Kirja "Muoti, usko, fantasia ja maailmankaikkeuden uusi fysiikka"

Kirja "Muoti, usko, fantasia ja maailmankaikkeuden uusi fysiikka" Hei Habron asukkaat! Onko perustieteessÀ mahdollista puhua muodista, uskosta tai fantasiasta?

Maailmankaikkeus ei ole kiinnostunut inhimillisestÀ muodista. TiedettÀ ei voida tulkita uskoksi, koska tieteelliset postulaatit altistetaan jatkuvasti tiukalle kokeelliselle todentamiselle ja hylÀtÀÀn heti, kun dogma alkaa olla ristiriidassa objektiivisen todellisuuden kanssa. Ja fantasia yleensÀ jÀttÀÀ huomiotta sekÀ tosiasiat ettÀ logiikan. SiitÀ huolimatta suuri Roger Penrose ei ole halukas tÀysin hylkÀÀmÀÀn nÀitÀ ilmiöitÀ, koska tieteellinen muoti voi olla edistyksen ajuri, usko syntyy, kun teoria vahvistetaan todellisilla kokeilla, ja ilman mielikuvituksen loikkaa emme voi ymmÀrtÀÀ maailmankaikkeutemme kaikkea outoutta.

”Muoti”-luvussa opit sĂ€ieteoriasta – viime vuosikymmenten muodikkaimmasta teoriasta. ”Usko” on omistettu kvanttimekaniikan taustalla oleville dogmeille. Ja ”Fantasia” kĂ€sittelee suorastaan ​​teorioita tunnetun maailmankaikkeuden synnystĂ€.

3.4 AlkurÀjÀhdyksen paradoksi

KĂ€sitellÀÀn ensin havaintokysymystĂ€. MitĂ€ suoria todisteita on siitĂ€, ettĂ€ koko havaittava maailmankaikkeus oli aikoinaan erittĂ€in kokoonpuristuneessa ja uskomattoman kuumassa tilassa, yhdenmukaisesti osiossa 3.1 esitetyn alkurĂ€jĂ€hdyskuvan kanssa? Vakuuttavin todiste on kosminen taustasĂ€teily (KMA), jota joskus kutsutaan alkurĂ€jĂ€hdyksen hehkuksi. KMA on valoa, mutta erittĂ€in pitkĂ€llĂ€ aallonpituudella, minkĂ€ vuoksi se on tĂ€ysin nĂ€kymĂ€tön paljaalla silmĂ€llĂ€. TĂ€mĂ€ valo siivilöityy meihin kaikista suunnista erittĂ€in tasaisesti (mutta enimmĂ€kseen epĂ€koherenssisesti). Se on lĂ€mpösĂ€teilyĂ€, jonka lĂ€mpötila on ~2,725 K eli yli kaksi astetta absoluuttisen nollapisteen ylĂ€puolella. Havaitun "kimalluksen" uskotaan saaneen alkunsa uskomattoman kuumasta maailmankaikkeudesta (tuolloin ~3000 K) noin 379 000 vuotta alkurĂ€jĂ€hdyksen jĂ€lkeen – viimeisen sironnan aikana, jolloin maailmankaikkeus tuli ensimmĂ€isen kerran lĂ€pinĂ€kyvĂ€ksi sĂ€hkömagneettiselle sĂ€teilylle (vaikka tĂ€mĂ€ ei tapahtunutkaan alkurĂ€jĂ€hdyksessĂ€; tĂ€mĂ€ tapahtuma tapahtuu maailmankaikkeuden kokonaisiĂ€n ensimmĂ€isessĂ€ 1/40 000-osassa – alkurĂ€jĂ€hdyksestĂ€ nykypĂ€ivÀÀn). ViimeisimmĂ€n sironnan epookin jĂ€lkeen nĂ€iden valoaaltojen aallonpituus on kasvanut suunnilleen saman verran kuin maailmankaikkeus itse on laajentunut (noin 1100 kertaa), joten energiatiheys on laskenut yhtĂ€ dramaattisesti. Siksi CMB:n havaittu lĂ€mpötila on vain 2,725 K.

