Mais buracos negros do que posso explicar

80 por cento é quanta luz ultravioleta está “faltando” no espaço. Isso foi anunciado recentemente por cientistas com base em observações feitas usando o espectrógrafo Cosmic Origins instalado no Telescópio Espacial Hubble. Isso significa que deve ser cinco vezes mais do que escrevemos. Este é apenas um dos muitos exemplos de mistérios e mistérios do universo que ainda existem.

A quantidade de hidrogênio ionizado cósmico indica a radiação ausente. Afinal, os átomos tiveram que receber fótons de algum lugar, que "expulsaram os elétrons" de suas órbitas ao redor dos núcleos atômicos. Fontes de luz conhecidas - quasares ou - não são suficientes para explicar um número tão grande de átomos ionizados.

Claro, isso pode ser devido à amostragem insuficiente do espaço tomado para comparação. Os pesquisadores sugerem que, em uma escala maior, o equilíbrio de íons e radiação pode ser o mesmo. Pode-se, no entanto, perguntar se isso não significa que o cosmos é heterogêneo e em algum lugar muito diferente do que vemos na vizinhança?

O pensamento recorrente de um holograma

O princípio holográfico é uma teoria desenvolvida por Gerardus t Hooft e Leonard Susskind, que em sua "versão forte" afirma que uma descrição de cada corpo tridimensional ou região do espaço está contida em uma superfície bidimensional ao redor desse corpo.

1. Representação gráfica do experimento holográfico

Em uma versão mais especulativa, “fraca”, proclama que todo o Universo pode ser visto como uma estrutura de informação bidimensional “desenhada” no horizonte cosmológico. O princípio holográfico pode ser usado para explicar o paradoxo da informação buracos negros no contexto da teoria das cordas.

A ideia de um holograma espacial pertence ao próprio Stephen Hawking. Em meados da década de 70, Hawking previu teoricamente que os buracos negros acabariam por evaporar e desaparecer. Este par é chamado de radiação Hawking. Ele não contém nenhuma informação sobre o buraco negro, então, quando evapora, todos os dados sobre a estrela da qual o buraco negro se formou são perdidos para sempre.

No entanto, isso contradiz a crença amplamente difundida de que a informação não pode ser destruída. Assim, criou-se um paradoxo da informação. buraco negro. Jacob Bekenstein, um estudioso da Universidade Hebraica de Jerusalém, decidiu resolver esse paradoxo. Em sua opinião, a entropia de um buraco negro, sinônimo da informação que contém, é proporcional à área de seu horizonte de eventos.

O horizonte de eventos é um ponto teórico além do qual não há retorno, ou seja, tudo o que o atravessa é absorvido pelo buraco negro. Com base nas teorias de Hawking e Bekenstein, os teóricos concluíram que as ondas quânticas microscópicas no horizonte de eventos podem codificar informações sobre buracos negros. Isso significa que as informações XNUMXD sobre a estrela que formou o buraco negro podem ser codificadas no horizonte de eventos XNUMXD do buraco negro.

Susskind e Hooft estenderam isso para todo o universo, sugerindo que também tem um horizonte de eventos. Este é o lugar para o qual se expandiu durante sua existência. Os teóricos das cordas concordam com essa visão.

Diz-se que o experimento, que começou no verão de 2014, codinome Fermilab E-990, "testa se o universo é um holograma". Seu objetivo é demonstrar a natureza quântica do próprio espaço e a presença do que os cientistas chamam de “ruído holográfico”.

Como se sabe, o princípio da incerteza quântica de Heisenberg mostra que é impossível determinar simultaneamente a localização exata e a velocidade das partículas elementares. Agora os cientistas querem descobrir se o espaço em que a matéria reside, vibra e se move tem a mesma incerteza, ou seja, também tem um caráter quântico.

Se fosse constante e não estivesse sujeito a flutuações quânticas, representaria um ponto de referência teórico que permite descrever com precisão as partículas. Mas os cientistas suspeitam que esse não seja o caso, e a geometria do espaço também está sujeita a essas flutuações quânticas, que eles chamam de "ruído holográfico".

O experimento planejado no Fermilab é testar um dispositivo chamado holômetro. Consiste em dois interferômetros lado a lado que enviam feixes de laser de um quilowatt para um dispositivo que os divide em dois feixes perpendiculares de 40 metros.

Em seguida, eles retornam ao ponto de divisão, criando flutuações no brilho dos raios de luz. Se eles causarem um certo movimento no dispositivo de divisão, isso provará a vibração do próprio espaço (1). Em 2009, Craig Hogan, físico do mesmo Fermilab, propôs uma teoria holográfica baseada em seus experimentos.

Ele descobriu que o ruído vem da borda do espaço-tempo, onde o tempo e o espaço param de formar um continuum. A teoria dos hologramas explica bem alguns dos paradoxos associados buracos negros ou os conceitos básicos da estrutura do universo.

