"Млечный Путь, Xxi век", No 1 (38), 2022

Шимон Давиденко Наука - с разных сторон

Сверхновые и жизнь на Земле

Нил Патель

Космические явления могут иметь большое влияние на формы жизни, возникающие на Земле. Наиболее очевидным пример: падение метеорита, случайно уничтожившего три четверти растительной и животной жизни планеты.

Но иногда космические явления делают что-то гораздо более странное.

Ученые предполагают, что серия взрывов далеких сверхновых звезд, случившаяся миллионы лет назад, могла помочь ранним предкам человека научиться ходить прямо.

Как получилось, что группа звезд, катастрофически взорвавшихся где-то в другом месте, могла привести к прямохождению у Homo sapiens? Адриан Мелотт, астрофизик из Канзасского университета, большую часть своей карьеры занимается изучением сверхновых. Несколько лет назад исследователи обнаружили залежи железа-60d по всему миру, что намекает на то, что определенная группа сверхновых взорвалась на примерно одинаковом расстоянии от Солнечной системы в один и тот же период времени. Исследовав древние отложения, ученые определили, что излучение этих сверхновых достигло Земли 8 миллионов лет назад, а пик этой энергии пришелся на 2,6 миллиона лет назад.

Мелотт и его коллеги связывают это явление с активностью, произошедшей в 123 световых годах от нас, в области, называемой Местным пузырем. Это область горячего газа, которая выглядит так, будто газ был выброшен серией сверхновых. Первоначальные массы взорвавшиеся звезд были, вероятно, в девять раз больше массы Солнца.

"Мы решили задать вопрос: каковы вероятные последствия этих сверхновых?" - говорит Мелотт.

Влияние взрывов сверхновых на Землю изучено недостаточно. Первые статьи, посвященные этому вопросу, были опубликованы в 1950-х годах, и в них основное внимание уделялось тому, могли ли близлежащие взрывы вызвать или спровоцировать массовые вымирания на планете.

В статье Мелотта сделан акцент на том, могли ли умеренно удаленные сверхновые оказывать влияние на жизнь на планете. Сверхновая испускает космические лучи, и эта энергия может, например, вызывать колебания температуры.

Ученые подсчитали, что сверхновые испускают космические лучи с энергией до квадриллиона электрон-вольт. Обычно космические лучи не обладают энергией выше миллиарда электрон-вольт.

"Они в миллион раз более энергичны, чем те космические лучи, которые нас обычно бомбардируют", - говорит Мелотт.

Космические лучи от сверхновых могли ионизировать (электрически заряжать) частицы в атмосфере Земли вплоть до поверхности. Значит, было раз в 50 больше молний. И эти молнии могли вызвать волну лесных пожаров (о чем свидетельствует увеличение количества сажи и углеродистых отложений, соответствующее этому периоду времени). Эти лесные пожары, возможно, были причиной того, что многие леса в Северо-Восточной Африке сгорели. Превращение этих областей в саванны могло способствовать тому, что предки гоминидов научились прямохождению.

К сожалению, эта гипотеза не слишком точно вписывается в то, что мы уже знаем об эволюции человека.

"Это было написано людьми, которые не работают непосредственно с летописью окаменелостей", - говорит Эшли Хаммонд, помощник куратора отдела биологической антропологии в Американском музее естественной истории.

"2,6 миллиона лет назад, когда эти сверхновые достигли своего пика, предки гоминидов уже научились прямохождению".

Хаммонд считает, что если бы кто-то хотел связать сверхновые с эволюцией, было бы разумнее связать их не с прямохождением гоминидов, а с появлением рода Homo. Наше самое раннее появление в летописи окаменелостей датируется 2,8 миллионами лет назад. Более того, мы до сих пор не знаем, какие именно факторы ускорили появление прямохождения у предков человека. "Это все довольно активно обсуждается", - говорит Хаммонд.

"Вся наша идея сильно зависит от идеи о том, что космические лучи будут сеять молнии", - говорит Мелотт.

Нет сомнений, что авторы провели довольно интересную связь. Но консенсус ясен: если мы действительно собираемся выяснить, являются ли сверхновые звезды в Местном пузыре причиной того, что мы говорим и ходим прямо, нам понадобятся более осязаемые доказательства.

Откуда все взялось?

Этан Сигель

Один из самых больших экзистенциальных вопросов, который озадачивает человечество, заключается в следующем: "Откуда все это взялось?" После бесчисленных столетий простых размышлений ХХ век принес первые научные ответы на этот вопрос. Мы узнали, что далекие объекты во Вселенной разбегаются друг от друга: свидетельство того, что наша Вселенная расширяется. Мы обнаружили, что более далекие галактики кажутся более молодыми, менее массивными и с большей скоростью звездообразования: доказательство того, что наша Вселенная эволюционирует. И мы обнаружили почти однородный фон излучения: свидетельство раннего, горячего, плотного состояния.

