Ярослав Золотарёв "Космология"

Космология
Ярослав Золотарёв

Неформальное изложение истории Вселенной и Земли, а также основ физики и астрономии в виде блог-постов.

Ярослав Золотарёв

Космология

КОСМОС

Космос – 1. Общая картина мира

Перед началом мира имеет, видимо, смысл, описать общие представления о мире в современной науке:

1. Мир имеет начало и конец во времени, а также ограничен в пространстве. Что находится за границами мира – неизвестно.

2. Мир состоит из света (фотоны и элементарные частицы) и тьмы (темной материи и энергии). Структура и свойства светлой части мира известны гораздо лучше, хотя о свойствах темной имеются какие-то теоретические предположения.

3. Тьмы в мире гораздо больше, чем света (примерно в 24 раза).

4. Тьма разрывает свет на части, что приводит к тому, что мир расширяется с ускорением. Рано или поздно в процессе такого расширения весь свет погибнет.

5. Физические законы и постоянные, полученные в результате наблюдений на Земле, во всем мире такие же (довольно спорный тезис, на самом деле, учитывая, что Земля – где-то в жопе мира, на окраине захолустной галактики, и вдали от мировых центров типа звездных скоплений; с инопланетянами, кстати, видимо, нет контактов, просто потому, что в нашу глушь никто не залетает). К основным физическим законам относится тот факт, что в больших структурах упорядоченность либо остается такой же, либо снижается, то есть "свет" в смысле дифференцированности чего-то тоже погибает.

6. Поскольку мир расширяется, было какое-то время, когда он весь был в одной точке, и в этой точке физические законы как раз не действовали, в связи с тем, что ничего не было.

7. Что было до этой точки, и почему она взорвалась – неизвестно.

Следует учитывать, что этой картине лет 20-30, а то для россиянской образованщины характерно, что они прочитают что-то в западной научной книжке, и потом носятся с этим как с последним словом науки, в которое надо немедленно уверовать. Последнее слово науки будет сказано, когда мы окончательно познаем весь мир, а до той поры смена научных парадигм и концепций идет очень быстро; за те 300 лет, которые наука существует отдельно от религии, представления об общей структуре и судьбе мира менялись многократно. В связи с этим, мне всегда смешно, когда образованцы в ЖЖ говорят о том, что "наука что-то там считает", особенно – относительно гуманитарной науки. Даже естественные дисциплины очень быстро меняют свое мнение, а уж гуманитарные большей частью и наукой-то не являются, там пока что можно только говорить об использовании отдельных элементов научного мышления, но это там часто не носит системного характера и подчиняется какой-нибудь полностью ебанутой идеологии, которая, по сути, является формой религии.

В то же время можно заметить, что вышеизложенное общее представление о мире исповедуемому мной манихейству не только не противоречит, но Мани Хайя это самое и излагал, только, конечно, не в терминах атомной физики (которой тогда просто не было). В манихействе есть еще один только постулат:

8. Поскольку свет в нашем мире уменьшается, а ничего в ничто не превращается, значит, свет в каком-то мире увеличивается. Соответственно, когда этот мир неизбежно погибнет, весь свет останется в том мире, в который он уходил из этого мира.

Данный постулат пока что научно не проверен, но не является, на мой взгляд, религиозным, поскольку тут сформулировано что-то конкретное и проверяемое: то место, в которое свет уходит, можно, в принципе, наблюдать, если будут предложены адекватные методы его наблюдения. Кстати, в советское время как раз в научной среде бытовали представления о Метагалактиках, то есть о мирах с иными физическими законами, чем в нашем мире, причем была и теория о том, что энтропия в нашей Вселенной возрастает за счет того, что нечто откачивают в другую Вселенную, где энтропия, наоборот, снижается. Сейчас как-то перестали про эти метагалактики говорить, но ничего фантастического в таком предположении нет.