SĂ€teilyn pohjimmiltaan epĂ€koherentti (eli terminen) sĂ€teily vahvistetaan vaikuttavasti jo sen taajuusspektrin luonteen ansiosta, kuten kuvassa 3.13 on esitetty. Kuvaajan pystysuora akseli edustaa sĂ€teilyn intensiteettiĂ€ kullakin tietyllĂ€ taajuudella taajuuden kasvaessa vasemmalta oikealle. Jatkuva kĂ€yrĂ€ vastaa mustan kappaleen Planckin spektriĂ€, jota kĂ€sitellÀÀn luvussa 2.2, lĂ€mpötilassa 2,725 K. KĂ€yrĂ€n pisteet edustavat tiettyjĂ€ havaintoja, joille on annettu virhepalkit. Virhepalkit on liioiteltu kertoimella 500, koska muuten niitĂ€ olisi yksinkertaisesti mahdotonta havaita edes oikealla puolella, missĂ€ virheet ovat suurimmat. Teoreettisen kĂ€yrĂ€n ja havaintotietojen vĂ€linen yhteensopivuus on yksinkertaisesti huomattava – kenties paras vastaavuus luonnossa koskaan löydetyn terminen spektrin kanssa.

Kirja "Muoti, usko, fantasia ja maailmankaikkeuden uusi fysiikka"
Mutta mitĂ€ tĂ€mĂ€ sattuma osoittaa? EttĂ€ tarkastelemme tilaa, joka oli nĂ€ennĂ€isesti hyvin lĂ€hellĂ€ termodynaamista tasapainoa (tĂ€stĂ€ johtuu termi epĂ€koherentti). Mutta mitĂ€ tarkoittaa, ettĂ€ juuri muodostunut maailmankaikkeus oli hyvin lĂ€hellĂ€ termodynaamista tasapainoa? Palataanpa kuvaan 3.12 osiosta 3.3. Suurin karkearakeinen alue (mÀÀritelmĂ€n mukaan) on paljon suurempi kuin mikÀÀn muu tĂ€llainen alue, ja yleensĂ€ se on niin suuri verrattuna muihin, ettĂ€ se ylittÀÀ merkittĂ€vĂ€sti niiden tilavuuden! Termodynaaminen tasapaino vastaa makroskooppista tilaa, jonka minkĂ€ tahansa jĂ€rjestelmĂ€n odotetaan lopulta saavuttavan. SitĂ€ kutsutaan joskus maailmankaikkeuden lĂ€mpökuolemaksi, mutta tĂ€ssĂ€ tapauksessa, kumma kyllĂ€, meidĂ€n pitĂ€isi puhua maailmankaikkeuden lĂ€mpösyntymĂ€stĂ€. Tilannetta monimutkaistaa se, ettĂ€ vastasyntynyt maailmankaikkeus laajeni nopeasti, joten tarkastelemamme tila on itse asiassa epĂ€tasapainotila. SiitĂ€ huolimatta laajenemista voidaan tĂ€ssĂ€ tapauksessa pitÀÀ olennaisesti adiabaattisena – Tolman ymmĂ€rsi tĂ€mĂ€n tĂ€ysin jo vuonna 1934 [Tolman, 1934]. TĂ€mĂ€ tarkoittaa, ettĂ€ entropian arvo ei muuttunut laajenemisen aikana. (TĂ€llaista tilannetta, jossa termodynaaminen tasapaino sĂ€ilyy adiabaattisen laajenemisen ansiosta, voidaan kuvata faasiavaruudessa joukkona yhtĂ€ suuria tilavuuksia omaavia alueita, joilla on karkeajakoisuus ja jotka eroavat toisistaan ​​vain maailmankaikkeuden ominaistilavuuksien suhteen. TĂ€mĂ€n alkutilan voidaan katsoa olleen karakterisoitu maksimaalisen entropian vallitessa – laajenemisesta huolimatta!).

NĂ€yttÀÀ siltĂ€, ​​ettĂ€ kohtaamme singulaarisen paradoksin. Luvussa 3.3 esitettyjen argumenttien mukaan toinen pÀÀsÀÀntö edellyttÀÀ (ja periaatteessa selittÀÀkin sen), ettĂ€ alkurĂ€jĂ€hdys on makroskooppinen tila, jolla on erittĂ€in alhainen entropia. Kollageenin sĂ€teilyn havainnot kuitenkin viittaavat siihen, ettĂ€ alkurĂ€jĂ€hdyksen makroskooppiselle tilalle oli ominaista valtava entropia, kenties jopa korkein mahdollinen. MissĂ€ olemme niin pahasti vÀÀrĂ€ssĂ€?

Yksi yleinen selitys tĂ€lle paradoksille on, ettĂ€ koska syntyvĂ€ maailmankaikkeus oli niin "pieni", sen maksimaalisella entropialla on tĂ€ytynyt olla jokin raja, ja tuolloin ilmeisesti vallinnut termodynaaminen tasapainotila oli yksinkertaisesti tuolloin mahdollinen maksimaalinen entropiataso. TĂ€mĂ€ on kuitenkin vÀÀrĂ€ vastaus. TĂ€llainen kuva voisi vastata tĂ€ysin erilaista tilannetta, jossa maailmankaikkeuden koko riippuisi jostakin ulkoisesta rajoitteesta, kuten suljetussa mĂ€nnĂ€ssĂ€ olevaan sylinteriin suljetusta kaasusta. TĂ€llaisessa tapauksessa mĂ€nnĂ€n paineen tarjoaa jokin ulkoinen mekanismi, joka on varustettu ulkoisella energian lĂ€hteellĂ€ (tai ulostulolla). Mutta tĂ€mĂ€ tilanne ei koske koko maailmankaikkeutta, jonka geometria ja energia sekĂ€ sen "kokonaiskoko" mÀÀrĂ€ytyvĂ€t yksinomaan sen sisĂ€isen rakenteen perusteella ja joita hallitsevat Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian dynaamiset yhtĂ€löt (mukaan lukien aineen olomuotoa kuvaavat yhtĂ€löt; katso kohdat 3.1 ja 3.2). NĂ€issĂ€ olosuhteissa (kun yhtĂ€löt ovat tĂ€ysin deterministisiĂ€ ja invariantteja ajan suunnan suhteen – katso luku 3.3), faasiavaruuden kokonaistilavuus ei voi muuttua ajan kuluessa. TĂ€mĂ€ tarkoittaa, ettĂ€ faasiavaruuden P itsessÀÀn ei pitĂ€isi "kehittyĂ€"! Kaikki evoluutio kuvataan yksinkertaisesti kĂ€yrĂ€n C sijainnilla avaruudessa P ja tĂ€ssĂ€ tapauksessa se edustaa maailmankaikkeuden tĂ€ydellistĂ€ evoluutiota (katso luku 3.3).