Но у нашей Вселенной есть очень любопытное свойство, которое не все ценят. Если сложить массу и энергию всех частиц, содержащихся в видимой Вселенной, можно задать вопрос: "Насколько большим будет горизонт событий черной дыры с такой массой?" И ответ, как ни странно, очень близок к реальному размеру горизонта наблюдаемой Вселенной.

Согласно гипотезе Стивена Хокинга, каждый раз, когда возникает черная дыра в нашей Вселенной, это может породить "детскую Вселенную", доступную только наблюдателю, пересекающему горизонт событий черной дыры. Могла ли наша Вселенная быть порождена черной дырой, возникшей в какой-то "родительской Вселенной"?

Можно задать вопрос: если бы Вселенную сжать в точку, что бы произошло? Ответ: она образовала бы черную дыру. Радиус Шварцшильда черной дыры с массой наблюдаемой Вселенной почти в точности равен наблюдаемому размеру видимой Вселенной!

Если вы исследуете все свойства пространства за пределами горизонта событий черной дыры, от R до бесконечности, и сравните со всеми свойствами пространства внутри горизонта событий черной дыры, от R до 0, они идентичны в каждой точке. Все, что вам нужно сделать, это заменить расстояние r его обратным значением 1/r (или, точнее, заменить все r/R на R/r), и вы обнаружите, что внутренность черной дыры математически идентична внешнему виду черной дыры. Это почти то же самое, как если взять шар, который на 100% отражает - идеальное зеркало - вы заметите, что Вселенная, расположенная за пределами шара, теперь содержится, хотя и искаженно, в зеркальном отображении на поверхности сферы. Точно так же, как вся Вселенная, расположенная за пределами сферического зеркала, будет закодирована в отражении на поверхности зеркала. Возможно, то, что происходит внутри черной дыры, закодирует внутри совершенно новую Вселенную.

Черные дыры набирают массу по мере того, как в них падает материя, и распадаются, теряя массу под действием излучения Хокинга. Поскольку размер горизонта событий изменяется, возможно ли, что это меняет "энергию", присущую ткани пространства, для наблюдателя, находящегося внутри горизонта событий? Возможно, то, что мы воспринимаем как космическую инфляцию, означает создание нашей Вселенной из сверхмассивной черной дыры? Возможно ли, что темная энергия каким-то образом связана и с черными дырами? И значит ли это, что, поскольку астрофизические черные дыры образовались внутри нашей Вселенной, каждая из них порождает где-то внутри себя свою "детскую Вселенную"?

Эти предположения существуют уже много десятилетий, и, хотя у нас нет окончательного вывода, безусловно, есть убедительные математические доказательства такой связи.

Мы не знаем, была ли наша Вселенная рождена созданием черной дыры, но на данный момент это дразнящая возможность, которую было бы глупо исключать.

Живем ли мы во Вселенной без времени?

Оливер Луз

Ежедневно мы неизбежно сталкиваемся со временем. Это помогает нам организовать нашу жизнь, к лучшему или к худшему, и мы также привыкли делить наше ощущение времени на три основных блока: прошлое, настоящий момент и будущее. Время неразрывно связано с нашим повседневным опытом. Но насколько мы уверены в его существовании? Если бы нас попросили придумать определение времени, мы бы быстро сошлись на часах или других устройствах и явлениях, демонстрирующих неуклонно повторяющееся движение. Хотя эти инструменты предназначены для измерения времени, они не говорят нам, что такое время на самом деле. Имеет ли смысл говорить о времени, существующем независимо от часов?

Если мы ответим отрицательно, сделает ли это время менее универсальным? Действительно ли мы стираем время, удаляя все часы во Вселенной? Разве Вселенная не знала времени до появления первых часов, сделанных человеком? Если мы утверждаем, что время реально, существует ли оно объективно во Вселенной или является следствием сложной работы нашего мозга, пытающегося придать смысл окружающему миру?

Время отсчета

Поскольку понятие времени тесно связано с часами, давайте сначала углубимся в определение часов. По большому счету любое устройство, обладающее тремя основными характеристиками, может считаться часами:

оно имеет регулярные циклические узоры равной продолжительности (постоянная частота),

оно способно измерять эту периодическую активность и впоследствии отображать ее на выходном дисплее.

Повторяющиеся процессы, которые можно использовать для создания часов, включают вибрации кристалла кварца, колебания маятника, подпрыгивающие пружины, радиоактивный распад и повторение восходов солнца. То, что считается часами согласно этому описанию, распространяется - но не исключительно - на наручные часы, напольные часы, мобильный телефон, солнечные часы и атомные часы. Из этого определения исключены таймеры, секундомеры, календари, маятники и циркадные ритмы, то есть биологические и поведенческие ритмы с периодом продолжительности примерно 24 часа. В примере с кварцевыми часами батарея пропускает электричество через кристалл, заставляя его колебаться 32 768 раз в секунду - циклический образец равной продолжительности.

Схема часов - измерительная часть - ведет подсчет вибраций, производя один электрический импульс каждую секунду. Получив этот импульс, внутреннее двигательное устройство дает указание стрелкам часов тикать - выходной дисплей - что позволяет нам считывать время.

