Вселенная... Это понятие очень часто используется в нашей жизни в разных метафорических значениях, но главное её значение - это научный образ того Мира, в котором мы живём.
Википедия даёт нам следующее определение Вселенной - это всё пространство и время и их содержимое, включая планеты, звезды, галактики и все другие формы материи и энергии.
Сегодня мы попробуем разобраться с вопросом проявления Вселенной через энергии. Какие энергии и как проявляют себя во Вселенной? В каком диапазоне, в каком количестве, и как их может фиксировать человек при современном развитии технических возможностей?
Вот так выглядит общепринятый ответ на вопрос о формах вселенских энергий: "Энергия существует во Вселенной в различных формах: гравитация, тепло, свет и ядерная энергия."
В современной деятельности людей большое значение имеет, как считается, химическая энергия, однако роль ее во Вселенной в целом весьма незначительна. Главенствующая роль там принадлежит ГРАВИТАЦИИ.
Любая масса, распыленная в космическом пространстве, обладает энергией гравитации, которая может быть освобождена или превращена в тепло и свет при уплотнении массы.
Большие космические объекты — планеты, звёзды и галактики — имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные поля. Любые поля имеют волновую структуру и направленное движение.
Интересно то, что "сила" гравитационных волн так мала, что она никогда не была измерена и, в принципе, зафиксирована.
Гравитационные волны были предсказаны Общей теорией относительности, возникают при слиянии нейтронных звёзд и чёрных дыр, а также при вращении нейтронных звёзд и при эволюции тесных двойных звёзд (более подробно "Вокруг света" №2 2007).
Заметьте, что все понимания и поиски возможности зафиксировать гравитационные волны обсуждаются в области ТЕОРИИ.
По сути, мы видим, что теории основываются на представлениях, предположениях и логических умозаключениях. А где же не теория, а реально существующий факт? Так или иначе, но гравитационные волны пока не зафиксированы.
Астрономы тесно связывают существование чёрных дыр с действием сил гравитации. Вот какая схема "строения" чёрной дыры существует.
Как утверждают астрофизики, гравитационное притяжение области пространства-времени (так ещё можно назвать чёрную дыру) настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и кванты самого света.
Слово "дыра" рисует нашему воображению действительную область пространства - дыру, куда всё проваливается. На самом деле всё не так.
Черная дыра — это вовсе не «дыра» в пространстве. Это просто небесное тело с определенным количеством материи, зажатой в пределах определенного радиуса пространства. Этот радиус зависит от плотности материи.
Черную дыру делает особенной именно её плотность. Здесь много материи сжато в очень маленьком пространстве. Чтоб наше Солнце условно стало дырой, надо чтоб его масса уплотнилась в тело диаметром в несколько километров.
Представим, что мы свободно можем приблизиться к этому уменьшившемуся объекту. Чем ближе мы будем к нему подходить, тем сильнее будем ощущать действие гравитационной силы.
В какой-то момент мы достигнем такой точки, в которой притяжение станет очень сильным - мы больше не сможем выйти из этой точки, чтобы избежать влияния притяжения. Эта "точка невозврата" располагается на линии, которая называется «горизонт событий».
Гравитационная сингулярность — самый центр чёрной дыры, её сердце. Это одномерная точка, которая представляет собой невероятно большую массу в бесконечно малом пространстве. В сингулярности пространство-время бесконечно искривляется, и гравитационное притяжение становится предельно сильным.
А как же гравитация, которая распространяется со скоростью света и, по определению и свойствам самой дыры, не может с такой скоростью выйти за её пределы?
Дело в том, что гравитация — это вовсе не то, что какой-нибудь материальный объект как бы «излучает».
Общая теория относительности (ОТО) описывает гравитацию как эффект деформации самого пространства.
Все массы искривляют пространство-время. И все объекты во Вселенной движутся по этим кривым.
Мы ощущаем это движение через искривленное пространство как силу, которую и называем гравитацией.
