О теории струн и D-бран Вселенной

  Теория струн требует к обычному трёхмерному пространству-времени докрутить ещё несколько измерений, которые играли бы роль на раннем этапе Вселенной, но сейчас находятся в компактифицированном состоянии. Струна «наматывается» на дополнительные измерения, ограничивая их размер.

В рамках теории бран (М-теории) всё начинается с холодного, статичного пятимерного пространства-времени. Четыре пространственных измерения ограничены трёхмерными стенами или три-бранами; одна из этих стен и является пространством, в котором мы живём, в то время как вторая брана сокрыта от восприятия. Существует ещё одна три-брана, «потерянная» где-то между двумя граничными бранами в четырёхмерном пространстве. Согласно теории, при столкновении этой браны с нашей высвобождается большое количество энергии и тем самым образовались условия для возникновения Большого взрыва – образования нашей Вселенной. Примеров образования новых Вселенных – предостаточно.

Двойные пульсары

 

Схема взаимодействия пары пульсаров

Вспышка сверхновой звезды — это просто переход части гравитационной энергии в тепловую. Когда в старой звезде заканчивается топливо и термоядерная реакция уже не может разогреть ее недра до нужной температуры, происходит как бы обрушение — коллапс газового облака на его центр тяжести. Высвобождающаяся при этом энергия разбрасывает внешние слои звезды во все стороны, образуя расширяющуюся туманность. Если звезда маленькая, типа нашего Солнца, то происходит вспышка и образуется белый карлик. Если масса светила более чем в 10 раз превышает Солнечную, то такое обрушение приводит к вспышке сверхновой звезды и образуется обычная нейтронная звезда. Если же сверхновая вспыхивает на месте совсем большой звезды, с массой 20—40 Солнечных, и образуется нейтронная звезда с массой большей трех Солнц, то процесс гравитационного сжатия приобретает необратимый характер и образуется пульсары – необычайно плотные объекты. Они могут иметь массу Солнца и размер среднего города.

Пульсары испускают узкий направленный луч необычайно мощных радиоволн. Если плоскость вращения пульсара проходит через Землю – мы видим периодические вспышки излучения. Это похоже на маяк с вращающимся лучом.

Система PSR J0737- 3039B, лежащая в 2 тысячах световых годах от нас, была открыта в 2003 году. Это двойной пульсар, необычная закономерность во вспышках которого долгое время озадачивала учёных.

Дженет и Рэнсом рассчитали, что эти пульсары вращаются вокруг своих осей, а также вокруг друг друга, в плоскости практически совпадающей с лучом зрения.

При этом, когда меньший пульсар попадает в мощнейший луч от большего соседа, то словно подстёгнутый вспыхивает и сам.

Воспользовавшись общей теорией относительности Эйнштейна, учёные предсказали, как гравитационные эффекты взаимодействия двух пульсаров изменят законы излучения этой пары со временем.

Экзотический двойной пульсар, по словам Дженета, станет "розеттским камнем" пульсаров и поможет разгадать многие их тайны.

Пульсар, находящийся в центре Крабовидной туманности, может оказаться первым известным астрономам небесным телом, имеющим больше двух полюсов.

  

Объекты с 4-мя полюсами в 4-мерном пространстве

 

Согласно концепции Хэнкинса, причиной необычного излучения служит ещё один – третий – полюс. Вероятно, возникновение этого образования произошло в ходе формирования пульсара – мощного, сложного и ассиметричного процесса. О том, как и почему события развивались именно так, должны будут рассказать дальнейшие исследования.

К этому Хэнкинс добавил то, что у изучаемого объекта должен быть ещё и четвёртый полюс, "дополняющий" третий, так как все магнитные поля имеют по паре полюсов.

 

Чёрная дыра смоделирована в треугольной капле воды

Интерес для учёных представлял с левитирующей жидкостью. В неё погружали два тонких электрода и пропускали электрический ток. Взаимодействие тока с полем приводило к раскручиванию воды. При достижении темпа вращения примерно в три оборота в секунду экспериментаторы наблюдали эффект, никогда не фиксировавшийся ранее: на виде сверху капля становилась треугольной, оставаясь стабильной, пока не менялись условия. Воды в капле при вращении стремится занять наиболее выгодную, с низким "энергетическим состоянием" форму.

