Ученые исправили самую большую ошибку Эйнштейна



В физике существует фундаментальная проблема. Одно число, называемое космологической постоянной, соединяет микроскопический мир квантовой механики и макроскопический мир теории относительности Эйнштейна. Но ни одна теория не может дать ее точное значение, которое согласовалось бы с экспериментами.

Подписаться на iGuides в Telegram, чтобы узнать обо всем первым — t.me/iguides

На самом деле, существует настолько огромное расхождение между наблюдаемым значением этой константы и тем, которое предсказывает теория, что ученые считают это худшим несоответствием в истории физики. Решение этой проблемы может быть самой важной целью теоретической физики в этом столетии.

Лукас Ломбрайзер, доцент кафедры теоретической физики Женевского университета в Швейцарии, представил новый способ дополнения уравнений гравитации Альберта Эйнштейна, чтобы найти такое значение космологической постоянной, которое максимально близко соответствует ее наблюдаемому значению. Он опубликовал свой метод в журнала Physics Letters B.

Как самая большая ошибка Эйнштейна стала темной материей

История космологической постоянной началась более века назад, когда Эйнштейн представил систему уравнений, теперь известных как уравнения поля Эйнштейна-Гильберта, которые стали основой его общей теории относительности. Эти уравнения объясняют, как материя и энергия деформируют ткань пространства и времени, создавая гравитационную силу. В то время и Эйнштейн, и астрономы сходились во мнении, что Вселенной имеет фиксированный размер и что пространство между галактиками в среднем остается статичным. 

Однако, когда Эйнштейн применил общую теорию относительности к Вселенной в целом, то она предсказала нестабильную Вселенную, которая будет либо расширяться, либо сжиматься. И, чтобы «подогнать теорию под эксперимент» и заставить Вселенную быть статичной, Эйнштейн придумал космологическую постоянную. 


Космологическое красное смещение.

Почти десятилетие спустя другой физик, Эдвин Хаббл, обнаружил, что наша Вселенная все-таки не статична, а расширяется. Сдвиг света от далеких галактик в красную область показал, что все они удаляются друг от друга. Это открытие убедило Эйнштейна отказаться от космологической постоянной в своих уравнениях поля, поскольку больше не было необходимости «сдерживать» расширяющуюся Вселенную. В своих трудах Эйнштейн позже признался, что введение им космологической постоянной было, возможно, его самой большой ошибкой.

В 1998 году наблюдения за далекими сверхновыми показали, что Вселенная не просто расширяется, а делает это ускоренно. Галактики ускорялись, удаляясь друг от друга, как будто какая-то неизвестная сила преодолевала гравитацию и раздвигала их. Ученые назвали это загадочное явление темной энергией, так как его истинная природа остается загадкой. 

По иронии судьбы физики вновь ввели космологическую постоянную в уравнения поля Эйнштейна для учета темной энергии. В современной стандартной космологической модели, известной как ΛCDM (Лямбда-CDM), космологическая постоянная взаимозаменяема с темной энергией. Астрономы даже оценили ее значение на основе наблюдений за далекими сверхновыми и флуктуациями космического микроволнового фона. Хотя эта величина абсурдно мала (порядка 10-52 на квадратный метр), в масштабах Вселенной она достаточно значительна, чтобы объяснить ускоренное расширение пространства.


Развитие нашей Вселенной в модели Лямбда-CDM.

«Космологическая постоянная [или темная энергия] в настоящее время составляет около 70% от всей энергии в нашей Вселенной — это мы можем вывести из наблюдаемого ускоренного расширения, которое испытывает наша Вселенная. Однако эта постоянная до конца не понятна», — сказал Ломбрайзер. «Попытки объяснить ее потерпели неудачу, и, кажется, что есть что-то фундаментальное, что мы упускаем в том, как мы понимаем космос. Разгадывание этой головоломки является одним из основных направлений исследований в современной физике. И есть серьезное предположение, что решение этого вопроса может привести нас к более фундаментальному пониманию физики».

Худшее теоретическое предсказание в истории физики

Считается, что космологическая постоянная представляет собой то, что физики называют «энергией вакуума». Квантовая теория поля утверждает, что даже в абсолютно пустом вакууме пространства виртуальные частицы появляются и исчезают, создавая энергию — казалось бы, абсурдная идея, но она была обнаружена экспериментально. Проблема возникает, когда физики пытаются вычислить ее вклад в космологическую постоянную. Их результат отличается от наблюдений в ошеломляющие 10121 раз, что делает его самым большим расхождением между теорией и экспериментом во всех областях физики — вообще говоря, несколько сомнительное достижение.

