Más agujeros negros de los que puedo explicar

El 80 por ciento es la cantidad de luz ultravioleta que "falta" en el espacio. Esto fue anunciado recientemente por científicos basados ​​en observaciones realizadas utilizando el espectrógrafo Cosmic Origins instalado en el Telescopio Espacial Hubble. Esto quiere decir que debe ser cinco veces más de lo que anotamos. Este es solo uno de tantos ejemplos de misterios y misterios del universo que aún existen.

La cantidad de hidrógeno ionizado cósmico indica la radiación que falta. Después de todo, los átomos tenían que recibir fotones de alguna parte, lo que "eliminó los electrones" de sus órbitas alrededor de los núcleos atómicos. Las fuentes de luz conocidas (cuasares o) no son suficientes para explicar una cantidad tan grande de átomos ionizados.

Por supuesto, esto puede deberse a un muestreo insuficiente del espacio tomado para la comparación. Los investigadores sugieren que, a mayor escala, el equilibrio de iones y radiación puede ser el mismo. Sin embargo, uno puede preguntarse si esto no significa que el cosmos no es homogéneo y está en algún lugar muy diferente de lo que vemos en el vecindario.

El pensamiento recurrente de un holograma

El principio holográfico es una teoría desarrollada por Gerardus t Hooft y Leonard Susskind que, en su "versión fuerte", establece que una descripción de cada cuerpo tridimensional o región del espacio está contenida en una superficie bidimensional que rodea ese cuerpo.

1. Representación gráfica del experimento holográfico

En una versión más especulativa, “débil”, proclama que todo el Universo puede verse como una estructura de información bidimensional “dibujada” en el horizonte cosmológico. El principio holográfico se puede utilizar para explicar la paradoja de la información. agujeros negros en el contexto de la teoría de cuerdas.

La idea de un holograma espacial pertenece al mismísimo Stephen Hawking. A mediados de la década de 70, Hawking predijo teóricamente que los agujeros negros se evaporan y desaparecen con el tiempo. Este par se llama radiación de Hawking. No contiene ninguna información sobre el agujero negro, por lo que cuando se evapora, todos los datos sobre la estrella a partir de la cual se formó el agujero negro se pierden para siempre.

Sin embargo, esto contradice la creencia generalizada de que la información no se puede destruir. Así, se creó una paradoja de la información. calabozo. Jacob Bekenstein, académico de la Universidad Hebrea de Jerusalén, se propuso resolver esta paradoja. En su opinión, la entropía de un agujero negro, sinónimo de la información que contiene, es proporcional al área de su horizonte de sucesos.

El horizonte de sucesos es un punto teórico más allá del cual no hay retorno, es decir todo lo que lo atraviesa es absorbido por el agujero negro. Con base en las teorías de Hawking y Bekenstein, los teóricos concluyeron que las ondas cuánticas microscópicas en el horizonte de eventos pueden codificar información sobre los agujeros negros. Esto significa que la información XNUMXD sobre la estrella que formó el agujero negro se puede codificar en el horizonte de eventos XNUMXD del agujero negro.

Susskind y Hooft extendieron esto a todo el universo, sugiriendo que también tiene un horizonte de eventos. Esta es la ubicación a la que se ha expandido durante su existencia. Los teóricos de cuerdas están de acuerdo con este punto de vista.

Se dice que el experimento, que comenzó en el verano de 2014, cuyo nombre en código es Fermilab E-990, "prueba si el universo es un holograma". Su objetivo es demostrar la naturaleza cuántica del propio espacio y la presencia de lo que los científicos llaman "ruido holográfico".

Como es sabido, el principio de incertidumbre cuántica de Heisenberg muestra que es imposible determinar simultáneamente la ubicación exacta y la velocidad de las partículas elementales. Ahora los científicos quieren averiguar si el espacio en el que reside, vibra y se mueve la materia tiene la misma incertidumbre, es decir, también tiene un carácter cuántico.

