Мироздание: от осмысления к освоению
Гипотезы
>Чат
| БРАТЬЯ ПО РАЗУМУ НАС НЕ ВИДЯТ Потенциальным инопланетянам все труднее обнаружить нашу планету Наталия Лескова На прошедшем в августе 2004 года семинаре в Гарвардском университете, Фрэнсис Дрейк, основатель проекта SETI (поиск внеземных цивилизаций во Вселенной), заявил: «Новые устройства радиосвязи, создаваемые человеком, испускают все меньше волн в космическое пространство. Если инопланетные детекторы где-то существуют, Земля постепенно исчезает с их экранов». Главная цель проекта SETI – поиск радиосигналов от наших далеких братьев по разуму. За почти 30 лет существования проекта, как раньше отмечал Дрейк, земные средства радиосвязи настолько усовершенствовались, что шансы выйти на контакт с гуманоидами увеличились в несколько раз. Зашла речь даже о том, на каких планетах и вблизи каких звезд наиболее возможна разумная жизнь. И вдруг – неожиданный пессимизм «отца» мирового разумного сообщества. «Во время долгого прослушивания эфира ученые обратили внимание, что земного фона, который раньше так мешал, стало меньше, – посетовал Дрейк. – Обычная телевизионная антенна излучает в космос 1 МВт энергии, и ее сигнал достигает расстояния 50 световых лет от Земли. Но в спутниковом ТВ вместо излучения во все стороны уже используются остронаправленные лучи малой мощности (по 20 Вт на канал). А кабельное телевидение вообще ничем не поможет встрече с инопланетным разумом». Много лет назад, создавая знаменитую формулу, впоследствии получившую его имя, Дрейк опирался как раз на радиосигналы. Его уравнение определяет вероятность такого обмена информацией между двумя развитыми цивилизациями. Согласно этой формуле, Дрейк рассчитал наиболее вероятную дату исторической встречи с «зелеными человечками» – 2025 год. Однако с учетом новых факторов ученый утверждает, что обнаружить наши сигналы обитатели других миров теперь смогут не раньше, чем через 100 лет. С Фрэнсисом Дрейком не согласен один из его учеников, профессор астрономии и космохимии планет Гарвардского университета, ведущий специалист Института SETI Сэмюэл Шостак. «Если разумная жизнь существует где-нибудь в нашей Галактике, развитие компьютерных технологий и радиотелескопов вовсе не мешает, а наоборот, приближает ее обнаружение, – заявил Шостак в беседе с корреспондентом «НГ». – Думаю, это может произойти уже в ближайшие 20 лет. Мой прогноз основан на общепринятых допущениях относительно распространенности инопланетных цивилизаций в сочетании с ожидаемым увеличением мощности компьютеров. Для начала я оценил количество внеземных цивилизаций в нашей галактике, которые могут передавать радиосигналы. Для этого я применил формулу, разработанную в 1961 году Дрейком, которая исходит из числа планет со звездами, количества планет, способных нести жизнь, и прочих параметров. По этим расчетам, в нашей Галактике может быть от десяти тысяч до миллиона передатчиков сигналов инопланетной жизни. Их поиск будет включать обнаружение и анализ радиосигналов, исходящих от большинства из 100 миллиардов звезд Галактики. Сколько времени займет этот поиск – зависит от мощности существующих и планирующихся радиотелескопов и увеличения мощности микрочипов, расшифровывающих радиосигналы из космоса». В соответствии с эмпирическим законом Мура вычислительная мощность компьютеров будет удваиваться каждые 18 месяцев до 2015 года. После этого процесс пойдет несколько медленнее. Через сто лет будет собрано достаточно радиосигналов от других звезд для обнаружения первых инопланетных цивилизаций. Но, поскольку они находятся на большом от нас расстоянии – 200–1000 световых лет, – отправка ответных сообщений займет века. Однако первую весточку, как прогнозирует Сэмюэл Шостак, можно получить уже через 200–250 лет. «Пусть это и не сегодня-завтра, но и не так долго, как полагает мой учитель, – подчеркивает Шостак. – Кроме того, братья по разуму тоже могут искать нас, и средства неземной связи могут оказаться куда совершеннее земных. Так что шанс услышать позывные от других цивилизаций уже через несколько минут все-таки остается». К чему может привести такой контакт? Не потому ли он еще не состоялся, что мы к нему не готовы? А может быть, ему и не дано состояться именно потому, что мы не способны найти общий язык? И, наконец, вопрос философский: как мы можем понять существ, устроенных совсем не так, как мы сами, если до сих пор не научились понимать друг друга? | ||
