Науката през 2015: Докосване до други вселени (II част)

Черните дупки водят към други вселени

Известният британски астрофизик Стивън Хокинг заяви, че е открил решение на стария теоретичен проблем, свързан със съществуването на черните дупки, съобщи Space.com.

Според общата теория на относителността на Айнщайн всяка информация за обекта, падащ в черна дупка, се губи, но това противоречи на законите на квантовата механика, твърдящи, че информацията не изчезва.

Хокинг, съвместно с колегите си от Кеймбриджкия и Харвардския университет, е стигнал до извода, че квантовомеханичната информация не изчезва в недрата на черната дупка. Той твърди, че тази информация се кодира в двуизмерна холограма на границата на черната дупка – на хоризонта на събитията. Според учения информацията за падащия обект продължава да се съхранява в така наречените супертранслация.

„Идеята е, че супертранслацията е холограма на падащите частици. Те съдържат цялата информация, която в противен случай би могла да бъде загубена“, казва Хокинг. Тази информация се излъчва във вид на квантови флуктуации, които поражда черната дупка, „в хаотична, безполезна форма“. „За всички практически цели тази информация е безполезна“, добавя ученият.

Освен това, обяснява Хокинг, откритото от него лъчение е способно да извежда тази информация. Ако черната дупка е достатъчно голяма и се върти, тя може дори да пренася информацията в друга вселена, казва ученият.

Но няма връщане назад към нашата Вселена. „Така че за съжаление няма да летя в Космоса, макар да ми харесва тази идея“, заключава физикът.

Свръхсветлинни пътешествия са възможни

Свръхсветлинните космически пътешествия между галактиките отдавна са основна тема на научната фантастика, но астрофизикът проф. Герейнт Люис (Geraint Lewis) смята, че те са напълно възможни, пише ABC News.

Проф. Люис от университета на Сидни казва, че футуристичната концепция е била фантастична част от теорията на относителността на Алберт Айнщайн.

„Формулата на Айнщайн показва, че вие можете да огънете и деформирате пространството, за да се движите във Вселената с всякаква скорост“, казва той.

„Това теоретично е възможно, но ще можем ли някога да построим двигател, с който да развиваме скорости, превишаващи светлинната? Има теории, че във Вселената трябва да съществуват материали за създаването на такъв двигател, но ще можем ли да ги получим някога и да го построим, все още не знаем.“

Проф. Люис казва, че изобретяването на такъв двигател би означавало човечеството да може да се разсели по Вселената с огромна скорост.

„Но големият проблем се състои в това, че дори отчитайки скоростта на светлината, която е триста хиляди километра в секунда, разстоянията във Вселената така или иначе са огромни. Така че, пътешествайки със скоростта на светлината, ще са ни необходими четири години, за да стигнем най-близката до нас звезда, и два милиона години, за да се доберем до най-близката голяма галактика“, обяснява ученият.

„Тези разстояния ограничават колонизацията на Вселената. Необходим ни е начин за преодоляване на скоростната бариера и теорията на относителността на Айнщайн ни го дава.

Но за достигането на далечни галактики няма да са достатъчни обикновени ракетни двигатели. Вместо да се построи свръхмощен двигател, учените първо трябва да открият материал, притежаващ отрицателна енергийна плътност.

Празното пространство само по себе си има отрицателна енергийна плътност. Но въпросът е в това, ще можем ли да извлечем тази енергия и да я използваме и ние просто не знаем възможно ли е това“, казва проф. Люис.

В същото време той признава идеята теоретично, и добавя, че „повечето науки изначално са смятани за теоретични идеи, пък после са ставали реални“.

„Просто погледнете на работата на Нютон с 400-годишна давност, и дори на хората, работещи в областта на квантовата физика преди сто години. Техните постижения и работи са актуални и днес, а са започнали всъщност като мечти.

Теорията на Айнщайн е вече на сто години и ние сме засегнали едва малка нейна част.

Смятам, че в близките сто или хиляда години ще разберем много повече за Вселената и възможно, високоскоростните космически пътешествия между галактиките ще бъдат осъществими.“

Първичната супа на Вселената

Учените, работещи с Големия адронен колайдер, са успели да създадат изключително малки порции кварк-глуонна плазма в хода на сблъсъци между протони и оловни йони.

Тя се оказала неочаквано „течна“ по своите физически свойства, става ясно от статия, публикувана в сп. Physical Review Letters.

Кварк-глуонната плазма се смята за аналог на състоянието, в което материята на Вселената се е намирала няколко мига след Големия взрив. Нейните съставки – кварки и глуони – много силно взаимодействат помежду си, което отличава тази плазма от газовете, чиито частици взаимодействат слабо“, обяснява Цюан Ван (Quan Wang) от университета на Канзас в Лорънс (САЩ).

Ван и колегите му провели експерименти на Големия адронен колайдер, сблъсквайки протони с тежки йони – атоми на злато, олово и други метали. Продуктите от тези сблъсъци се изучавали с помощта на детектора CMS и след това се анализирали от суперкомпютър.