Приведенный пример подразумевает, что понятие секунды уже должно быть определено, чтобы кварцевые часы функционировали должным образом -часы не говорят нам, что такое время, а лишь измеряют его.

На самом деле Международная система единиц (система СИ) определяет секунду как "длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями невозмущенного основного состояния атома ???Cs". Для выполнения таких точных измерений нам нужны атомные часы. Это современное устройство для хронометража в основном состоит из взаимодействия шести лазеров, охлаждающих пакет атомов цезия (Cs) до температуры, близкой к абсолютному нулю, в результате чего резонатор, излучающий микроволны, слегка изменяет энергетические уровни атомов цезия (Cs). атомы - состояние атома с наименьшим энергетическим уровнем называется основным состоянием.

Когда другой лазер теперь направлен на атомы, они излучают свет в микроволновом диапазоне электромагнитного спектра - если разница энергий между двумя атомными состояниями совпадает с энергией падающего света, атом будет поглощать и повторно излучать свет - как следствие постоянного перехода атомов цезия между двумя незначительно различными энергетическими уровнями (называемыми сверхтонкими уровнями) в пределах своего основного состояния. Этот излучаемый свет обнаруживается, и, учитывая, что свет состоит из колеблющихся электромагнитных волн, свойство света, которое затем используется для определения секунды, - это период, т. е. время, которое требуется световой волне, чтобы преодолеть расстояние между двумя последовательными пиками волны. Расстояние это называется длиной волны.

Итак, секунда определяется как продолжительность 9,19 2 631 770 временных интервалов (периодов), связанных с обнаруженным светом, - имейте в виду, что приведенное выше определение секунды опирается на понятие времени, но не объясняет, что такое само время.

Почему мы связываем циклические паттерны со временем или с эволюцией времени? Существует ли время вне наших наручных часов и часов? Другими словами, является ли время существующей физической величиной, такой как масса и температура, или мы воображаем его из практических или экзистенциальных целей?

В погоне за определением

Несмотря на то, что некоторые физики-теоретики рассматривают время как иллюзию, например, Пол Вессон, который утверждает, что "время - это субъективное упорядочивающее устройство, изобретенное человеческим разумом для придания смысла воспринимаемому им миру", большинство физиков признает, что время существует. Тем не менее, пытаясь найти четкое определение времени в литературе по физике, мы чаще всего возвращаемся с пустыми руками.

Пришло время для новой теории

Одним из спорных моментов, который не позволяет сформулировать последовательное определение, является то, как время трактуется в двух самых успешных физических теориях прошлого века, а именно в квантовой механике и теории относительности Альберта Эйнштейна. В последней теории время не рассматривается как абсолютное или универсальное, по крайней мере, в двух отношениях: согласно специальной теории относительности, время относительно, поскольку скорость его течения зависит от того, насколько быстро человек движется в пространстве. С точки зрения неподвижного наблюдателя, время идет медленнее на часах того, кто движется с большей скоростью. Согласно общей теории относительности, время замедляется вблизи очень массивных объектов, таких как планеты, звезды и черные дыры, относительно далекого наблюдателя.

Вот почему время воспринимается (и измеряется) как более быстрое наверху здания по сравнению с нижним этажом, и почему спутники GPS должны учитывать этот эффект, чтобы функционировать должным образом. Теория относительности учит, что время и пространство следует рассматривать как динамические конструкции. Более того, это родственные понятия - в отличие от ньютоновской механики, где время и пространство существуют независимо друг от друга.

Общая теория относительности утверждает, что большие массы и высокие энергии искривляют пространство-время, и именно эта кривизна объясняет понятие гравитации. Напротив, время в квантовой механике не является относительным или динамическим. Эта теория описывает поведение атомных и субатомных частиц, такое как квантовая запутанность (мгновенная корреляция между квантовыми объектами независимо от расстояния между ними) и суперпозиция (способность существовать в двух разных физических состояниях одновременно). Для изучения эволюции таких квантовых систем время берет на себя роль априорно фиксированного параметра, внешней переменной, не зависящей от относительного положения или скорости наблюдателей, подобно абсолютному понятию времени в классической ньютоновской механике.

Проблема со временем более отчетливо проявляется на предельно малых расстояниях, поскольку квантовая механика говорит нам, что на этих масштабах соответствующие энергии становятся достаточно большими, чтобы кривизна пространства-времени, описываемая общей теорией относительности, стала существенной. Это означает, что хотя мы и живем в сферах квантовой механики, где время считается абсолютным, время следует одновременно рассматривать и как относительное в соответствии с теорией относительности.

Какое же оно на самом деле? Чтобы лучше понять концепцию времени, физики работают над проектом теории квантовой гравитации, целью которой является последовательное объединение квантовой механики с теорией относительности во всех масштабах энергии. Таким образом, окончательная теория, предположительно, сможет объяснить, что произошло в момент создания Вселенной, а также то, что происходит внутри черных дыр - две ситуации, в которых действуют как квантово-механические эффекты, так и гравитация.

Физики ведутся дебаты о том, действительно ли время существует на самой фундаментальной шкале реальности, или время каким-то образом появляется на этой шкале.

Другая причина, по которой трудно определить время, заключается в том, что физики не пришли к согласию: является ли время конечным или бесконечным. Это обсуждение связано с вопросами о происхождении и судьбе нашей Вселенной. Если вы предполагаете, что Вселенная возникла из пылинки небытия, тогда вы должны довольствоваться идеей, что время имело начало. Если вместо этого вы соглашаетесь с космологическими моделями, включающими мультивселенную, например, с теорией хаотической вечной инфляции или с циклическими моделями, согласно которым Вселенная постоянно расширяется (Большой взрыв) и сжимается (Большое сжатие), как это предлагается циклической теорией, придуманной Полом Стейнхардтом и Нилом Туроком - тогда нужно смириться с мыслью, что время не знает ни начала, ни конца.

Некоторые космологи, такие как Одри Митани и Александр Виленкин, не согласны с утверждением, что Вселенная простирается бесконечно в прошлое в инфляционных и циклических моделях, по той причине, что нарушаются определенные энергетические условия. Более того, физик Пол Дэвис утверждает: бесконечная Вселенная не может существовать, потому что в противном случае мы уже достигли бы состояния термодинамического равновесия, при котором во Вселенной больше ничего (включая жизнь) не происходит. Сглаживаются любые перепады температур - фатальным сценарием является так называемая тепловая смерть Вселенной.

Как бы то ни было, мы можем прийти к утверждению, что время - это количественная сущность, о которой мы можем знать и измерять ее эффекты или свойства только с помощью часов. Время в соответствии с этим операционным определением называется временем часов.

Это ничего не говорит о том, что такое время на самом деле, и поэтому природа времени остается от нас скрытой.

Некоторые физики указывают на определенную характеристику времени как на неопровержимое доказательство его существования. То есть именно направление, в котором течет время, так называемая стрела времени, утверждает, что время реально, поскольку эффективно отличает прошлое от будущего.

На самом деле было идентифицировано множество различных стрел времени. Одна из них следует из Второго закона термодинамики, согласно которому закрытая система всегда развивается из более упорядоченного состояния (более низкая энтропия) в менее упорядоченное (более высокая энтропия) - обычно энтропия относится к числу способов, которыми могут быть организованы микроскопические составляющие макроскопической системы, причем каждый раз состояние макроскопической системы остается неизменным. Именно эта фиксированная направленность беспорядка внутри замкнутой системы порождает термодинамическую стрелу времени.

Например, смешивание двух жидкостей не приводит к самопроизвольному разделению. Газ всегда рассеивается, пока не будет равномерно распределен по объему сосуда, в котором он содержится. Пепел сгоревшей книги не превращается обратно в оригинальную книгу.

Вторая стрела времени - космологическая, возникающая из-за того, что есть направление, в котором развивается Вселенная: она расширяется. Согласно стандартной космологической модели, Вселенная началась с бесконечно малой точки, называемой сингулярностью, и впоследствии прошла через период космической инфляции, во время которой расширялась с невообразимо высокой скоростью всего за долю секунды. С тех пор Вселенная расширяется, и современные данные убедительно свидетельствуют, что расширение ускоряется.

В соответствии со вторым законом термодинамики космологическая стрела времени, по-видимому, указывает, кроме того, на то, что Вселенная изначально находилась в состоянии низкой энтропии.

Еще две стрелы времени можно найти в волнах и излучении. Звуковые и водяные волны всегда исходят из источника и сферически удаляются от него; это называется лучистой стрелой времени.

Что касается электромагнитных волн (излучения), существует эффект замедления, поскольку они распространяются с фиксированной скоростью, то есть со скоростью света, так что мир, который мы видим, всегда отражает взгляд на прошлое. - это называется электромагнитной стрелой времени.

Затем существует стрела времени сингулярности, согласно которой одна первоначальная сингулярность, которая согласно общей теории относительности соответствует рождению нашей Вселенной, предшествует многим так называемым конечным сингулярностям в центре черных дыр. Из-за детерминистской характеристики общей теории относительности никакие новые исходные сингулярности не могут возникнуть - если они и возникают, то должны быть скрыты за горизонтом событий черных дыр, согласно принципу космической цензуры Хокинга.

Последняя стрела времени - квантовая. Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, акт выполнения измерения квантовой системы приводит к коллапсу волновой функции - эта функция представляет собой математическое выражение, содержащее информацию о состоянии конкретной квантовой системы. В результате система необратимо развивается от суперпозиции квантовых состояний к конечному, единственному измеряемому состоянию. При этом никакая информация о предшествовавших квантовых состояниях не может быть извлечена из конечного коллапсированного состояния.

Тем не менее, стрела времени в области физики остается спорной. Одна из главных проблем заключается в том, что фундаментальные законы физики не отражают асимметрию времени. Законы физики обратимы во времени и не различают прошлое, настоящее и будущее.

В качестве примера, все события в пространстве-времени в теории относительности имеют равный статус - это известно как идея Блочной Вселенной. Это означает, что событие в настоящий момент не менее особенно, чем какое-то событие, которое произошло двадцать лет назад или несколько лет назад, или событие, которое произойдет в следующем столетии.