Si fuera constante y no estuviera sujeto a fluctuaciones cuánticas, entonces representaría un punto de referencia teórico que permite describir con precisión las partículas. Pero los científicos sospechan que este no es el caso, y la geometría del espacio también está sujeta a tales fluctuaciones cuánticas, a las que llaman "ruido holográfico".

El experimento planeado en Fermilab es probar un dispositivo llamado holómetro. Consiste en dos interferómetros uno al lado del otro que envían rayos láser de un kilovatio a un dispositivo que los divide en dos rayos perpendiculares de 40 metros.

Luego regresan al punto de división, creando fluctuaciones en el brillo de los rayos de luz. Si provocan un cierto movimiento en el dispositivo de división, entonces esto probará la vibración del espacio mismo (1). Allá por 2009, Craig Hogan, físico del mismo Fermilab, propuso una teoría holográfica basada en sus experimentos.

Descubrió que el ruido proviene del borde del espacio-tiempo, donde el tiempo y el espacio dejan de formar un continuo. La teoría de los hologramas explica bien algunas de las paradojas asociadas con agujeros negros o los conceptos básicos de la estructura del universo.

Algunos científicos proponen extenderlo a la totalidad de la realidad. Sin embargo, aceptarlo significaría estar de acuerdo con el concepto de que toda nuestra experiencia cotidiana no es más que un reflejo holográfico del proceso físico que tiene lugar en un espacio bidimensional distante.

2. Antena avanzada de interferómetro láser basado en el espacio - eLISA

Echa un vistazo más de cerca al espacio

La existencia de ondas gravitatorias primarias también está asociada con el "ruido" del espacio-tiempo. Considerado por algunos como el evento científico más importante del siglo, su descubrimiento de alto perfil por parte de los astrónomos y el observatorio BICEP2 ya ha sido cuestionado, ya que los escépticos creen que las observaciones no tienen en cuenta el polvo cósmico y, por lo tanto, pueden estar equivocadas. .

Sin embargo, en la práctica, esto no invalida el descubrimiento, sino que solo significa que sus resultados pueden necesitar una verificación adicional. Se ha dicho que esta es la mejor confirmación de la relatividad general, y aunque no es la única prueba de la veracidad de las afirmaciones de Albert Einstein, ni, aparentemente, la más convincente, la visión del gran físico debe ser verificada muchas veces. por lo que no cabe duda de que es la mejor descripción del universo.

En los próximos años, los científicos tendrán y tendrán cada vez más herramientas para estudiar los fenómenos conocidos hasta ahora principalmente desde el razonamiento teórico. Uno de ellos, denominado Antena Espacial de Interferómetro Láser Avanzado (eLISA), está diseñado para detectar ondas gravitacionales resultantes de la colisión de enormes agujeros negros (2).

Otro observatorio espacial, Euclid, investigará cómo se ha expandido el universo y cómo se relaciona eso con la materia oscura y la energía. A su vez, se espera que el telescopio espacial Athena registre potentes fuentes de rayos X en las afueras de los agujeros negros. El observatorio gravitacional interferométrico láser basado en tierra (LIGO) también estudiará los agujeros negros.

Y una red de telescopios ubicados en todo el mundo, conocida colectivamente como el Event Horizon Telescope, puede echar un vistazo a calabozo en el centro de nuestra Vía Láctea. Las mayores esperanzas para probar la teoría general de la relatividad de Einstein se encuentran en otro observatorio, el Square Kilometer Array (SKA).

Como su nombre lo indica, el área total de las antenas de este complejo debe ser de un kilómetro cuadrado (3), y su sensibilidad debe ser 50 veces mayor que las capacidades de los dispositivos que conocemos hasta ahora. Constará de 4 antenas individuales en Australia Occidental y Sudáfrica.

Todos los elementos de este sistema estarán conectados por fibras ópticas a una gran supercomputadora, cuya tarea será crear una imagen compleja. SKA comenzará a operar no antes de 2022.