Kirja "Muoti, usko, fantasia ja maailmankaikkeuden uusi fysiikka"
Ongelma ehkĂ€ selvenee, jos tarkastelemme maailmankaikkeuden romahduksen loppuvaiheita sen lĂ€hestyessĂ€ suurta romahdusta. Palataanpa Friedmannin malliin, jossa K > 0, Λ = 0, joka on esitetty kuvassa 3.2a osiossa 3.1. Oletetaan nyt, ettĂ€ tĂ€mĂ€n mallin hĂ€iriöt johtuvat aineen epĂ€sÀÀnnöllisestĂ€ jakautumisesta ja ettĂ€ joissakin osissa paikallisia romahduksia on jo tapahtunut, jĂ€ttĂ€en jĂ€lkeensĂ€ mustia aukkoja. MeidĂ€n on sitten oletettava, ettĂ€ jotkut mustat aukot sulautuvat yhteen ja ettĂ€ romahdus lopulliseen singulariteettiin osoittautuu erittĂ€in monimutkaiseksi prosessiksi, jolla ei ole juurikaan mitÀÀn yhteistĂ€ kuvassa 3.6a esitetyn tĂ€ydellisen pallomaisen symmetrisen Friedmannin mallin ehdottoman symmetrisen suuren romahduksen kanssa. PĂ€invastoin, laadullisesti romahdustilanne muistuttaa paljon enemmĂ€n kuvassa 3.14a esitettyĂ€ valtavaa sotkua. Tuloksena oleva singulariteetti saattaa olla jossain mÀÀrin yhdenmukainen osan 3.2 lopussa mainitun BCLM-hypoteesin kanssa. Lopullisella romahdustilalla olisi kĂ€sittĂ€mĂ€tön entropia, vaikka maailmankaikkeus romahtaisi uudelleen pieneksi. Vaikka tĂ€tĂ€ tiettyĂ€ (avaruudellisesti suljettua) uudelleen romahtavaa Friedmannin mallia ei tĂ€llĂ€ hetkellĂ€ pidetĂ€ uskottavana esityksenĂ€ omasta maailmankaikkeudestamme, samat nĂ€kökohdat pĂ€tevĂ€t muihin Friedmannin malleihin, kosmologisen vakion kanssa tai ilman. MinkĂ€ tahansa tĂ€llaisen mallin romahtava versio, joka kokisi samanlaisia ​​hĂ€iriöitĂ€ aineen epĂ€tasaisen jakautumisen vuoksi, romahtaisi jĂ€lleen kaiken kuluttavaksi kaaokseksi, mustan aukon kaltaiseksi singulariteetiksi (kuva 3.14b). KÀÀntĂ€mĂ€llĂ€ aikaa taaksepĂ€in kussakin nĂ€istĂ€ tiloista saavutamme mahdollisen alkusingulaarisuuden (potentiaalisen alkurĂ€jĂ€hdyksen), jolla on vastaavasti kolossaalinen entropia, mikĂ€ on ristiriidassa tĂ€ssĂ€ esitetyn oletuksen kanssa entropian "katosta" (kuva 3.14c).

TĂ€ssĂ€ minun on kÀÀnnyttĂ€vĂ€ vaihtoehtoisten mahdollisuuksien puoleen, joita myös joskus harkitaan. Jotkut teoreetikot ehdottavat, ettĂ€ toisen pÀÀsÀÀnnön tĂ€ytyy jotenkin kÀÀntyĂ€ pĂ€invastaiseksi tĂ€llaisissa romahdusmalleissa, niin ettĂ€ maailmankaikkeuden kokonaisentropia pienenee (maksimilaajenemisen jĂ€lkeen) suuren murskan lĂ€hestyessĂ€. TĂ€tĂ€ kuvaa on kuitenkin erityisen vaikea kuvitella mustien aukkojen lĂ€snĂ€ ollessa, jotka muodostuttuaan itse lisÀÀvĂ€t entropiaa (nollakartioiden jĂ€rjestelyn aika-asymmetrian vuoksi tapahtumahorisontin lĂ€hellĂ€, katso kuva 3.9). TĂ€mĂ€ jatkuu kaukaiseen tulevaisuuteen – ainakin siihen asti, kunnes mustat aukot haihtuvat Hawkingin mekanismin mukaisesti (katso kohdat 3.7 ja 4.3). Joka tapauksessa tĂ€llainen mahdollisuus ei mitĂ€töi tĂ€ssĂ€ esitettyjĂ€ argumentteja. TĂ€llaisiin monimutkaisiin romahdusmalleihin liittyy toinen tĂ€rkeĂ€ ongelma, jota lukijat ovat saattaneet itsekin pitÀÀ: mustan aukon singulariteetit eivĂ€t vĂ€lttĂ€mĂ€ttĂ€ synny samanaikaisesti, joten ajan kÀÀntyminen ei tuottaisi alkurĂ€jĂ€hdystĂ€, joka tapahtuu "kaikki kerralla". TĂ€mĂ€ on kuitenkin juuri yksi (vielĂ€ todistamattoman, mutta vakuuttavan) vahvan kosmisen sensuurin hypoteesin ominaisuuksista [Penrose, 1998a; T&K, luku 28.8], jonka mukaan yleisessĂ€ tapauksessa tĂ€llainen singulariteetti on avaruudellinen (luku 1.7) ja sitĂ€ voidaan siksi pitÀÀ kertaluonteisena tapahtumana. LisĂ€ksi, riippumatta itse vahvan kosmisen sensuurin hypoteesin pĂ€tevyydestĂ€, tunnetaan monia ratkaisuja, jotka tĂ€yttĂ€vĂ€t tĂ€mĂ€n ehdon, ja kaikilla tĂ€llaisilla varianteilla (laajennettavilla) on suhteellisen korkeat entropia-arvot. TĂ€mĂ€ vĂ€hentÀÀ merkittĂ€vĂ€sti huolta johtopÀÀtöstemme pĂ€tevyydestĂ€.

