Замкнутая Вселенная для домохозяек
Идея написания заметки возникла после прочтения статьи о замкнутой Вселенной тут. Собственно, даже скорее после прочтения одного из комментариев к статье:
Пытаться объяснить кому-то что-то через формулы… гиблое дело. Кто может перевести эту статью на уровень домохозяек?
Ну что же, мои уважаемые Домохозяйки (а так же их мужья и дети), приступим?
На кухне нас уже ожидает нехитрый инструментарий: огромный кусок эластичной тонкой резиновой пленки, несколько арбузов и яблок. Попробуем создать наглядную упрощенную модель гравитации по Эйнштейну, а потом попробуем смоделировать и замкнутую Вселенную (чего уж там!). Закрепляем пленку по краям (например, к стенкам кухни) на определенном уровне над полом.
1. Кладем на пленку арбуз. Под тяжестью арбуза пленка прогнулась, образовалась впадина, в ней лежит арбуз. Прекрасно. Домохозяйки уже догадались, что пленка — это то самое пространство-время, которое деформируется (искривляется) гравитирующими объектами. Таки да — искривляется!
2. Бросим яблоко в сторону воронки. Если скорость яблока была сравнительно велика или оно прокатилось далековато от воронки (задело край), то «центр гравитации» (арбуз) лишь незначительно исказил «орбиту» тела (яблока) и оно покатилось дальше. А если запустить яблоко медленней и так, чтобы оно свалилось в воронку? Яблоко начало вращаться вокруг арбуза! Вот он, первый в мире кухонный спутник! И наглядный пример движения в поле гравитации по замкнутой траектории. А «спутник» после нескольких оборотов свалился на «центр гравитации». Все как в жизни, вы заметили уважаемые Домохозяйки? Видать сопротивление атмосферы было велико, не долго продержался на орбите.
3. А что если бросить туда, в воронку, еще арбуз? Бум! Завибрировали-то как оба от удара! (Спелые? Неспелые?) Вибрация передалась пленке. По пленке пробежала рябь. Мои уважаемые домохозяйки могут и не знать, но их мужья знать обязаны: гипотетические гравитационные волны — это рябь на поверхности четырехмерного пространства-времени. Так полагают ученые мужи. А сами попытки регистрации гравитационных волн основаны на простой идее: гравитационная волна заставляет колебаться (дрожать) материальные тела. Эх, ну вот не догадались: надо было бы перед метанием арбуза положить на пленку пробник-горошину. И посмотреть — рябь на поверхности пленки заставляет ее (горошину) дрожать? Да-а-а… неплохо мы метнули арбуз… сколько информации для размышления. Кстати, гипотетические гравитационные волны возникают, в том числе, при слиянии арбузов звезд. То есть наша примитивная модель оказалась удивительно информативной и адекватной.
4. Ну что? Теперь мы знаем, что такое гравитация с точки зрения ОТО, знаем как выглядит искривленное пространство время. А не замахнуться ли нам на сотворение замкнутой Вселенной, а? В процессе мы вынуждены будем немного приврать, насочинять, приукрасить действительность, но…, но… это же все в научных целях, правда? Начинаем врать моделировать… Представим, что арбуз наш потяжелел… даже страшно представить, как потяжелел… пленку растягивает все сильнее… пол кухни мысленно убираем… он опускается ниже, пленка растягивается…, а горловина, что вверху… она-то сужается и сужается. Продолжаем врать моделировать.(Нос растет — как у Пиноккио). Горловина сомкнулась. Все! Замкнутая Вселенная создана! Мир арбуза — отдельная замкнутая Вселенная. И геометрия в ней Риманова, как положено. Сумма углов треугольника более 180 градусов. Все параллельные пересекаются. Обитатели внешней пленки-вселенной (двумерные они) ну никак не могут обнаружить эту арбузную вселенную — горловина сомкнулась, в этом месте -гладко, как будто ничего и не было. Ну вот так вот гравитация действовала на геометрию пространства — времени… искривляла… деформировала… и получили в результате мир, который замкнулся на себя.
Уф! Устали мы от акта творения! Создатель — и тот творил не понятно сколько дней… и сотворил не понятно что. Мы даже не уверены — что что-то замкнутое. Есть предложение передохнуть, арбузик разрезать, перекусить, вспомнить все, что знаем о нашей Вселенной:
- истинные размеры Вселенной определить не возможно, но принципиальный предел дальности наблюдений 46–47 млрд световых лет
- топология Вселенной — плоский мир Эвклида (с точностью до процента)
- она «родилась» такой — еще даже более «плоской», чем сейчас
- плотность Вселенной близка к так называемой критической
- топология вселенной («кривизна») определяется наблюдениями сверхновых звезд и флуктуаций РИ
- постулат о замкнутости Вселенной не противоречит наблюдаемым данным, но прямых доказательств замкнутости нет
- уже 5 млрд лет Вселенная расширяется ускоренно — начиная с момента, когда силы отталкивания стали преобладать над гравитацией, которая сдерживала процесс расширения (силы гравитации стали ослабевать в процессе расширения из-за увеличения расстояния между гравитирующими массами)
- похоже, что это расширение — надолго и всеръез, то есть будет продолжаться бесконечно
- измерить непосредственно плотность Вселенной нет возможности — мы не можем адекватно оценить массу вещества и энергии в определенном объеме или во всей Вселенной
- об истинных размерах Вселенной можно только гадать — мы не знаем насколько сильно она раздулась в инфляционной стадии
- природа темной энергии, которая дает преимущественный вклад в массу Вселенной (+ отвечает за ускоренное расширение Вселенной) пока не понятна, но это может быть энергия вакуума, уравнение состояние которого таково, что плотность и давление входят с разными знаками
- природа темной материи, которая дает существенный вклад в массу Вселенной также не понятна- это скорее всего новый класс тяжелых стабильных частиц, которые слабо взаимодействуют с окружающим миром
- обычная (барионная) материя, которая дает минимальный вклад в массу Вселенной — это преимущественно межгалактические облака газа («видимая» часть этой материи — это всего лишь 10% от общей массы — и это звезды)
Как вы уже догадались, уважаемые Домохозяйки, автор не несет никакой ответственности перед читателями за возникшее в процессе чтения желание съесть арбуз (или тупо пойти на кухню пожрать).
Любые просьбы выслать арбуз или перечислить деньги для приобретения арбуза с целью моделирования замкнутой Вселенной будут проигнорированы.