Трёхсторонняя симметрия капли – вещь капризная, утверждают исследователи. Но в данном опыте капля пребывала в таком состоянии "без возражений" (фото Richard Hill, Laurence Eaves/<a href="http://www.nottingham.ac.uk/">University of Nottingham</a>).   

Физики же из Ноттингема объясняют, что опыт с каплями — шаг к пониманию сил, действующих как в масштабе атомного ядра, так и в космологических масштабах. Ведь по своему характеру силы гравитации и сильное ядерное взаимодействие во многом напоминают силы поверхностного натяжения, то есть ведут себя сходным образом. Некоторые учёные считают правомерной такую аналогию: горизонт событий чёрной дыры — это некая поверхность, или мембрана, в которой действуют силы поверхностного натяжения (об этом говорит и Хилл).

 

Портал Кайлас – Белуха через 3D-брану

 

Планеты  трех солнц

Найдена планета в системе с тремя звёздами. Художник, нарисовавший образ вновь открытой системы, избрал "точку зрения" с гипотетической луны вновь открытой планеты.

Главное — жёлтое — солнце почти зашло.
В небе ещё его меньшие, оранжевый и красный, напарники
(иллюстрация Caltech/NASA)

Обнаружено около 30 планет вокруг двойных звёзд.

 

Нейтронные оригиналы

Открытие в 1932 году новой элементарной частицы — нейтрона открыло нейтронные звезды. Если небольшие звезды (типа нашего Солнца) в конце своей эволюции превращаются в белых карликов, то более тяжелые становятся нейтронными. В 1967 году от нейтронных звезд были обнаружены странные сигналы — импульсы радиоизлучения, не похожие на обычную хаотическую картину случайных нерегулярных колебаний радиоизлучения. После тщательной проверки всей аппаратуры пришла уверенность, что импульсы имеют внеземное происхождение: сигналы были столь регулярны, что ученые всерьез предположили, что они могут быть весточками от внеземных цивилизаций.
А потому первый пульсар получил название LGM-1 (Little Green Men — «Маленькие Зеленые Человечки»), хотя попытки найти какой-либо смысл в принимаемых импульсах окончились безрезультатно. Из-за импульсного характера излучения новые объекты стали называть пульсарами.

 


Рис.

Пульсар — это просто огромный намагниченный волчок, крутящийся вокруг оси, не совпадающей с осью магнита. Данный волчок имеет колоссальную массу и высокую температуру поверхности, да и вращающееся магнитное поле создает огромное по напряженности электрическое поле, способное разгонять протоны.

 

Образование черных дыр. Когда в старой звезде заканчивается топливо, звезда взрывается, образуя нейтронную сверхновую звезду. Если же сверхновая вспыхивает на месте совсем большой звезды, с массой 20—40 Солнечных, и образуется нейтронная звезда с массой большей трех Солнц, то процесс гравитационного сжатия приобретает необратимый характер и образуется черная дыра.

Магнетары черпая энергию из магнитного поля. И хотя магнетары на сегодня остаются детищами теоретиков и нет достаточных данных, подтверждающих их существование, астрономы упорно ищут нужные доказательства.

Первые 10 000 лет магнетар— это пульсар, видимый в обычном свете и дающий повторяющиеся вспышки мягкого рентгеновского излучения, а последующие миллионы лет он, уже как аномальный магнетар, исчезает из видимого диапазона и попыхивает только в рентгеновском. Магнитное поле вблизи поверхности этого магнитара достигает 1015 гаусс.

Все мы знаем, что энергия любит переходить из одной формы в другую. Электричество легко превращается в тепло, а кинетическая энергия — в потенциальную.

Всего на сегодняшний день астрономы обнаружили около 1 200 нейтронных звезд. Из них более 1 000 являются радиопульсарами, а остальные — просто рентгеновскими источниками. Звезды в двойных системах относятся к самым загадочным и неуловимым астрономическим объектам, соединяющим в себе сильнейшие гравитационные и магнитные поля и экстремальные плотности и энергии.