Космос – 2. ОТО

Является одной из парадигм современной физики и, фактически, лежит в основе всей космологии (так как ОТО трактует вопросы гравитации, а это основное взаимодействие в космосе). Она мало согласуется с другой базовой парадигмой физики (квантовой механикой), кроме того, ОТО очень старая (1915-1916), и с тех пор накопилось много наблюдений и концепций, которые ей противоречат. Кроме того, все знают, что Эйнштейн – еврей, что создает дополнительную политическую возню вокруг. Имеется, соответственно, развитая критика и множество альтернативных теорий, которые я собираюсь изложить в отдельном пункте. Чтобы спасти ОТО, придумывают целые объекты по типу черных дыр, в которых она не работает по каким-то объективным причинам. В последние годы появились сообщения о том, что наблюдают движение со скоростью выше скорости света; если данные эксперименты подтвердятся, то вся теория относительности со всеми теперешними представлениями о мире (полностью на ней основанными) пойдет нахер.

Если уже в кратком тексте это излагать, то основные постулаты, видимо, можно так сформулировать:

1. Скорость света в вакууме – максимальный предел, быстрее которого информация не может распространяться. То есть она выступает как своеобразная "точка отсчета": все в мире относительно, а вот скорость света – всегда константа. При этом допускаются места, где света нет: изначальная сингулярность до Большого взрыва и черные дыры. В связи с отсутствием там основной константы ОТО совершенно ничего о таких объектах не может сказать и считает их абсолютно непознаваемыми в рамках данной теории. Имеются многочисленные попытки построить СТО и ОТО без этого постулата.

2. В разных системах отсчета существует разное время (классические представления исходят из того, что пространство при движении меняется, а время – нет). То есть время "относительно", а постоянной является только скорость света. Более подробно про единство пространства и времени будет тоже в отдельном пункте, так как эта концепция тоже важна для космологии.

3. При изменении пространства-времени физические законы не меняются (на мой взгляд, здесь – самый спорный пункт, учитывая крайне малые размеры Земли по сравнению с космосом: он приводит к тому, что результаты земных наблюдений всегда автоматически распространяют на космос).

4. Расхождение траекторий движения объясняется кривизной пространства-времени. Если бы пространство-время было плоское, тела бы двигались всегда прямо. Гравитация делает пространство-время в некоторых местах кривым, в результате чего тела двигаются по разнообразным траекториям. Кривизну можно измерить (метрическим тензором).

Наиболее важные следствия:

1. Гравитационное замедление времени, из-за которого любые часы будут идти тем медленнее, чем глубже в гравитационной яме (ближе к гравитирующему телу) они находятся. Кстати, они определяют, что Вселенная расширяется (и, соответственно, погибает), именно замеряя это самое гравитационное красное смещение.

2. Гравитационное отклонение света.

3. Увлечение инерциальных систем отсчёта вращающимся телом: вращающийся массивный объект «тянет» пространство-время в направлении своего вращения.

Наверное, это все главное, что можно сказать, избегая формул (намерен вообще их избегать во всем повествовании). Имеется как множество фактов, которые трактуют как подтверждение данной теории, так и множество возражений против нее.

Космос – 3. Критика ТО

Поскольку все, кого официально не признают, в наше время пытаются это компенсировать активностью в интернете, в интернете ооочень много информации про критику ТО.

Списки альтернативных теорий гравитации даже в энциклопедиях перечисляют десятки подходов, которые предлагаются вместо ОТО.

Можно классифицировать по степени радикальности:

1. Радикальные критики ОТО (среди русскоязычной публики, вообще склонной к разного рода радикализму, довольно популярны) – они в принципе считают неприменимым использование чисто математических абстракций, не описывающих какие-то наблюдаемые отношения между объектами, к физике. Сюда, например, относится Катющик. Понятно, что критика тут, на самом деле, идет против математики, а коль скоро математические методы, которым пользовался Эйнштейн, отбрасываются, Эйнштейн идет уже нахер автоматически, поскольку бредовыми методами он никак не мог бы получить какие-то результаты, кроме бредовых.