3. Una matriz de kilómetros cuadrados

Big Bang - ¡NO!

Sin embargo, antes de que los instrumentos científicos adecuadamente precisos nos den datos indudables, los escaramuzadores de la astrofísica teórica tienen algo que presumir. Y pueden sorprenderte. Se puede decir que la nueva teoría cosmológica de los físicos taiwaneses da algo por algo.

En su modelo desaparece la energía oscura, lo cual es muy problemático desde el punto de vista de muchos investigadores. Desafortunadamente, tenemos que partir del hecho de que el Universo no tiene principio ni fin. ¡Así que no hubo Big Bang, al que la mayoría de los científicos y la gente común ya están acostumbrados!

El autor de un nuevo modelo de todo, Wung-Yi Shu de la Universidad Nacional Tsinghua de Taiwán, describe el tiempo y el espacio no como elementos separados, sino como elementos estrechamente relacionados que pueden intercambiarse entre sí.

Ni la velocidad de la luz ni la constante gravitacional son constantes en este modelo, pero son factores en la transformación del tiempo y la masa en tamaño y espacio a medida que el universo se expande. La teoría de Shu puede considerarse una fantasía, pero el modelo "tradicional" de un universo en expansión con un 75 por ciento de expansión de energía oscura también causa problemas.

Algunos señalan que con la ayuda de esta teoría, los científicos "reemplazaron debajo de la alfombra" la ley física de conservación de la energía. La teoría taiwanesa no viola los principios de conservación de la energía, pero, a su vez, tiene un problema con la radiación de fondo de microondas, que se considera una reliquia del Big Bang. El trabajo para mejorar su teoría continúa.

4. El multiverso es una de las visiones artísticas

El científico indio Abhas Mitra también ha sido un crítico constante de la teoría del Big Bang durante muchos años. Publica su trabajo en las principales revistas científicas, pero la mayoría de los científicos lo ignoran. También pone en duda la existencia agujeros negros como lo entiende la ciencia moderna.

Cuando el mencionado Stephen Hawking modificó su teoría de los agujeros negros a principios de 2014, Mitra afirmó que el famoso físico ahora dice las mismas cosas sobre estos objetos que él mismo ha dicho durante muchos años, sorprendido de que cuando se le ignora, el discurso de Hawking es tan ampliamente difundido. comentado.

Como sabemos, Hawking recientemente argumentado que una de las más reiteradas "confidencias" en agujeros negros - el concepto de un horizonte de eventos más allá del cual nada puede ir es incompatible con la física cuántica.

Los experimentos teóricos del físico Joe Polchinski del Instituto Kavli en California muestran, por ejemplo, que si este impenetrable horizonte de eventos fuera consistente con la física cuántica, tendría que ser algo así como un muro de fuego, una partícula en descomposición.

Hawking publicó sus nuevos conocimientos en línea como Preservación de información y predicción meteorológica para agujeros negros. Explicó la evolución de las vistas en una entrevista con Nature. La nueva propuesta de Hawking es un "horizonte visible" en el que la materia y la energía se almacenan temporalmente y luego se liberan en forma distorsionada.

Más precisamente, esto es una desviación de la idea de un límite claro de un agujero negro. El físico en su último trabajo afirma que se trata de calabozo no se forma un horizonte absoluto, por lo que nunca hay un espacio cerrado más allá del cual nada pueda ir.

En cambio, se producen enormes fluctuaciones de espacio-tiempo a su alrededor, en las que es difícil hablar de una separación brusca de un agujero negro del espacio circundante. Otra consecuencia de las nuevas ideas de Hawking es que la materia queda atrapada temporalmente en un agujero negro, que puede "disolver" y liberar todo lo que hay dentro. Para que no se pierda la información, salió antes calabozo se evaporará por completo.