Впервые создана чёрная дыра для света

Модель "чёрной дыры", состоящей из метаматериалов (иллюстрация Qiang Cheng, Tie Jun Cui).

Над первой рукотворной чёрной дырой для микроволнового излучения работали американские теоретики и китайские инженеры. Теоретическое описание устройства, которое могло бы затягивать световые лучи, представили А. Килдышев и В. Шалаев из университета Пардью.. В основе идеи лежало представление о космических чёрных дырах, которые благодаря сильнейшей гравитации затягивают в свои недра всю окружающую материю и излучение. Физики посчитали, что существует возможность создания устройства, которое схожим образом искривляло бы световые лучи и приводило их к своему центру. Для этого необходимо построить цилиндрическую структуру, состоящую из центрального ядра и ряда концентрических колец. "Когда электромагнитная волна попадает на поверхность устройства, она захватывается и направляется от оболочки к центру, где поглощается.

Распределение электрических полей. Два пунктирных круга обозначают края внешней оболочки и внутреннего ядра. Лучи падают на чёрную дыру под наклоном

Идею можно использовать для создания более эффективных солнечных батарей. Например, "чёрная дыра" пригодится там, где много рассеянного света. С помощью таких черных дыр можно создавать невидимые объекты, звуковые черные дыры  и прочие эффекты и устройства.

 

Шапка-невидимка

Идея наверное состоит в том, что прозрачные материалы преломляют свет,  который можно направить так чтобы он уходил в ловушку – черную дыру.  

Принцип работы "шапки" или "плаща-невидимки" был в теории предложен в 2006 году. И вот учёные впервые сделали объект невидимым. И речь идет об объектах  размеры которых на три-четыре порядка больше длины волны видимого света. Причем  это достигается с помощью природных веществ, например. кристаллы кальцита – дешёвый и простой в производстве материал.

Ранее световые волны запутывали сложными конструкциями из наноразмерных слоёв, фокусировав по определенному закону те или иные цвета света. В нынешних работах объект и прячущая его "шапка-невидимка" не являются единой структурой, что позволяет в любой момент отделить "волшебный" материал и прикрыть им другой сопоставимый по форме объект. Преимущества такого подхода очевидны.

Учёные склеили между собой два куска прозрачного минерала, чтобы скорректировать ход светового луча как на входе, так и на выходе. В обоих случаях под кристаллом прятали похожий на двойной клин объект. С помощью шапки-невидимки можно делать невидимыми объекты, расположенные, например, на морском дне…

М-теория – теория энергетически минимально
энергетических мембран

 

Рис. Примеры проникания пространства с помощью черных дыр

 

Одномерная струна, т.е. 1-брана на новом языке теоретиков, может полностью окружить одномерный пространственный объект, например окружность.

Рис. Струна может обернуть одномерный свернутый элемент пространства, а двумерной мембраной можно обернуть двумерный объект.

Обычный надувной мяч, является трехмерным, а его поверхность имеет два измерения. Любую точку на этой поверхности можно задать с помощью двух координат, например широты и долготы. Мяч можно задать четырехмерным, а его поверхность — трехмерной. В теории струн рассматривают сфера и ее обертывающая брана (мембрана). В момент, когда сфера стягивается в точку, соответствующая черная дыра становится безмассовой.

Так отверстие тора в процессе разрыва/восстановления, может превратиться в точку, или наоборот из точки превратиться в шар. Масса 3-браны, обертывающей трехмерную сферу, будет уменьшаться и станет равной нулю в момент коллапса

Аналогично, двувумерная мембрана, т. е. 2-брана, может обернуть и полностью покрыть собой двумерную сферу, подобно тому, как полиэтиленовая пленка плотно обертывает поверхность апельсина. Т.е. 3-браны, могут окутывать и полностью покрывать собой трехмерные сферы. 3-брана является скроенным экраном, компенсирующим потенциально катастрофические последствия возможного коллапса трехмерной сферы, которых так бояться физики.