Другими словами, если нет физического различия между прошлым, настоящим и будущим, то Вселенную, представленную пространством-временем, можно описать как статичную, поскольку в ней отсутствует какое-либо направление времени.

Так как же тогда объяснить существование стрелы времени? Имейте в виду, однако, что хотя слабые взаимодействия, которые являются одной из четырех фундаментальных сил в природе и ответственны за процессы распада субатомных частиц, действительно нарушают симметрию обращения времени, они не имеют отношения к макрофизике нашей повседневной жизни и, следовательно, не могут служить объяснительной физической основой для нашей воспринимаемой стрелы времени.

Отсутствие временной асимметрии в естественных законах физики, несмотря на то, что мы воспринимаем течение времени в макроскопическом мире от прошлого к будущему, еще больше запутывает понятие времени, делая составление четкого определения еще более запутанной задачей. Это приводит многих физиков к выводу, что течение времени, а не само время, является иллюзией.

Тем не менее, не все физики согласны с этой точкой зрения, в том числе Джордж Эллис и Джоан Ваккаро, которые включают стрелу времени в Блочную Вселенную, принимая во внимание необратимое во времени макрофизическое поведение и эмерджентные сложные системы, а также полагаясь на нарушения временной симметрии слабыми взаимодействиями. Модель, разработанную Эллисом, называют Эволюционирующей блочной Вселенной. Она представляет собой Вселенную, которая больше не статична, но способна расширяться в будущем.

Рис. В Блочной Вселенной (слева) все статично, тогда как в Эволюционирующей Блочной Вселенной (справа) будущая граница продолжает двигаться вверх во временном измерении, эффективно заставляя Блочную Вселенную увеличиваться в размерах.

Другим решением этой загадки является существование мультивселенной. Согласно этой гипотезе, наша Вселенная вместе с бесчисленным множеством других возникла из огромного пустого пространства. Таким образом, понятие симметрии времени и стрела времени больше не являются взаимоисключающими, поскольку время способно двигаться вперед в одних вселенных - таких, как наша - и назад в других, а мультивселенная в целом остается симметричной во времени, учитывая, что все стрелы времени статистически уравновешиваются.

Насколько глубоко время проходит сквозь основы реальности? Кажется, что мы только собираем больше вопросов о концепции времени вместо того, чтобы закрепить определение. Здесь можно задать следующие вопросы: действительно ли стрела времени предполагает существование времени или только подразумевает определенный порядок, в котором происходят определенные события и который может или не может быть подкреплен причинно-следственной связью?

Если течение времени не связано со временем, позволяет ли это нам утверждать, что время - иллюзия?

Кроме того, насколько мы можем быть уверены, что стрела времени, которую мы якобы воспринимаем, является частью фундаментальной структуры реальности?

Эти вопросы о природе времени лежат в основе другого спора в физике, в котором обычно предполагается, что само время реально, но физики расходятся во мнениях относительно того, является ли время фундаментальным или эмерджентным.

На микроскопическом (фундаментальном) уровне атомы и молекулы не являются ни твердыми (или мягкими), ни горячими (или холодными), но при уменьшении масштаба оказывается, что свойства твердости и температуры проявляются, исходя из совокупности отдельных компонентов. В том же духе физики, разделяющие идею возникновения времени, заявляют, что понятие времени не присутствует в глубинных корнях реальности, а возникает только на более высоком уровне описания, из взаимодействий между некоторыми более фундаментальными сущностями. В контексте квантовой гравитации Даниэле Орити, например, доказывает, что время эмерджентно, поскольку оно постепенно исчезает при сосредоточении внимания на более фундаментальных уровнях реальности. Говоря словами Клауса Кифера: "Мир принципиально вневременен".

Такие взгляды на возникновение времени в целом укрепляются в области исследований квантовой гравитации. Как указывает Шон Кэрролл: "Если квантовое состояние Вселенной подчиняется уравнению Уилера-ДеВитта (которое правдоподобно, но далеко не достоверно), время должно быть эмерджентным, а не фундаментальным".

Уравнение Уилера-ДеВитта объединяет квантовую механику и общую теорию относительности и не имеет никакого отношения к понятию времени. Энрико Прати также рассматривает вневременную основу природы и представляет структуру, которая связывает такую ??фундаментальную физику, лишенную времени, с макроскопическим измерением времени.

Чтобы еще больше поддержать идею эмерджентности, Екатерина Морева и ее соавторы применяют практический подход и экспериментально показывают, как можно использовать свет, чтобы продемонстрировать, что время возникает из квантовой запутанности.

На другом, более спорном конце дискуссии мы находим физиков, утверждающих, что время тесно вплетено в самые глубокие слои ткани реальности. Одним из сторонников этой идеи является Ли Смолин, который предполагает, что существование времени в самом базовом описании мира природы помогает объяснить, почему во Вселенной существует структура и сложность, почему будущее не полностью предсказуемо и почему законы природы развиваются.