NÀin ollen emme löydÀ todisteita siitÀ, ettÀ maailmankaikkeudessa olisi vÀlttÀmÀttÀ olemassa "matala katto" mahdolliselle entropialle sen pienten spatiaalisten ulottuvuuksien vuoksi. Periaatteessa aineen aggregoituminen mustien aukkojen muodossa ja "mustien aukkojen" singulaariteettien yhdistyminen yhdeksi singulaariseksi kaaokseksi on prosessi, joka on tÀysin yhdenmukainen toisen pÀÀsÀÀnnön kanssa, ja tÀhÀn lopulliseen prosessiin tulisi liittyÀ valtava entropian kasvu. Maailmankaikkeuden lopullinen tila, geometristen standardien mukaan "pieni", voisi omata kÀsittÀmÀttömÀn entropian, paljon korkeamman kuin tÀllaisen romahtavan kosmologisen mallin suhteellisen varhaisissa vaiheissa, eikÀ spatiaalinen miniatyrisointi sinÀnsÀ luo "kattoa" entropian maksimiarvolle, vaikka tÀllainen "katto" (ajan kÀÀntyessÀ) voisi selittÀÀ tarkasti, miksi entropia oli erittÀin alhainen alkurÀjÀhdyksessÀ. Itse asiassa tÀmÀ kuva (kuva 3.14 a, b), joka yleisesti kuvaa maailmankaikkeuden romahdusta, ehdottaa ratkaisua paradoksiin: miksi alkurÀjÀhdyksellÀ oli poikkeuksellisen alhainen entropia verrattuna siihen, mitÀ sillÀ olisi voinut olla, vaikka rÀjÀhdys oli kuuma (ja tÀllaisella tilalla pitÀisi olla maksimaalinen entropia)? Vastaus on, ettÀ entropia voi kasvaa radikaalisti, jos sallitaan merkittÀviÀ poikkeamia spatiaalisesta homogeenisyydestÀ, ja suurin tÀllainen kasvu liittyy juuri mustien aukkojen muodostumisen aiheuttamiin epÀsÀÀnnöllisyyksiin. NÀin ollen spatiaalisesti homogeenisella alkurÀjÀhdyksellÀ olisi todellakin voinut olla suhteellisesti ottaen uskomattoman alhainen entropia, vaikka sen sisÀltö oli uskomattoman kuumaa.

Yksi vakuuttavimmista todisteista siitĂ€, ettĂ€ alkurĂ€jĂ€hdys oli todellakin spatiaalisesti melko tasainen, FLUE-mallin geometrian mukainen (mutta ristiriidassa paljon yleisemmĂ€n kuvassa 3.14c havainnollistetun epĂ€jĂ€rjestyneen singulaarisuuden tapauksen kanssa), liittyy jĂ€lleen kemialliseen magneettikenttÀÀn, mutta tĂ€llĂ€ kertaa sen kulmatasaisuuteen pikemminkin kuin sen termodynaamiseen luonteeseen. TĂ€mĂ€ tasaisuus ilmenee siinĂ€, ettĂ€ kemiallisen magneettikentĂ€n lĂ€mpötila on kĂ€ytĂ€nnössĂ€ sama missĂ€ tahansa taivaan pisteessĂ€, ja poikkeamat tasaisuudesta ovat enintÀÀn 10–5 (korjattuna pienellĂ€ Doppler-ilmiöllĂ€, joka liittyy liikkeeseemme ympĂ€röivĂ€ssĂ€ aineessa). LisĂ€ksi galaksien ja muun aineen jakautumisessa on kĂ€ytĂ€nnössĂ€ universaali tasaisuus; esimerkiksi baryonien jakautuminen (katso kohta 1.3) melko suurissa mittakaavoissa on tunnusomaista merkittĂ€vĂ€llĂ€ tasaisuudella, vaikka havaittavissa on poikkeamia, erityisesti niin sanottuja tyhjiĂ€ tiloja, joissa nĂ€kyvĂ€n aineen tiheys on huomattavasti keskimÀÀrĂ€istĂ€ pienempi. Yleisesti voidaan vĂ€ittÀÀ, ettĂ€ homogeenisuus on suurempaa, mitĂ€ kauemmas maailmankaikkeuden menneisyyteen katsomme, ja RI on vanhin todiste aineen jakautumisesta, jonka voimme suoraan havaita.