Другим распространенным аргументом, кроме неправильного применения математики, является тот факт, что Эйнштейн постоянно смешивает разнородные величины (типа времени и пространства), поскольку он может и то и другое описать с помощью каких-то математических абстракций. Однако его описания не делают эти вершины однородными, то есть он сколько угодно может рисовать формул для какой-то сущности, состоящей из времени и пространства одновременно, но физического смысла эти формулы все равно не имеют, так как это – разные объекты, и из них время – вообще нематериальный объект.

2. Попытки создать некую общую теорию из двух основных парадигм – ОТО и квантовой механики. Признаются они официальной наукой, в отличие от критики первого типа, "научными", но недоказанными.

3. После того, как в восьмидесятые поступило много данных о космосе, явно противоречащих ОТО, чтобы закрыть эту дыру, сторонники ОТО начали во множестве придумывать всякие ненаблюдаемые сущности типа темной материи, темной энергии, кротовых дыр и тому подобного. Они и раньше отличались тем, что рассказывали всякое странное типа замедления времени и прочего ненаблюдаемого, но последние изыски просто вырубили многих ученых, что привело к новой волне теорий, альтернативных ОТО. В связи с тем, что общие представления о мире становятся все более далекими от чего-то реально наблюдаемого, вселенная заполняется многочисленными воображаемыми объектами, смысл которых только в том, чтобы согласовать ОТО с реальностью, и эта ситуация начинает реально беспокоить критически мыслящих ученых. В теориях третьего типа современная математика применяется, просто они пытаются объяснить мир без введения большого количества парадоксальных выводов и эфемерных сущностей.

4. Насколько я понимаю, еще живы какие-то старые, до-квантовые концепции типа эфира; последователи их существуют и пытаются развить эти теории, чтобы они объясняли новые наблюдаемые факты.

Разобраться в этом море довольно сложно; в общем, отсылаю к статье по ссылке. Принципиальным для мировоззрения является то, что ОТО совершенно точно не является какой-то истиной в последней инстанции, и построенные на ней выводы нельзя считать абсолютно достоверными. То есть, хотя сторонники ОТО определенно утверждают, что космос умрет, может быть, и не умрет, в конце концов, это просто одна из теорий.

Космос – 4. Пространственно-временной континуум (ПВК)

Концепция относится к ТО, но я считаю нужным подробнее ее изложить, так как она непосредственно примыкает к космологии.

Смысл, насколько я понимаю, в скорости. То есть, если в классике скорость описывается как функция от времени и пространства (координаты меняются во времени с какой-то скоростью), если мы скорость берем как константу (исходя из того, что предельная скорость, скорость света, постоянна), то как время, так и пространство являются уже функцией от скорости, и именно в этом, математическом смысле образуют континуум (то есть непрерывность). Тут имеется в виду, что при изменении скорости меняются как время, так и пространство (в советское время любили это описывать примером про возвращение космонавта на Землю, на которой прошло 100 лет, в то время как для космонавта – 10).

Вместо координат в ПВК используется световой конус, то есть какие-то ограниченные события в прошлом могли привести к этому событию, и оно также влечет какие-то события в будущем ("множество всех точек, для которых интервал, отделяющий их от данного события [вершины светового конуса], светоподобен [то есть равен нулю]"):

Легко заметить, что тут физические величины подменяются причинностью, но, в принципе, это – основная операция в ТО, потому и называется теорией относительности: раз все относительно, то мы можем анализировать только причины, это еще Будда заметил.

Гравитация в ОТО описывается как влияние ПВК на физические объекты. То есть не объекты как-то взаимодействуют (как мы обычно представляем себе поле), а есть некая математическая сущность, изменения в которой определяют то, что мы наблюдаем как взаимодействие объектов.

В частности, при больших скоростях одной системы отсчёта относительно другой время замедляется, что сторонники ОТО считают хорошо подтвержденным экспериментами фактом.