Alguns cientistas propõem estendê-la a toda a realidade. No entanto, aceitá-lo significaria que concordamos com o conceito de que toda a nossa experiência cotidiana nada mais é do que um reflexo holográfico do processo físico que ocorre em um espaço bidimensional distante.

2. Antena de interferômetro a laser avançada baseada no espaço - eLISA

Dê uma olhada mais de perto no espaço

A existência de ondas gravitacionais primárias também está associada ao "ruído" do espaço-tempo. Considerado por alguns como o evento científico mais importante do século, sua descoberta de alto nível por astrônomos e pelo observatório BICEP2 já foi questionada, pois os céticos acreditam que as observações não levam em conta a poeira cósmica e, portanto, podem estar erradas. .

No entanto, na prática, isso não invalida a descoberta, mas apenas significa que seus resultados podem precisar de verificação adicional. Foi dito que esta é a melhor confirmação da relatividade geral e, embora não seja a única prova da verdade das afirmações de Albert Einstein, nem, aparentemente, a mais convincente, a visão do grande físico deve ser verificada muitas vezes. para que não haja dúvida de que é a melhor descrição do universo.

Nos próximos anos, os cientistas terão e terão cada vez mais ferramentas para estudar os fenômenos conhecidos até agora principalmente a partir do raciocínio teórico. Um deles, denominado Advanced Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), é projetado para detectar ondas gravitacionais resultantes da colisão de enormes buracos negros (2).

Outro observatório espacial, o Euclides, é investigar como o universo se expandiu e como isso se relaciona com a matéria escura e a energia. Por sua vez, espera-se que o telescópio espacial Athena registre poderosas fontes de raios-X nos arredores dos buracos negros. O observatório gravitacional interferométrico a laser (LIGO) também estudará buracos negros.

E uma rede de telescópios localizados ao redor do mundo, conhecidos coletivamente como Event Horizon Telescope, pode dar uma olhada em buraco negro no centro da nossa Via Láctea. As maiores esperanças para testar a teoria geral da relatividade de Einstein estão em outro observatório, o Square Kilometer Array (SKA).

Como o nome indica, a área total das antenas deste complexo deve ser de um quilômetro quadrado (3), e sua sensibilidade deve ser 50 vezes maior que as capacidades dos dispositivos conhecidos até agora. Será composto por 4 antenas individuais na Austrália Ocidental e na África do Sul.

Todos os elementos desse sistema serão conectados por fibras ópticas a um grande supercomputador, cuja tarefa será criar uma imagem complexa. O SKA começará a operar não antes de 2022.

3. Uma matriz de quilômetros quadrados

Big Bang - NÃO!

No entanto, antes que instrumentos científicos adequadamente precisos nos forneçam dados indubitáveis, os escaramuçadores da astrofísica teórica têm algo para mostrar. E eles podem chocá-lo. Pode-se dizer que a nova teoria cosmológica dos físicos taiwaneses dá algo por algo.

Em seu modelo, a energia escura desaparece, o que é muito problemático do ponto de vista de muitos pesquisadores. Infelizmente, temos que partir do fato de que o Universo não tem começo nem fim. Portanto, não houve Big Bang, ao qual a maioria dos cientistas e pessoas comuns já estão acostumadas!

O autor de um novo modelo de tudo, Wung-Yi Shu, da Universidade Nacional de Taiwan Tsinghua, descreve o tempo e o espaço não como elementos separados, mas como elementos intimamente relacionados que podem ser trocados entre si.

Nem a velocidade da luz nem a constante gravitacional são constantes neste modelo, mas são fatores na transformação do tempo e da massa em tamanho e espaço à medida que o universo se expande. A teoria de Shu pode ser considerada uma fantasia, mas o modelo "tradicional" de um universo em expansão com 75% de expansão da energia escura também causa problemas.

Alguns observam que, com a ajuda dessa teoria, os cientistas "substituíram para debaixo do tapete" a lei física da conservação da energia. A teoria taiwanesa não viola os princípios de conservação de energia, mas, por sua vez, tem um problema com a radiação de fundo em micro-ondas, que é considerada uma relíquia do Big Bang. O trabalho para melhorar sua teoria continua.

4. O multiverso é uma das visões artísticas

O cientista indiano Abhas Mitra também tem sido um crítico consistente da teoria do Big Bang por muitos anos. Ele publica seu trabalho nas principais revistas científicas, mas a maioria dos cientistas o ignora. Também põe em dúvida a existência buracos negros como a ciência moderna entende.

Quando o já mencionado Stephen Hawking modificou sua teoria dos buracos negros no início de 2014, Mitra afirmou que o famoso físico agora diz sobre esses objetos as mesmas coisas que ele mesmo disse por muitos anos, surpreso que quando ele é ignorado, o discurso de Hawking é tão amplamente comentou.

Como sabemos, Hawking argumentou recentemente que uma das "confianças" mais repetidas em buracos negros - o conceito de um horizonte de eventos além do qual nada pode ir é incompatível com a física quântica.

Experimentos teóricos do físico Joe Polchinski, do Kavli Institute, na Califórnia, mostram, por exemplo, que se esse horizonte de eventos impenetrável fosse consistente com a física quântica, teria de ser algo como uma parede de fogo, uma partícula em decomposição.

Hawking publicou seus novos insights online como Information Preservation and Weather Prediction for Black Holes. Ele explicou a evolução dos pontos de vista em uma entrevista à Nature. A nova proposta de Hawking é um "horizonte visível" no qual matéria e energia são armazenadas temporariamente e depois liberadas de forma distorcida.

Mais precisamente, isso é um afastamento da ideia de um limite claro de um buraco negro. O físico em seu último trabalho afirma que se trata de buraco negro nenhum horizonte absoluto é formado, então nunca há um espaço fechado além do qual nada pode ir.

Em vez disso, ocorrem enormes flutuações de espaço-tempo em torno dele, nas quais é difícil falar sobre uma separação nítida de um buraco negro do espaço circundante. Outra consequência das novas ideias de Hawking é que a matéria fica temporariamente presa em um buraco negro, que pode “se dissolver” e liberar tudo de dentro. Para que a informação não se perca, saiu mais cedo buraco negro vai evaporar completamente.

Multiverso e visões

Se combinarmos duas grandes descobertas no raciocínio científico - o bóson de Higgs de 2012 e este ano, feito pelo telescópio BICEP2, e a respeito das ondas gravitacionais, confirmando a fase inflacionária da expansão do Universo, então... os resultados podem ser inesperados .

5. Visualização do Universo

Por exemplo, de tal forma que sem "algo mais" o Universo não existiria por muito tempo. Cientistas britânicos do King's College London publicaram um artigo mostrando que se tudo o que sabemos existe no "campo de Higgs" que dá massa às partículas, e as observações do BICEP2 estão corretas, então está confirmado que houve uma fase "empurrar" inflacionária. partículas no campo de Higgs, mas o universo então não levará mais do que um segundo!

Como isso não aconteceu, devemos supor a existência de um "algo" adicional, algum elemento, devido ao qual o universo resultante não colapsa imediatamente de volta em si mesmo. Enquanto isso, o universo existe há 13,8 bilhões de anos.

“Se o que o BICEP2 mostrou for verdade, então deve haver alguma física de partículas interessante além do Modelo Padrão”, comenta Robert Hogan, um dos autores do estudo na Universidade de Londres. A visão de um multiverso (4), no qual nosso universo é apenas um dentre uma infinidade de outros surgindo como bolhas em espuma de sabão, está se tornando cada vez mais popular..

Então espaço-tempo seria um conceito muito mais amplo do que observamos em nossa bolha. Curiosamente, esse conceito altamente especulativo não mina a teoria de Einstein, mas a coloca em uma perspectiva inteiramente nova. Essa visão é uma união da teoria da relatividade com a mecânica quântica.

Isso significaria abandonar a ideia de um espaço contínuo e expansivo que se desenvolve, gira e se curva em favor de algo fragmentado e atomizado. A nova física que emergirá disso pode ser muito mais simples do que as teorias que prevalecem hoje!

Os enigmas e paradoxos que atormentam a ciência desaparecerão. No entanto, é difícil dizer se outros, os próximos, tomarão seus lugares. Nova Condição o universo pois seria difícil para nós entender isso, assim como a situação antes do Big Bang, quando não havia tempo, pelo menos no sentido em que podemos percebê-lo.

Até que tenhamos uma resposta e pelo menos uma ideia definitiva sobre a origem, natureza e destino do universo, devemos pelo menos nos consolar com belas visualizações... Por exemplo, como a simulação computacional Illustris criada por astrônomos.

Pela primeira vez, foi possível recriar a evolução do cosmos com tanto detalhe, desde o período imediatamente após o Big Bang até o presente. Os supercomputadores usados ​​para criar o modelo trabalharam nele por seis meses. A modelagem não cobre tudo o universoporque nossas máquinas não podem lidar com isso ainda.

Então, vemos a evolução da matéria cósmica preenchendo um cubo com uma borda de 350 milhões de anos-luz - esta é uma área bastante grande que representa todo o cosmos. A ação começa 12 anos após o Big Bang. Mostra mudanças ao longo de bilhões de anos, a formação de galáxias e estruturas maiores.

Para criar essa simulação, todo o conhecimento adquirido até agora sobre as leis que regem o espaço e os resultados de observações telescópicas, principalmente o telescópio Hubble, foram usados. Os pesquisadores levaram em conta a misteriosa matéria escura e a energia escura.

Com o tempo, a matéria escura se condensou em aglomerados e longos filamentos (5), criando uma espécie de teia cósmica. Com o tempo, a matéria normal foi atraída por essas densidades, consistindo originalmente em uma mistura de hidrogênio e hélio.

Dele nasceram nuvens de gás interestelar, estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias. Na visualização, eles variam de cor do verde e do vermelho ao branco, dependendo da temperatura. Mesmo que não fosse exatamente o caso, a visão proposta não é ruim...