Прежде всего, что такое одномерная или нульмерная сфера? Будем рассуждать по аналогии. Двумерная сфера — это совокупность точек трехмерного пространства, расположенных на одинаковых расстояниях от выбранного центра, как показано на рис. 13.2 а. По аналогии с этим, одномерная сфера есть совокупность точек двумерного пространства, расположенных на одинаковых расстояниях от выбранного центра. Это просто окружность.

Рис. Сферы разных размерностей, допускающих наглядное изображение: а) двумерная, 6) одномерная, в) нульмерная.

Наконец, согласно той же аналогии нульмерная сфера есть совокупность точек одномерного пространства (прямой линии), расположенных на одинаковых расстояниях от общего центра. Таким образом, аналогия с меньшим числом измерений, упоминавшаяся в предыдущем параграфе, приводит к окружности (одномерной сфере), которая стягивается, затем происходит разрыв пространства, и окружность замещается нульмерной сферой (двумя точками). Окружность в обхвате баранки (тора) коллапсирует в точку. Поверхность рвется, и образуются два прокола. В них «вклеивается» нульмерная сфера (две точки), которая замещает исходную одномерную сферу (окружность) и восстанавливает порванную поверхность. При этом становится возможным преобразование в фигуру совершенно иной формы — надувной мяч.

Предположим, что сначала имеется поверхность тора (баранки). Теперь представим, что с течением времени эта окружность стягивается, и структура пространства рвется. Можно восстановить пространство, "позволив ему разорваться лишь на мгновение и заменив сжатую одномерную сферу (стянутую окружность) нульмерной сферой — двумя точками, затыкающими отверстия в верхней и нижней части образовавшейся после разрыва фигуры. В итоге получится фигура, похожая на кривой банан, которую затем можно постепенно и гладко (без разрывов пространства) продеформировать в поверхность надувного мяча. В итоге мы видим, что при коллапсе одномерной сферы и замещении ее нульмерной топология исходного тора, т. е. его фундаментальная форма, радикально изменяется. После коллапса трехмерной сферы внутри пространства Калаби-Яу пространство должно разорваться, а затем само собой восстановиться путем отращивания двумерной сферы.

Вывод: при эволюции многообразия Калаби-Яу, сопровождающейся конифолдным переходом с разрывом пространства, изначально ненулевая масса черной дыры уменьшается до нуля, после чего черная дыра превращается в безмассовую частицу (подобную фотону), которая на языке теории струн описывается определенной колебательной модой струны. В теории струн впервые удается установить связь между черными дырами и элементарными частицами. Энтропия — это мера беспорядка или хаотичности, и в контексте последний научных достижение, доказано, что она за горизонтом черных дыр сохраняется.

Площадь горизонта событий черной дыры, т. е. площадь поверхности вокруг черной дыры, после пересечения которой нет пути назад, всегда увеличивается при любых физических взаимодействиях. Если в черную дыру попадет астероид, или если на черную дыру попадет излучение с поверхности близкой звезды, или если две черные дыры столкнутся и объединятся, то полная площадь горизонта событий черной дыры обязательно увеличится.

Как только измерена масса, заряд и спин черной дыры, ее точную идентификацию можно считать завершенной.

 

Рис. Спиновая сеть, которая является состоянием квантовой геометрии в петлевой квантовой гравитации и связанных с ней теориях. Показаны кванты объема, ассоциированные с вершинами, и кванты площади, ассоциированные с ребрами.

Что удивительно картинка напоминает додекаэдр ПДИ, рассмотренный ранее.

После того, как за миллиарды лет ядерного синтеза звезда сжигает весь запас ядерного топлива, она оказывается неспособной далее компенсировать сжимающую громадную силу гравитации направленным наружу давлением. Для широкого класса условий это приводит к катастрофическому взрыву огромной массы звезды: под действием собственной силы тяжести она коллапсирует, образуя черную дыру.

Шелдон Глэшоу, убежденный противник теории струн, признался, что «когда струнные теоретики говорят о черных дырах, речь идет едва ли не о наблюдаемых явлениях, и это впечатляет»

Чтобы полностью предсказать то, что будет завтра, сегодня нам нужно знать все волновые функции. И если некоторые из них сгинули в омуте черной дыры, то содержащаяся в них информация потеряна.

