Вечера науки

starshinazapasa — 13.07.2015 "В начале времен Вселенная была абсолютно симметрична. Если бы в то время кто-нибудь оказался там, он мог бы свободно и без труда пройти через любое из десяти измерений. В то время гравитация, а также силы слабого, сильного и электромагнитного взаимодействий были объединены теорией суперструн. Вся материя и взаимодействия были компонентами одного и того же струнного мультиплета. Но эта симметрия просуществовала недолго. Десятимерная Вселенная, несмотря на абсолютную симметричность, была нестабильна, совсем как натянутая простыня, и находилась в состоянии ложного вакуума. Следовательно, туннелирование в низкоэнергетическое состояние было неизбежно. Когда туннелирование наконец произошло, начался фазовый переход, сопровождающийся утратой симметрии.

Для того чтобы понять, как происходит туннелирование, представьте себе что вы пытаетесь застелить простыней огромную кровать. Такая натяжная простыня с резинками. Однако она слишком мала, и вам приходится натягивать эластичные резинки на углы матраса по очереди. Наконец простыня расправлена и закреплена по всем четырем углам кровати. Но натяжение слишком велико, одна резинка соскакивает со своего угла, простыня скручивается.

Этот процесс называется нарушением симметрии. Гладко натянутая простыня обладает высокой степенью симметрии. Кровать можно вертеть вокруг любой оси на 180°, а вид простыни не изменится. Это высокосимметричное состояние называется ложным вакуумом. Несмотря на то что ложный вакуум выглядит вполне симметричным, он нестабилен. Простыня не желает оставаться в таком растянутом состоянии. Напряжение слишком велико, уровень энергии чересчур высок. Затем одна резинка соскакивает, и простыня скручивается. Симметрия нарушена, простыня перешла в низкоэнергетическое и менее симметричное состояние.

Вселенная разделилась на четырех- и шестимерную Вселенные. Шесть измерений свернулись, как скручивается простыня. Но обратите внимание: простыня может скрутиться четырьмя способами в зависимости от того, какой угол соскочит первым. А десятимерная Вселенная способна свернуться миллионами разных способов.


Представим себе обычный кубик льда, лежащий в скороварке у нас на кухне. Что будет с кубиком льда, если мы нагреем его до триллионов триллионов градусов?

Сначала он тает и превращается в воду. Происходит фазовый переход. Нагреваем воду, пока она не закипит. Она проходит еще одно фазовое превращение — в пар. Продолжаем нагревать пар до высоких температур. В конце концов молекулы воды распадаются. Энергия молекул превосходит энергию связей между ними, и они распадаются на элементарный водород и газообразный кислород.

Продолжаем нагревание, доводим температуру до 3000 К и выше, пока атомы водорода и кислорода не начнут распадаться. Электроны отрываются от ядра, у нас появляется плазма (ионизированный газ), которую часто называют четвертым агрегатным состоянием вещества. Хотя получение плазмы не относится к обыденным впечатлениям, мы видим ее каждый раз, когда смотрим на солнце. В сущности, плазма — самое распространенное состояние материи во Вселенной.

Продолжаем нагревать плазму до 1 млрд кельвинов, пока не начнут распадаться ядра кислорода и водорода. Мы получим «газ» из отдельных нейтронов и протонов, подобный содержимому нейтронной звезды.

Если нагреть нуклонный «газ» еще сильнее, до 10 трлн кельвинов, эти субатомные частицы превратятся в обособленные кварки. У нас получится газ из кварков и лептонов (электронов и нейтрино).

Если мы нагреем этот газ до 1 квадрильона кельвинов, силы электромагнитного и слабого взаимодействия объединятся. При 10 в 28 степени К силы электромагнитного и сильного взаимодействий объединяются, появляются симметрии теорий Великого объединения.

Наконец, при баснословных 10 в 32 ст. К гравитация объединяется с силой теорий Великого объединения, и появляется вся симметрия десятимерных суперструн. Теперь у нас есть суперструнный газ. К этому моменту в скороварку попадет столько энергии, что геометрия пространства-времени наверняка начнет искажаться, многомерность пространства-времени изменится. Пространство вокруг нашей кухни вполне может стать нестабильным, в структуре пространства может образоваться прореха, в кухне появится «червоточина». В этот момент рекомендуется покинуть кухню.

Рассматривая этот процесс в обратном порядке, мы можем оценить Большой взрыв как последовательность различных этапов. Вместо того чтобы нагревать кубик льда, теперь охлаждаем сверхгорячее вещество Вселенной, проходя несколько этапов. С момента сотворения мы прошли следующие стадии эволюции Вселенной:

10-43 секунд. Десятимерная Вселенная распадается на четырех- и шестимерную. Шестимерная схлопывается до размера 10-32 см. Четырехмерная Вселенная стремительно расширяется. Температура 10 в 32 К.

10-35 секунд. Разрушается взаимодействие теорий Великого объединения; сильное взаимодействие уже не объединено с электромагнитным и слабым. Крошечная песчинка в большей Вселенной увеличивается в 10 в 50 ст. раз и в конце концов становится нашей видимой Вселенной.

10-3 секунд. Кварки начинают конденсироваться, образуя нейтроны и протоны. Температура приблизительно 10 в 14 К.

3 минуты. Протоны и нейтроны уже сконденсированы и образовали стабильные ядра. Энергии беспорядочных столкновений не хватает для разрушения возникающих ядер. Пространство по-прежнему остается непрозрачным для света, так как ионы недостаточно хорошо переносят его.

300 тыс. лет. Вокруг ядер скапливаются электроны. Начинается образование атомов. Поскольку свет уже не рассеян и не поглощен, Вселенная становится прозрачной для него, а космические пространства — черными.

3 млрд лет. Появляются первые квазары.

5 млрд лет. Появляются первые галактики.

10–15 млрд лет. Рождается Солнечная система. Через несколько миллиардов лет после этого на Земле появляются первые формы жизни.

Почти непостижимым выглядит то, что мы, разумные приматы с третьей планеты в системе мелкой звезды в мелкой галактике, сумели реконструировать историю нашей Вселенной почти с момента ее рождения, когда температура и давление превосходили все величины, которые можно встретить в Солнечной системе. Тем не менее именно эту картину нам открывает квантовая теория слабого, электромагнитного и сильного взаимодействий".

Даже несмотря на то, что законы физики допускают существование ВВХ, этот мир все равно удивительно невероятен.
У меня вечера науки, короче
"Гиперпространство"
Митио Каку

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив