Ar mūsų visata – vienas iš daugelio „burbulų“? (2)
Perimetro teorinės fizikos instituto (Kanada) mokslininkas Matthew Johnsonas su kolegomis ieško būdų multivisatos teoriją, skambančią tarsi stebuklinę pasaką, perkelti į įrodymais grįsto mokslo karalystę.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Pamirškite Didįjį sprogimą – iš pradžių buvo vakuumas. Vakuume buvo gausu energijos (įvairių mokslininkų vadinamos tamsiąja energija, vakuumo energija, infliacijos lauku ar Higgso lauku). Ši milžiniška energija, tarsi vanduo puode, buvo pasirengusi išgaruoti – susiformavo burbulai.
Kiekviename burbule buvo kitas vakuumas, mažesnės energijos, tačiau vis dar gana energingas. Dėl šios energijos burbulai plėtėsi. Galų gale kai kurie burbulai susidūrė. Tikėtina, kad iš kai kurių susidarė antriniai burbulai. Gali būti, kad burbulai buvo labai reti, labai toli vienas nuo kito. Bet gali būti ir taip, kad jie buvo išsidėstę tankiai, tarsi putose.
Bet štai kas įdomiausia: kiekvienas burbulas buvo Visata. Šitaip vertinant, mūsų pačių Visata yra vienas iš burbulų putotoje burbulų-visatų jūroje.
Tokia yra multivisatos hipotezės santrauka.
Pasakaitė neprasta, o, kaip sako fizikai, ji ir moksliškai motyvuota – ne šiaip išgalvota, bet kylanti iš to, ką manome žiną apie kosminę infliaciją.
Kosminė infliacija nėra visuotinai priimta koncepcija – dauguma ciklinių Visatos modelių šiai idėjai prieštarauja. Tačiau infliacija yra dominuojanti Visatos labai ankstyvo vystymosi laikotarpio teorija, be to, ją patvirtina ir kai kurie stebėjimų duomenys.
Infliacijos teorija byloja, jog akimirką po Didžiojo sprogimo Visata plėtėsi labai greitai – taip greitai, kad erdvė, anksčiau matuota nanometrais, vos per trilijoninę trilijoninės trilijoninės sekundės dalį išsiplėtusi iki ketvirčio milijardo šviesmečių. Sunkiai suvokiama idėja, bet ji galėtų paaiškinti kai kuriuos sunkiai paaiškinamus astrofizikinių stebėjimų duomenis.
Manoma, jog infliacijos variklis yra infliacijos laukas, kurį dar galima vadinti ir vakuumo energija. Postuluojant, kad infliacijos laukas egzistuoja, labai sunku išvengti pasakojimo, kuris prasidėtų nuo frazės „Iš pradžių buvo vakuumas...“. Štai čia infliacijos teorijoje ir atsiranda prieštaravimų – kai ji pradeda postuluoti daugybės visatų egzistavimą.
Multivisatos teorijos šalininkai tikina, kad tai yra infliacijos pasakojimo kitas logiškas žingsnis. Oponentai tikina, jog tai ne fizika, o jau metafizika – kad tai yra ne toks mokslas, kurį galima būtų patikrinti eksperimentu. Galų gale, bet kokia fizikos teorija išgyvena arba išnyksta tik dėl to, kad galima surinkti ją patvirtinančius arba paneigiančius duomenis.
Būtent šio darbo – multivisatos teorijos perkėlimo iš metafizikos į fizikos sritį – ėmėsi Matthew Johnsonas iš Perimetro teorinės fizikos instituto: jis, kartu su kolega Luisu Lehneriu, ieško būdų multivisatos teoriją tvirtai perkelti į patikrinamo mokslo pasaulį.
„Būtent tam skirta visa mūsų tyrimo programa. Bandome išsiaiškinti, kokios būtų patikrinamos tokios teorijos prognozės, o tuomet imtumėmės įrodymų paieškos“, - tikina fizikas.
Kalbant konkrečiau, M. Johnsonas daugiausiai vilčių deda į retus atvejus, kuomet mūsų Visatos burbulas galėtų susidurti su kitais burbulais. Jis nurodo tokius savo darbo žingsnius: „Modeliuojame visą Visatą. Pradedame nuo multivisatos su dviem burbulais, kompiuteryje įvykdome šių burbulų susidūrimą ir aiškinamės, kas vyksta. O tuomet į įvairias burbulo vietas pastatome virtualų stebėtoją ir užduodame klausimą – ką iš to taško matytų stebėtojas?“
Visos Visatos (ir netgi dviejų) modeliavimas atrodo kaip be galo sudėtinga užduotis. Tačiau taip nėra.
