От х:

Днес в x:

8 °C

Най-голямата грешка на Айнщайн. Поправиха ли я?

Във физиката има един фундаментален проблем. Числото, наречено космологична константа, съединява микроскопичния свят на квантовата механика с макроскопичния свят на теорията на относителността на Айнщайн. Но нито една теория не може да даде точното значение на тази константа, което да може да се съгласува с експериментите.

Всъщност има толкова голямо разминаване между наблюдаваното значение на тази константа с това, което предсказва теорията, че учените считат този проблем за най-голямото несъответствие в историята на физиката. Може да се каже, че решението на този проблем е най-важната цел на теоретичната физика на това столетие.

Лукас Ломбрайзър, доцент от катедрата по теоретична физика на Женевския университет в Швейцария, представи нов метод за допълване на уравненията за гравитацията на Алберт Айнщайн, чрез който може да се намери такова значение на космологичната константа, което максимално близко съответства на наблюдаваното значение. Той публикува своя метод в списанието Physics Letters B.

Как най-голямата грешка на Айнщайн стана тъмната материя

Историята на космологичната константа започва преди повече от един век, когато Айнщайн представя система от уравнения, днес известни като полевите уравнения на Айнщайн, които са в основата на неговата Обща теория на относителността. Тези уравнения обясняват по какъв начин материята и енергията деформират тъканта на пространството и времето, създавайки гравитационна сила. В тези времена и Айнщайн, и астрономите са били на едно и също мнение, че Вселената е с фиксиран размер и че пространството между галактиките е, и си остава статично.

Но когато Айнщайн се опитва да приложи Общата теория на относителността (ОТО) към Вселената като цяло, теорията предсказва нестабилна Вселена, която трябва или да се разширява или да се свива. И за да има някакво съвпадение между теорията и експериментите и да направи така, че Вселената да изглежда статична, Айнщайн измисля космологичната константа.

Десет години по-късно друг физик – Едуин Хъбъл открива, че нашата Вселена все пак не е статична, а се разширява. Червеното изместване в спектрите на светлината от далечните галактики показва, че те всичките се отдалечават. Това откритие убеждава Айнщайн да се откаже от космологичната константа в своите уравнения на полето, понеже станало ясно, че не е необходимо да се „сдържа“ разширяващата се Вселена. По-късно в своите научни трудове Айнщайн признава, че въвеждането на космологичната константа в неговите полеви уравнения е неговата най-голяма грешка.

През 1998 година наблюденията на далечните свръхнови показва, че Вселената не само че се разширява, но и че разширението се ускорява. Галактиките се отдалечават една от друга с все по-голяма скорост, сякаш някаква невидима сила преодолява гравитацията и ги раздалечава. Учените счетоха, че това става благодарение на хипотетичната тъмна енергия, като нейната истинска природа и до днес е неизвестна.

По ирония на съдбата физиците отново въведоха космологичната постоянна в полевите уравнения на Айнщайн заради тъмната енергия. В съвременния стандартен космологичен модел, известен като ΛCDM (Lambda-CDM model) или Ламбда-CDM модела, космологичната константа е взаимозаменяема с тъмната енергия. Астрономите дори успяха приблизително да оценят нейното значение на базата на новите наблюдения на далечните свърхнови и чрез флуктуациите на космическия микровълнов фон. Въпреки че тази величина е абсурдно малка – около 10-52 на квадратен метър, в мащабите на Вселената тя е достатъчно значителна, за да обясни ускореното разширение на пространството.

„Космологичната константа (или тъмната енергия) включва около 70% от цялата енергия в нашата Вселена. Това получаваме от наблюдаваното ускорено разширение на нашата Вселена. Но тази константа не е разгадана изцяло“ – каза Ломбрайзър. „Всички опити да я обясним са неудачни и ни се струва, че изпускаме нещо фундаментално в нашето разбиране за космоса. Решаването на тази главоблъсканица е едно от основните направления в изследванията на съвременната физика. Учените предполагат, че решаването на този въпрос ще ни доведе до по-фундаментално разбиране на цялата физика“.

