Finché c'è l'umanità, così tanto e cerca di capire la struttura dell'universo. Sì, molti dicono che questo è "trambusto inutile", non sappiamo davvero nulla, e non impareremo nulla nelle prossime generazioni, e forse anche fino alla fine della civiltà umana. Beh, forse hanno ragione, ma ipotizziamo …
La teoria del Big Bang è diventata un modello cosmologico generalmente accettato quasi quanto la rotazione della Terra attorno al Sole. Secondo la teoria, circa 14 miliardi di anni fa, le oscillazioni spontanee nel vuoto assoluto portarono all'emergere dell'universo. Qualcosa delle dimensioni di una particella subatomica si espanse fino a dimensioni inimmaginabili in una frazione di secondo. Ma in questa teoria ci sono molti problemi su cui i fisici stanno combattendo, avanzando sempre più nuove ipotesi.
Allora cosa c'è di sbagliato nella teoria del Big Bang?
Cosa c'è di sbagliato nella teoria del big bang
1. DALLA TEORIA ne consegue che tutti i pianeti e le stelle si sono formati dalla polvere dispersa nello spazio a seguito di un'esplosione. Ma ciò che l'ha preceduto non è chiaro: qui il nostro modello matematico dello spazio-tempo smette di funzionare. L'universo è nato da uno stato singolare iniziale a cui non è possibile applicare la fisica moderna. La teoria inoltre non considera le cause della singolarità o della materia e dell'energia per il suo verificarsi. Si ritiene che la risposta alla domanda sull'esistenza e l'origine della singolarità iniziale sarà data dalla teoria della gravità quantistica.
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2. LA MAGGIOR PARTE DEI MODELLI COSMOLOGICI PREVEDONO che l'intero universo è molto più grande della porzione osservabile: una regione sferica con un diametro di circa 90 miliardi di anni luce. Vediamo solo quella parte dell'Universo, la luce dalla quale è riuscita a raggiungere la Terra in 13,8 miliardi di anni. Ma i telescopi stanno migliorando, stiamo rilevando oggetti sempre più distanti e finora non c'è motivo di credere che questo processo si fermerà.
3. DAL MOMENTO DELLA GRANDE ESPLOSIONE L'UNIVERSO SI ESPANDE CON ACCELERAZIONE. Il mistero più difficile della fisica moderna è la questione di ciò che causa l'accelerazione. Secondo l'ipotesi di lavoro, l'universo contiene una componente invisibile chiamata "energia oscura". La teoria del Big Bang non spiega se l'universo si espanderà indefinitamente e, in tal caso, a cosa porterà: alla sua scomparsa o qualcos'altro.
4. ANCHE SE LA MECCANICA DI NEWTON SOSTIENE DALLA FISICA RELATIVISTA, non può essere definita errata. Tuttavia, la percezione del mondo e i modelli per descrivere l'universo sono completamente cambiati. La teoria del Big Bang prevedeva una serie di cose che prima non erano note. Quindi, se un'altra teoria viene al suo posto, allora dovrebbe essere simile ed espandere la comprensione del mondo.
Ci concentreremo sulle teorie più interessanti che descrivono modelli alternativi di Big Bang.
L'universo è come il miraggio di un buco nero
L'universo ha avuto origine dal collasso di una stella in un universo quadridimensionale, affermano gli scienziati del Perimeter Institute for Theoretical Physics. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati su Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann e Razi Purhasan dicono che il nostro universo tridimensionale è diventato una specie di "miraggio olografico" quando una stella quadridimensionale è collassata. In contrasto con la teoria del Big Bang, secondo la quale l'universo è nato da uno spazio-tempo estremamente caldo e denso, dove le leggi standard della fisica non si applicano, la nuova ipotesi di un universo quadridimensionale spiega sia le ragioni della sua origine che la sua rapida espansione
Secondo lo scenario formulato da Afshordi e dai suoi colleghi, il nostro universo tridimensionale è una specie di membrana che galleggia attraverso un universo ancora più voluminoso che esiste già in quattro dimensioni. Se le stelle quadridimensionali esistessero in questo spazio quadridimensionale, anche loro esploderebbero, proprio come quelle tridimensionali nel nostro Universo. Lo strato interno diventerebbe un buco nero e lo strato esterno verrebbe gettato nello spazio.