Черные дыры разрушили теорию призрачных частиц
Недавно появилась
интересная теория, которая претендует ни много ни мало, как на раскрытие всех
основных тайн современной космологической науки. Ее авторы предположили, что
межзвездный вакуум заполнен своеобразной "жидкостью" или "флюидом" (fluid)
из призрачных частиц, которые ответственны за своего рода "космический
дренаж" пространства, забирая "излишки" гравитации. Эта теория "призрачного
конденсата" (ghost condensate theory) появилась в прошлом году, но по сути дела она
представляет собой очередную модификацию всем известной Общей теории
относительности Эйнштейна. Всепроникающий, пронизывающий все и вся "флюид"
из почти невесомых частиц таким образом может считаться виновником появления
отрицательной гравитации, заставляя пространство вести себя подобно резинке,
которая хранит в себе тем больше энергии, чем больше ее растягивают. Для
космологов это все может оказаться поистине спасательным кругом - ведь новая
теория обещает одним махом решить три
самые неотложные проблемы, связанные, во-первых, с природой темной энергии,
которая "расталкивает" Вселенную ускоренными темпами, во-вторых, с
природой темной материи, которая (об этом свидетельствуют астрономические
наблюдения и теоретические выкладки) скрепляет вращающиеся галактики, и,
наконец, проблему некоего таинственного фактора, виновного в "быстрой
инфляции" ранней Вселенной, расширившейся
по специфическому закону сразу же после Большого взрыва.
Однако согласно последним вычислениям, черные дыры, населяющие нашу Вселенную, могли бы очень быстро "выхлебать" любую подобную "жидкость", что накладывает очень серьезные ограничения на многие параметры "модели призрачного конденсата".
Бывший московский ученый Андрей Фролов, работающий ныне в Стэнфордском университете (Stanford University, Калифорния, США) задался вопросом, что случится, если "призрачный конденсат" войдет в контакт с черной дырой, - ведь это неизбежно должно произойти в том случае, если "флюид" действительно заполняет всю Вселенную. Как показали вычисления, частицы "антигравитации", которые уже успели "очаровывать" космологов, на самом деле совершенно не способны сопротивляться притяжению черных дыр. "Они должны падать подобно обычной пыли, засасываемой черной дырой", - поясняет Андрей Флоров.
Так, черная дыра "звездного типа" (с массой порядка нашего Солнца) вытягивала бы из окружающего пространства ежесекундно количество флюида, эквивалентное 1/10 массы Солнца (или 10 мегаэлектронвольт). Такими темпами сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах большинства галактик вроде нашего Млечного пути, к настоящему времени должны оказаться уже вдвое массивнее, чем они есть на самом деле (стоит напомнить, однако, что черных дыр никто воочию еще не наблюдал, да это и невозможно в силу их природы, наличие черной дыры определяют по косвенным признакам - гравитационному воздействию монстра на окружающую его материю).
Впрочем, сторонники эффектной теории пока не сдаются. Например, Маркус Латай (Markus Luty) из Университета штата Мэриленд в Балтиморе считает, что "призрачный конденсат" на космические события, подобные формированию черных дыр, должен реагировать чрезвычайно медленно, тогда как Фролов делал расчеты из предположения, что частицы-призраки "чувствуют" воздействие гравитации черных дыр издавна и издалека. Согласно Латаю, "призрачный конденсат", который оказался достаточно далеко от черной дыры, долгое время будет просто не обращать внимания на эту "досадную помеху" - это время измеряется миллиардами лет, следовательно, он не будет поглощаться черными дырами так быстро, как это следует из вычислений Фролова.
Более детальные исследования в будущем должны разрешить эти споры.
