Universul fractal

De la bun început, o persoană rezonabilă era interesată de dispozitivul lumii din jurul lui. Este de înțeles că cunoștințele au necesitat mai multe șanse de supraviețuire în lumea înconjurătoare care se schimbă rapid. De-a lungul istoriei, înțelegerea universului ca lumea în care ne aflăm se schimbă în mod constant.








Dar, înainte de Evul Mediu, având în vedere lipsa metodelor instrumentale de cercetare, noțiunea de structură a universului a rămas destul de primitivă. Primul impuls semnificativ spre ideile moderne despre univers a fost făcut de Copernic. Cea de-a doua contribuție cea mai mare a fost făcută de Kepler și Newton. Dar schimbări cu adevărat revoluționare în ideile noastre despre univers apar doar în secolul al XX-lea. La acea vreme, toate materialele și observațiile acumulate despre astronomie, precum și descoperirile din fizică (teoria relativității lui Einstein și descoperirea fizicii particulelor elementare) au condus la nașterea unei noi științe - COSMOLOGIE. Acum, cosmologia poate fi descrisă ca o diviziune a astronomiei, studiind proprietățile și evoluția universului în ansamblu.

Unele părți ale universului observat

Cosmologia, în această etapă a dezvoltării sale, are în arsenalul său un număr destul de mare de modele care descriu structura universului. Diferitele modele au un numar diferit de suporteri, dar intrebarea despre structura si forma universului nu a fost inca clarificata. Unul dintre modelele non-standard ale structurii universului oferă cosmologie fractală.

În cosmologia fizică (cosmologie fizică - ramura de astronomie care explorează originea fizică a universului și a naturii sale în scara cea mai mare), Fractal Cosmologie este un set de teorii cosmologice minoritare care pretind că distribuția materiei în univers se supune unui algoritm fractală sau, mai simplu, Universul de fapt este un fractal. Problema centrală a cosmologiei fractală este dimensiunea fractală a universului, sau distribuția materiei în ea, măsurată în scară foarte mare sau foarte mică.

Fractalii din cosmologia observațională.

Prima încercare de a modela distribuția galaxiilor nimeni mecanism fractală sau șablon a fost făcut Petronero Luciano și echipa sa în 1987, și o vedere mai detaliată a structurii pe scară largă a universului a apărut în următorul deceniu, datorită faptului că numărul de galaxii catalogate a crescut constant. Petronero susține că universul are o anumită structură fractală într-o gamă destul de largă de scale, cu o dimensiune fractală de aproximativ 2.

Dimensiunea fractală a obiectelor 3D omogene este de 3, pentru o suprafață uniformă este egală cu 2, în timp ce dimensiunea fractală a suprafeței fractală este între 2 și 3. Valoarea finală a acestui rezultat, nu direct, ci arată în mod indirect modul în dezordine și structurare ierarhică a muncii într-o asemenea măsură, , ca grupuri de galaxii și în formațiuni mai mari.

Universul observat este descris ca fiind omogen și izotrop (adică substanța din acesta este distribuită uniform) pe o scară foarte largă, așa cum se presupune în teoria standard a Big Bang-ului sau într-un model precum Universul Friedman. Universul Friedmann (de asemenea, metricul Friedmann-Robertson-Walker) este unul dintre modelele cosmologice care satisfac ecuațiile câmpului teoriei generale a relativității, primul dintre modelele nonstationare ale universului. Primit de Alexander Friedman în 1922.

Modelul Friedmann descrie un univers izotropic non-staționar omogen cu o substanță care are o curbă constantă pozitivă, zero sau negativă. Friedman a făcut două propuneri foarte simple: în primul rând, universul arată la fel, în orice direcție am observat-o (izotropia universului), și în al doilea rând. această afirmație ar trebui să rămână adevărată și dacă am face observații din alt loc (omogenitatea universului). Aceste două ipoteze constituie așa-numitul principiu cosmologic. Această lucrare a omului de știință a devenit principala dezvoltare teoretică a relativității generale după lucrarea lui Einstein în 1915-1917. De asemenea, un univers omogen și izotropic este descris, de asemenea, într-un astfel de model cosmologic de materie - LCDM (citit "Lambda-CYD") - scurt pentru engleza. Lambda-Cold Dark Matter.

Lambda-CDM, expansiunea accelerată a universului. Perioadele de timp din această schemă se extind de la începutul Big Bang-ului cu 13,7 miliarde de ani în urmă până în momentul cosmologic prezent.







LCDM este un model cosmologic standard modern. în care spațial universul plat este umplut, în plus față de materia convențională barionic (materia constă din barionii (neutroni, protoni) și electroni. Cu alte cuvinte, cel mai mult că nici nu ne este familiar formă de bază de materie), energia întunecată și materia întunecată rece (Engl. Cold Dark Matter). Pentru a înțelege ce este în joc, vom explica noțiunile de materie întunecată și de energie întunecată.

Relația cantitativă dintre partea vizibilă a universului și energia întunecată și materia.

Materia întunecată, la rândul ei, este o formă de materie care nu emite radiații electromagnetice și nu interacționează cu ea. Această proprietate a acestei forme de substanță face imposibilă observarea directă a acesteia. Cu toate acestea, este posibil să se detecteze prezența materiei întunecate de efectele gravitaționale pe care le creează. Conceptul de "materie întunecată" a fost introdus pentru a explica vitezele orbitale anormal de mari ale stelelor în regiunile exterioare ale galaxiilor.

