Os maiores enigmas: o que é o espaço-tempo?

As Pessoas sempre tomam o espaço como um dado adquirido. Afinal de contas, é apenas vazio — capacidade para tudo o resto. O tempo também está passando continuamente. Mas a física de tais pessoas, sempre precisa de algo para complicar. Regularmente tentando combinar suas teorias, eles descobriram que espaço e tempo se fundem em um sistema tão complexo, que uma pessoa normal e não entender.

Albert Einstein percebeu que nos aguarda, ainda em novembro de 1916. Um ano antes, ele formulou sua teoria da relatividade, segundo a qual a gravidade não é uma força que se espalha no espaço, e a propriedade do próprio espaço-tempo. Quando vocês jogam bola no ar, ele voa em um arco e retorna para a terra, porque a Terra deforma o espaço à sua-tempo em torno de si, portanto, de uma faixa de bola e a terra se sobrepõem novamente. Em carta a um amigo Einstein considerou a tarefa de fusão com a teoria geral da relatividade com outro de sua ideia, a nascente teoria da mecânica quântica. Mas suas habilidades matemáticas simplesmente não tinha. "Como eu измучил-se a esta!", escreveu ele.

Einstein nada e não vim a este respeito. Ainda hoje a idéia de criação de uma teoria quântica da gravidade parece extremamente distante. A controvérsia não ocultam uma verdade importante: abordagens competitivas todos dizem que o espaço nasce algo mais profundo — e essa idéia de quebra já estabelecido por 2500 anos científico e filosófico percepção sobre ele.

para Baixo no buraco negro

Normal comprou a geladeira está bem ilustra o problema com que se depara física. Ele pode fixar um pedaço de papel e resistir a gravidade de toda a Terra. A gravidade mais fraca do magnetismo ou outro elétrica ou nuclear do poder. Quais seriam os efeitos quânticos por ela, nem paravam, eles serão mais fracos. A única coisa tangível é a prova de que esses processos ocorrem geralmente, é pied de pintura da matéria é a mais antiga do Universo — que, acredita-se, foi desenhado o quantum flutuações do motor do campo gravitacional.

Buracos Negros — a melhor maneira de verificar a gravidade quântica. "Isso é o mais adequado, que pode ser encontrado para a experimentação", diz Ted Jacobson, da Universidade de Maryland, College Park. Ele e outros teóricos estudam buracos negros como teórico o ponto de apoio. O que acontece quando são retirados da equação, que funcionam em conjunto em um ambiente de laboratório, e são colocados na mais extrema das situações imagináveis? Não haverá algum mal perceptível defeitos?

Teoria Geral relativamente prevê que a substância a cair no buraco negro, infinitamente comprimido ao se aproximar do centro — matemático тупичку chamado de singularidade. Os teóricos não podem imaginar a trajetória de um objeto fora do singularidade; todas as linhas convergem para ela. Até mesmo falar sobre ela, como sobre o lugar problemático, porque o próprio espaço-tempo, indicando местоположенрие singularidade, deixa de existir. Os cientistas esperam que a teoria quântica pode nos fornecer um microscópio, que permite considerar este infinitésimos a um ponto de densidade infinita e entender o que está acontecendo com o cai e com ela a matéria.

Na fronteira de um buraco negro, a substância ainda não é tão сдавлено, a gravidade mais fracos e, tanto quanto sabemos, todas as leis da física devem trabalhar. E mais desanima o fato de que eles não funcionam. Buraco negro é limitado a um horizonte de eventos, o ponto de não retorno: a substância, преодолевающее o horizonte de eventos, já não voltará. A descida é irreversível. Isso é um problema porque todas as conhecidas leis da física fundamental, incluindo a mecânica quântica, é reversível. Pelo menos, em princípio, na teoria, você deve ser capaz de prestar o movimento e restaurar todas as partículas, que você teve.

Com o semelhante, o enigma da física se depara no final de 1800, quando viam a matemática "corpo negro", идеализированного como uma cavidade, cheio de radiação eletromagnética. A teoria do eletromagnetismo de James Clerk Maxwell previu que o objeto irá absorver toda a radiação que incide sobre ele, e nunca virá, em equilíbrio com o ambiente, a matéria. "Ele pode absorver uma quantidade infinita de calor do reservatório, que é mantido a uma temperatura constante", explica Rafael Sorkin, do Instituto de física teórica do Perímetro em Ontário. Com o calor de um ponto de vista ele tem uma temperatura de zero absoluto. Esta conclusão contradiz a observação destes preto tel (tais como ondas). Continuando o trabalho sobre a teoria de Max Planck, Einstein mostrou que o corpo negro pode atingir o equilíbrio térmico, se a energia da radiação é agir em unidades discretas, ou квантах.

Físicos teóricos quase meio século, tentaram alcançar esse tipo de solução para buracos negros. O falecido Stephen Hawking, da universidade de Cambridge, fez um passo importante em meados dos anos 70, aplicando a teoria quântica de campo de radiação em torno de buracos negros, e mostrando que eles têm uma temperatura. Portanto, eles podem não só de absorver, mas e emitem energia. Embora a sua análise do fechou a buracos negros no âmbito da termodinâmica, ele também agravou o problema необратимости. De saída da radiação emitida na fronteira de um buraco negro e não transfere informações das entranhas. É uma energia térmica. Se inverter o processo e alimentar essa energia do buraco negro, nada de pop: você apenas terá ainda mais calor. E não é possível imaginar que a preta com o buraco de algo deixado para, simplesmente preso, porque, como um buraco negro emite radiação, ela é reduzida e, de acordo com a análise de Hawking, eventualmente,desaparece.

Este problema recebeu o título de informação paradoxo, porque o buraco negro destrói a informação sobre o vício dela partículas que você poderia tentar se recuperar. Se a física de buracos negros realmente irreversível, algo deve proferir a informação de volta, e nosso conceito de espaço-tempo, pode ser necessário modificar, para incorporar a este fato.

os Átomos do espaço-tempo

O Calor é o movimento acidental partículas microscópicas, como moléculas de gás. Como buracos negros podem aquecer e a arrefecer, seria razoável supor que eles são compostos de uma das partes — ou se, em geral, de microscópico a estrutura. E porque o buraco negro é apenas o espaço em branco (de acordo com A que cai no buraco negro, a matéria passa através do horizonte de eventos, não parando), parte de um buraco negro deve ser partes do próprio espaço. E sob a simplicidade enganosa, liso espaço em branco que esconde uma enorme complexidade.

Mesmo a teoria de que tinha de conservar a idéia tradicional sobre o espaço-tempo, chegaram à conclusão de que algo se esconde sob essa superfície lisa. Por exemplo, no final da década de 1970, Steven Weinberg, agora trabalha na universidade do Texas em Austin, tentei descrever a gravidade, assim como descrevem as outras forças da natureza. E descobri, que o espaço-tempo radicalmente modificado em seus mínimos escala.

Física inicialmente visualizados espaço microscópico como um mosaico de pequenos pedaços de espaço. Se aumentar para планковских escala infinitamente pequenas dimensões em 10^-35 do medidor, os cientistas acreditam que se pode ver algo como um tabuleiro de xadrez. Ou talvez não. Por um lado, esta rede de linhas de xadrez espaço vai preferir algumas referências a outras, criando uma assimetria, que contradizem a teoria especial da relatividade. Por exemplo, a luz de cores diferentes vão se mover com velocidades diferentes — como em um prisma de vidro, que divide a luz em componentes de cor. E embora as manifestações em pequena escala é muito difícil de perceber, de violação A são francamente óbvias.

Termodinâmica dos buracos negros põe em causa a imagem do espaço como um simples quebra-cabeça. De medição térmica o comportamento de qualquer sistema, você pode contar a sua parte, pelo menos em princípio. Reponha a energia e a olhar para o termômetro. Se a barra decolou, a energia deve se espalhar em relativamente pouco moléculas. Na verdade, você mede a entropia do sistema, que representa a sua микроскопическую complexidade.

Se fazer isso com a matéria comum, o número de moléculas aumenta junto com a quantidade de material. Assim, em qualquer caso, deve ser: se aumentar o raio de praia de bola 10 vezes, dentro dele cabem 1000 vezes mais moléculas. Mas se aumentar o raio de um buraco negro em 10 vezes, o número de moléculas ela devia apenas a 100 vezes. O número de moléculas que a compõem, deve ser proporcional e não o seu volume e área de superfície. Buraco negro pode parecer tridimensional, mas se comporta como bidimensional de um objeto.