Най-лошото теоретично предсказване в историята на физиката

Днес се счита, че технологичната константа е това, което физиците наричат „енергията на вакуума“. Квантовата теория на полето твърди, че дори в абсолютно чистия вакуум на пространството непрекъснато протича процес на появата и изчезването на различни виртуални частици, като този процес създава енергия. Това изглежда като една съвсем абсурдна идея, но тази енергия бе открита експериментално. Само че възниква проблем, когато физиците се опитват да изчислят нейното участие в космологичната константа. Полученият резултат се различава от наблюдавания със зашеметяващите 10121 пъти, което е най-голямото несъответствие между теорията и експеримента във всички области на физиката. Или с други думи, резултатът е твърде съмнителен.

Това несъответствие накара редица видни физици да се усъмнят в уравненията за гравитацията на Айнщайн, като някои от тях дори предложиха алтернативни модели на гравитацията. Но през последните няколко години благодарение на лазерната интерферометрична гравитационна вълнова обсерватория (LIGO) многократно бяха регистрирани гравитационни вълни, които затвърдиха и укрепиха Общата теория на относителността и отхвърлиха тези алтернативни модели. Ето защо, вместо да преосмисля теорията на гравитацията, Ломбрайзър използва друг подход за решаването на тази космическа главоблъсканица.

„Механизмът, който аз предлагам, не модифицира полевите уравнения на Айнщайн“ – каза Ломбрайзър. Вместо това той добавя допълнително уравнение към полевите уравнения на Айнщайн.

Гравитационната константа, която за първи път бе използвана в законите на гравитацията на Нютон, е съществена част от полевите уравнения на Айнщайн и описва величината на гравитационното взаимодействие между обектите. Тя се счита за една от фундаменталните константи във физиката, вечно неизменна още от началото на съществуването на Вселената. Ломбрайзър направи едно твърде неочаквано предложение – той допуска, че тази константа може да се променя.

В модификацията на ОТО, извършена от Ломбрайзър, гравитационната константа си остава неизменна в пределите на на наблюдаваната от нас Вселена, но може да се променя извън нейните предели. Ломбрайзър предлага сценарий на Мултивселена, в която може да има участъци от Вселената, невидими за нас, в които значенията на фундаменталните константи е по-различно.

Тази промяна в теорията на относителността дава на Ломбрайзър допълнително уравнение, което свързва космологичната константа със средното количество вещество в нашето пространство/време. След като сумирал масата на всички галактики, звезди и тъмна материя във Вселената, той успял да реши новото уравнение. Получила се космологична константа, която добре съответства на наблюденията с космическите телескопи.

Използвайки новия параметър ΩΛ (омега ламбда), който показва дела на Вселената, състояща се от тъмна субстанция, той получил, че нашата Вселена се състои от около 74% тъмна енергия. Това число доста добре съответства на практиката – при наблюденията на космическите обекти този процент е изчислен на 68,3%. Това е огромно подобрение в сравнение с гигантското несъответствие, следствие от квантовата теория на полето.

Въпреки че параметърът на Ломбрайзър решава проблема с космологичната константа, към днешен ден няма способ той да бъде проверен. Но в близкото бъдеще, когато експериментите от другите теории потвърдят новото уравнение, то това ще бъде огромен скок в нашето разбиране за тъмната материя и ще способства за създаването на инструмент за решаването на други космически загадки и тайни.


Статията в изданието Space предизвика много коментари. Очертава се мнение, че за да не рухне теорията е необходимо да и се даде подпора. След това още. И още. С нарастването на нашите знания за света, тези опори стават все повече и постепенно опорите трябва да бъдат подпирани с нови опори, като накрая всичко става непонятно.

Отговорът е, че почти винаги става така. След като стане ясно, че старата теория не съответства на реалния свят, то тя има нужда от поддръжка (ефирът в миналото). Когато несъответствията станат прекалено много, веднага се появява нова теория, а старата остава да действа в ограничени условия. Законите на Нютон са валидни при ниски скорости. При по-големи мащаби вече имаме Айнщайн. И с новата теория може да стане същото – ясно е, че теорията на относителността е вярна, но в някои гранични условия се налага подпора. Така че явно е време за нова теория, което да реши описаните дотук проблеми и да ограничи рамките на използване на Общата теория на относителността на Айнщайн.