За голямо учудване на физиците сблъсъците на протони и тежки вещества често водело до появата на микроскопични „облачета“ от кварк-глуонна плазма – „супа“ от кварки и глуони от разрушените протони и неутрони, нагрети до невъобразимо високи температури – около четири трилиона градуса по Целзий.

По своята природа тази субстанция повече прилича на течност, отколкото на газ, тъй като нейните частици доста по-силно взаимодействат помежду си, отколкото йоните и електроните в класическата плазма.

Както се надяват учените, бъдещото изучаване на необичайните свойства на тези микрокапки ще им позволи да разкрият тайните на раждането на Вселената и да разберат как се образува тази плазма.

Времето тече наобратно в черна дупка

Знаем, че черните дупки имат необичайни свойства, като например това, че не допускат нищо, дори светлината, да избяга от тях. По-малко познато, но също толкова необичайно, е свойството на черните дупки да „знаят“ какво ще се случи в бъдещето. Това свойство се дефинира с разбирането ни за черните дупки.

В изследване, публикувано във Physical Review Letters, Рафаел Бусо (Raphael Bousso) от Калифорнийския университет в Бъркли и Нета Енгелхарт (Netta Engelhardt) от Калифорнийския университет в Санта Барбара са представили нов закон, свързан с общата теория на относителността, който е базиран върху разбирането на черните дупки като извити геометрични обекти, наречени „холографски екрани“.

„Така наречената телеология на хоризонта на събитията на черните дупки е средство, с което физиците обясняват самия хоризонт на събитията – той се отнася към безкрайно разтегленото бъдеще, така че по дефиниция той „знае“ цялата съдба на Вселената“, казва Енгелхарт.

„В общата относителност хоризонтът на събитията  на черна дупка не може да бъде наблюдаван от физически наблюдател, намиращ се в крайно (спрямо безкрайно) време. Също така черната дупка не е същество, което да осъзнава, че „знае“ бъдещето на Вселената, така че това просто се явява удобен начин да обясняваме черните дупки.“

„Това е едно от свойствата на тези холографски екрани – те не страдат от тези странни свойства, чрез които се обясняват черните дупки.“

Новият закон гласи, че зоната на бъдещите холографски екрани винаги се увеличава в една посока, а зоната на миналите холографски екрани винаги се увеличава в друга (различна) насока. Законът може да има доста интересни интерпретации, ако бъде наблюдаван от гледна точка на термодинамиката, с използването на идеята, че пространство-времето е холограма.

Според холографския принцип количеството информация или ентропия в дадено място е свързано с повърхността на това място. Ако интерпретираме тази зона като граница на ентропията, законът ще показва посоката не термодинамичното време (различно е от математическото време).

Зоната на бъдещите и миналите холографски екрани се увеличава в различни посоки и заради това посоката на времето винаги е различна. В миналите холографски екрани времето върви напред. Разширяващите се вселени като нашата разчитат на минали холографски екрани и затова осъзнаваме времето като минаващо напред.

Но в бъдещите холографски екрани термодинамичното време върви назад.  Накратко това означава, че времето върви назад в черни дупки и в умиращи вселени.

„Законът ни е издържан, без намесата на квантовите ефекти. В бъдеще се надяваме да създадем по-общ закон, който ще работи и при наличието на определени квантови ефекти“, завършва Енгелхарт.

Животът е почти връстник на Земята

Изследователи са установили, че животът на нашата планета е възникнал преди 4,1 млрд. години – тоест практически веднага след като младата планета е изстинала. Преди 20 години никой не би повярвал в това.

Геохимици от Калифорнийския университет в Лос Анджелис са намерили доказателства, че животът на Земята е съществувал преди 4,1 млрд. години, което е с 300 милиона по-рано, отколкото се смяташе преди. Нашата планета се е формирала преди 4,54 млрд. години и по този начин се получава, че животът на нея се е зародил практически веднага.

Преди двадесет години никой нямаше да повярва в такава новина. Дори фактът, че животът е съществувал преди 3,8 млрд. години, беше шокиращ – разказва съавторът на изследването, професорът по геохимия от Калифорнийския университет Марк Харисън (Mark Harrison). – Съдейки по всичко, животът на Земята се е появил практически мигновено. При наличието на подходящи съставки това се случва много бързо.“

Новото изследване води до невероятни изводи. Преди всичко сега е очевидно, че вероятността от зараждане на живота на планета с подходящи условия е много висока. Това дава надежда за откриване на повече обитаеми планети в нашата галактика.

Втората добра новина е, че животът е много устойчив. От резултатите на Харисън става ясно, че животът на нашата планета се е появил преди повече от 3,9 млрд. години, тоест преди масивната метеоритна и кометна бомбардировка на вътрешната част на Слънчевата система.

Учените са стигнали до извода, че преди 4,1 млрд. години Земята далеч не е била суха, кипяща от огън планета. По-скоро тя е била близо до съвременната планета, затова животът се е появил много бързо, но еволюцията в първите фотосинтезиращи форми е отнела много милиони години.