Надо сказать, что многие альтернативные к ОТО теории не только не критикуют эту концепцию сущности с четырьмя измерениями, но и вводят новые измерения, то есть увеличивают степень математизации основной парадигмы физики. Теория струн, про которую тут упоминали, описывает уже хреновину с 10 или 26 измерениями, причем измерения больше четвертого, в основном, проявляются на субатомном уровне.

В основном, другие измерения накручиваются в области времени, то есть, говорится о многомерном времени. Следует подчеркнуть, что здесь именно вводится какое-то дополнительное время, а мир вообще без времени просто немыслим, это что-то типа христианской троицы, то есть сказать такие слова можно – "времени нет", но эти слова полностью бессмысленны, так как противоречивы. Когда-то давным-давно я в ЖЖ дискутировал с некоторыми гностиками, которые утверждали, что в идеальном состоянии "времени не будет", так я и тогда им говорил, что это чушь. Когда времени нет, то вообще ничего нет, а если идеальное состояние описывается как дифференцированное (то есть в нем отличаются отдельные объекты друг от друга), то, конечно, там есть и время, и пространство, без них никакая действительность просто не описывается. Критики обыденной концепции времени просто вводят какое-то дополнительное время, но не говорят, что при каких-то условиях времени вовсе не будет, это абсурдно.

Космос – 5. Теория струн

Поскольку во всяких современных материалах по космологии это действительно часто встречается, я решил, что это надо тоже включить перед БЗ. Тем более, что одна из причин разработки данной теории – это именно попытки решить многочисленные космологические трудности, чрезвычайно накопившиеся к началу 21 века.

Основная идея: до субатомного уровня мы различаем некие "частицы" (вплоть до кварков), однако то, из чего состоят сами кварки, больше описывается, как некая "струна" (на масштабах порядка планковской длины 10

м). Бурное развитие этой теории шло как раз в период падения совка, то есть в конце восьмидесятых и начале девяностых, когда она была крайне модной.

Рисуют они это как-то так:

Справа – взаимодействие, как если бы это были частицы, а слева – как если бы это были струны.

Никаких экспериментальных подтверждений, как я понимаю, не получено, что не мешает теоретикам в больших дозах фантазировать, описывать многочисленные иные измерения и параллельные миры и получать за это кучу денег.

Развитые струнные теории описывают мир из 10, 11 или 26 измерений, который плохо переводится в четырехмерный мир ОТО, и именно поэтому они не могут сформулировать, какие же эксперименты в четырехмерном мире могли бы подтвердить их теорию.

Кроме того, известной проблемой является проблема ландшафта, то есть теория описывает примерно 10

"ложных вакуумов" – то есть, в принципе, именно столько возможно разных физик с разными законами, и все эти физики наблюдаются одновременно ("параллельные миры"). Какая из этих 10

физик соответствует нашей, математически они решить не могут, решить задачу можно только перебором, а перебор такого большого числа физик – дело малореальное.

С точки зрения научного метода нефальсифицируемая теория (которую в принципе нельзя проверить) – ненаучная, потому что тогда мы можем говорить что угодно. Примеры других нефальсифицируемых теорий – фрейдизм, марксизм, анонимус. То есть, например, о любых психологических феноменах фрейдист может сказать, что это порождение какой-то ненаблюдаемой сущности из тех, что Фрейд сочинил. Условий, при которых психологический феномен не происходит от этих бредовых сущностей, а также условий, при которых все это можно проверить экспериментально, фрейдисты не задают. Значит, с точки зрения научного метода, весь фрейдизм – шарлатанство.

Аналогично дело обстоит с "анонимусом" в сетевых разборках – раз он не наблюдается, и нельзя проверить, значит, это типичная шарлатанская нефальсифицируемая сущность, и ссылаться на "анонимуса" как на какого-то субъекта – шарлатанство самой низкой пробы, масштаба Гундяева с его святой водой.

Основные понятия теории:

Квантовые струны – бесконечно тонкие одномерные объекты, колебания которых производят всё многообразие элементарных частиц. Характер колебаний струны задаёт свойства материи, такие как электрический заряд и масса.

Описывается она разными топологическими моделями.

Открытая струна – нет концов.