TÀmÀ kuva on yhdenmukainen sen nÀkemyksen kanssa, ettÀ kehitysnsÀ alkuvaiheissa maailmankaikkeus oli todellakin ÀÀrimmÀisen homogeeninen, mutta tiheydeltÀÀn hieman epÀsÀÀnnöllinen. Ajan myötÀ (ja erilaisten "kitkan" - prosessien, jotka hidastavat suhteellisia liikkeitÀ - vaikutuksesta) painovoima korosti nÀitÀ tiheysepÀsÀÀnnöllisyyksiÀ, mikÀ on yhdenmukaista aineen asteittaisen paakkuuntumisen ajatuksen kanssa. Ajan myötÀ tÀmÀ paakkuuntuminen lisÀÀntyy, mikÀ johtaa tÀhtien muodostumiseen; ne ryhmittyvÀt galakseiksi, joista jokaisen keskelle kehittyy massiivinen musta aukko. Viime kÀdessÀ tÀtÀ paakkuuntumista ohjaa painovoiman vÀÀjÀÀmÀtön vaikutus. TÀllaiset prosessit liittyvÀt todellakin voimakkaaseen entropian kasvuun ja osoittavat, ettÀ painovoima huomioon ottaen alkukantainen hehkuva pallo, josta on jÀljellÀ vain KMB, on voinut olla kaukana maksimaalisesta entropiasta. TÀmÀn pallon terminen luonne, kuten kuvassa 3.13 esitetty Planckin spektri osoittaa, sanoo yksinkertaisesti seuraavaa: jos tarkastelemme maailmankaikkeutta (viimeisen hajaantumisen aikaan) yksinkertaisesti jÀrjestelmÀnÀ, joka koostuu keskenÀÀn vuorovaikutuksessa olevasta aineesta ja energiasta, voimme olettaa, ettÀ se oli olennaisesti termodynaamisessa tasapainossa. Jos kuitenkin otamme huomioon myös gravitaatiovaikutukset, kuva muuttuu dramaattisesti.

Kirja "Muoti, usko, fantasia ja maailmankaikkeuden uusi fysiikka"
Jos kuvittelemme esimerkiksi kaasua suljetussa astiassa, on luonnollista olettaa, ettÀ se saavuttaa maksimientropiansa makroskooppisessa tilassa, jossa se on tasaisesti jakautunut koko astiaan (kuva 3.15 a). TÀssÀ suhteessa se muistuttaisi kuumaa palloa, joka synnytti CMB:n, joka on tasaisesti jakautunut taivaalle. Jos kuitenkin korvaamme kaasumolekyylit laajalla painovoiman yhteen sitomien kappaleiden jÀrjestelmÀllÀ, kuten yksittÀisillÀ tÀhdillÀ, saamme tÀysin erilaisen kuvan (kuva 3.15 b). Painovoimavaikutusten vuoksi tÀhdet jakautuvat epÀtasaisesti tÀhtijoukkoihin. Lopulta korkein entropia saavutetaan, kun lukuisat tÀhdet romahtavat tai yhdistyvÀt mustiksi aukoiksi. Vaikka tÀmÀ prosessi voi viedÀ huomattavan kauan (vaikka sitÀ helpottaa tÀhtienvÀlisen kaasun lÀsnÀolon aiheuttama kitka), nÀemme, ettÀ lopulta painovoiman vaikutuksen alaisena entropia kasvaa aineen epÀtasaisemman jakautumisen myötÀ jÀrjestelmÀssÀ.