Источники:
Black holes haunt ghost particle theory - New Scientist
Accretion of Ghost Condensate by Black Holes - arXiv
Максим Борисов
11.10.2004
В ускоренном расширении Вселенной повинны нейтрино
Трое американских физиков-теоретиков предложили новую модель расширения Вселенной. Их взгляды представлены в статье, которая скоро появится в журнале Physical Review Letters.
Профессор Университета штата Вашингтон в Сиэтле Энн Нельсон и ее коллеги Дэвид Каплан и Нил Вейнер полагают, что им удалось, по крайней мере, на бумаге, выявить связь между двумя фундаментальными открытиями последнего времени в области физики и космологии. Одно из них состоит в экспериментальном подтверждении гипотезы, согласно которой нейтрино, самые легкие из всех известных науке элементарных частиц, имеют хотя и очень малую, но все же ненулевую массу покоя (из чего, кстати, следует, что эти частицы не могут путешествовать со скоростью света). Другое важнейшее открытие - это доказательство того, что космическое пространство не просто расширяется (это известно уже 75 лет, с 1929 года), но "распухает" с возрастающей скоростью. В настоящее время принято считать, что за этот процесс ускоряющейся космической экспансии несет ответственность так называемая темная (вакуумная) энергия, которая заставляет тела отталкиваться друг от друга. Теоретические расчеты показывают, что в течение первой половины жизни Вселенной сила тяготения превалировала над темной энергией, в результате чего разлет галактик постепенно замедлялся. От шести до восьми миллиардов лет назад темная энергия взяла верх в космическом балансе сил, и с тех пор Вселенная расширяется в ускоряющемся темпе.
Нельсон, Каплан и Вейнер полагают, что такое расширение мироздания и наличие массы у нейтрино - это две стороны одной медали. По мнению этих ученых, существует еще не открытое силовое поле, кванты которого они предлагают называть акселеронами (от слова acceleration - ускорение). Из новой теории вытекает, что нейтрино взаимодействуют с акселеронами и благодаря этому обретают часть своей массы. Электроны, протоны и другие частицы чувствуют присутствие акселеронов гораздо слабее, так что это взаимодействие практически никак не сказывается на их свойствах. Акселеронное поле вынуждает нейтрино отталкиваться друг от друга, благодаря чему они разлетаются и "растягивают" за собой космическое пространство. Таким образом, загадочная темная энергия - это проявление акселеронного поля во вселенских масштабах.
Из новой теории вытекает вполне определенный сценарий будущего мироздания. Выполненные на ее основе расчеты показывают, что масса нейтрино должна постепенно расти, из-за чего эти частицы во все меньшей степени будут поддаваться воздействию акселеронов. В результате скорость расширения Вселенной начнет снижаться и в конце концов упадет до нуля. Таким образом, в очень далеком будущем темная энергия перестанет играть свою нынешнюю роль, и космическое пространство начнет расширяться с постоянной скоростью.
Источник: EurecAlert
Алексей Левин (Вашингтон) 28.07.2004
Дмитрий Поляков
Теория Суперструн
Рассказать о Теории Суперструн в двух словах довольно сложно, т.к. для ее описания требуется особый язык. "Кирпичиками" этого языка можно условно назвать конформную теорию поля, квантовую теорию поля, топологию, дифференциальную и алгебраическую геометрии и т.д. Вообще, в физических формулах крайне важна их внутренняя архитектура. Очень часто именно по красоте этой магической архитектуры (а вовсе не по позитивистскому согласию с экспериментом) можно судить об истинности той или иной модели.
Я постараюсь все же рассказать про струны, не используя, насколько возможно, этот магический язык. При этом, опасаюсь, серьезно пострадает связность изложения. И, конечно, ни на какую полноту и последовательность я не претендую. Итак, струна - это своего рода первичное творение в видимой Вселенной.
Этот объект не материален, тем не менее, его можно представлять себе приближенно в виде некоей натянутой нити, веревки или, например, скрипичной струны, летающей в десятимерном пространстве-времени.