„Modeliuoti Visatą paprasta“, - tikina M. Johnsonas. Jis tikina, kad modeliuojant nebūtina atsižvelgti į kiekvieną atomą, kiekvieną žvaigždę ar net kiekvieną galaktiką – iš tiesų neatsižvelgiama nė į vieną iš jų.
„Modeliuojame tik paties didžiausio masto objektus. Viskas, ko man reikia – tai gravitacija ir tai, iš ko sudaryti tie burbulai. Dabar esame tokiame taške, kuomet, jeigu turite patinkantį multivisatos modelį, galėčiau jį įkišti į kompiuterį ir pasakyti, ką turėtumėte matyti“, - pasakojo fizikas.
Tai – nedidelis žingsnelis link kompiuterinio modeliavimo programos, tačiau didelis šuolis multivisata grįstai kosmologijai. Nustatant patikrinamas prognozes, multivisatos modelis peržengia ribą tarp gražių pasakaičių ir realaus mokslo.
Kaip teikia M. Johnsonas, jo tyrimų programa jau pasiekė tašką, kuomet jis gali atmesti tam tikrus multivisatos modelius: „Jau galime pasakyti, kurie modeliai prognozuoja kažką, ką galėtume pamatyti, o kadangi to iš tiesų nematome, tai tuos modelius galime atmesti“.
Pavyzdžiui, vienos Visatos burbulo susidūrimas su kitu, pasak M. Johnsono, danguje sukurtų diską – apskritą randą kosmoso mikrobangų fone. Tai, jog tokio disko paieškos iki šiol buvo bevaisės, reiškia, jog modeliai, aprašantys tokį burbulų susidūrimo scenarijų, veikiausiai nėra teisingi.
Dabar mokslininkai bando išsiaiškinti, kokių kitokių pėdsakų gali palikti dviejų visatų burbulų susidūrimas. Kaip savo moksliniame darbe teigia fizikai, tai yra pirmas kartas, kuomet bandoma pateikti visatų burbulų susidūrimo stebimų požymių kiekybinių prognozių rinkinį. Ir nors kol kas jokių požymių nėra atrasta, kai kurių dar galima paieškoti.
Svarbiausias šio darbo rezultatas bus koncepcijos patikrinimas: jis parodys, ar multivisatos teoriją įmanoma patikrinti. Kitaip tariant, žinosime, ar galėsime su įsitikinimu pasakyti, jog gyvename Visatos burbule.
Kiekviename burbule buvo kitas vakuumas, mažesnės energijos, tačiau vis dar gana energingas. Dėl šios energijos burbulai plėtėsi. Galų gale kai kurie burbulai susidūrė. Tikėtina, kad iš kai kurių susidarė antriniai burbulai. Gali būti, kad burbulai buvo labai reti, labai toli vienas nuo kito. Bet gali būti ir taip, kad jie buvo išsidėstę tankiai, tarsi putose.
Bet štai kas įdomiausia: kiekvienas burbulas buvo Visata. Šitaip vertinant, mūsų pačių Visata yra vienas iš burbulų putotoje burbulų-visatų jūroje.
Tokia yra multivisatos hipotezės santrauka.
Pasakaitė neprasta, o, kaip sako fizikai, ji ir moksliškai motyvuota – ne šiaip išgalvota, bet kylanti iš to, ką manome žiną apie kosminę infliaciją.
Kosminė infliacija nėra visuotinai priimta koncepcija – dauguma ciklinių Visatos modelių šiai idėjai prieštarauja. Tačiau infliacija yra dominuojanti Visatos labai ankstyvo vystymosi laikotarpio teorija, be to, ją patvirtina ir kai kurie stebėjimų duomenys.
Infliacijos teorija byloja, jog akimirką po Didžiojo sprogimo Visata plėtėsi labai greitai – taip greitai, kad erdvė, anksčiau matuota nanometrais, vos per trilijoninę trilijoninės trilijoninės sekundės dalį išsiplėtusi iki ketvirčio milijardo šviesmečių. Sunkiai suvokiama idėja, bet ji galėtų paaiškinti kai kuriuos sunkiai paaiškinamus astrofizikinių stebėjimų duomenis.
