Во Вселенной могут быть трещины – но мы не можем видеть их с Земли

20:21 02/12/2019
Комментарии 0 👁 180

В пространстве-времени могут быть трещины, но телескопы человечества их не видят.

Трещины, если они существуют, являются старыми – остатки времени вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная только что перешла из более горячего в более прохладное, более знакомое состояние которое мы видим сегодня. Теория говорит, что это великое успокоение, которое физики называют «фазовым переходом», началось в некоторых местах раньше, чем в других. Пузыри из более прохладной вселенной формировались и распространялись, расцветая в пространстве, пока не встретили другие пузыри. В конце концов, все пространство изменилось, и старая Вселенная исчезла.

Но это старое состояние с высокой энергией могло бы существовать на границах между пузырьками, трещинами в ткани пространства-времени, где эти охлаждающие области встречались и не идеально смешивались. Некоторые физики думали, что мы все еще могли бы видеть свидетельство тех трещин или дефектов – известных как “космические нити” – на космическом микроволновом фоне (КМФ), тепло, оставшееся от насильственного появления вселенной. Но, согласно новой статье, это свидетельство было бы слишком слабым для любого телескопа, чтобы когда-либо разобраться с шумом.

Космические струны – сложные объекты для воображения, говорит Оскар Эрнандес, физик из Университета Макгилла в Монреале и соавтор статьи. Но у них есть аналоги в нашем мире.

«Ходили ли вы по замерзшему озеру? Заметили ли вы трещины в замерзшем льду озера? Он все еще довольно твердый. Бояться нечего, но есть трещины», – сказал Эрнандес в прямом эфире.

Эти трещины образуются в процессе фазового перехода, аналогичного космическим струнам.

«Лед – это вода, которая прошла фазовый переход», – сказал он. «Молекулы воды могли свободно двигаться как жидкость, и затем внезапно где-то они начинают формироваться в кристалл.… Он начинает складываться в плитки, которые часто представляют собой шестиугольники. Теперь представьте себе плитки это идеальные шестиугольники, которые покрывают черепицей озеро. Если кто-то на другом конце озера снова начинает выкладывать мозаику, «вероятность того, что ваши плитки совпадут, практически равна нулю».

Несовершенные места встречи на замерзшей поверхности озера образуют длинные трещины. В ткани, где пересекаются пространство и время, они образуют космические нити – если основная физика верна.

Исследователи полагают, что в космосе существуют поля, определяющие поведение фундаментальных сил и частиц. Первые фазовые переходы во вселенной породили эти поля.

«Может быть поле, относящееся к некоторой частице, которая должна в некотором смысле «выбрать направление для замерзания и охлаждения». А поскольку вселенная действительно велика, она может выбирать разные направления в разных частях Вселенной», – сказал он. «Теперь, если это поле подчиняется определенным условиям … тогда, когда вселенная остынет, появятся линии разрыва, будут линии энергии, которые не могут остыть».

Сегодня эти точки встречи выглядят как бесконечно тонкие энергетические линии в пространстве.

По словам Эрнандеса, найти эти космические струны было бы большим делом, потому что они стали бы еще одним доказательством того, что физика больше и сложнее, чем позволяет нынешняя модель.

Прямо сейчас, наиболее продвинутая теория физики элементарных частиц, которую исследователи считают окончательно доказанной, известна как Стандартная Модель. Она включает в себя кварки и электроны, составляющие атомы, а также более экзотические частицы, такие как бозон Хиггса и нейтрино.

Однако большинство физиков считают Стандартную модель неполной. Как уже сообщалось в «Live Science», существует множество идей о том, как ее расширить, от суперсимметричных частиц (например, «stau slepton») до теории суперструн – идея о том, что все частицы и силы могут быть объяснены как колебания крошечных частиц – многомерные “струны”. (Примечание: «Струны» теории суперструн – это не то же самое, что космические «струны». Существует так много доступных метафор, что иногда физики в разных областях используют одну.)

«Многие расширения Стандартной модели, которые людям действительно нравятся – например, множество теорий суперструн и другие – естественным образом приводят к космическим нитям после того, как происходит инфляция – после Большого взрыва», – сказал Эрнандес. «То, что у нас есть, – это объект, который предсказывают очень многие модели, поэтому, если они не существуют, то все эти модели исключаются. И если они существуют, люди счастливы».

С 2017 года наблюдается бурный интерес к попыткам обнаружить полосы в космическом микроволновом фоне, о чем Эрнандес и его соавтор написали в своей статье, опубликованной 18 ноября в базе данных arXiv и еще не рецензированной.

Эрнандес вместе с Разваном Чукой из Марианополис-колледжа в Уэстмаунте, Квебек, в прошлом утверждали, что сверточная нейронная сеть – мощный тип программного обеспечения для поиска шаблонов – будет лучшим инструментом для обнаружения свидетельств наличия трещин космическом микроволновом фоне.

Предполагая идеальную карту космического микроволнового фона без помех, они написали в отдельной статье 2017 года, что компьютер, на котором работает такая нейронная сеть, должен быть способен находить космические струны, даже если их энергетические уровни (или «напряжение») удивительно низки.

Но вернувшись к этому вопросу в этой новой статье 2019 года, они показали, что в действительности почти наверняка невозможно обеспечить достаточно чистые данные космического микроволнового фона для нейронной сети, чтобы обнаружить эти потенциальные трещины. Другие, более яркие микроволновые источники затеняют КМФ и их трудно полностью распутать. Даже самые лучшие микроволновые инструменты несовершенны, с ограниченным разрешением и случайными колебаниями в их точности при переходе от одного пикселя к другому. Они обнаружили, что все эти и многие другие факторы приводят к тому уровню потери информации, который ни один из существующих или запланированных методов регистрации и анализа космического микроволнового фона никогда не сможет преодолеть, пишут они. Этот метод охоты на космические струны – тупик.

Это не значит, что все потеряно, написали они.

Новый метод поиска космических струн основан на измерениях расширения Вселенной во всех направлениях через древние части Вселенной. Этот метод, называемый 21-сантиметровым отображением интенсивности, не основан на изучении движения отдельных галактик или на точных изображениях космического микроволнового фона, сказал Эрнандес. Вместо этого он основан на измерениях скорости, с которой атомы водорода удаляются от Земли, в среднем, во всех частях глубокого космоса.

Лучшие обсерватории для картирования на 21-сантиметровом отображении интенсивности (названный так потому, что водород излучает электромагнитную энергию с контрольной длиной волны 21 см) еще не работают. Но когда они появятся, написали авторы, есть надежда на более четкое доказательство космических струн в их данных. И тогда, сказал Эрнандес, охота может начаться заново.

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Источник

Добавить комментарий