Летая в десятимерии, этот протяженный объект испытывает так же и внутренние вибрации. Из этих-то вибраций (или октав) и происходит вся материя (и, как выяснится далее, не только материя). Т.е. все разнообразие частиц в природе - это просто разные октавы одного итого же примордиального творения - струны. Хороший пример двух таких разных октав, происходящих от единой струны, - гравитация и свет (гравитоны и фотоны). Тут, правда, есть некоторые тонкости - необходимо различать спектры замкнутых и незамкнутых струн, но сейчас эти подробности приходится опускать.
Итак, как же изучать такой объект, как возникают десять измерений и как найти правильную компактификацию десятимерия до нашего четырехмерного мира?
Не имея возможности "поймать" струну, мы идем по ее следам и исследуем ее траекторию. Подобно тому, как траектория точки - кривая линия, траектория одномерного протяженного объекта (струны) это двумерная ПОВЕРХНОСТЬ.
Таким образом, математически теория струн - это динамика двумерных случайных поверхностей, вложенных в пространство высших измерений.
Каждая такая поверхность называется МИРОВЫМ ЛИСТОМ.
Вообще, во Вселенной необычайно важную роль играют всевозможные симметрии.
Из симметрии той или иной физической модели часто можно сделать важнейшие выводы о ее (модели) динамике, эволюции, мутации и т.д.
В Теории Струн такой краеугольной симметрией является т.н. РЕПАРАМЕТРИЗАЦИОННАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ (или "группа диффеоморфизмов"). Инвариантность эта, говоря очень грубо и приблизительно, означает следующее. Представим себе мысленно наблюдателя, "севшего" на один из мировых листов, "заметаемых" струной. В руках у него - гибкая линейка, с помощью которой он исследует геометрические свойства поверхности Мирового Листа. Так вот - геометрические свойства поверхности, очевидно, не зависят от градуировки линейки. Независимость структуры Мирового Листа от масштаба "мысленной линейки" и называется Репараметризационной Инвариантностью (или R-инвариантностью).
При кажущейся простоте этот принцип приводит к крайне важным последствиям. Прежде всего, справедлив ли он на квантовом уровне?
В классической физике, как я сказал, его справедливость вполне ясна. Но на малых расстояниях законы классической физики неприменимы, т.к. начинает работать Принцип Неопределенности Гейзенберга, т.е. квантовые эффекты. И вот, оказывается, что с учетом квантовых поправок Репараметризационная Инвариантность, Симметрия, дающая Вселенной жизнь, нарушается! Где же выход?
Оказывается, что существует одна-единственная возможность, при которой Принцип Гейзенберга все-таки не нарушает R-инвариантность, т.е. мироздание остается незыблемым (по крайней мере, на какой-то срок).
1) Необходимо признать, что наше пространство-время не четырехмерно (как это кажется наивному наблюдателю), но мы живем в десяти измерениях.
2) Сохранение R-симметрии на квантовом уровне тесно связано с существованием Духов (т.н. Духов Фаддеева-Попова). Духи - это поля (волны, вибрации, частицы), вероятность наблюдения которых отрицательна.
Для рационалиста это, конечно же, абсурд: ведь классическаявероятность любого события лежит всегда между 0 (когда событие наверняка не произойдет) и 1 (когда, напротив, оно произойдет наверняка).
Вероятность появления Духов, однако, отрицательна. Таково одно из возможных определений Духов. Апофатическое определение. В связи с этим мне вспоминается определение Любви Аввой Дорофеем: "Бог есть центр круга. А люди - радиусы. Возлюбив Бога, люди приближаются к Центру, как радиусы. Возлюбив друг друга, они приближаются к Богу, как к центру".
Итак, подведем первые итоги.
Мы познакомились с Наблюдателем, которого с линейкой сажают на Мировой Лист. И градуировка линейки, на первый взгляд, произвольна, а Мировой Лист к этому Произволу равнодушен.
Это Равнодушие (или симметрия) называется Репараметризационной Инвариантностью (R-инвариантностью, группой диффеоморфизмов).
Необходимость увязать Равнодушие с Неопределенностью приводит к выводу о десятимерности Вселенной.
На самом деле, все обстоит несколькосложнее.