Manoma, jog infliacijos variklis yra infliacijos laukas, kurį dar galima vadinti ir vakuumo energija. Postuluojant, kad infliacijos laukas egzistuoja, labai sunku išvengti pasakojimo, kuris prasidėtų nuo frazės „Iš pradžių buvo vakuumas...“. Štai čia infliacijos teorijoje ir atsiranda prieštaravimų – kai ji pradeda postuluoti daugybės visatų egzistavimą.
Multivisatos teorijos šalininkai tikina, kad tai yra infliacijos pasakojimo kitas logiškas žingsnis. Oponentai tikina, jog tai ne fizika, o jau metafizika – kad tai yra ne toks mokslas, kurį galima būtų patikrinti eksperimentu. Galų gale, bet kokia fizikos teorija išgyvena arba išnyksta tik dėl to, kad galima surinkti ją patvirtinančius arba paneigiančius duomenis.
Būtent šio darbo – multivisatos teorijos perkėlimo iš metafizikos į fizikos sritį – ėmėsi Matthew Johnsonas iš Perimetro teorinės fizikos instituto: jis, kartu su kolega Luisu Lehneriu, ieško būdų multivisatos teoriją tvirtai perkelti į patikrinamo mokslo pasaulį.
„Būtent tam skirta visa mūsų tyrimo programa. Bandome išsiaiškinti, kokios būtų patikrinamos tokios teorijos prognozės, o tuomet imtumėmės įrodymų paieškos“, - tikina fizikas.
Kalbant konkrečiau, M. Johnsonas daugiausiai vilčių deda į retus atvejus, kuomet mūsų Visatos burbulas galėtų susidurti su kitais burbulais. Jis nurodo tokius savo darbo žingsnius: „Modeliuojame visą Visatą. Pradedame nuo multivisatos su dviem burbulais, kompiuteryje įvykdome šių burbulų susidūrimą ir aiškinamės, kas vyksta. O tuomet į įvairias burbulo vietas pastatome virtualų stebėtoją ir užduodame klausimą – ką iš to taško matytų stebėtojas?“
Visos Visatos (ir netgi dviejų) modeliavimas atrodo kaip be galo sudėtinga užduotis. Tačiau taip nėra.
„Modeliuoti Visatą paprasta“, - tikina M. Johnsonas. Jis tikina, kad modeliuojant nebūtina atsižvelgti į kiekvieną atomą, kiekvieną žvaigždę ar net kiekvieną galaktiką – iš tiesų neatsižvelgiama nė į vieną iš jų.
„Modeliuojame tik paties didžiausio masto objektus. Viskas, ko man reikia – tai gravitacija ir tai, iš ko sudaryti tie burbulai. Dabar esame tokiame taške, kuomet, jeigu turite patinkantį multivisatos modelį, galėčiau jį įkišti į kompiuterį ir pasakyti, ką turėtumėte matyti“, - pasakojo fizikas.
Tai – nedidelis žingsnelis link kompiuterinio modeliavimo programos, tačiau didelis šuolis multivisata grįstai kosmologijai. Nustatant patikrinamas prognozes, multivisatos modelis peržengia ribą tarp gražių pasakaičių ir realaus mokslo.
Kaip teikia M. Johnsonas, jo tyrimų programa jau pasiekė tašką, kuomet jis gali atmesti tam tikrus multivisatos modelius: „Jau galime pasakyti, kurie modeliai prognozuoja kažką, ką galėtume pamatyti, o kadangi to iš tiesų nematome, tai tuos modelius galime atmesti“.
Pavyzdžiui, vienos Visatos burbulo susidūrimas su kitu, pasak M. Johnsono, danguje sukurtų diską – apskritą randą kosmoso mikrobangų fone. Tai, jog tokio disko paieškos iki šiol buvo bevaisės, reiškia, jog modeliai, aprašantys tokį burbulų susidūrimo scenarijų, veikiausiai nėra teisingi.
Dabar mokslininkai bando išsiaiškinti, kokių kitokių pėdsakų gali palikti dviejų visatų burbulų susidūrimas. Kaip savo moksliniame darbe teigia fizikai, tai yra pirmas kartas, kuomet bandoma pateikti visatų burbulų susidūrimo stebimų požymių kiekybinių prognozių rinkinį. Ir nors kol kas jokių požymių nėra atrasta, kai kurių dar galima paieškoti.
Svarbiausias šio darbo rezultatas bus koncepcijos patikrinimas: jis parodys, ar multivisatos teoriją įmanoma patikrinti. Kitaip tariant, žinosime, ar galėsime su įsitikinimu pasakyti, jog gyvename Visatos burbule.
(45)
(2)
(43)