Nel nostro universo, i buchi neri sono circondati da una sfera chiamata orizzonte degli eventi. E se nello spazio tridimensionale questo confine è bidimensionale (come una membrana), allora in un universo quadridimensionale l'orizzonte degli eventi sarà limitato da una sfera che esiste in tre dimensioni. Le simulazioni al computer del collasso di una stella quadridimensionale hanno dimostrato che il suo orizzonte degli eventi tridimensionale si espanderà gradualmente. Questo è ciò che osserviamo, chiamando la crescita della membrana 3D l'espansione dell'Universo, credono gli astrofisici.
Grande congelamento
Un'alternativa al Big Bang potrebbe essere il Big Freeze. Un team di fisici dell'Università di Melbourne, guidato da James Kvatch, ha presentato un modello della nascita dell'Universo, che assomiglia più a un processo graduale di congelamento dell'energia amorfa che al suo spruzzo ed espansione in tre direzioni dello spazio.
L'energia senza forma, secondo gli scienziati, come l'acqua, si è raffreddata fino alla cristallizzazione, creando le solite tre dimensioni spaziali e una temporale.
The Big Freeze Theory mette in dubbio l'affermazione attualmente accettata di Albert Einstein sulla continuità e la fluidità dello spazio e del tempo. È possibile che lo spazio abbia le sue parti costitutive: elementi costitutivi indivisibili come minuscoli atomi o pixel nella computer grafica. Questi blocchi sono così piccoli da non poter essere osservati, tuttavia, seguendo la nuova teoria, si possono rilevare difetti che dovrebbero rifrangere i flussi di altre particelle. Gli scienziati hanno calcolato tali effetti utilizzando un apparato matematico e ora cercheranno di rilevarli sperimentalmente.
Un universo senza inizio né fine
Ahmed Farag Ali della Benha University in Egitto e Sauria Das della Lethbridge University in Canada hanno proposto una nuova soluzione al problema della singolarità abbandonando il Big Bang. Hanno introdotto le idee del famoso fisico David Bohm nell'equazione di Friedman che descrive l'espansione dell'universo e il Big Bang. "È sorprendente che piccoli emendamenti possano potenzialmente risolvere così tanti problemi", afferma Das.
Il modello risultante combina la relatività generale e la teoria quantistica. Non solo nega la singolarità che ha preceduto il Big Bang, ma non consente nemmeno all'universo di contrarsi nel tempo al suo stato originale. Secondo i dati ottenuti, l'universo ha una dimensione finita e una durata infinita. In termini fisici, il modello descrive l'Universo pieno di un ipotetico fluido quantistico, che consiste di gravitoni, particelle che forniscono interazione gravitazionale.
Gli scienziati affermano inoltre che le loro scoperte sono coerenti con le ultime misurazioni della densità dell'universo.
Infinita inflazione caotica
Il termine "inflazione" si riferisce alla rapida espansione dell'universo, avvenuta in modo esponenziale nei primi istanti dopo il Big Bang. Di per sé, la teoria dell'inflazione non confuta la teoria del Big Bang, ma la interpreta solo in modo diverso. Questa teoria risolve diversi problemi fondamentali in fisica.
Secondo il modello inflazionistico, poco dopo il suo inizio, l'Universo si è espanso esponenzialmente per un tempo molto breve: le sue dimensioni sono raddoppiate molte volte. Gli scienziati ritengono che in 10-36 gradi di secondo l'Universo sia aumentato di dimensioni di almeno 10-30-50 gradi, e forse di più. Alla fine della fase inflazionistica, l'Universo è stato riempito con un superhot plasma di quark liberi, gluoni, leptoni e quanti ad alta energia.
Il concetto implica che ci sono molti universi isolati nel mondo con dispositivi diversi.