Este efeito estranho recebeu o nome de princípio holográfico, porque se assemelha a um holograma, que é visto por nós como um objeto tridimensional, e de perto se transforma em imagem, produzida bidimensional do filme. Se o princípio holográfico considera microscópicas compõem o espaço e seu conteúdo — que os físicos admitem, embora não todos — para a criação de um espaço não será suficiente a simples emparelhamento mínimos pedaços.

o Emaranhado de rede

Nos últimos anos, os cientistas perceberam que este não deve ser envolvida quantum a confusão. Uma propriedade da mecânica quântica, extremamente poderoso tipo de comunicação, parece muito примитивнее espaço. Por exemplo, os pesquisadores podem criar duas partículas, voando em sentidos opostos. Se eles vão atrapalhado, eles permanecerão vinculados, independentemente de separa-los a distância.

Tradicionalmente, quando as pessoas falavam sobre o "quantum" da gravidade, eles tinham em mente quântica profundidade, as flutuações quânticas e todos os outros efeitos quânticos — mas não quântica, a confusão. Tudo mudou, graças a preto дырам. Durante o tempo de vida de um buraco negro dentro dela cair o emaranhado de partículas, mas quando mudo completamente vaporizado, parceiros de fora de um buraco negro permanecer preso — com nada. "Хокингу valeu a pena citar é o problema de confusão", diz Samir Mathur, da Universidade do estado de Ohio.

Mesmo no vácuo, onde não há partículas eletromagnéticas e outros campos internamente confusa. Se a medir o campo em dois diferentes locais, suas leituras vão variar ligeiramente, mas permanecem na coordenação. Se dividir a área em duas partes, as peças serão em correlação, e o grau de correlação dependerá da geométrico da propriedade que eles têm: a área de interface. Em 1995, Jacobson afirmou que a participação assegura a ligação entre a presença de matéria e a geometria do espaço-tempo — e, portanto, poderia explicar a lei da gravidade. "Mais participação — a gravidade mais fraca", disse ele.

Algumas abordagens para a gravidade quântica e, acima de tudo, a teoria das cordas — considerando a participação como importante pedra de esquina. A teoria das cordas aplica o princípio holográfico, não só a preto дырам, mas o universo em geral, proporcionando uma receita de criação de um espaço — ou, pelo menos, alguma parte dele. Original bidimensional de um espaço servirá de fronteira mais extensasurround espaço. E a confusão vai associar o volume de espaço em um único e contínuo de um inteiro.

No ano de 2009, Mark Van Раамсдонк da Universidade de British Columbia forneceu elegante explicação para este processo. Suponha campos na fronteira não confusa — eles formam o casal de sistemas fora de correlação. Eles correspondem a dois universos individuais, entre os quais não há nenhuma forma de comunicação. Quando os sistemas se tornam confusas, constitui-se como se de um túnel, um buraco de minhoca, entre esses universos e outras formas de naves espaciais pode navegar entre eles. Quanto maior o grau de participação, quanto menor o comprimento de um buraco de minhoca. Universos se unem em uma e não são mais duas pessoas. "O surgimento de um grande espaço-tempo, liga directamente a confusão com esses graus de liberdade da teoria de campo", diz Van Раамсдонк. Quando observamos correlação eletromagnético e outros campos, eles são um excesso de embreagem, que associa o espaço juntos.

Muitas outras características de espaço, além de seu aprisionamento, também podem refletir a confusão. Van Раамсдонк e Brian Свингл, trabalhando na Universidade de Maryland, afirma que a onipresença de participação, explica a versatilidade da gravidade — o que ela atua em todos os objetos e penetra em toda parte. Quanto aos buracos negros, Leonard Сасскинд e Juan Малдасена acreditam que a confusão entre o buraco negro e испускаемым ela radiação cria um buraco de minhoca — preto entrada no buraco negro. Portanto, é guardada a informação e a física dos buracos negros parece irreversível.

Embora essas idéias da teoria das cordas funcionam apenas para geometrias específicas e remodelação apenas uma dimensão do espaço, alguns cientistas tentam explicar o surgimento de um espaço a partir do zero.

Em física, e em geral, nas ciências naturais, o espaço e o tempo — a base de todas as teorias. Mas nós nunca percebemos o espaço-tempo direta. Sim, deduzir a sua existência a partir de nossa experiência cotidiana. Assumimos que a mais lógica explicação de fenômenos, o que vemos é algum mecanismo, que funciona no espaço-tempo. Mas a gravidade quântica nos diz que não são todos os fenômenos se encaixam perfeitamente em uma visão de mundo. Физикам você precisa entender o que está ainda mais profundo, a história dentro de um espaço, no verso liso do espelho. Se eles conseguem, nós terminamos a revolução, que começou mais de um século atrás Einstein.