Например, Солнце делает «вмятину» в пространстве, и когда Земля движется, она не может просто пролететь прямо мимо него, а должна следовать кривой этой «вмятины». Нам кажется, что Солнце воздействует на Землю силой, заставляя ее вращаться вокруг себя. Но Солнце, на самом деле, не излучает никаких «гравитационных лучей».
Степень изменения кривизны пространства-времени зависит, с одной стороны, от массы объекта. Чем он больше, тем сильнее кривизна и, следовательно, сила гравитации.
С другой стороны, кривизна пространства в данной точке также зависит от величины кривизны пространства в непосредственной близости от этой точки.
Таким образом, возвращаясь от примеров непосредственно к чёрной дыре, мы осознаём, что гравитационная сила — это не то, что исходит из черной дыры. Просто черная дыра деформирует само пространство. И эта деформация существует совершенно независимо от конкретных свойств черной дыры.
Итак, гравитация похожа и на резиновый лист, и на сливающуюся в воронку воду. И в том и в другом случае движение в данной точке пространства зависит от того, как ведёт себя ближайшая к точке соседняя область пространства, она как бы тянет за собой эту точку. Отдельным областям космоса незачем «видеть» источник поля притяжения, нужно лишь испытывать тяготение области, находящейся ближе к нему.
Именно так объясняются черные дыры в ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. Но ОТО, как известно, не работает на очень малых расстояниях и в сверхинтенсивных гравитационных полях. Например, внутри сингулярности черной дыры.
Как насчет крошечных мелких частиц, существующих в нашей Вселенной? Что можно сказать насчёт микроскопического квантового мира? Знают ли крошечные объекты Вселенной гравитацию, испытывают ли они её так же, как мы? Или у них все по-другому? Чтобы найти ответы на все эти вопросы, возникла ТЕОРИЯ "квантовой гравитации".
Квантовая гравитация - это теоретическая основа, целью которой является описание того, как сила гравитации действует на мельчайшие частицы Вселенной. Являясь квантовой теорией гравитации, она стремится описать гравитацию в соответствии с принципами квантовой механики, а также в ситуациях, когда квантовые эффекты нельзя игнорировать
ОТО полностью объясняет гравитационное взаимодействие в макроскопическом масштабе. Но когда физики пытаются вычислить кривизну пространства вокруг электрона или других таких небольших объектов, математика становится невозможной.
Квантовая механика предполагает, что все состоит из квантов или пакетов энергии, которые могут вести себя как частица и волна; например, фотон - это квант света и так далее. Итак, каждая сила должна иметь квант или носитель силы, связанный с ней.
Физики связали гипотетический носитель силы с гравитацией, и этот гипотетический квант силы тяжести назвали гравитоном.
Если однажды гипотетический статус гравитона изменится на реальный, это докажет, что гравитация также хорошо вписывается в квантовую механику.
За прошедшие годы было выдвинуто несколько подходов к объяснению квантовой гравитации.
Наиболее известными подходами в этом контексте являются теория струн, каноническая теория квантования, петлевая квантовая теория, евклидовая квантовая теория, а последним является квантовая гравитационная теория, основанная на квантовых вычислениях.
Гравитация - это теория, основанная на геометрии и расстоянии, поэтому обычно нормальный подход к квантованию гравитации заключается в квантовании метрики пространства-времени.
Ни одна из упомянутых теорий не является полной и последовательной квантовой теорией гравитации. Все они постоянно развиваются, с каждым днем появляются новые идеи, что делает квантовую гравитацию одной из самых активных областей исследований в наши дни с большим количеством возможностей.
Все теории квантовой гравитации сталкиваются с множеством проблем, поскольку их экспериментальное подтверждение связано с ограниченностью ресурсов.
Остаётся надеяться, что теория квантовой гравитации однажды позволит нам понять проблемы очень высоких энергий и минимальных размеров пространства, таких как поведение черных дыр, происхождение Вселенной и многое другое. А пока исследования продолжаются!
О квазарах можете узнать здесь.
Благодарю всех, кто дочитал эту статью до конца, оценил труд, поставив "класс", поделившись информацией, или подписался.