I fisici sono giunti alla conclusione che la logica del modello inflazionistico non contraddice l'idea della costante nascita multipla di nuovi universi. Le fluttuazioni quantistiche - le stesse che hanno dato origine al nostro mondo - possono verificarsi in qualsiasi quantità, a condizione che le condizioni siano giuste. È del tutto possibile che il nostro universo sia emerso dalla zona di fluttuazione formata nel mondo predecessore. È anche possibile presumere che prima o poi e da qualche parte nel nostro Universo si formerà una fluttuazione, che "farà esplodere" un universo giovane di un tipo completamente diverso. In questo modello, gli universi figli possono continuamente nascere. Inoltre, non è affatto necessario che le stesse leggi fisiche siano stabilite nei nuovi mondi. Il concetto implica che ci siano molti universi isolati nel mondo con dispositivi diversi.
Teoria ciclica
Paul Steinhardt, uno dei fisici che ha gettato le basi della cosmologia inflazionistica, ha deciso di sviluppare ulteriormente questa teoria. Lo scienziato che dirige il Centro di fisica teorica a Princeton, insieme a Neil Turok del Perimeter Institute for Theoretical Physics, ha presentato una teoria alternativa nel libro Endless Universe: Beyond the Big Bang ("Infinite Universe: Beyond the Big Bang"). Il loro modello si basa su una generalizzazione della teoria quantistica delle superstringhe nota come teoria M. Secondo lei, il mondo fisico ha 11 dimensioni: dieci spaziali e una temporale. Spazi di dimensioni inferiori "galleggiano" in essa, le cosiddette brane (abbreviazione di "membrana"). Il nostro universo è solo una di queste brane.
Il modello di Steinhardt e Turok sostiene che il Big Bang si è verificato a seguito della collisione della nostra brana con un'altra brana, un universo sconosciuto. In questo scenario, le collisioni si verificano all'infinito. Secondo l'ipotesi di Steinhardt e Turok, un'altra brana tridimensionale "galleggia" accanto alla nostra brana, separata da una piccola distanza. Inoltre si espande, si appiattisce e si svuota, ma dopo un trilione di anni le brane inizieranno a convergere e alla fine si scontreranno. Questo rilascerà un'enorme quantità di energia, particelle e radiazioni. Questo cataclisma lancerà un altro ciclo di espansione e raffreddamento dell'Universo. Dal modello di Steinhardt e Turok risulta che questi cicli erano nel passato e si ripeteranno sicuramente in futuro. Come sono iniziati questi cicli, la teoria tace.
L'universo è come un computer
Un'altra ipotesi sulla struttura dell'universo dice che il nostro intero mondo non è altro che una matrice o un programma per computer. L'idea che l'universo sia un computer digitale è stata proposta per la prima volta dall'ingegnere tedesco e pioniere dei computer Konrad Zuse nel suo libro Calculating Space. Tra coloro che hanno visto l'universo anche come un gigantesco computer ci sono i fisici Stephen Wolfram e Gerard 't Hooft.
I teorici della fisica digitale presumono che l'universo sia essenzialmente informazione e quindi calcolabile. Da questi presupposti, ne consegue che l'universo può essere visto come il risultato di un programma per computer o di un dispositivo di elaborazione digitale. Questo computer potrebbe essere, ad esempio, un gigantesco automa cellulare o una macchina di Turing universale.
Il principio di indeterminazione nella meccanica quantistica è chiamato una prova indiretta della natura virtuale dell'universo.
Secondo la teoria, ogni oggetto ed evento del mondo fisico deriva dal porre domande e registrare risposte "sì" o "no". Cioè, dietro tutto ciò che ci circonda, si nasconde un certo codice, simile al codice binario di un programma per computer. E siamo una sorta di interfaccia attraverso la quale appare l'accesso ai dati dell '"Internet universale". Il principio di incertezza nella meccanica quantistica è chiamato una prova indiretta della natura virtuale dell'Universo: le particelle di materia possono esistere in una forma instabile, e sono "fissate" in uno stato specifico solo quando le si osserva.
Il seguace della fisica digitale John Archibald Wheeler ha scritto: “Non sarebbe irragionevole immaginare che le informazioni siano al centro della fisica così come al centro di un computer. Tutto da un po '. In altre parole, tutto ciò che esiste - ogni particella, ogni campo di forza, anche lo stesso continuum spazio-temporale - ottiene la sua funzione, il suo significato e, in definitiva, la sua stessa esistenza.
Scrittore di testi Artem Luchko