Более того, Матей Павшич разработал новый теоретический подход к квантовой гравитации, в котором фундаментальное уравнение Уилера-ДеВитта содержит параметр времени, избавляя от необходимости выделять время из вечных основ физики.

Еще одна теоретическая основа, которая сохраняет течение времени в фундаментальном описании природы, - это теория причинных множеств. Это один из кандидатов на окончательную теорию квантовой гравитации. Эта теория утверждает, что пространство-время дискретно, а его базовыми строительными блоками являются математические элементы, интерпретируемые как события. События. помещается в некоторое частично упорядоченное множество. Постоянно возникают новые события, и именно та последовательность, в которой располагаются смежные элементы, создает понятие времени.

Плод нашего воображения

Утверждение, что время эмерджентно, само по себе не подразумевает, что время не реально. Однако некоторые физики действительно доходят до того, что полностью исключают время из своего описания природы. Джулиан Барбур - один из них. Согласно его взглядам, пространство является более фундаментальной сущностью (точнее, концепция формы играет центральную роль в его теории), а иллюзорная идея времени возникает из изменений, которые мы наблюдаем вокруг себя.

Другой физик, Карло Ровелли, утверждает, что ни воспринимаемый поток времени, ни понятие пространства не имеют места на самом глубоком уровне физической реальности. Согласно Ровелли, самое фундаментальное - это причинно-следственная сеть взаимодействий между событиями, написанная на языке квантовой механики и термодинамики, из которой возникает все остальное.

Эти сложные динамические связи в равной степени порождают наше восприятие временного порядка, но, в конце концов, понятие времени для Ровелли является скорее очевидной конструкцией, созданной комбинацией нейронной активности и человеческих эмоций, чем физической сущностью, основанной на реальности.

Наше время подошло к концу

Если Ровелли прав и время существует лично для каждого из нас, значит ли это, что окончательно исключается возможность внешней, объективной концепции времени? Возможно, нет, поскольку мы могли бы, например, интерпретировать субъективное психологическое время как объективное, регистрируемое нашим разумом, а физическое время как объективное, измеряемое часами.

Поиск универсального определения времени, если таковое имеется, вполне может потребовать сотрудничества с другими областями науки, такими как биология, неврология, психология и философия, поскольку междисциплинарные исследования потенциально могут привести к вдохновляющим открытиям в отношении нашего стремления к большему. понимание времени. Окажется ли время простой иллюзией или неоспоримым физическим фактом нашей Вселенной, покажет только время.

Действительно ли существует warp-двигатель?

Кевин Анн

Деформационные двигатели (warp-двигатели) не являются невозможными, учитывая известные физические законы, связанные с общей теорией относительности. Поэтому мы будем исходить из того, что это "просто" инженерная проблема, которую человечество решит в будущем, и рассмотрим, какими окажутся последствия.

Доказательство концепции варп-двигателя Алькубьерре включает не "путешествие сквозь" пространство-время, а скорее искривление самого пространства-времени. В основном это то, что происходит в знаменитом сериале "Звездный путь".

Существует множество опубликованной технической и научной литературы, популярных статей и видеороликов на YouTube по теме варп-приводов.

Для начала рассмотрим транспортировку какого-нибудь корабля через этот варп-двигатель, но не на такое огромное расстояние, как миллионы световых лет, а всего лишь на одну световую минуту. Как бы это выглядело? После того, как корабль транспортируется, вы должны смотреть в направлении, где вы ожидаете, что он там будет. Предположим, что на нем есть радиомаяки, чтобы сделать корабль видимым. Ровно через минуту вы начнете видеть корабль. Именно столько времени требуется свету, чтобы добраться до вас.

Вот некоторые открытые вопросы:

Вы видите корабль таким, каким он был световую минуту назад. Тем временем он мог бы остаться на месте или прыгнуть в другое место, в том числе обратно в исходную точку. Если бы он прыгнул обратно в исходную точку раньше, чем через минуту, вы бы увидели корабль очень близко от вас, а менее чем через минуту начали бы видеть корабль таким, каким он был "раньше"!

Если бы вы прыгнули на миллиард световых лет, эти проблемы усилились бы еще больше, пока мы не достигнем 46,5 миллиардов световых лет и не столкнемся с космологическим горизонтом.

Самое дальнее расстояние, что мы можем увидеть с помощью бесконечно мощного телескопа, составляет около 46,5 миллиардов световых лет. Это составляет половину космологического горизонта и соответствует степени расширения пространства примерно за 13,77 миллиардов лет, прошедших после Большого взрыва, с учетом инфляции и ускоряющегося расширения.

Если бы мы попытались забраться так далеко, мы бы никогда не достигли горизонта, даже если бы каким-то образом могли путешествовать со скоростью света, поскольку пространство между нами и этим горизонтом расширялось бы так быстро, что мы никогда не преодолели бы это дополнительное расстояние.

Но давайте рассмотрим варп-двигатель, который не ограничен скоростью света. Это означает, что ускорение расширения Вселенной не является препятствием для нашего путешествия, и мы можем получить доступ к областям за пределами той области, что мы могли бы наблюдать, с помощью световых волн, путешествующих "сквозь" пространство.