Lentila gravitațională puternică observată la Telescopul spațial Hubble din Abell 1689 indică prezența materiei întunecate.

Harta 3D a distribuției pe scară largă a materiei întunecate, reconstituită din măsurarea lentilelor gravitaționale slabe folosind telescopul spațial Hubble.

Fractalii din cosmologia teoretică.

Cosmologia teoretică, prima mențiune a fractalilor este cel mai probabil din cauza Andrei Linde, cu teoria sa a „universul inflaționist haotic care se autoreproduce în continuă existente.“ De fapt, teoria Linde este o extensie a teoriei modelului universului inflaționist Alan Guth. În centrul acestei teorii joacă o formă specială de materie numit vidul fals, în sensul obișnuit al cuvântului vid -. spațiu doar absolut gol, dar pentru fizicienii implicați în particule elementare, în vid. - nu este completă nimic, și obiect fizic cu energie și presiune, care poate fi în diferite stări de energie. Fizicienii numesc aceste stări diferite viduri, pe caracteristicile lor proprietăți dependente de particule elementare, care sunt în ele există. Comunicarea între particule și vid, cum ar fi comunicarea undelor sonore pe fond care acestea sunt supuse: viteza sunetului variază în diferite materiale.

Degradarea unui vid fals
Modelul calculatorului de inflație perpetuă. Falcul vid (galben) este dublat la fiecare 10-33 secunde. În regiunile în care sa dezintegrat (albastru) s-au format universuri ca ale noastre. La graniță există un "Big Bang".
Foto: A. Vilenkin

Trăim într-un vid de energie foarte scăzut. și de mult timp fizicienii au crezut că energia vacuumului nostru este exact zero. Cu toate acestea, observațiile recent au arătat că are o energie ușor diferită de zero (a fost numită energie întunecată). Teoriile moderne ale particulelor elementare prezic că, în plus față de vidul nostru, există și un număr de alte vidoare de mare putere, numite false. Gut pur și simplu a presupus că la începutul istoriei universului, spațiul era într-o stare de vid fals. În acest caz, gravitatea repulsivă cauzată de aceasta ar duce la o expansiune rapidă rapidă a universului. Cu acest tip de expansiune, pe care Guth la numit inflație. există un timp de dublare caracteristic, pentru care dimensiunea universului este dublată. Acest lucru este similar cu inflația din economie: dacă ratele sale sunt constante, atunci prețurile sunt dublate, de exemplu, peste 10 ani.

Inflația cosmologică merge mult mai repede, cu o viteză atât de mare încât pentru o mică fracțiune de secundă o zonă mică cu un diametru mai mic decât un atom este umflată la o dimensiune care depășește astăzi partea observabilă a universului. Deoarece vidul fals este instabil, în cele din urmă se dezintegrează, dând naștere la un cheag de foc, iar acest lucru duce la inflație. Degradarea unui vid fals joacă rolul Big Bang-ului în această teorie.

Dezvoltarea ulterioară a acestei teorii conduce la rezultate destul de neașteptate: deși în partea noastră a cosmosului inflația sa încheiat, în univers ca întreg continuă. Aici și acolo, în grosimea sa, există "explozii mari" în care un vid fals se dezintegrează și un spațiu cosmic precum cel al nostru apare. Dar inflația nu se va termina complet, în întregul univers. Faptul este că prăbușirea vidului este un proces probabilistic, iar în diferite zone se întâmplă la momente diferite. Se pare că Big Bang nu a fost un eveniment unic în trecutul nostru. Au avut loc mai multe "explozii" înainte și un număr nesemnificativ se va întâmpla în viitor. Acest proces care nu se termină se numește inflație eternă.

Puteți încerca să vă imaginați cum ar arăta un univers inflaționist. dacă te uiți la ea din lateral. Spațiul ar fi umplut cu un vid fals și foarte rapid extins în toate direcțiile. Degradarea unui vid fals este ca apa de fierbere. Aici și acolo apar bule spontane de vid cu consum redus de energie. După naștere, bulele încep să se extindă la viteza luminii. Dar foarte rar se ciocnesc, spațiul dintre ele se lărgește și mai repede, formând un loc pentru tot mai multe bule noi. Trăim într-unul dintre ei și vedem doar o mică parte din el. Continuând de aici, putem spune că, de fapt, universul este un fractal la scară foarte largă, deoarece "bulele" sunt auto-similare.

Universul fractal

Prin 1929, Hubble măsoară distanțele până la câteva zeci de galaxii și le-au comparat cu spectrele obținute anterior și-a găsit în mod surprinzător că mai departe galaxiei, mai roșu deplasat pe direcția liniilor sale spectrale. Acest fenomen a fost numit efectul de redshift, care este unul dintre principalii indicatori ai expansiunii universului. Și recent, Alexander Raykov împreună cu Victor Orlov SPbGU gasit semne de distribuție fractale în catalogul gamma picuri la scara la z = 3 (adică, pe modelul Friedman în mare parte din universul vizibil). Dacă acest lucru se dovedește a fi adevărat, cosmologia va trebui să fie serios zdruncinată. Fractalitate de generalizează noțiunea de omogenitate, care din motive de simplitate matematică a fost luată ca bază a cosmologiei secolului XX. Astăzi fractalii sunt studiate în mod activ de matematicieni, teoreme noi sunt în mod regulat dovedite. Fractalitate structura pe scară largă a universului poate duce la consecințe foarte neașteptate, și, cine știe, nu se așteaptă acolo în fața noastră o imagine schimbare radicală a universului și a dezvoltării sale?







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: