Teorias do limite. No zoológico da ciência

A ciência das fronteiras é entendida de pelo menos duas maneiras. Primeiro, como ciência sólida, mas fora do mainstream e do paradigma. Em segundo lugar, como todas as teorias e hipóteses que têm pouco em comum com a ciência.

A teoria do Big Bang também pertenceu ao campo da ciência menor. Ele foi o primeiro a falar suas palavras nos anos 40. Fred Hoyle, o fundador da teoria da evolução estelar. Ele fez isso em uma transmissão de rádio (1), mas em escárnio, com a intenção de ridicularizar todo o conceito. E esta nasceu quando se descobriu que as galáxias "fugiam" umas das outras. Isso levou os pesquisadores à ideia de que, se o universo está se expandindo, em algum momento ele teve que começar. Essa crença formou a base da agora dominante e universalmente inegável teoria do Big Bang. O mecanismo de expansão, por sua vez, é explicado por outro, também atualmente não contestado pela maioria dos cientistas. teoria da inflação. No Oxford Dictionary of Astronomy podemos ler que a teoria do Big Bang é: “A teoria mais amplamente aceita para explicar a origem e evolução do universo. De acordo com a teoria do Big Bang, o Universo, que emergiu de uma singularidade (um estado inicial de alta temperatura e densidade), se expande a partir deste ponto.”

Contra a "exclusão científica"

No entanto, nem todos, mesmo na comunidade científica, estão satisfeitos com esse estado de coisas. Numa carta assinada há alguns anos por mais de XNUMX cientistas de todo o mundo, incluindo a Polónia, lemos, em particular, que o "Big Bang se baseia" num número cada vez maior de entidades hipotéticas: inflação cosmológica, não -matéria polar. (matéria escura) e energia escura. (…) Contradições entre observações e previsões da teoria do Big Bang são resolvidas adicionando tais entidades. Criaturas que não podem ou não foram observadas. … Em qualquer outro ramo da ciência, a necessidade recorrente de tais objetos pelo menos levantaria sérias questões sobre a validade da teoria subjacente – se essa teoria falhasse por causa de sua imperfeição. »

“Esta teoria”, escrevem os cientistas, “requer a violação de duas leis bem estabelecidas da física: o princípio da conservação da energia e da conservação do número de bárions (afirmando que quantidades iguais de matéria e antimatéria são compostas de energia). “

Conclusão? “(…) A teoria do Big Bang não é a única base disponível para descrever a história do universo. Existem também explicações alternativas para fenômenos fundamentais no espaço., incluindo: a abundância de elementos leves, a formação de estruturas gigantes, a explicação da radiação de fundo e a conexão do Hubble. Até hoje, tais questões e soluções alternativas não podem ser discutidas e testadas livremente. A troca aberta de ideias é o que mais falta nas grandes conferências. … Isso reflete um crescente dogmatismo de pensamento, alheio ao espírito da livre investigação científica. Esta não pode ser uma situação saudável."

Talvez então as teorias que põem em dúvida o Big Bang, embora relegadas à zona periférica, devam, por sérias razões científicas, ser protegidas da "exclusão científica".

O que os físicos varreram para debaixo do tapete

Todas as teorias cosmológicas que descartam o Big Bang geralmente eliminam o incômodo problema da energia escura, transformam constantes como a velocidade da luz e o tempo em variáveis ​​e buscam unificar as interações de tempo e espaço. Um exemplo típico dos últimos anos é uma proposta de físicos de Taiwan. Em seu modelo, isso é bastante problemático do ponto de vista de muitos pesquisadores. energia escura desaparece. Portanto, infelizmente, é preciso supor que o Universo não tem começo nem fim. O principal autor desse modelo, Wun-Ji Szu, da Universidade Nacional de Taiwan, descreve o tempo e o espaço não como elementos separados, mas intimamente relacionados que podem ser trocados entre si. Nem a velocidade da luz nem a constante gravitacional neste modelo são constantes, 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 de um universo em expansão com excesso de energia escura que faz com que ele se expanda levanta sérios problemas. Alguns observam que, com a ajuda dessa teoria, os cientistas "substituíram para debaixo do tapete" a lei física da conservação da energia. O conceito taiwanês não viola os princípios de conservação de energia, mas, por sua vez, tem um problema com a radiação de fundo em micro-ondas, considerada um resquício do Big Bang.

No ano passado, o discurso de dois físicos do Egito e do Canadá ficou conhecido e, com base em novos cálculos, eles desenvolveram outra teoria muito interessante. De acordo com eles O universo sempre existiu - Não houve Big Bang. Baseada na física quântica, essa teoria parece ainda mais atraente porque resolve o problema da matéria escura e da energia escura de uma só vez.

2. Visualização de um fluido quântico

Ahmed Farag Ali, da Cidade de Ciência e Tecnologia de Zewail, e Saurya Das, da Universidade de Lethbridge, experimentaram. combinar a mecânica quântica com a relatividade geral. Eles usaram uma equação desenvolvida pelo Prof. Amal Kumar Raychaudhuri da Universidade de Calcutá, que permite prever o desenvolvimento de singularidades na relatividade geral. No entanto, após várias correções, eles perceberam que de fato descreve um “líquido”, constituído por inúmeras partículas minúsculas, que, por assim dizer, preenchem todo o espaço. Durante muito tempo, as tentativas de resolver o problema da gravidade nos levaram à hipótese grávitons são as partículas que geram essa interação. Segundo Das e Ali, são essas partículas que podem formar esse "fluido" quântico (2). Com a ajuda de sua equação, os físicos traçaram o caminho do “fluido” no passado e descobriram que realmente não havia nenhuma singularidade que fosse problemática para a física 13,8 milhões de anos atrás, mas O universo parece existir para sempre. No passado, era reconhecidamente menor, mas nunca foi comprimido ao ponto infinitesimal anteriormente proposto no espaço..

O novo modelo também pode explicar a existência de energia escura, que deve alimentar a expansão do universo criando pressão negativa dentro dele. Aqui, o próprio "fluido" cria uma pequena força que expande o espaço, direcionado para fora, no Universo. E este não é o fim, porque a determinação da massa do gráviton neste modelo nos permitiu explicar outro mistério - a matéria escura - que supostamente tem um efeito gravitacional em todo o Universo, permanecendo invisível. Simplificando, o próprio “líquido quântico” é a matéria escura.

3. Imagem da radiação cósmica de fundo do WMAP

Temos um grande número de modelos

Na segunda metade da década passada, o filósofo Michal Tempczyk afirmou com desgosto que "O conteúdo empírico das teorias cosmológicas é escasso, eles preveem poucos fatos e são baseados em uma pequena quantidade de dados observacionais.". Cada modelo cosmológico é empiricamente equivalente, ou seja, baseado nos mesmos dados. O critério deve ser teórico. Agora temos mais dados observacionais do que costumávamos, mas a base de informações cosmológicas não aumentou drasticamente - aqui podemos citar dados do satélite WMAP (3) e do satélite Planck (4).

Howard Robertson e Geoffrey Walker formaram independentemente métrica para um universo em expansão. As soluções da equação de Friedmann, juntamente com a métrica de Robertson-Walker, formam o chamado Modelo FLRW (métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker). Modificado ao longo do tempo e suplementado, tem status de modelo padrão de cosmologia. Este modelo teve melhor desempenho com dados empíricos subsequentes.

Claro, muitos outros modelos foram criados. Criado na década de 30 modelo cosmologiczny Arthura Milne, com base em sua teoria cinemática da relatividade. Era para competir com a teoria geral da relatividade de Einstein e a cosmologia relativista, mas as previsões de Milne acabaram sendo reduzidas a uma das soluções das equações de campo de Einstein (EFE).

4 Telescópio Espacial Planck

Também nessa época, Richard Tolman, o fundador da termodinâmica relativística, apresentou seu modelo do universo - mais tarde sua abordagem foi generalizada e o chamado Modelo LTB (Lemaitre-Tolman-Bondi). Foi um modelo não homogêneo com um grande número de graus de liberdade e, portanto, um baixo grau de simetria.

Forte concorrência pelo modelo FLRW, e agora pela sua expansão, Modelo ZhKM, que também inclui lambda, a chamada constante cosmológica responsável pela aceleração da expansão do universo e pela matéria escura fria. É um tipo de cosmologia não newtoniana que foi suspensa pela incapacidade de lidar com a descoberta da radiação cósmica de fundo (CBR) e quasares. O surgimento da matéria do nada, proposto por esse modelo, também se opunha, embora houvesse uma justificativa matematicamente convincente.

Talvez o modelo mais famoso da cosmologia quântica seja Modelo do Universo Infinito de Hawking e Hartle. Isso incluía tratar todo o cosmos como algo que poderia ser descrito por uma função de onda. Com crescimento teoria das supercordas tentativas foram feitas para construir um modelo cosmológico em sua base. Os modelos mais famosos foram baseados em uma versão mais geral da teoria das cordas, os chamados Minhas teorias. Por exemplo, você pode substituir modelo Randall Sandrum.

5. Visão Multiversal

multiverso

Outro exemplo de uma longa série de teorias de fronteira é o conceito de Multiverso (5), baseado na colisão de universos-farelo. Diz-se que esta colisão resulta em uma explosão e na transformação da energia da explosão em radiação quente. A inclusão da energia escura neste modelo, que também foi utilizado por algum tempo na teoria da inflação, possibilitou a construção de um modelo cíclico (6), cujas ideias, por exemplo, na forma de um universo pulsante, foram repetidamente rejeitadas anteriormente.

6. Visualização do universo cíclico oscilante

Os autores desta teoria, também conhecida como modelo do fogo cósmico ou modelo expirótico (do grego ekpyrosis - "fogo mundial"), ou a Great Crash Theory, são cientistas das universidades de Cambridge e Princeton - Paul Steinhardt e Neil Turok . Segundo eles, no início o espaço era um lugar vazio e frio. Não havia tempo, nem energia, não importava. Apenas a colisão de dois universos planos localizados um ao lado do outro iniciou o "grande incêndio". A energia que então surgiu causou o Big Bang. Os autores desta teoria também explicam a atual expansão do universo. A teoria do Great Crash sugere que o universo deve sua forma atual à colisão do chamado um em que está localizado, com o outro, e à transformação da energia da colisão em matéria. Foi como resultado da colisão de um duplo vizinho com o nosso que a matéria que conhecemos se formou e nosso Universo começou a se expandir.. Talvez o ciclo de tais colisões seja interminável.

A teoria do Great Crash foi endossada por um grupo de renomados cosmólogos, incluindo Stephen Hawking e Jim Peebles, um dos descobridores do CMB. Os resultados da missão Planck são consistentes com algumas das previsões do modelo cíclico.

Embora tais conceitos já existissem na antiguidade, o termo "Multiverso" mais comumente usado hoje foi cunhado em dezembro de 1960 por Andy Nimmo, então vice-presidente do Capítulo Escocês da Sociedade Interplanetária Britânica. O termo tem sido usado corretamente e incorretamente por vários anos. No final dos anos 60, o escritor de ficção científica Michael Moorcock chamou-lhe a coleção de todos os mundos. Depois de ler um de seus romances, o físico David Deutsch usou-o nesse sentido em seu trabalho científico (incluindo o desenvolvimento da teoria quântica de muitos mundos por Hugh Everett) tratando da totalidade de todos os universos possíveis - contrariando a definição original de Andy Nimmo. Depois que este trabalho foi publicado, a palavra se espalhou entre outros cientistas. Então agora "universo" significa um mundo que é governado por certas leis, e "multiverso" é uma coleção hipotética de todos os universos.

7. O número hipotético de universos presentes no multiverso.

Nos universos desse “multiverso quântico”, leis da física completamente diferentes podem operar. Cosmólogos astrofísicos da Universidade de Stanford, na Califórnia, calcularam que poderia haver 1010 desses universos, com a potência de 10 elevada à potência de 10, que por sua vez é elevada à potência de 7 (7). E esse número não pode ser escrito na forma decimal devido ao número de zeros que excede o número de átomos no universo observável, estimado em 1080.

Um vácuo decadente

No início da década de 80, o chamado cosmologia inflacionária Alan Guth, físico americano, especialista no campo das partículas elementares. Para explicar algumas das dificuldades observacionais no modelo FLRW, ela introduziu um período adicional de rápida expansão no modelo padrão após cruzar o limiar de Planck (10 a 33 segundos após o Big Bang). Guth em 1979, enquanto trabalhava nas equações que descrevem a existência inicial do universo, notou algo estranho - um falso vácuo. Diferia do nosso conhecimento do vácuo porque, por exemplo, não estava vazio. Em vez disso, era um material, uma força poderosa capaz de inflamar todo o universo.

Imagine um pedaço redondo de queijo. Que seja nosso falso vácuo antes do big bang. Tem a incrível propriedade do que chamamos de "gravidade repulsiva". É uma força tão poderosa que um vácuo pode se expandir do tamanho de um átomo para o tamanho de uma galáxia em uma fração de segundo. Por outro lado, pode decair como material radioativo. Quando parte do vácuo se rompe, ele cria uma bolha em expansão, um pouco como os buracos no queijo suíço. Nesse buraco de bolha, um falso vácuo é criado - partículas extremamente quentes e densamente compactadas. Então eles explodem, que é o Big Bang que cria nosso universo.

A coisa importante que o físico russo Alexander Vilenkin percebeu no início dos anos 80 foi que não havia vazio sujeito à decadência em questão. “Essas bolhas estão se expandindo muito rapidamente”, diz Vilenkin, “mas o espaço entre elas está se expandindo ainda mais rápido, abrindo espaço para novas bolhas”. Significa que Uma vez que a inflação cósmica começou, ela nunca para, e cada bolha subsequente contém a matéria-prima para o próximo Big Bang. Assim, nosso universo pode ser apenas um de um número infinito de universos em constante expansão em um falso vácuo em constante expansão.. Em outras palavras, pode ser real terremoto dos universos.

Há alguns meses, o Telescópio Espacial Planck da ESA observou "no limite do universo" misteriosos pontos mais brilhantes que alguns cientistas acreditam poder ser vestígios de nossa interação com outro universo. Por exemplo, diz Ranga-Ram Chari, um dos pesquisadores que analisa dados provenientes do observatório no centro da Califórnia. Ele notou estranhos pontos brilhantes na luz cósmica de fundo (CMB) mapeada pelo telescópio Planck. A teoria é que existe um multiverso no qual "bolhas" de universos estão crescendo rapidamente, alimentadas pela inflação. Se as bolhas de sementes são adjacentes, então, no início de sua expansão, é possível a interação, "colisões" hipotéticas, cujas consequências devemos ver nos traços da radiação cósmica de fundo em micro-ondas do Universo primitivo.

Chari acha que encontrou essas pegadas. Através de uma análise cuidadosa e demorada, ele encontrou regiões na CMB que são 4500 vezes mais brilhantes do que a teoria da radiação de fundo sugere. Uma possível explicação para esse excesso de prótons e elétrons é o contato com outro universo. É claro que essa hipótese ainda não foi confirmada. Os cientistas são cuidadosos.

Há apenas cantos

Outro item do nosso programa de visita a uma espécie de zoológico espacial, repleto de teorias e raciocínios sobre a criação do Universo, será a hipótese do destacado físico, matemático e filósofo britânico Roger Penrose. A rigor, esta não é uma teoria quântica, mas tem alguns de seus elementos. O próprio nome da teoria cosmologia cíclica conforme () - contém os principais componentes do quantum. Entre elas está a geometria conforme, que opera exclusivamente com o conceito de ângulo, rejeitando a questão da distância. Triângulos grandes e pequenos são indistinguíveis neste sistema se tiverem os mesmos ângulos entre os lados. Linhas retas são indistinguíveis de círculos.

No espaço-tempo quadridimensional de Einstein, além das três dimensões, há também o tempo. A geometria conformal até dispensa isso. E isso se encaixa perfeitamente com a teoria quântica de que o tempo e o espaço podem ser uma ilusão de nossos sentidos. Portanto, temos apenas cantos, ou melhor, cones de luz, ou seja, superfícies nas quais a radiação se propaga. A velocidade da luz também é determinada com precisão, porque estamos falando de fótons. Matematicamente, essa geometria limitada é suficiente para descrever a física, a menos que lide com objetos de massa. E o Universo após o Big Bang consistia apenas de partículas de alta energia, que na verdade eram radiação. Quase 100% de sua massa foi convertida em energia de acordo com a fórmula básica de Einstein E = mc².

Assim, desprezando a massa, com a ajuda da geometria conforme, podemos mostrar o próprio processo de criação do Universo e até mesmo algum período anterior a essa criação. Você só precisa levar em conta a gravidade que ocorre em um estado de entropia mínima, ou seja, em alto grau de ordem. Então a característica do Big Bang desaparece e o início do Universo aparece simplesmente como um limite regular de algum espaço-tempo.

8. Visão de um buraco branco hipotético

De buraco em buraco, ou metabolismo cósmico

As teorias exóticas prevêem a existência de objetos exóticos, ou seja, buracos brancos (8) são opostos hipotéticos de buracos negros. O primeiro problema foi mencionado no início do livro de Fred Hoyle. A teoria é que um buraco branco deve ser uma região onde a energia e a matéria fluem de uma singularidade. Estudos anteriores não confirmaram a existência de buracos brancos, embora alguns pesquisadores acreditem que o exemplo do surgimento do universo, ou seja, o Big Bang, poderia na verdade ser um exemplo de tal fenômeno.

Por definição, um buraco branco joga fora o que um buraco negro absorve. A única condição seria aproximar os buracos preto e branco e criar um túnel entre eles. A existência de tal túnel foi assumida já em 1921. Chamava-se ponte, depois chamava-se Ponte Einstein-Rosen, em homenagem aos cientistas que realizaram os cálculos matemáticos que descrevem essa criação hipotética. Nos anos posteriores foi chamado buraco de minhoca, conhecido em inglês pelo nome mais peculiar "wormhole".

Após a descoberta dos quasares, foi sugerido que a emissão violenta de energia associada a esses objetos poderia ser resultado de um buraco branco. Apesar de muitas considerações teóricas, a maioria dos astrônomos não levou essa teoria a sério. A principal desvantagem de todos os modelos de buracos brancos desenvolvidos até agora é que deve haver algum tipo de formação em torno deles. campo gravitacional muito forte. Os cálculos mostram que, quando algo cai em um buraco branco, deve receber uma poderosa liberação de energia.

No entanto, cálculos astutos de cientistas afirmam que, mesmo que existissem buracos brancos e, portanto, buracos de minhoca, eles seriam altamente instáveis. A rigor, a matéria não seria capaz de passar por esse "buraco de minhoca", pois se desintegraria rapidamente. E mesmo que o corpo pudesse entrar em outro universo paralelo, ele entraria na forma de partículas, que, talvez, pudessem se tornar material para um mundo novo e diferente. Alguns cientistas chegam a argumentar que o Big Bang, que deveria dar origem ao nosso Universo, foi precisamente o resultado da descoberta de um buraco branco.

hologramas quânticos

Oferece muito exotismo em teorias e hipóteses. a física quântica. Desde a sua criação, forneceu uma série de interpretações alternativas para a chamada Escola de Copenhague. Idéias sobre uma onda piloto ou vácuo como uma matriz ativa de informação de energia da realidade, deixadas de lado há muitos anos, funcionavam na periferia da ciência, e às vezes um pouco além. No entanto, nos últimos tempos eles ganharam muita vitalidade.

Por exemplo, você constrói cenários alternativos para o desenvolvimento do Universo, assumindo uma velocidade variável da luz, o valor da constante de Planck, ou cria variações sobre o tema da gravidade. A lei da gravitação universal está sendo revolucionada, por exemplo, por suspeitas de que as equações de Newton não funcionam em grandes distâncias, e o número de dimensões deve depender do tamanho atual do universo (e aumentar com seu crescimento). O tempo é negado pela realidade em alguns conceitos, e o espaço multidimensional em outros.

As alternativas quânticas mais conhecidas são Conceitos de David Bohm (nove). Sua teoria assume que o estado de um sistema físico depende da função de onda dada no espaço de configuração do sistema, e o próprio sistema a qualquer momento está em uma das configurações possíveis (que são as posições de todas as partículas no sistema ou os estados de todos os campos físicos). A última suposição não existe na interpretação padrão da mecânica quântica, que assume que até o momento da medição, o estado do sistema é dado apenas pela função de onda, o que leva a um paradoxo (o chamado paradoxo do gato de Schrödinger) . A evolução da configuração do sistema depende da função de onda através da chamada equação de onda piloto. A teoria foi desenvolvida por Louis de Broglie e depois redescoberta e aprimorada por Bohm. A teoria de Broglie-Bohm é francamente não-local porque a equação da onda piloto mostra que a velocidade de cada partícula ainda depende da posição de todas as partículas no universo. Como outras leis conhecidas da física são locais, e as interações não-locais combinadas com a relatividade levam a paradoxos causais, muitos físicos acham isso inaceitável.

10. Holograma espacial

Em 1970, Bohm introduziu visão do universo-holograma (10), segundo o qual, como em um holograma, cada parte contém informações sobre o todo. De acordo com este conceito, o vácuo não é apenas um reservatório de energia, mas também um sistema de informação extremamente complexo contendo um registro holográfico do mundo material.

Em 1998, Harold Puthoff, junto com Bernard Heisch e Alphonse Rueda, apresentou um concorrente à eletrodinâmica quântica - eletrodinâmica estocástica (SED). O vácuo neste conceito é um reservatório de energia turbulenta que gera partículas virtuais que aparecem e desaparecem constantemente. Eles colidem com partículas reais, devolvendo sua energia, o que por sua vez causa mudanças constantes em sua posição e energia, que são percebidas como incerteza quântica.

A interpretação das ondas foi formulada em 1957 pelo já mencionado Everett. Nessa interpretação, faz sentido falar de o vetor de estado para todo o universo. Esse vetor nunca entra em colapso, então a realidade permanece estritamente determinista. No entanto, esta não é a realidade que costumamos pensar, mas uma composição de muitos mundos. O vetor de estado é dividido em um conjunto de estados que representam universos mutuamente inobserváveis, com cada mundo tendo uma dimensão e lei estatística específicas.

Os principais pressupostos no ponto de partida desta interpretação são os seguintes:

• postular sobre a natureza matemática do mundo – o mundo real ou qualquer parte isolada dele pode ser representado por um conjunto de objetos matemáticos;
• postular sobre a decomposição do mundo – o mundo pode ser considerado como um sistema mais aparato.

Deve-se acrescentar que o adjetivo "quântico" apareceu há algum tempo na literatura da Nova Era e no misticismo moderno.. Por exemplo, o renomado médico Deepak Chopra (11) promoveu um conceito que ele chama de cura quântica, sugerindo que com força mental suficiente, podemos curar todas as doenças.

De acordo com Chopra, essa profunda conclusão pode ser tirada da física quântica, que, segundo ele, mostrou que o mundo físico, incluindo nossos corpos, é a reação do observador. Criamos nossos corpos da mesma forma que criamos a experiência de nosso mundo. Chopra também afirma que "crenças, pensamentos e emoções desencadeiam reações químicas que sustentam a vida em cada célula" e que "o mundo em que vivemos, incluindo a experiência de nossos corpos, é inteiramente determinado por como aprendemos a percebê-lo". Assim, a doença e o envelhecimento são apenas uma ilusão. Através do puro poder da consciência, podemos alcançar o que Chopra chama de "corpo sempre jovem, mente sempre jovem".

No entanto, ainda não há argumentos ou evidências conclusivas de que a mecânica quântica desempenhe um papel central na consciência humana ou que forneça conexões diretas e holísticas em todo o universo. A física moderna, incluindo a mecânica quântica, permanece completamente materialista e reducionista, e ao mesmo tempo compatível com todas as observações científicas.