Рассуждая философски, разве нельзя представить себе, что информация, которую переносили попавшие о дыру объекты, не потеряна для Вселенной, а просто скрыта в области пространства, которую мы, разумные существа, решили избегать любой ценой? Черные дыры не совсем черные и излучении черных дыр в переносит энергию, и поэтому при излучении черной дыры ее масса медленно уменьшается — дыра медленно испаряется. При этом расстояние от центра дыры до горизонта событий постепенно сокращается, и когда завеса отступает, прежде отрезанные от мира области снова оказываются на сцене космического бытия. Вопрос: восстановится ли информация, которую переносили проглоченные дырой объекты и которая, как мы представляли, хранится внутри черной дыры, после того, как черная дыра испарится?

Вся материя, пересекающая горизонт событий черной дыры, будет безвозвратно затянута к центру черной дыры, и с этого момента материя перестанет существовать — внутри черной дыры исчезнет само время. Физики, долгое время исследовавшие черные дыры с помощью уравнений Эйнштейна, открыли не укладывающуюся в голове возможность того, что черная дыра может быть окном в другую вселенную, связанную с нашей лишь в центре черной дыры.

Там, где останавливаются стрелки часов нашей Вселенной, начинается отсчет времени новой Вселенной.

Метод М – метод мембран

Если на батуте никто не стоит, изображение выглядит нормально, но если на батут встает человек, изображение искажается, в особенности непосредственно под человеком (см. рис. 10.1).

Рис. Если на батуте с нанесенным изображением стоит человек, изображение сильнее всего искажается под весом тела человека

Этот пример иллюстрирует важнейший принцип описания искривленных поверхностей, принятый в математической формулировке Римана.

Область вне поверхности лишь артефакт неадекватной картинки, которая не может изобразить U-образную вселенную иначе как погруженной в наш трехмерный мир.

Рис. «U-образная» вселенная, в которой достичь одного конца с другого можно лишь после длительного космического путешествия

Черная дыра прокладывает новую пространственную территорию. Сильнейшее гравитационное поле черной дыры приводит к настолько сильной искривленности пространства, что оно выглядит проколотым в центре черной дыры. Перемещение из точки А в точку В по жёлтой линии займёт намного меньше времени, чем движение по красной линии. Создавать самостоятельно такие туннели в пространстве совсем не обязательно. Их (входы в них) можно искать уже в готовом виде, они могли возникнуть в самые ранние стадии эволюции Вселенной. А может быть даже, что они были всегда. Так, например, магнитные кротовые норы пронизывает очень сильное магнитное поле  особой структурой.  По которому их и надо искать. Электромагнитное поле является существенной или даже основной частью материи такой кротовой норы.

Волнующая возможность

В выделенной области внутри пространства Калаби-Яу
находится сфера

В теории струн рассматривают стягивание внутренняя часть тора или просто сферы в точку и затем с разрывом преобразование ее в сферу, или выворачивание в новую сферу. Однако в топологии в 4-мерного это делается без разрывов.

Ниже преобразование одной сферы к другой (заданы слева) по линейному закону 1-я грань (сфера) – 2-грань (сфера). Однако удивительно получили сферу (внутри) и 3-брану, обертывающую ее.

Ниже показаны удаленные две (из шести) грани

Математики называют последовательность таких действий флоп-перестройкой. И, похоже, именно торовые поверхности (см. в Интернете Тороидальная Машина Времени) являются той «дорогой» по которой двигаются тела в нашей Вселенной. По ней же двигается и наша Вселенная. Сжатие внутренней сферы к точке позволяет сначала получать кротовые норы, а потом коллапсировать в точку-сферу с выходом в новое 3-мерное пространство. Почему в 3-мерное? По-видимому три координаты – обеспечивает минимальные затраты энергии 3-мерной мембраны -  по принципу того, что капля воды при вращении приобретает 3-угольные очертания. Что произойдет в этом случае со Вселенной пока еще непонятно. Похоже, как было уже сказано, дыра образует новую Вселенную в бесконечно-мерном пространстве. Вселенская природа регулирует избыток материи выбросом ее в другое пространство. Человечеству при перенаселении, видать, в будущем надо поступить также: найти новую планету и переселиться на нее. Такие планеты есть, но они находятся очень далеко и только открытие кротовых нор, позволит преодолеть эти расстояния.

