universos.
4. Universos paralelos que pueden chocar entre sí
El big bang que formó el universo pudo haber sido causado por la colisión de dos universos tridimensionales en otro espacio exterior. El Big Bang puede ser solo uno de muchos Big Bangs. La creación del universo es un proceso cíclico, según Paul Steinhard, profesor de física de la Universidad de Princeton, y Neil Turok, director del Perimeter Institute for Theoretical Physics de Ontario (Canadá).
Su teoría se basa en parte en la teoría de supercuerdas. En el prefacio de su libro The Infinite Universe Beyond the Big Bang, escribieron: “Estamos convencidos de que el momento de la creación fue solo parte de un ciclo interminable de colisiones colosales entre nuestro Universo y un mundo paralelo”.
versión inglesa