Несмотря на то, что эволюционная биология в настоящее время привлекает все внимание общественности к связи науки с религией, исследование физики и астрономии кажется уместным, учитывая публичное возрождение Стивена Хокинга с сериалом «Во Вселенную со Стивеном Хокингом», который в настоящее время транслируется. на канале Дискавери. Шоу посвящено физической космологии, научной попытке понять происхождение, эволюцию и базовую структуру Вселенной. Итак, давайте перейдем к науке, начав с фигуры, которая задала современный курс космологии.
В 1924 году Эдвин Хаббл обнаружил, что близлежащие галактики удаляются от Галактики Млечный Путь со скоростью, увеличивающейся по мере удаления этих галактик от нашей. Это может иметь больше смысла, если вы подумаете о том, как изюм отдаляется друг от друга во время выпечки хлеба с изюмом или что произойдет, если вы нарисуете кучу точек на воздушном шаре, а затем надуете его. Что еще более важно, «красное смещение» других галактик увеличивалось по мере их удаления от Земли. Этот сдвиг подобен эффекту Доплера.
Вы, наверное, замечали, что звуки поездов, которые они издают при приближении к вам, отличаются по тональности от звука, когда они проезжают мимо. Это связано с тем, что частота звуковых волн, излучаемых при приближении и удалении, различна. Красное смещение - то же самое, только для источников света, а Хаббл смог обнаружить красное смещение других галактик. Становилось ясно, что пространство расширяется. Эта работа была дополнительно подтверждена открытием однородного фонового излучения.
Температура излучения удивительно постоянна по всему небу (разница в цвете на этом снимке составляет всего 0,1 градуса по Кельвину или меньше). Такое сильное постоянство температуры указывает на то, что когда-то Вселенная находилась в довольно однородном состоянии, в котором высвобождалось огромное количество энергии, способной произвести такое излучение. Путем экстраполяции этих наблюдений во времени в качестве стандартного научного объяснения была предложена особая точка бесконечной плотности. Затем он «взорвался» во время Большого Взрыва, и эта бесконечная плотность была высвобождена и превратилась в расширяющуюся Вселенную, в которой мы живем сегодня (подробнее о микрофизике в таблице Большого Взрыва на следующей неделе). Все это произошло 14 миллиардов, да с б, лет назад. Однако с этой картинкой есть проблемы.
Планковское время необходимо использовать для объяснения первых моментов Большого Взрыва. Планковская единица составляет примерно 5×10-43секунд в длину, время после сингулярности, до которой у ученых нет рабочей модели. Другими словами, лучшие доступные в настоящее время научные знания не могут установить фактическое существование сингулярности, а могут только предложить ее в качестве наилучшей современной теории начала Большого Взрыва. Эта дилемма побудила Стивена Хокинга (его книга «Краткая история времени» до сих пор является забавным и легким для чтения введением в космологию) заняться применением квантовой механики, теории относительности и экспериментальной теории квантовой гравитации для изучения возможности проверяемой теории. гипотеза о ранних условиях Большого Взрыва, с которой могут работать ученые.
Хокинг использует довольно гипотетический подход к пониманию ранних условий Большого Взрыва, в котором он рассматривает все возможные пути, которые могли пройти частицы в пространстве. Вычисляя истории волн, проходящих через все точки, он может исключить волны с одинаковой амплитудой и рассмотреть только наиболее вероятные пути. Если вы не последуете этому последнему предложению, все, что вам нужно знать, это то, что при таком подходе исчезает всякое различие между пространством и временем. Конечным результатом является искривленное четырехмерное пространство-время, конечное с заключенным внутри временем, но безграничное, как сфера. Эта теория сводится к отказу от идеи о том, что Вселенная началась в какой-то момент в прошлом.
Понятие времени не имело бы смысла, пока оно не возникло из искривленного пространства-времени. Другими словами, безграничная сфера может существовать «вечно», прежде чем расширится в результате Большого Взрыва, потому что она существовала, когда времени не существовало. Таким образом, вклад Хокинга в космологический ландшафт - это теория, согласно которой ограниченный во времени мир может существовать вечно без начала. Действительно странная, но реальная возможность с растущим числом свидетельств в ее пользу (мы рассмотрим возможность того, что мы живем в мультивселенной, но вы можете прочитать «Космический пейзаж» Леонарда Сасскинда, если хотите получить представление об этом ДЕЙСТВИТЕЛЬНО странном космосе).
На этом наше первое приключение в науке завершено, и в конце этого месяца мы начнем обсуждение того, что ученые, философы и теологи делают из этих данных. Оставляйте комментарии и дайте мне знать, если что-то неясно. Я сделаю все возможное, чтобы уточнить. Хуже того, если вы абсолютно ничего не понимаете, дайте мне знать, если мне нужно писать больше, меньше или изменить тон моих статей о науке в будущих постах. Если наука, которую мы освещаем каждый месяц, не понята, то попытки исследовать богословские возможности будут бесплодны.