Ответы Этана. Номер 3. Еще одна дикая идея

 

Image credit: NASA.

Ответы на вопросы, часть 3я.

20 сентября 2013 года

Часть 2. Облако Оорта 

Часть 1. Снова в школу!

"Наблюдения показывают, что Вселенная расширяется со все увеличивающейся скоростью. она будет расширяться вечно, становясь все более пустой и темной"

Стивен Хоукинг

Сегодня к нам пришел вопрос пользователя MIUFish:

Я недавно прочитал об ученых, которые занимаются исследованием возможностей того, что масса тел во Вселенной уменьшается - как альтернативным объяснением - или, возможно, даже интерпретацией проблемы расширения Вселенной.

Есть ли в этом рациональное зерно?

Вот о чем говорит MIUFish.

Image credit: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team.

Свет каждой галактики, которую мы можем измерить, приходит к нам  смещенным. У галактик, которые движутся по направлению к нам, спектральные линии, которые создаются атомами, поглощающими или излучающими свет, смещены. Величина этого смещения прямо пропорциональна комбинации следующих факторов-

1. Скорости движения объекта по направлению к- (синее смещение) или от нас (красное смещение) - в дополнение к тому, что

2. ткань пространства-времени расширяется (красное смещение) или сжимается (синее смещение) за время, которое свет летел по направлению к нам.

Результирующая комбинация обоих факторов дает картину, которую мы наблюдаем во всех без исключения спектрах:

Image credit: © Copyright 2012, via Space Exploratorium.

Для очень далеких галактик первая часть - их скорость - пренебрежительно мала по сравнению с очень большим расширением пространства-времени. Этот свет летел к нам миллиарды лет. Измеряя красные смещения галактик на разных расстояниях от нас и сравнивая их между собой, можно судить о расширении самой Вселенной.

Image credit: NASA / ESA; Hubble Space Telescope.

По крайней мере это так работает, если вы принимаете Общую теорию относительности как основной закон, который правит этой Вселенной и согласны с тем, что по имеющимся доказательствам все началось с Большого Взрыва. 

Но это не единственное объяснение. Недавно, например, была предложена вот такая альтернатива - 

Image credit: R Nave of Georgia State, via http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hyde.html.

Видите, вместо растягивания длин волн расширяющейся Вселенной, мы можем подстраивать массу частиц со временем так, что свет, который частицы излучали раньше, будет смещен к красному концу спектра потому, что квантовые переходы между уровнями в то время были другими.

Это идея Кристофа Веттериха (которую можно прочитать вот здесь) - один из редких людей, у которых была спекулятивная идея, которая была настолько интригующей, что я даже писал об этом на своем блоге. Гипотеза может показаться совсем не интуитивной, но она действительно очень проста. Задумайтесь о ньютоновской гравитации.

Image credit: Wikimedia Commons user Jarry1250.

Представьте, что во всей Вселенной всего два тела, они удаляются друг от друга, и все, что вы можете измерить - это сила притяжения между ними. 

Итак, что мы увидим? По мере роста r сила уменьшается как r в квадрате.

Но можем ли мы быть уверены в том, что изменяется только расстояние, а не, скажем, G или обе массы? Нет, не можем, если все, что мы можем измерить - это расстояние.

А теперь то же с галактиками нашей Вселенной.

Image credit: ESA/Hubble, NASA and H. Ebeling.

О далеких галактиках мы знаем очень мало, а об остальном вынуждены догадываться. Наш опыт (и эксперименты тоже) с пространством-временем и с массой говорят о том, что масса-то не меняется, а вот пространство-время как раз расширяется, сжимается и искривляется. Мы предполагаем, что так же Вселенная работает и в масштабах, которые мы не можем проверить экспериментом.

Идея Веттериха могла бы тоже сработать. Только в статьях обычно не указывается, какой ценой.

Image credit: NASA, possibly also NSF, AURA and the LSST.

Видите ли, в расширяющейся Вселенной, которой управляет Общая Теория Относительности, можно предсказывать, как будет вести себя Вселенная в любое время при известном сочетании кривизны и плотности энергии. И все во Вселенной говорит нам в каждый момент времени, что она расширяется, и поэтому у всех объектов должно быть красное смещение.

Image credit: redshift vs. distance via Ned Wright, from http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmo_02.htm.

Поэтому в нашей Вселенной у галактик на разных расстояниях наблюдаются различные красные смещения, и это подчиняется определенному закону, что позволяет нам судить о том, из чего она состоит.

Затем мы можем понять, как же будет выглядеть Вселенная в любой момент времени, сделав прогнозы того, как она развивалась и как она будет развиваться дальше, и проверить их.

Image credit: Pearson Education.

Мы можем сравнить наши предсказания с данными Реликтового Излучения, Крупномасштабной структуры Вселенной и синтезом ядер во время Большого Взрыва. И когда мы посмотрим на все это, согласие будет просто поразительным.

