Усього лише кілька фізичних фактів, що демонструють відносність наших знань і передчасність космологічних висновків.
Отже, почнемо...
1. Якби ви видалили весь порожній простір з атомів, з яких складається кожна людина на Землі, все населення світу помістилося б в одне яблуко
Врахуємо, що розмір порожнього простору всередині атома важко точно визначити, тому що електрони не мають фіксованого положення або траєкторії. Вони існують у хмарному розподілі ймовірностей, електронній хмарі або орбіталі.
Форма і розмір електронної хмари визначаються енергією електрона і квантовими числами, що описують його властивості. Однак розмір самого атома можна тільки оцінити, вимірявши його атомний радіус, який є відстанню між ядром і самою зовнішньою електронною оболонкою.
Атомний радіус варіюється залежно від типу атома і його електронної конфігурації, але зазвичай становить близько декількох ангстрем (1 ангстрем дорівнює 10^-10 метрам).
При цьому атомний радіус елемента зазвичай виражається в пікометрах (pm) або ангстремах (Å). Наприклад, атомний радіус водню становить близько 53 pm, а атомний радіус вуглецю - 77 pm.
Важливо зазначити, що атомний радіус - це не фіксоване значення, а радше діапазон значень через принцип невизначеності в квантовій механіці. Крім того, атомний радіус може змінюватись залежно від того, перебуває атом в основному стані чи в збудженому стані.
Хоча більша частина простору всередині атома зайнята електронною хмарою, між електронами і ядром все ще є простір. Такий простір не зовсім порожній, оскільки він заповнений морем віртуальних частинок, що виникають унаслідок квантових флуктуацій. Віртуальні частинки можуть ненадовго з'явитися, перш ніж знову зникнути, роблячи свій внесок у загальну структуру і поведінку атома.
А ось у який обсяг можна вмістити весь Всесвіт?
Для того, щоб визначити цей обсяг, зробимо кілька припущень.
- За оцінками, видимий Всесвіт містить близько 10^80 атомів.
- Атоми здебільшого являють собою порожній простір, причому переважна частина їхнього об'єму складається з електронів, що обертаються навколо ядра.
- Розмір ядра атома близько 10^-15 метрів, а розмір електронної хмари атома близько 10^-10 метрів.
- Ґрунтуючись на цих припущеннях, ми можемо оцінити обсяг одного атома близько 10^-30 кубічних метрів. Якщо ми помножимо цей об'єм на загальну кількість атомів у видимому Всесвіті, то отримаємо загальний об'єм близько 10^50 кубічних метрів. Або 10 ^ 41 кубічних кілометра. Або приблизно 0,4 кубічних парсека.
Так що видимий всесвіт насправді дуже малих розмірів. Вільно поміщається в простір Сонячної системи.
2. Всесвіт може бути голограмою
Деякі фізики, зокрема голландець Ерік Верлінде, вважають, що всесвіт насправді може бути голограмою, в якій уся інформація, що становить нашу реальність, закодована у двох вимірах, а не в трьох. Ця теорія ще повністю не доведена, є розгорнута ідея, але вона захоплює і зриває всі колишні теоретичні наративи.
Згідно з цією точкою зору, Всесвіт проявляється через голографічний принцип, методологічний прийом, який виникає зі спроб примирити квантову механіку із загальною теорією відносності.
Ці дві теорії здаються принципово несумісними, оскільки квантова механіка працює в мікроскопічному масштабі, а загальна теорія відносності "працює" з космосом загалом.
Голографічний принцип передбачає, що Всесвіт подібний до голограми, де інформація, що становить видимий нами тривимірний світ, закодована на двовимірній поверхні, як голограма на кредитній картці. Виникає якась "голографічна межа", і вона може бути розташована на краю спостережуваного Всесвіту або на горизонті подій чорної діри.
Також цей принцип стверджує, що космос може виявитися симуляцією, ілюзією, а справжня природа реальності фундаментально відрізняється від того, що ми сприймаємо.