Такое несоответствие заставило некоторых физиков усомниться в исходных уравнениях гравитации Эйнштейна; некоторые даже предложили альтернативные модели гравитации. Однако дальнейшее многократное обнаружение гравитационных волн благодаря Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) только укрепили общую теорию относительности и отвергли многие из этих альтернативных моделей. Вот почему вместо того, чтобы переосмыслить теорию гравитации, Ломбрайзер использовал другой подход к решению этой космической головоломки.

«Механизм, который я предлагаю, не модифицирует уравнения поля Эйнштейна», — сказал Ломбрайзер. Вместо этого «он добавляет дополнительное уравнение поверх уравнений поля Эйнштейна».

Состав нашей Вселенной на заре существования и на данный момент.

Гравитационная постоянная, которая впервые была использована в законах тяготения Ньютона и теперь является существенной частью уравнений поля Эйнштейна, описывает величину гравитационного взаимодействия между объектами. Она считается одной из фундаментальных констант физики, вечно неизменной с начала существования Вселенной. Ломбрайзер же сделал достаточно неожиданное предположение, что эта константа может изменяться. 

В ломбрайзеровской модификации общей теории относительности гравитационная постоянная остается неизменной в пределах нашей наблюдаемой Вселенной, но может изменяться за ее пределами. Ломбрайзер предлагает сценарий Мультивселенной, в которой могут быть участки Вселенной, невидимые для нас, которые имеют различные значения для фундаментальных констант. 

Это изменение теории относительности дало Ломбрайзеру дополнительное уравнение, которое связывает космологическую постоянную со средней суммой вещества в пространстве-времени. После того, как он оценил массу всех галактик, звезд и темной материи во Вселенной, он смог решить это новое уравнение, в результате чего получил новое значение космологической постоянной — такое, которое хорошо согласуется с наблюдениями.

Используя новый параметр ΩΛ (омега лямбда), который выражает долю Вселенной, состоящей из темной субстанции, он обнаружил, что она состоит примерно на 74% из темной энергии. Это число неплохо соответствует значению 68,3% — оценке, полученной из наблюдений: огромное улучшение по сравнению с тем гигантским несоответствием, следующим из квантовой теории поля.

Хотя параметр Ломбрайзера может решить проблему космологической постоянной, в настоящее время нет способа проверить это. Но в будущем, если эксперименты из других теорий подтвердят его уравнения, это может означать значительный скачок в нашем понимании темной энергии и предоставить инструмент для решения других космических загадок.
22

Рекомендации

Рекомендации

Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий

Мы в соцсетях

Комментарии

Яков Гончаревский
+6
Прям глаз радуется от таких научных статей, особенно на фоне вчерашней презентации Apple!🧐
11 сентября 2019 в 18:35
#
+37
Люблю эти статьи)) Прям интересно почитать помимо техники. Редко, но метко.
11 сентября 2019 в 19:35
#
+8
теория относительности создана за деньги банкиров. я за теслу и неипет)
11 сентября 2019 в 20:07
#
Григорий Самолов
0
Вселенной нет! Бесконечный ... вечный .. объём пустоты НЕЛЬЗЯ называть Объектом! А то аморальные фокусники (Хокинг, ЭйнШтейн, Торн) быстро приделаю ему ноги ( как пустому слову "время" и заработают групповухой себе славу и деньги...миллиарды!? ..грозя погубить планету...утопить во Лжи и в ошибках. Честные! Организовывайтесь в отряды! Один Луч Истины может разрушить эти монолитные стены лжи... акдеми ков!
28 октября 2019 в 23:28
#
Johnny
+247
Хоть одна годная статья за сегодня.
Аж читать в удовольствие.
Сразу вспомнил книги Хокинга. :)
11 сентября 2019 в 20:50
#
+935
Из прочитанного следует, для того чтобы теория не рухнула, к ней можно приставить подпорку. Затем ещё одну. И ещё. По мере того, как наши знания о мире растут, теория обрастает "костылями". И вот уже костылями нужно подпирать другие костыли... А если, вдруг, лет через двадцать поймут, что вселенная в одном месте расширяется, в другом сужается, а в третьем остаётся неизменной, то, думаю, и это теория выдержит: лишь число костылей-подпорок увеличится...
11 сентября 2019 в 22:55
#
+1764
Пользователь удален Permyak
Собственно, почти так: когда становится понятно, что старая теория плохо отображает реальный мир, ее начинают подпирать костылями (вспомните тот же эфир). Костылей становится все больше, и потом бац — появляется новая теория (например, ОТО), а для старой четко задаются рамки применимости (для ньютоновской гравитации это, например, небольшие скорости и вообще масштабы работы). Тоже самое и сейчас: понятно, что теория относительности в среднем-то работает, но на граничных случаях требуется введение костылей. Так что ждемс в будущем новую теорию, которая решит эту проблему и задаст рамки применимости для ОТО/СТО.
12 сентября 2019 в 08:58
#
vladimirphizik
0
В теории гравитации не хватает периодической функции.
12 сентября 2019 в 16:21
#
Евгений Князь
0
Чем дальше в макро или в микро мир, тем больше наука становится ересью!
Бритва оккама побоку! То что нельзя пощупать или подтвердить эксперентально начинают обьяснять громоздя одну теорию на другую!
13 октября 2019 в 10:41
#
Глеб Карпеев
0
Поскольку квантовая теория не объясняет существования космологической постоянной,то следует подойти с другой стороны.Физическим смыслом этой постоянной может быть тем, что любое вещество,наряду с гравитацией обладает очень слабым антигравитационным полем и,вдобавок,которое очень слабо зависит от расстояния.Кстати,в этом случае лямбда перестаёт быть константой и превращается в слабо меняющуюся переменную.
22 октября 2019 в 21:38
#
Анатолий Тихвинский
0
Многое, что создает и делает человек, имеет очень малый смысл. И эти ошибки он совершает скорее из глупого упрямства, чем от незнания...