Multiverso y visiones

Si combinamos dos grandes descubrimientos en el razonamiento científico - el bosón de Higgs de 2012 y este año, realizado por el telescopio BICEP2, y sobre las ondas gravitacionales, que confirman la fase inflacionaria de la expansión del Universo, entonces... los resultados pueden ser inesperados .

5. Visualización del Universo

Por ejemplo, tal que sin "algo más" el Universo no habría existido durante mucho tiempo. Científicos británicos del King's College de Londres han publicado un artículo que muestra que si todo lo que sabemos existe en el "campo de Higgs" que da masa a las partículas, y las observaciones del BICEP2 son correctas, entonces se confirma que hubo una fase de "empuje" inflacionario. partículas en el campo de Higgs, pero el universo ¡entonces no tomará más de un segundo!

Dado que esto no sucedió, debemos suponer la existencia de un "algo" adicional, algún elemento, debido al cual el universo resultante no colapsa inmediatamente sobre sí mismo. Mientras tanto, el universo existe desde hace 13,8 millones de años.

"Si lo que mostró BICEP2 es cierto, entonces debe haber alguna física de partículas interesante más allá del modelo estándar", comenta Robert Hogan, uno de los autores del estudio en la Universidad de Londres. La visión de un multiverso (4), en el que nuestro universo es sólo uno entre una infinidad de otros que emergen como burbujas en la espuma de jabón, se está volviendo cada vez más popular..

Entonces el espacio-tiempo sería un concepto mucho más amplio que lo que observamos en nuestra burbuja. Curiosamente, este concepto altamente especulativo no socava la teoría de Einstein, sino que la coloca en una perspectiva completamente nueva. Esta visión es una unión de la teoría de la relatividad con la mecánica cuántica.

Esto significaría abandonar la idea de un espacio continuo y en expansión que se desarrolla, gira y se curva en favor de algo fragmentado y atomizado. ¡La nueva física que surgirá de esto puede ser mucho más simple que las teorías que prevalecen hoy!

Los acertijos y paradojas que atormentan a la ciencia desaparecerán. Sin embargo, es difícil decir si otros, los próximos, ocuparán sus lugares. Nueva condición el universo pues sería difícil para nosotros comprender esto, así como la situación antes del Big Bang, cuando no había tiempo, al menos en el sentido en que podemos percibirlo.

Hasta que tengamos una respuesta y al menos una idea definitiva sobre el origen, la naturaleza y el destino del universo, al menos deberíamos consolarnos con hermosas visualizaciones... Por ejemplo, como la simulación por computadora Illustris creada por astrónomos.

Por primera vez, fue posible recrear la evolución del cosmos con tanto detalle, desde el período inmediatamente posterior al Big Bang hasta el presente. Las supercomputadoras utilizadas para crear el modelo trabajaron en él durante seis meses. El modelado no lo cubre todo el universoporque nuestras máquinas aún no pueden manejarlo.

Entonces, vemos la evolución de la materia cósmica llenando un cubo con un borde de 350 millones de años luz: esta es un área bastante grande que representa todo el cosmos. La acción comienza 12 años después del Big Bang. Muestra cambios durante miles de millones de años, la formación de galaxias y estructuras más grandes.

Para crear esta simulación, se utilizaron todos los conocimientos adquiridos hasta el momento sobre las leyes que rigen el espacio y los resultados de las observaciones telescópicas, principalmente el telescopio Hubble. Los investigadores tomaron en cuenta la misteriosa materia oscura y la energía oscura.

Con el tiempo, la materia oscura se condensó en grupos y filamentos largos (5), creando una especie de red cósmica. Con el tiempo, estas densidades fueron atraídas por la materia normal, que originalmente consistía en una mezcla de hidrógeno y helio.

De él nacieron nubes de gas interestelar, estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias. En la visualización, varían en color de verde y rojo a blanco, dependiendo de la temperatura. Aunque no fuera exactamente así, la visión propuesta no está nada mal...