Източник: kaldata.com

Facebook коментари

Коментари в сайта

Хороскоп за 24.02.2020

Хороскоп за Овен

Овен
Работната ви заетост ще ви носи добри финансови удовлетворения. Помислете преди да вземете важно решение. Не трябва да бързате, има неща, за които е нужно време за да оцените правилно. Ако се нуждаете от духовна подкрепа, имате от кого да я получите. Близките ви също ще помогнат да се разтоварите.
24 фев 2020

Хороскоп за Телец

Телец
Този ден е подходящ за подписване на договори и на всякакъв вид споразумения. Възможно е да се появят непредвидени ангажименти, но едва ли има нещо, с което не можете да се справите. Поемете семейния бюджет в свои ръце и не допускайте близките ви да правят необмислени разходи. Вие сте тези, които най-добре биха се справили с тази задача.
24 фев 2020

Хороскоп за Близнаци

Близнаци
Предлага ви се чудесна възможност да приложите вашия богат житейски опит. В служебен план нещата ще се развият неочаквано добре, дори за самите вас, ако съумеете да запазите присъствие на духа и способност да се съсредоточите върху най-главното. Проявете повече разум и търпение към провокациите, отнасящи се до законността и реда.
24 фев 2020

Хороскоп за Рак

Рак
Имате добри усещания за бъдещето си и интуицията ви подсказва, че сте на прав път. Така е. Днешните доказателства в тяхна подкрепа ще повишат самочувствието ви. Делово предложение ще ви ентусиазира с изгодните за вас перспективи. Не оставяйте партньора си да гадае за намеренията ви, споделете ги и заедно ще ви бъде по-лесно да ги реализирате.
24 фев 2020

Хороскоп за Лъв

Лъв
С решаването на професионални и делови въпроси ще започнете деня си, оставяйки личните за по-късно. В плановете ви влизат и нови начинания, остава да изберете подходящия момент за стартирането им. Влагайки старание и разум, ще привличате на своя страна и силните на деня, което ще ускори успеха ви.
24 фев 2020

Хороскоп за Дева

Дева
Денят ви ще бъде натоварен, но и успешен. На моменти ще се осланяте на доброто си впечатление, което оставяте у другите и няма да сгрешите. Ще получите добри новини, свързани с бизнеса и това допълнително ще ви активизира. Ще ускорите намирането на необходимите средства за финансиране на бъдещ проект.
24 фев 2020

Хороскоп за Везни

Везни
Приятна среща ви очаква днес. Споделяте неща, които ви вълнуват от доста време и получавате ценни съвети. Всичко това ще ви подейства наистина разтоварващо. Постарайте се да свършите плановете си за деня, за да сте удовлетворени от себе си.
24 фев 2020

Хороскоп за Скорпион

Скорпион
Денят няма да бъде особено добър за тези, които страдат от хронични заболявания. Вземете нужните превантивни мерки навреме. Не се изкушавайте да съветвате когото и да било. Самочувствието ви е подплатено, но е много вероятно да подведете някой важен за вас човек. Просто има неща, които всеки сам трябва да реши за себе си.
24 фев 2020

Хороскоп за Стрелец

Стрелец
Делово ще пристъпите към изпълнение на предстоящите си задачи и без да губите време в излишни приказки ще се включите във времето. Не пренебрегвайте мнението на колегите си, покажете им, че вярвате в тях, като не изтъквате непрекъснато заслугите си. От умението ви да работите в екип ще зависят и резултатите ви.
24 фев 2020

Хороскоп за Козирог

Козирог
Благоприятно за вас ще се развиват деловите ви ангажименти. Ще сложите край на работен проект и удовлетворени от резултатите ще се устремите към нов. Концентрирайте се над главното, проникнете в същината на нещата и на практика ще претворите замисленото. Няма да ви липсва и напрежение, но вие сте свикнали.
24 фев 2020

Хороскоп за Водолей

Водолей
Днес ще трябва да измислите стратегия за действие по важен за вас въпрос, тъй като обичайните ви ходове ще се окажат недостатъчни. Бъдете отворени към чужди идеи, тъй като това е начинът да намерите най-подходящата за вас. Флирт на работното място ще ви разконцентрира от работата ви, а това не е желателно. Не бягайте от отговорностите си.
24 фев 2020

Хороскоп за Риби

Риби
С професионалният си подход към служебен проблем ще създадете нужната организация и условия за благоприятното му решаване. Не подценявайте качествата и на партньорите си, работете за общите си интереси и живейте в мир със себе си. Не бъдете мнителни, или поне не го показвайте.
24 фев 2020
Последни новини