И все пак Вселената е удивително проста

Нашата Вселена всъщност е удивително проста – неоправдано сложни са нашите космологични теории, твърди един от водещите физици теоретици в света.

Такъв извод може да изглежда нелогичен – в края на краищата, за да разберем истинската сложност на Природата, е необходимо да мислим по-широко, да изучаваме нещата в по-големи и по-малки мащаби, да добавяме нови променливи в уравненията, да измисляме „нова“ и „екзотична“ физика, пише LiveScience.

Някой ден ще изясним какво е тъмната материя, ще получим представа къде се крият гравитационните вълни – само ако нашите теоретични модели станат по-развити и по… сложни.

Това не е така, казва Нийл Търок (Neil Turok), директор на Института за теоретична физика „Периметър“ в Онтарио, Канада. Вселената – от най-големите до най-малките мащаби – всъщност ни казва, че е удивително проста. Но за да осъзнаем това в пълна степен, ни е необходима революция във физиката.

В интервю за Discovery Търок отбелязва, че най-големите открития от последните десетилетия са потвърдили структурата на Вселената на космологични и квантови мащаби.

„На големи мащаби сме съставили карта на цялото небе – космическия микровълнов фон – и сме измерили еволюцията на Вселената, процеса на нейното изменение, процеса на нейното разширение… и тези открития показват, че Вселената е удивително проста – казва той. – С други думи, вие можете да опишете структурата на Вселената, нейната геометрия, плътността на материята само с едно число.“

Най-невероятният извод е, че да се опише геометрията на Вселената само с едно число, е по-просто, отколкото да се опише числено най-простият от известните ни атоми – атомът на водорода.

„Това ни говори, че Вселената е гладка, но има една малка степен на колебания, която се описва с това число. И това е. Вселената е най-простото нещо, което познаваме.“

Първо доказателство за други вселени?

Светлината, излъчена от водорода малко след Големия взрив, е оставила мистериозни ярки петна в Космоса. Възможно ли е те да са доказателство за сблъсък с други вселени?

Завесата на ръба на Вселената може би се разкъсва, показвайки, че зад нея има нещо. Данните, предоставени от апарата на ЕКА Планк, може би ни позволяват за първи път да зърнем следи от други вселени, които са се опирали в нашата.

Това е временното заключение от анализа на Ранга-Рам Чари (Ranga-Ram Chary), който е изследовател в американския център за данни от Планк в Калифорния. На картата на космическия микровълнов фон (CMB) Чари открил необичайно сияние, което може да е резултат от вливане на материя от друга вселена.

Вместо да гледа самия микровълнов фон, Чари извадил модел на фона от изображението на „Планк“ и след това премахнал всичко – звезди, газ и космически прах. След такова пречистване не би трябвало да остане нищо друго освен шум. Но в определен честотен диапазон разпръснати петна в небето изглеждат много по-ярки, отколкото трябва. Ако предположенията на Чари се окажат верни, то това са следи от ранен сблъсък с друга вселена от Мегавселената.

Тези петна, изглежда, идват от времето, когато Вселената ни е била само на няколкостотин хиляди години, точно когато протоните и електроните са обединили сили в създаването на водород, който излъчва светлина в ограничен цветови спектър.

Едно вълнуващо обяснение е, че протони и електрони (или техен аналог) от друга вселена са попаднали в нашата в резултат на сблъсъка. Това е направило светлината от рекомбинирането много по-ярка. Ако Чари е прав, другата вселена, която е участвала в сблъсъка, притежава приблизително 1000 пъти повече такива частици от нашата.

Втори Хигс бозон на Адронния колайдер?

В края на годината физиците на Големия адронен колайдер обявиха откриването на разпад на тежка частица на два гама-фотона с маса около 700 гигаелектронволта. Находката на учените може да сочи съществуването на втори Хигс бозон, предсказван от суперсиметричните разширения на Стандартния модел.

За възможното откритие на Големия адронен колайдер съобщи израелският астрофизик Марио Ливио на своята страница във Facebook и акаунта си в Twitter. Разпадът е открит едновременно от колаборациите CMS (Compact Muon Solenoid) и ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS).

Потвърждението на информацията, представена от Ливио и други физици, може да означава наличието на скаларна частица с маса около 700 гигаелектронволта и излизането на учените извън пределите на Стандартния модел.

Съвременните теории, например минималният суперсиметричен стандартен модел, предсказват съществуването на такива частици. Тяхна роля играят допълнителни Хигс бозони (освен открития през 2012 бозон с маса около 125 гигаелектронволта).

Заявлението на физиците от колаборациите ATLAS и CMS за потенциалното откритие на новата физика тутакси накара техните колеги по цял свят да публикуват почти сто научни изследвания, посветени на свойствата на откритата на Големия адронен колайдер необичайна частица, съобщи Nature.

През 2016 година остава само да следим развитието на събитията и новите открития на колайдера.