Цікаво, що голографічний принцип підтримують різні альтернативні теоретичні моделі, такі, як теорія струн і петльова квантова гравітація. Однак уся проблема полягає в тому, що поки що не зрозуміло, як їх довести і що потрібно виміряти для їхнього доказу.
3. Магнітне поле Землі постійно змінюється
Магнітне поле, що оточує Землю, створюється рухом розплавленого заліза в ядрі планети. Це поле постійно змінюється і може навіть повністю змінити напрямок, що траплялося багато разів протягом усієї геологічної історії Землі.
Воно відіграє важливу роль у захисті нашої планети від сонячного вітру, потоку заряджених частинок, що виходить від Сонця. Магнітне поле діє як екран, відхиляючи небезпечні для життя частинки і запобігаючи їхній взаємодії з атмосферою.
Водночас зміни магнітного поля Землі визначають структуру розподілу заряджених частинок у верхніх шарах атмосфери, що, своєю чергою, впливає на формування і поведінку кліматичних поясів Землі.
Дійсно, іоносфера відіграє ключову роль у передачі тепла та енергії від Сонця на Землю, а отже формує кліматичні пояси.
Інший спосіб, яким зміни магнітного поля впливають на клімат Землі, - модуляція космічних променів. Йдеться про високоенергетичні частинки, що приходять з-за меж Сонячної системи.
Але вони, - ви будете здивовані, - формують хмари, що складаються з води. Виникають локальні відмінності всередині кліматичних поясів.
Крім того, bvt.ncz дані, що дають змогу припустити, що є зв'язок між змінами магнітного поля Землі та геологічними періодами, хоча точний характер цього зв'язку все ще до кінця не вивчений.
Сила й орієнтація магнітного поля Землі можуть змінюватися з часом: періоди відносно стабільної напруженості поля змінюються періодами швидкої інверсії магнітних полюсів.
Одна з теорій полягає в тому, що якраз така інверсія впливає на формування і рух тектонічних плит, які є великими ділянками земної кори, що плавають на підстилаючій мантії.
Тектонічні плити відповідальні за землетруси, виверження вулканів і утворення гірських хребтів. Якщо буде доведено цю гіпотезу, доведеться начисто переписувати геологічну історію Землі.
Утім, дослідження виявили деяку кореляцію між змінами магнітного поля та часом певних геологічних подій.
Наприклад, є свідчення того, що частота інверсій збільшилася за останні кілька сотень мільйонів років, що збігається зі збільшенням частоти масових вимирань та інших великих змін в екосистемах Землі.
Однак точна природа механізмів, що лежать в їхній основі, досі є предметом недипломатичних дискусій у науковому співтоваристві.
4. Квантова заплутаність - це явище, за якого дві частинки "відчувають" одна одну, хоча перебувають на величезній відстані одна від одної
Згідно з квантовою механікою, немає межі відстані, на якій може діяти заплутаність.
Однак ефекти заплутування, якщо і спостерігаються, то поки що на відстані в кілька кілометрів, що було продемонстровано в експериментах за участю заплутаних фотонів, які передаються оптичними волокнами.
Важливо зазначити, що процес вимірювання заплутаних частинок руйнує саму заплутаність і будь-яку інформацію, яка могла бути в ній закодована.
Іншими словами, квантова заплутаність - це така умовна теоретична модель, яка виникає в момент самого вимірювання. На скільки триває цей момент - точно не відповість жоден фізик. Як і не визнає того факту, що про "заплутаність" можна судити тільки за "непрямими доказами". Без прямого спостереження.
Ризикну висловити припущення: а раптом нам не потрібно шукати квантову теорію гравітації? Потрібно лише змістити методологічні зусилля і розглядати гравітацію, як і простір-час, з точки зору "квантової заплутаності". Що тоді вийде? Чисто математично?
5. Нейтронні зірки неймовірно щільні
Нейтронні зірки - це колапсовані залишки масивних зірок, і вони неймовірно щільні. Чайна ложка матеріалу нейтронної зірки важила б на Землі близько 6 мільярдів тонн!
Неймовірна щільність нейтронних зірок пояснюється тим, що їхня маса зосереджена в дуже маленькому об'ємі. Такі астрономічні об'єкти мають радіус лише близько 10 кілометрів, але вони можуть містити стільки ж маси, скільки й Сонце. Тобто матеріал дуже щільно упакований, а нейтрони притиснуті один до одного так сильно, що практично стикаються.
І ось проблема: викривлення простору-часу поблизу таких об'єктів на стільки велике, що про їхнє існування ми можемо судити тільки за другорядними ефектами, які довільно інтерпретуються відповідно до наявних у дослідників математичних моделей.
Іншими словами: яка різниця між чорною дірою і нейтронною зіркою?
З практичного погляду, між ними немає особливої різниці.
- По-перше, і ті, й інші утворюються після "колапсу" великих зірок. Ну гаразд, малі та середні космічні об'єкти трансформуються в білі карлики. А ось великі - у нейтронні зірки та чорні діри. З чого це раптом?
- По-друге, звідси виникає проблема щільності: що "упакованіша" зірка, то вона "нейтронніша". Чому вона має йти в гіпотетичну сингулярність, - загадка.
- По-третє, на практиці ви не визначите, чи є "горизонт" або ви маєте справу з дуже "щільною" гравітацією. Знову виникає проблема інтерпретації і, скажімо так, ідеологічних поглядів ученого. На скільки вільно він мислить?
Так, нейтронні зірки взаємодіють з іншими астрономічними об'єктами, зокрема за допомогою рентгенівського випромінювання. Але це чи не єдина різниця між ними, і то вельми умовна - зазвичай "чорні діри" виявляють у ядрах галактики, де тісне зоряне сусідство буквально нівелюватиме наші дослідницькі потуги. Або поблизу від рентгенівського джерела. Помилки вимірювань та інтерпретацій надзвичайно великі.
6. Світло може поводитися і як хвиля, і як частинка
Це явище відоме як корпускулярно-хвильовий дуалізм і є фундаментальним принципом квантової механіки.
Проблема полягає в тому, що "частинки" виникають тільки в момент вимірювання. Тоді хвилі й поводяться як частинки. Точніше кажучи, хвилі описуються математичним апаратом, що застосовується для "частинок".
Можна навіть припустити, що світло дуже боїться фізиків. Тому коли вони експериментують, будь-яке випромінювання миттєво трансформується в "частинки". І то на час експерименту. Ба більше, поведінка світла визначається проведеним експериментом, спостереженням і умовами, в яких він спостерігає.
Якщо серйозно, то чи є частинки, чи немає частинок - науці точно невідомо. Хоча студентам пред'являють купу елементів, які миттєво розпадаються під час самого експерименту.
7. Подорож у часі теоретично можлива
Згідно з теорією відносності, подорож у часі можлива, хоча для цього знадобиться подорож із навколосвітловою швидкістю або за допомогою ак званої "червоточини".
Тобто маємо "умовний" міжзоряний апарат, субсвітлову швидкість і тривалу подорож.
Є й інший варіант. Загальна теорія відносності пророкує існування "замкнутих часоподібних кривих" - шляхів у просторі-часі, що дають змогу об'єкту повернутися у своє минуле.
Однак існування ЗВК, тобто "червоточин", породжує парадокси, які заперечують їхню появу. Таким чином настає момент, коли ЗТВ перестає працювати. Особливо в контексті "миттєвих" переміщень при догматі про граничність швидкості світла.
Щоправда, уточнимо: у всіх академічних теоріях час вважається лінійним у тому сенсі, що він безперервно тече вперед, від минулого через сьогодення і в майбутнє. Саме так ми його сприймаємо в повсякденному житті. І саме так час уявляється у фізиці та інших наукових дисциплінах.
Не виключено, що час може бути складнішим, ніж проста лінійна прогресія.
Та ж теорія відносності припускає, що на час можуть впливати гравітація і рух, і що він може рухатися з різною швидкістю для різних спостерігачів.
Крім того, деякі інтерпретації квантової механіки припускають, що час може фундаментально відрізнятися від того, що ми відчуваємо; він далеко не лінійний і зовсім не фундаментальний.