С какой попало линейкой, да на Мировой Лист наблюдателя, конечно же, никто не пустит. Десятимерный мир светел, строг и никакой отсебятины не терпит. За любую отсебятину с Мировым Листом у подонка навсегда отобрали бы линейку и хорошо высекли бы, как протестанта.
Мировой Лист - это не лютеранская кирка и не баптистский бордель.
Протестантов здесь секут годами неземными.
Но если Наблюдатель не протестант, ему дают Линейку раз и навсегда определенную, выверенную, неизменную на века, и с этой строжайше отобранной Единственной Линейкой допускают на Мировой Лист.
В Теории Суперструн этот ритуал называется "фиксацией калибровки".
В результате фиксации калибровки и возникают Духи Фаддеева-Попова.
Именно эти Духи и вручают Наблюдателю Линейку.
Однако выбор калибровки - это всего лишь чисто экзотерическая, полицейская функция Духов Фаддеева-Попова. Экзотерическая, продвинутая миссия этих Духов состоит в выборе правильной компактификации и, впоследствии, в порождении солитонов и Хаоса в компактифицированном мире.
Как именно это происходит - вопрос очень тонкий и до конца не ясный; я постараюсь описать этот процесс как можно короче и нагляднее, опуская, насколько возможно, технические подробности.
Во всех обзорах по Теории Суперструн имеется т.н. Теорема об Отсутствии Духов. Эта Теорема гласит, что Духи, хотя и определяют выбор калибровки, тем не менее, никак не влияют непосредственно на вибрации струны (вибрации, порождающие материю). Иными словами, согласно теореме, спектр струны не содержит Духов, т.е. Пространство Духов полностью отделено от эманаций материи, а Духи - не более чем артифакт фиксации калибровки. Можно сказать, это Духи - следствие несовершенства наблюдателя, никак не связанное с динамикой струны. Это - классический результат, в ряде случаев более или менее верный. Однако применимость этой теоремы ограничена, т.к. все известные ее доказательства не учитывают одного крайне важного нюанса. Нюанс этот связан с т.н. "нарушением симметрии картин".
Что это такое? Рассмотрим произвольную вибрацию струны: например, эманацию света (фотон). Оказывается, существует несколько различных способов описания этой эманации. А именно, в теории струн эманации описываются с помощью т.н. "вершинных операторов". Каждой эманации соответствует несколько предположительно эквивалентных вершинных операторов. Эти эквивалентные операторы отличаются друг от друга своими "духовыми числами", т.е. структурой Духов Фаддеева-Попова.
Каждое такое эквивалентное описание одной и той же эманации называется Картиной. Существует т.н. "conventional wisdom", настаивающая на равноценности Картин, т.е. вершинных операторов с различными духовыми числами. Это предположение известно как "picture-changing symmetry of vertex operators".
Эта "conventional wisdom" и подразумевается молчаливо при доказательстве Теоремы об Отсутствии. Однако более внимательный анализ показывает, что этой симметрии не существует (точнее, она существует в одних случаях и нарушается в других). Из-за нарушения Симметрии Картин нарушается в ряде случаев и упомянутая выше Теорема. А это значит - Духи играют непосредственную роль в вибрациях струны, пространства материи и Духов не независимы, но тончайшим образом переплетаются.
Пересечение этих пространств и играет важнейшую роль в динамической компактификации и формировании Хаоса.
Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями
суперструн
Исследователям из Университета Колорадо (University of
Colorado at Boulder) удалось провести самый чувствительный на настоящее время
эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия между массами,
разделенными расстоянием, всего лишь в два раза превышающим толщину
человеческого волоса, но они не наблюдали при этом никаких предсказанных
новых сил.
Полученные результаты позволяют исключить некоторые варианты теории суперструн, в которых соответствующий параметр воздействия новых сил из "свернутых" измерений находится в диапазоне от 0,1 до 0,01 мм.
В теории струн или суперструн, стрингов (string theory), которую считают самым перспективным подходом к долгожданному великому объединению - единому описанию всех известных сил и материи, предполагается, что все во Вселенной составлено из крошечных петель вибрирующих струн. Согласно различным вариантам теории суперструн, должны существовать еще по крайней мере шесть-семь дополнительных пространственных измерений помимо тех трех, которые для нас доступны, и теоретики полагают, что эти дополнительные измерения свернуты в маленькие пространства. Эта "компактификация" ("compactification") порождает то, что называют областями модули (moduli fields), которые описывают размер и форму свернутых измерений в каждой точке пространства-времени.