NĂ€mĂ€ vaikutukset ovat ilmeisiĂ€ jopa jokapĂ€ivĂ€isen kokemuksen tasolla. Voisi kysyĂ€: mikĂ€ on toisen pÀÀsÀÀnnön rooli elĂ€mĂ€n yllĂ€pitĂ€misessĂ€ Maassa? Usein sanotaan, ettĂ€ elĂ€mme tĂ€llĂ€ planeetalla Auringolta saamamme energian ansiosta. Mutta tĂ€mĂ€ ei ole tĂ€ysin tarkkaa, kun tarkastellaan Maata kokonaisuutena, sillĂ€ kĂ€ytĂ€nnössĂ€ kaikki Maan pĂ€ivĂ€n aikana vastaanottama energia karkaa pian takaisin avaruuteen, pimeĂ€lle yötaivaalle. (Tarkkaa tasapainoa tietysti hieman sÀÀtelevĂ€t tekijĂ€t, kuten ilmaston lĂ€mpeneminen ja planeetan lĂ€mpeneminen radioaktiivisen hajoamisen seurauksena.) Muuten Maa yksinkertaisesti kuumenisi yhĂ€ enemmĂ€n ja siitĂ€ tulisi asumiskelvoton muutamassa pĂ€ivĂ€ssĂ€! Suoraan Auringosta vastaanotetut fotonit ovat kuitenkin suhteellisen korkeataajuisia (ne keskittyvĂ€t spektrin keltaiseen osaan), kun taas Maa lĂ€hettÀÀ avaruuteen paljon matalataajuisia fotoneja, jotka kuuluvat infrapunaspektriin. Planckin yhtĂ€lön (E = hΜ, katso kohta 2.2) mukaan jokaisella Auringosta erikseen saapuvalla fotonilla on paljon suurempi energia kuin avaruuteen lĂ€hetetyillĂ€ fotoneilla, joten tasapainon saavuttamiseksi Maasta tĂ€ytyy lĂ€hteĂ€ paljon enemmĂ€n fotoneja kuin saapua (katso kuva 3.16). Jos Maahan saapuu vĂ€hemmĂ€n fotoneja, saapuvalla energialla on vĂ€hemmĂ€n vapausasteita, kun taas lĂ€htevĂ€llĂ€ energialla on enemmĂ€n, ja siksi Boltzmannin yhtĂ€lön (S = k log V) mukaan saapuvilla fotoneilla on paljon pienempi entropia kuin lĂ€htevillĂ€. KĂ€ytĂ€mme kasveihin varastoitunutta matalan entropian omaavaa energiaa oman entropiamme alentamiseen: syömme kasveja tai kasvinsyöjiĂ€. NĂ€in elĂ€mĂ€ Maassa sĂ€ilyy ja kukoistaa. (NĂ€mĂ€ ajatukset ilmeisesti muotoili ensimmĂ€isen kerran selkeĂ€sti Erwin Schrödinger vuonna 1967 uraauurtavassa kirjassaan ElĂ€mĂ€ sellaisena kuin me sen tunnemme [Schrödinger, 2012].)

Kirja "Muoti, usko, fantasia ja maailmankaikkeuden uusi fysiikka"
TÀrkein tÀhÀn matalan entropian tasapainoon liittyvÀ tosiasia on tÀmÀ: Aurinko on kuuma piste tÀysin pimeÀllÀ taivaalla. Mutta miten nÀmÀ olosuhteet syntyivÀt? Monet monimutkaiset prosessit, kuten lÀmpöydinreaktiot ja niin edelleen, vaikuttivat asiaan, mutta tÀrkeintÀ on, ettÀ Aurinko ylipÀÀtÀÀn on olemassa. Ja se syntyi, koska auringon aine (kuten aine, josta muut tÀhdet muodostuvat) kehittyi gravitaatiopaakkuuntumisen kautta, alkaen suhteellisen tasaisesta kaasun ja pimeÀn aineen jakautumisesta.