Различные космологические модели говорят, что существует гораздо больший объем Космоса (включая энергию и материю) за пределами объема "наблюдаемой Вселенной" в пределах космологического горизонта "всего" в радиусе 46,5 миллиардов световых лет из-за вечной инфляции и ускоряющегося расширения Вселенной. Этот больший объем может быть "бесконечным".

Похоже, что Warp-двигатель позволит постчеловеческим или постбиологическим потомкам человечества получить доступ ко всему этому дополнительному пространству. То, что мы видим даже в принципе, является лишь частью того, что существует во Вселенной. За нашим космологическим горизонтом находится большой объем пространства, энергии и материи, который может быть бесконечным.

Природа принципиально нелокальна. Запутанность, представляющая собой квантовое явление, отличное от нелокальных корреляций и являющееся его подмножеством, говорит о том, что запутанную систему из двух частиц следует рассматривать не как "два" объекта, связанных в пространстве-времени, а скорее как "один" целостный объект. Этот объект может существовать даже через пространственно-подобные разделенные интервалы. А что, если бы этот пространственно-подобный разделенный интервал был дальше, чем наш нынешний видимый космологический горизонт? Это может быть способом для человечества поддерживать целостность на огромных расстояниях, даже дальше масштаба Космического Горизонта.

Но не будем останавливаться на запутанности. Давайте также рассмотрим сохраняющиеся величины, такие как энергия, импульс и угловой момент, или более абстрактные понятия, такие как барионное число, лептонное число и странность или даже энтропия. Что, если варп-двигатель используется как транспортер этих сохраняющихся величин (энергии, квантовых чисел) или монотонно возрастающих величин (энтропия) к какому-то пространственно-подобному разделению? Что это означает для закона сохранения и что является "локальным" и "глобальным"?

Энтропия во Вселенной строго возрастает, хотя в какой-то системе с определенной "закрытой" границей она может не возрастать. Это именно то, чем является жизнь, процесс уменьшения энтропии за счет гораздо большего увеличения энтропии за границей системы.

Что, если бы у нас был Теплоотвод Суперкосмологического Горизонта (SCHHS), который мог бы переносить Энтропию в виде тепла в некую обозначенную область, которая навсегда будет отделена от нас подобно пространству?

Наши определения "локального" и "глобального" изменятся, и, таким образом, законы сохранения, связанные с энергией и квантовыми числами, должны быть пересмотрены. Здесь нужно еще многое обдумать, и это только начало того, что, будет навязчивым размышлением.

Это была свалка первоначальных идей в потоке сознания. Эти идеи вызывают чувство удивления и восхищения.

Я думаю, что на самом деле хотел бы изучать, если бы знал два десятилетия назад то, что знаю сейчас, после докторской степени по физике, так это то, что меня действительно интересовала философия физики/науки или метафизика, а физика и наука представляли лишь умеренный интерес. Вероятно, поэтому у меня были такие крайние мотивационные проблемы во время учебы в аспирантуре при публикации статей по естественным наукам в целом и по теоретической физике в частности, а не по философии. Тем не менее, я действительно думаю, что крайне важно знать науку, даже если, или, может быть, даже "особенно, если" ваша настоящая страсть и мотивация - это философия.

В науку мы верим. Или нет?

Сюзанна Хугивен

Социальное дистанцирование действительно работает? Безопасны ли прививки? Помогает ли ношение масок?

Кризис COVID-19 поднял вопросы, многие из которых сводятся к одному ключевому вопросу: кому мы, в конечном итоге, доверяем как наиболее авторитетным личностям, определяющим наши убеждения и поведение в отношении вируса?

В то время, как некоторые люди сами погрузились в Google Scholar, чтобы "провести собственное исследование", большинство людей (в конечном итоге) признают эффективность и безопасность вакцин против COVID-19, потому что врачи/ученые/правительства/медицинские консультативные советы сказали, что они должны это делать. В недавнем исследовании мы экспериментально изучили эффекты достоверности источников в контексте науки и духовности. Мы нашли свидетельство того, что мы называем "эффектом Эйнштейна": люди склонны придавать большее значение непонятным утверждениям, которые приписывают ученым, чем тем же утверждениям, приписываемым духовному гуру.

В то время, как пандемия ясно подчеркнула актуальность эффектов достоверности источника, идея нашего исследования на самом деле возникла еще до того, как кто-либо услышал о COVID-19. Частично эта идея возникла из работы Шёдта и его коллег, в которой они показали, что христиане сообщали о более сильном "ощущении Божьего присутствия" во время молитвы, которую предположительно совершал харизматичный христианин, чем нехристианин (на самом деле молитвы были идентичными). Упрощенный, но, возможно, заманчивый вывод из этого исследования заключается в том, что религиозные люди просто верят всему, что говорит человек, которому они доверяют. Другими словами, религиозные верующие наивны и доверчивы.