НАУКА и КОСМОС

Все знания и достижения А. Эйнштейна, С. Хокинга, а также знания и достижения о Вселенной и Мире других выдающихся умов человечества являются красивыми но, в большей степени, не работающими теориями. А если что-то и работает, то Только в Земной Системе Отсчета...

ВСЕ наши Фундаментальные понятия Физики и Математики и ВСЯ наша Наука в целом, с ее приборами и аппаратами... все это откалибровано нашим Мозгом под существование Только в Земных Условиях.

Это всего лишь попытка нашего биологического Мозга объяснить Вселенную и окружающий нас Мир с Координаты: ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ. Дальше планеты Земля и ее спутника Луны ЭТИ знания Никогда и Никуда не выйдут. В "другом месте" они просто окажутся ненужными...

И человек также дальше Луны никуда не сможет полететь и при этом, остаться человеком.

Человек это биологический организм, который очень тонко реагирует на любое изменение условий своего существования. Он начинает меняться, перестраиваться в соответствии с новыми условиями своего существования.... Как только человек попробует поменять Землю, на любую другую систему отсчета. Поменяется сам Человек и поменяется его Мозг.

Это означает что, поменяются Все его знания и представления об окружающем Мире в соответствии с Новой Системой Отсчета...

Если человек попытается колонизировать Марс, у него не получится на Марсе остаться человеком. Сначала Космос, а потом и сама планета Марс просто изменят человека. На Марсе он станет Другим, он станет марсианином. И все его человеческие знания ему просто не пригодятся. Ему придется выживать уже с новыми приобретенными знаниями и умениями...

В новой системе координат земные знания не пригодятся, их там некому будет применять. И в этом состоит весь ТРАГИЗМ СИТУАЦИИ.
28 октября 2019 в 18:55
#
Григорий Самолов
0
чудак-человек... ты не вещай.. ты выслушай все доказательства и потом плачь. У нас БОЛЬШИЕ шансы на вечность. но всё информац. поле забито ложью.. я не пробьюсь.. и другие.. много вселенных — одн лжец вякнул и миллионы подхватили фальшивку... на Правде не заработать СМИ!? её мало. .. нет Ломоносовых.. умирать что ли СМИ??? надо пользоваться этим порталом.. благодарить их и объединять усилия и Разум! Спор! Всемирный Конгресс по проблеме "Время"!!! У меня всё готово! Все опровержения и все доказательства... почти не владею ПК.
28 октября 2019 в 23:40
#
Анатолий Тихвинский
0
Человек это биологический организм, а человеческий мозг это самая совершенная разумная органическая структура в нашей Вселенной. Все наши Фундаментальные понятия Физики и Математики и вся наша Наука в целом, с ее приборами и аппаратами — ВСЕ это откалибровано нашим Мозгом под существование в земных условиях. Это всего лишь попытка нашего биологического Мозга объяснить окружающий нас Мир с Координаты: ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ. Объяснить устройство Вселенной, с земной Точки Отсчета. Наш мозг, находясь в условиях ЗЕМНОЙ Гравитации и связанной с этой гравитацией Электромагнитной силой, получает извне доступную информацию переваривает ее и затем ПЕРЕКОДИРУЕТ в более логически усваиваемый материал для Человеческого Интеллекта... С развитием самого интеллекта поступающая информация постоянно корректируется и меняется в нашем мозге подчас, самым противоположны образом...

Человек в своем мозгу создает для себя Свое ПОНИМАНИЕ о Вселенной и о ее законах. Наш мозг ЗАСТАВЛЯЕТ нас думать. что наши понятия об устройстве, назначении и функционировании окружающего нас Мира ФУНДАМЕНТАЛЬНЫ и НЕЗЫБЛЕМЫ.

Это Большая Ошибка ! Все наши представления об окружающем нас Мире ИЛЛЮЗОРНЫ. Эти представления очень тесно привязаны к планете Земля.

На Марсе, (Марс в два раза меньше Земли) или на Юпитере, (Юпитер в триста раз больше Земли ) человек будет совершенно Другим. И думать мы будем совершенно по иному. И вся наша Физика с Математикой будет СОВЕРШЕННО ДРУГОЙ.
2 х 2 = 4, а яблоко всегда падает только вниз эти истины работают только в земной системе координат, в земной системе отсчета.
На Марсе, мы будем считать и думать по иному. Все наши знания существуют и работают только в земной системе отсчета. Как только человек поменяет Землю, на другую систему отсчета, поменяются и сам человек и все его знания и представления об окружающем Мире в соответствии с новой системой отсчета.
В новой системе координат земные знания не пригодятся.

выводы:
В системе координат Вселенная не существует одной единой Истины. Во Вселенной Истина имеет Множественное значение.
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ: это единственная Истина для Вселенной.
4 ноября 2019 в 14:33
#
Григорий Самолов
0
смертельно опасный платный спорт ТОЖЕ можно заменить на волшебный с помощью 555 новых упр. метода МД АФС !!! Сам я не смогу...газзаевы боятся мутков журовых. Так и набрать : МД АФС и раздать всем детям РФ... планеты! Автор.
28 октября 2019 в 23:32
#
Анатолий Тихвинский
0
НАУКА И КОСМОС

Многое, что создает и делает человек, имеет Очень Малый Смысл. И это он совершает скорее из ГЛУПОГО УПРЯМСТВА, чем от незнания...

Все знания и достижения А. Эйнштейна, С. Хокинга, а также знания и достижения о Вселенной и Мире других выдающихся умов человечества являются красивыми но, НЕ РАБОТАЮЩИМИ теориями. А если что-то и работает, то Только в Земной Системе Отсчета...

ВСЕ наши Фундаментальные понятия Физики и Математики и ВСЯ наша Наука в целом, с ее приборами и аппаратами... все это откалибровано нашим Мозгом под существование Только в Земных Условиях, в земной системе координат.

Это всего лишь попытка нашего биологического Мозга объяснить Вселенную и окружающий нас Мир с Координаты: ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ. Дальше планеты Земля и ее спутника Луны ЭТИ знания Никогда и Никуда не выйдут. В "другом месте" они просто окажутся ненужными...

И человек также дальше Луны никуда не сможет полететь и при этом, остаться человеком.

Человек это биологический организм, который очень тонко реагирует на любое изменение условий своего существования. Он начинает меняться, перестраиваться в соответствии с новыми условиями своего существования.... Как только человек попробует поменять Землю, на любую другую систему отсчета. Поменяется сам Человек и поменяется его Мозг.

Это означает что, поменяются Все его знания и представления об окружающем Мире в соответствии с Новой Системой Отсчета...

Если человек попытается колонизировать Марс, у него не получится на Марсе остаться человеком. Сначала Космос, а потом и сама планета Марс просто ИЗМЕНЯТ человека. На Марсе он станет Другим, он станет марсианином. И все его человеческие знания ему просто не пригодятся. Ему придется выживать уже с новыми приобретенными знаниями и умениями...

В новой системе координат земные знания не пригодятся, их там некому будет применять. И в этом состоит весь ТРАГИЗМ СИТУАЦИИ.
4 ноября 2019 в 14:28
#

Читайте также