TĂ€ssĂ€ kannattaa mainita salaperĂ€inen pimeĂ€ aine, joka nĂ€yttÀÀ muodostavan 85 % maailmankaikkeuden aineellisesta (ei-Λ) sisĂ€llöstĂ€, mutta se on havaittavissa vain gravitaatiovuorovaikutusten kautta, eikĂ€ sen koostumusta tiedetĂ€. NykyÀÀn otamme tĂ€mĂ€n aineen huomioon vain arvioidessamme kokonaismassaa, jota tarvitaan tiettyjen numeeristen suureiden laskemiseen (katso kohdat 3.6, 3.7, 3.9; pimeĂ€n aineen tĂ€rkeĂ€mmĂ€n teoreettisen roolin löydĂ€t kohdasta 4.3). PimeĂ€n aineen ongelmasta riippumatta nĂ€emme, kuinka ratkaiseva aineen alkuperĂ€isen tasaisen jakautumisen matalan entropian luonne on ollut elĂ€mĂ€llemme. Olemassaolomme, sellaisena kuin me sen ymmĂ€rrĂ€mme, riippuu matalan entropian gravitaatioreservistĂ€, joka on ominaista aineen alkuperĂ€iselle tasaiselle jakautumiselle.

TĂ€ssĂ€ kohtaa tulemme merkittĂ€vÀÀn – itse asiassa jopa fantastiseen – alkurĂ€jĂ€hdyksen aspektiin. Mysteeri ei ole pelkĂ€stÀÀn siinĂ€, miten se tapahtui, vaan myös siinĂ€, ettĂ€ kyseessĂ€ oli ÀÀrimmĂ€isen matalan entropian tapahtuma. LisĂ€ksi merkittĂ€vÀÀ ei ole niinkÀÀn tĂ€mĂ€ seikka kuin se, ettĂ€ entropia oli alhainen vain yhdessĂ€ tietyssĂ€ suhteessa: gravitaatiovapausasteet olivat jostain syystĂ€ tĂ€ysin pois pÀÀltĂ€. TĂ€mĂ€ on jyrkĂ€ssĂ€ ristiriidassa aineen ja (sĂ€hkömagneettisen) sĂ€teilyn vapausasteiden kanssa, sillĂ€ ne nĂ€yttĂ€vĂ€t olleen maksimaalisesti virittyneet kuumassa tilassa, jossa entropia on maksimaalinen. MielestĂ€ni tĂ€mĂ€ on kenties syvin kosmologinen mysteeri, ja jostain syystĂ€ sitĂ€ ei ole vielĂ€kÀÀn tĂ€ysin ymmĂ€rretty!

On hyödyllistÀ tarkastella tarkemmin, kuinka erityinen alkurÀjÀhdystila oli ja millaista entropiaa gravitaatiopaakkuuntumisen aikana saattoi syntyÀ. NÀin ollen meidÀn on ensin ymmÀrrettÀvÀ mustan aukon todellisuudessa uskomaton entropia (katso kuva 3.15 b). KÀsittelemme tÀtÀ asiaa osiossa 3.6. Mutta nyt siirrytÀÀn toiseen ongelmaan, joka liittyy seuraavaan, melko todennÀköiseen mahdollisuuteen: maailmankaikkeus voi itse asiassa olla avaruudellisesti ÀÀretön (kuten FLUE-mallien tapauksessa, joissa on K Kirja "Muoti, usko, fantasia ja maailmankaikkeuden uusi fysiikka" 0, katso luku 3.1), tai ainakin suuri osa maailmankaikkeudesta voi olla suoran havainnoinnin ulottumattomissa. NÀin ollen lÀhestymme kosmologisten horisonttien ongelmaa, jota kÀsittelemme seuraavassa osiossa.

» LisÀtietoja kirjasta on osoitteessa kustantajan verkkosivuilla
» sisÀllysluettelo
» Ote

Khabrozhitelille 25% alennus kupongista - Uusi tiede

Kun kirjan paperiversio on maksettu, sÀhköpostiin lÀhetetÀÀn e-kirja.

LĂ€hde: will.com

Osta luotettava isĂ€nnöinti sivustoille, joissa on DDoS-suojaus, VPS VDS -palvelimet đŸ”„ Osta luotettavaa verkkosivustojen hostingia DDoS-suojauksella, VPS VDS -palvelimilla | ProHoster