Области модули оказывают воздействия, сопоставимые по силе с обычной гравитацией, и согласно недавним предсказаниям, они могут быть обнаружены уже на расстояниях порядка 0,1 мм. Предел чувствительности, достигнутый в предыдущих экспериментах, позволял проверить силу притяжения между двумя массами, разведенными лишь на 0,2 мм, поэтому вопрос оставался открытым. Впрочем, открытым он остается и сейчас.
"Если эти силы действительно существуют, то мы теперь знаем, что они должны проявляться на меньших расстояниях, чем мы проверяли, - объясняет руководитель лаборатории, профессор Университета Колорадо Джон Прайс (John Price). - Однако, эти результаты сами по себе не опровергают теории. Необходимо только иметь в виду, что эффект придется искать на более коротких расстояниях и использовать установки с более высокой чувствительностью". Кроме того, исследователи уверяют, что подобные эксперименты сами по себе и не предназначены для того, чтобы подтверждать или опровергать теорию суперструн. "Идеи, которые мы проверяем - это только некоторые возможные сценарии, вдохновленные струнами, а не точные предсказания собственно самой теории, - заявил Джон Прайс в интервью Space.com. - Пока еще для струнной теории нет никакой возможности сделать точные предсказания такого рода, и я сказал бы, что никто не знает, будет ли струнная теория когда-либо способна к этому". Впрочем, эксперименты на меньших расстояниях, могут все же "добавить больше заплат к стеганому одеялу физики", и поэтому очень важно продолжать такого рода исследования, потому что "кое-что новое и "очень фундаментальное" может быть обнаружено".
Экспериментальная установка исследователей из Университета Колорадо, названная высокочастотным резонатором (high-frequency resonator), представляла собой две тонкие вольфрамовые пластинки (длиной 20 мм и толщиной 0,3 мм). Одну из этих пластинок заставили колебаться с частотой 1000 Гц. Движения второй пластинки, вызванные воздействием первой, замерялись очень чувствительной электроникой. Речь идет о силах, измеряемых в фемтоньютонах (10–15 н), или об одной миллионной части веса песчинки. Сила тяжести, действующая на таких небольших расстояниях, оказалась вполне традиционной, описываемой известным законом Ньютона.
Профессор Прайс предполагает продолжить эксперименты, чтобы попробовать измерить силы на еще более коротких расстояниях. Чтобы сделать следующий шаг, колорадские экспериментаторы удаляют покрытый золотом сапфировый экран между вольфрамовыми полосками, который блокировал электромагнитные силы, и заменяют его более тонкой медно-бериллиевой фольгой, позволяя массам сблизиться сильнее. Они также планируют охладить экспериментальную установку, чтобы уменьшить помехи от тепловых колебаний.
Безотносительно к судьбе теории суперструн, идеи дополнительных измерений, введенные в обиход почти сто лет назад (тогда над ними потешались многие физики) становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения. Среди самых вопиющих фактов - имеющее множество подтверждений ускоренное расширение Вселенной. Таинственная новая сила, названная пока темной энергией (dark energy), расталкивает наш космос, действуя подобно некой антигравитации. Никто не знает, что за физическое явление лежит в основе этого. Что космологи действительно знают, так это то, что в то время как гравитация скрепляет галактики на "локальном" уровне, таинственные силы расталкивают их в больших масштабах.
Темная энергия может быть объяснена взаимодействиями между измерениями, теми, что мы видим, и теми, что пока от нас скрыты, считают некоторые теоретики. На ежегодной встрече AAAS (American Association for the Advancement of Science - Американской ассоциации развития науки), проведенной в Денвере в начале месяца, самые авторитетные космологи и физики выражали по этому поводу осторожный оптимизм.
"Есть смутная надежда, что новый подход позволит решить весь комплекс проблем сразу", - говорит физик Шон Кэрролл (Sean Carroll), доцент из Чикагского университета.
Все эти проблемы неизбежно группируются вокруг гравитации, сила которой была рассчитана еще Ньютоном более трех столетий назад. Гравитация была первой из фундаментальных сил, описанной математически, но она все еще наиболее плохо изучена. Разработанная в 20-х годах прошлого века квантовая механика хорошо описывает поведение объектов на атомном уровне, но не очень-то "дружит" с гравитацией. Дело в том, что хотя гравитация и действует на больших расстояниях, все же она очень слаба по сравнению с другими тремя фундаментальными силами (электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия, которые властвуют в микромире). Понимание гравитации на квантовом уровне, как ожидается, свяжет квантовую механику с полным описанием других сил.
В частности, ученые долго не могли определить, действителен ли закон Ньютона (обратная пропорциональность силы квадрату расстояния) на очень маленьких расстояниях, в так называемом квантовом мире. Ньютон развивал свою теорию для астрономических расстояний, вроде взаимодействий Солнца с планетами, но теперь оказалось, что он действенен и в микромире.
"То, что происходит прямо сейчас в физике элементарных частиц, гравитационной физике и космологии, очень напоминает то время, когда квантовая механика начала объединяться", - говорит Мария Спиропалу (Maria Spiropulu), исследователь из Чикагского университета, организатор семинара AAAS по физике дополнительных измерений (physics of extra dimensions).
Источники:
University of Colorado researchers conduct most
sensitive search for new forces - Public release
Gravity test confines string theory dimensions - New
Scientist
Strings Attached: New Study Puts Limits on Physics of
Extra Dimensions - Space.com
27.02.2003
http://grani.ru/Society/Science/p.74585.html
Загадка солнечных нейтрино решена
Удалось обнаружить эффект "исчезновения" нейтрино. Этот эффект свидетельствует о том, что нейтрино имеют массу и могут осциллировать - то есть превращаться из одного типа в другой. Стандартная модель элементарных частиц, которая успешно использовалась фундаментальной физикой с 70-х годов прошлого века, требует серьезной модернизации.
Впервые удалось измерить скорость гравитации
Российский физик Сергей Копейкин, работающий в Университете Миссури в Колумбии и американец Эдвард Фомалонт (Edward Fomalont) из Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлоттсвилле (National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, Вирджиния) заявили, что им впервые с приемлемой точностью удалось измерить скорость гравитации. Их эксперимент подтверждает мнение большинства физиков: скорость гравитации равна скорости света. Это представление лежит в основе современных теорий, в том числе и Общей теории относительности Эйнштейна, но до сих пор никому не удавалось измерить эту величину непосредственно в эксперименте. Исследование было обнародовано во вторник на 201-й конференции Американского астрономического общества (American Astronomical Society) в Сиэтле. Результаты были ранее представлены для публикации в научный журнал, но были раскритикованы некоторыми специалистами. Сам Копейкин считает критику необоснованной.
Теория тяготения Ньютона исходит из того, что воздействие силы тяжести передается мгновенно, но Эйнштейн предположил, что гравитация путешествует со скоростью света. Этот постулат стал одной из основ его Теории относительности 1915 года.
Равенство скорости гравитации и скорости света означает, что, если бы Солнце внезапно исчезло из центра Солнечной системы, Земля оставалась бы на своей орбите еще в течение приблизительно 8,3 минут - такое время требуется свету, чтобы добраться от Солнца до Земли. Спустя эти несколько минут Земля, почувствовав освобождение от солнечной гравитации, покинула бы свою орбиту и улетела бы прочь в космос по прямой.
Как можно измерить "скорость тяжести"? Один из путей решения этой проблемы состоит в том, чтобы попытаться обнаружить гравитационные волны - небольшую "рябь" в пространственно-временном континууме, которая расходится от всяких масс, двигающихся с ускорением. Различные установки для улавливания гравитационных волн построены уже во множестве, но ни одна из них до сих пор не смогла зарегистрировать подобного эффекта в силу исключительной его слабости.