Но если причина красного смещения - не расширение Вселенной, а изменение масс, вся предсказательная мощь теории исчезает.

Image credit: Planck Collaboration: P. A. R. Ade et al., 2013, A&A Preprint.

Флуктуации в микроволновом фоне произошли потому, что масса изменилась таким образом, чтобы они были именно такие, а не вследствие мощного пласта физики, лежащего за ними. Расширение Вселенной ускоряется не потому, что на нее влияет темная энергия, а потому, что масса так распорядилась, ну и т.д.

Но вы никогда не поймете этого, читая подобные новости.

Image credit: screenshot from Nature, via http://www.nature.com/.

Заголовок: космолог объясняет, что Вселенная, может быть, вообще не расширяется

Вот достаточно типичный вопрос из тех, которые я получаю.

Привет, я вижу, что эта идея получила такой резонанс и так широко освещается в новостях. Но правда ли это? Можете ли объяснить?

И каждый раз подобный вопрос приводит меня в ступор. Если об этом пишут, значит, предполагается, что в статье должен освещаться контекст, откуда пришло это открытие, а также должна быть проведена проверка излагаемых фактов. Знаете, хотя бы для того, чтобы гордиться тем, что ты делаешь. Бывают очень, очень хорошие научные статьи и научные журналисты, но есть еще и такое.

Image credit: screenshot from http://www.motherjones.com/.

Заголовок: возможно, пространство-время - всего лишь иллюзия

Даааа?? Пространство-время - всего лишь иллюзия?  Нет, это не так, и это скажет вам любой уважаемый ученый.

Что говорит это исследование - "эй, а что слышали вы о квантовой теории поля? Это такой способ вычисления того, как взаимодействуют поля и частицы во Вселенной, и как они производят измеримые результаты - такие, как сечения и амплитуды рассеяния. Но в то же время есть определенный предел того, что вы можете с этим делать."

"Хорошо, есть математический способ, при помощи которого можно вычислять те сечения или амплитуды, которые нельзя вычислить при помощи Квантовой Теории Поля - на основе геометрии и теперь это всего лишь математика (мы еще не можем делать эти вычисления для частиц и полей, из которых состоит наша Вселенная), но это очень интересно!"

Но бывает и хуже.

Image credit: screenshot from Huffington Post UK, via http://www.huffingtonpost.co.uk/.

Заголовок: Конец Большому Взрыву? Теория "4хмерной черной дыры может объяснить появление Вселенной"

Да, статью вот с таким заголовком опубликовали на этой неделе - про одну теоретическую работу, которая, якобы постулирует, что наша трехмерная Вселенная родилась из многомерной. Идея, которая родилась, на минуточку, в начале 80х!

Уверяю вас, из чего бы не появилась Вселенная, Большой Взрыв по-прежнему остается Большим Взрывом, и можно было бы ожидать, что пишущий о науке журналист должен бы знать об этом!

И, наконец,

Image credit: screenshot from the Telegraph, via http://www.telegraph.co.uk/.

Заголовок: ученый заявляет - в атмосфере Земли найдена чужая жизнь

Давайте вкратце - некое исключительно спекулятивное исследование, не прошедшее проверку коллег, было раскручено в псевдонаучном журнале, а потом еще в разнообразных СМИ, с бездоказательными претензиями на истину. 

Не понимаю, почему у этих людей так мало системы в том, чем они занимаются. Это чурнализм какой-то. Или они просто экономят силы за свою зарплату?

Меня всегда срашно расстраивают подобные истории. Эти люди должны наоборот способствовать росту знаний у публики, а вместо этого ведут себя как последние шарлатаны. Где проверка фактов? Где главный редактор, который должен вмешаться и сказать - это не стоит публиковать? Когда это стало возможным - не давать правильный контекст, но писать сенсационные заголовки, лишенные всякого смысла?

Image credit: the Irreverant Times.

Заголовок- мальчик вдохнул в легкие тубу.

Это же обычная желтая журналистика.

Ах, если бы ее не было - нигде. Если б все, кто пишет о науке, вели себя более этично! Если б значение придавалось правильной подаче фактов, образованию людей, тому, чтобы проверить сообщения, понять их, перед тем, как пытаться представить их сенсациями.

Эти последние три новости (не считая последней, сатирической) - все датированы этой неделей, и это была совершенно обычная неделя. Все эти игры с разоблачениями для меня могли бы стать постоянной работой, и совершенной потерей времени.

И поэтому, хотя иногда я могу реагировать на подобные новости, когда меня что-то действительно заденет, обычно я предпочитаю писать о том, что мы знаем, о том, что реально, и рассказывать вам о том, как мы к этому пришли. Со всеми деталями, фактами и доказательствами. Потому, что если кому-то это не важно, это не значит, что это не важно мне, и, бьюсь об заклад, вам тоже.