  

 

 

  

 

Планета двойник Земли

Планета-двойник земли начала слать странные сигналы

 

Планета Gliese 581g была открыта 29 сентября 2010. Что удивительно сигнал от нее – вспышки - был получен австралийским астрономом Р. Бхаталом еще два года назад, но научное сообщество встретило тогда новость скептически.

Gliese 581g является одной из шести планет, вращающихся вокруг красного карлика Gliese 581, расположенной на расстоянии около 20,5 световых лет от Земли.

Наблюдения показали, что масса Gliese 581g в три-четыре раза больше массы Земли, а радиус - в 1,3-2 раза больше. Тем не менее, планета классифицируется как однотипная Земле. По оценке американских астрономов, на поверхности небесного тела может быть вода в жидком состоянии, а сила гравитации указывает на наличие атмосферы. Астроном Фогт дал ей название "Мир Зармины".

Встает вопрос, как добраться до этой планеты. Согласно некоторых теорий наша вселенная имеет U – образную форму.

 

 

Как должно быть искривлено (закручено) наше пространство, чтобы по туннелю черной дыры достичь планеты «Мир Зармины»? Для этого надо многое знать. И еще не факт, что наше пространство закручено по ленте. Может быть оно является лентой Мебиуса (3-мерной), тором, упакованного в мембрану и т.д. 

 

Выводы. Согласно Теории Струн, Большой Взрыв не был началом образования Вселенной, а Космос, в свою очередь, существовал, и будет существовать всегда. В будущем он может коллапсировать вновь, но он никогда не исчезнет. Время же будет длиться постоянно. Оно началось задолго до Большого Взрыва и будет существовать независимо от существования чего-либо другого. Время бесконечно... Большой взрыв не был началом. Он был всего лишь следствием предыдущего состояния Вселенной…

Кроме того можно сказать, что и пространство едино – оно бесконечно-мерно. В этом бесконечномерном пространстве могут существовать всякие другие искривленные и прочие разной размерности пространства. Отсюда и есть, что Всё относительно.

В теории Струн попытка описать даже нашу Вселенную натыкается на то, что каждый раз требуется увеличить размерность пространства. Это наподобие развязать узел веревки у которой концы сплетены, нужно выйти в 4-мерное пространство где эта проблема решается.   Так и в теории струн, чтобы решить задачу с новыми возникающими проблемами, увеличивается размерность пространства.  Однако все должно быть просто, и такой путь увеличения пространства – это тупик. Однако нового физики пока ничего не придумали. Вот если с помощью коллайдера и найдут черные дыры с выходом в другое 3-мерное пространство, здесь будет мощный прорыв. И такое пространство будет с учетом того, что наиболее энергосберегающим является 3-мерное пространство будет 6-мерным, как это и предполагалось первоначально в теории струн.

 

 

        

Рис. Два 3-мерных пространства в пространстве более
пяти измерений могут пересекаться в точке (черной дыре)

 

Между двумя 3-мерными пространствами вполне может оказаться аномальная точка (черная дыра) по которой эти пространства пересекаются. Черная дыра является началом образования новой Вселенной, своего рода Большим взрывом. Это может произойти в случае переизбытка создаваемой материи в первой Вселенной или от взрыва материи, собранной в черной дыре. Как известно, в черной дыре исчезают многие звезды. В некоторых случая при взрыве черной дыры они взрываются и вырываются в наше пространство (образуются сверхновые звезды), некоторые исчезают в другом пространстве, некоторые находятся в том и другом 3-мерных пространствах с образованием 4-х магнитных полюсов. С одной стороны наша Вселенная расширяется, а с другой сжимается, образуя черные дыры. Когда темная материя (черные дыры) перейдет в критическую, то она мгновенно начнет все засасывать в одну черную дыру (Вселенная начнет сжиматься), с выходом материи в другое пространство. Произойдет как бы обновление всего, что было в первой Вселенной. Конечно это только гипотеза, и что на самом деле будет или было, только Богу известно.