Копейкин пошел другим путем. Он переписал уравнения Общей теории относительности таким образом, чтобы выразить поле тяготения движущегося тела в терминах его массы, скорости и скорости гравитации. В качестве массивного тела решено было использовать Юпитер. Довольно редкий случай представился в сентябре 2002 года, когда Юпитер проходил перед квазаром (такие события происходят примерно раз в 10 лет), интенсивно испускающим радиоволны. Копейкин и Фомалонт скомбинировали результаты наблюдений от десятка радиотелескопов в разных частях земного шара, от Гавайев до Германии (использовались как 25-метровые радиотелескопы Национальной радиоастрономической обсерватории, так и 100-метровый немецкий инструмент в Эффельсберге), чтобы измерить мельчайшее видимое изменение позиции квазара, вызванное изгибом радиоволн от этого источника в поле тяготения Юпитера. Исследуя характер воздействия поля тяготения Юпитера на проходящие радиоволны при знании его массы и скорости движения, можно вычислить скорость гравитации.
Совместная работа земных радиотелескопов позволила достичь точности в 100 раз большей, чем это достижимо с помощью космического телескопа "Хаббл". Смещения, измеряемые в эксперименте, были совсем крошечными - изменения в положении квазара (измерялось угловое расстояние между ним и квазаром-эталоном) были в пределах 50 миллионных арксекунды. Эквивалентом таких измерений может служить величина серебряного доллара на Луне или толщина человеческих волос с расстояния в 250 миль, говорят астрономы (западные источники, видимо, не догадались обратить внимание на значение русской фамилии одного из авторов исследований, иначе они сравнивали бы размеры не с долларом, а с нашей денежной единицей...).
Полученный результат: сила тяжести передается с 0,95 скорости света, возможная ошибка эксперимента составляет плюс-минус 0,25. "Мы теперь знаем, что скорость гравитации вероятно равна скорости света, - сказал Фомалонт. - И мы можем уверенно исключить любой результат, который вдвое превысит эту величину".
Стивен Карлип (Steven Carlip), профессор физики из Калифорнийского университета, считает эксперимент "хорошей демонстрацией" принципа Эйнштейна. Он говорит, что эксперименту предшествовали измерения отклонения света Солнцем, но они были гораздо менее точными. Причем новые замеры гравитационной скорости в самом ближайшем будущем должны будут уточнить и это значение. Множество интерферометров гравитационных волн было введено в строй за последние месяцы, какой-нибудь из них должен, наконец, обнаружить гравитационные волны непосредственно и таким образом измерить их скорость - важную фундаментальную константу нашей Вселенной.
Впрочем, необходимо заметить, что сам по себе эксперимент не является однозначным подтверждением именно эйнштейновской теории гравитации. С тем же успехом его можно считать подтверждением существующих альтернативных теорий. Например, ставшая известной широкой публике лет десять назад релятивистская теория гравитации академика Логунова (РТГ) в этом с ОТО не расходится. Есть в РТГ и гравитационные волны, хотя, как известно, нет черных дыр. А очередное "опровержение" теории гравитации Ньютона особой ценности не имеет. Тем не менее результат важен с точки зрения "закрытия" некоторых вариантов современных теорий и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так называемой теории струн или суперструн, но слишком рано делать окончательные выводы, считают исследователи. В новейшей так называемой единой М-теории, являющейся развитием теории суперструн, кроме "струн" ("стрингов" - strings) появились новые многомерные объекты - браны (brane). Суперстринговые теории по своей природе включают в себя гравитацию, поскольку производимые на их основе расчеты неизменно предсказывают существование гравитона, невесомой гипотетической частицы со спином, равным 2. Предполагается, что существуют дополнительные пространственные измерения, только "свернутые". И гравитация могла бы оказывать воздействие "коротким путем" через эти дополнительные измерения, на первый взгляд путешествуя быстрее скорости света, но не нарушая при этом уравнения Общей теории относительности.
Источники:
First speed of gravity measurement revealed - New
Scientist
Speed of Gravity Measured for First Time -
Space.com
Gravity moves at speed of light - UPI Science News
Study:
Speed of Gravity, Light Match - AP
08.01.2003
Ссылки
Факты и гипотезы
Проблемы спасения человечества
Оппоненты
Идеи