Это увлекательное исследование заставило нас задуматься: является ли эффект достоверности источника характерным для верующих? Каждый ли из нас - религиозный и нерелигиозный - принимает за чистую монету информацию, полученную от людей, которым мы "доверяем", исходя из их социальной или профессиональной группы?

В то время, как "христианин, известный своими исцеляющими способностями" может быть авторитетом для христиан, "ведущий ученый в области физики элементарных частиц" может быть таким же привлекательным для людей, научно мыслящих или даже для всех. И хотя очень немногие из нас способны полностью понять, почему E = mc2, тот факт, что так сказал Альберт Эйнштейн, означает, что лишь незначительное число людей сомневается в его истинности.

Действительно, даже в научном контексте, где скептицизм является одной из высших добродетелей (о чем свидетельствует девиз Королевского общества "Nullius in verba" - "Никому не верь на слово"), существует множество примеров эффекта достоверности источника, приводящих к некритическому принятию сомнительных утверждений.

Возьмем, к примеру, известную "мистификацию Сокаля". В 1996 году профессор физики Алан Сокал опубликовал статью, в которой объединил квантовую физику и постмодернизм - с вкраплениями подлинных цитат физиков и философов - и пришел к выводу, что, по сути, квантовая гравитация является социальной конструкцией. Смысл, как он признал через три недели после публикации статьи, заключался в том, чтобы продемонстрировать, как легко может сойти с рук "интеллектуальный болтовня", если вы льстите идеологической позиции своей аудитории, вплоть до публикации в авторитетном академическом журнале. . Эту мистификацию можно считать идеальным рецептом эффективного бреда: статья была написана уважаемым научным авторитетом из престижного университета (Нью-Йоркского университета) и содержала набор двусмысленных, неясных, несвязных, но, казалось бы, верных заявлений, которые поддерживали мировоззрение целевой аудитории - в данном случае постмодернистское представление о том, что объективной реальности не существует.

Конечно, Сокаль намеренно публиковал чепуху, чтобы показать силу интеллектуальной лести, а не то, что он авторитет, которому может сойти с рук чушь. В то же время представляется маловероятным, что статья была бы принята, если бы была представлена в журнал ??студентом бакалавриата. Возможно, публикации помогло, что под заголовком статьи было указано "Алан Сокал, профессор физики Нью-Йоркского университета".

Обман Сокала не является уникальным инцидентом, так как за эти годы было опубликовано множество фальшивых документов о разных спецоперациях, часто для того, чтобы выявить недостатки в процессе научных публикаций. Можно ли ожидать, что широкая публика будет отделять научную пшеницу от ненаучного плевела? Насколько неспециалисты восприимчивы к чепухе, исходящей от людей, которые появляются в ток-шоу и подкастах и ??называют себя учеными?

Мы хотели разработать методику, которая позволила бы выяснить, будут ли люди более склонны доверять ученым по сравнению с духовными гуру, независимо от их отношения к содержанию представленной информации. Нас также интересовало, как религиозные мировоззрения сыграют свою роль.

Решение, которое мы придумали, было довольно простым: представить участников с тарабарщиной, приписываемой либо духовному гуру, либо ученому. В эксперименте приняли участие 10195 человек из 24 стран. Мы обнаружили, что они считали утверждения ученого более достоверными, чем заявления гуру. Этот "эффект Эйнштейна" различался для религиозных и нерелигиозных участников: люди с низким уровнем религиозности считали заявления гуру менее достоверным, чем заявления ученого, в то время как эта разница была менее выражена для очень религиозных людей.

Но что это значит? Разве доверять ученым плохо? Все ли мы доверчивы и "глупы"? Нет. На самом деле рационально использовать исходные подсказки для информации, которую вы не можете понять сами. То есть, когда вы не можете оценить утверждение самостоятельно, наиболее рациональным может быть либо отложить суждение, либо откалибровать суждения в соответствии с ранее существовавшими убеждениями о достоверности источника утверждения.

Другими словами, если вы считаете ученых в целом компетентными и искренними, то имеет смысл дать положительную оценку трудно поддающемуся оценке утверждению неизвестного ученого. В конце концов, заслуживающие доверия эксперты часто приобретали полномочия на основе обнаружения явлений, которые могут показаться интуитивно сомнительными, таких, как действие вакцин ("введение вируса предотвращает болезнь") или причины изменения климата ("люди меняют погоду"). И, несмотря на девиз Королевского общества, сами ученые также должны доверять другим ученым, поскольку они вряд ли могут повторно анализировать результаты каждой статьи, на которую ссылаются.

Мы можем рассматривать достоверность научных источников как палку о двух концах. С одной стороны, нам нужно встать на плечи гигантов, чтобы добиться научного прогресса. С другой стороны, все может пойти наперекосяк, если мы некритически воспримем информацию, исключительно на основании научного авторитета, о чем, возможно, свидетельствует кризис репликации в социальных науках. Тем не менее, особенно во времена кризисов, таких, как пандемия COVID-19 или климатический кризис, "эффект Эйнштейна" кажется полезным: в целом люди доверяют ученым больше, чем духовным гуру.

По крайней мере, для ученых этот вывод обнадеживает.