През последното десетилетие станахме свидетели на впечатляващи открития: направени са снимки на черни дупки, изследвани са мистериите на атома и са изследвани процеси, случили се в далечното минало, когато се е родила Вселената.
Въпреки този напредък обаче остават значителни пропуски в нашето разбиране за Вселената и законите, които я управляват. Тези въпроси ще преследват физиците и астрономите през следващото десетилетие и може би дори по-дълго.
Защо има нещо, а не нищо?
Според стандартната космологична картина в началото е имало „инфлационен вакуум“. Той имаше свръхвисока енергийна плътност и отблъскваща гравитация, което го накара да се разшири. Колкото повече имаше, толкова по-силно беше отблъскването и толкова по-бързо се разширяваше.
Като всичко „квантово“, този вакуум беше непредсказуем. На произволни места се разпадна на обикновен вакуум. Огромната енергия на инфлационния вакуум трябваше да отиде някъде. Използван е за създаване на материя и нагряването й до невероятно високи температури – за създаване на големи експлозии. Нашата Вселена е само един от тези мехурчета от Големия взрив в непрекъснато разширяващ се инфлационен вакуум.
Изненадващо, всичко можеше да започне с частица, образувана в резултат на разширяването на вакуум, която имаше маса, сравнима с торба захар. И най-интересното е, че законите на физиката, особено квантовата теория, допускат възможността такава материя да се появи от нищото. Възниква обаче логичен въпрос: как са се появили самите закони на физиката?
През 1918 г. немският математик Еми Ньотер направи значителен принос за разбирането на законите за запазване. Тя откри, че тези фундаментални принципи са следствие от дълбоки симетрии в пространството и времето – свойства, които остават същите, когато нашата перспектива се променя.
Удивителният аспект на тези симетрии е, че те се отнасят и за празнотата – за напълно празна вселена. Така преходът от несъществуване към съществуване може би не е бил толкова грандиозно събитие. Може би това е просто трансформацията на празнотата в „структурирано“ нищо, нашата Вселена, пълна с галактики.
Но защо се случиха тези промени? Американският физик Виктор Стенгер забеляза, че когато температурата спадне, водата се превръща в структурирана форма – лед – защото ледът е по-стабилен. Може би, предложи той, Вселената се е преместила от несъществуване към „структурирано несъществуване“, защото тази форма е по-стабилна?
Защо в центъра на всяка галактика има гигантска черна дупка?
В нашата Вселена има около два трилиона галактики и доколкото знаем, почти всяка от тях има централна супермасивна черна дупка. Те варират по размер от чудовищните, тежащи близо 50 милиарда пъти масата на Слънцето, до 4,3 милиона слънчеви черни дупки джуджета, известни като Стрелец A* в центъра на нашия Млечен път (една слънчева маса = масата на нашето Слънце).
Но как са попаднали там остава една от големите неразгадани мистерии на космологията. Знаем, че черна дупка се образува от експлозия на свръхнова, при която ядрото на звезда се унищожава. Но никой не знае как се образува свръхмасивна черна дупка.
През по-голямата част от космическата история центровете на галактиките са били разположени там, където са се съдържали големи количества материя в малък обем. Възможно е свръхмасивните черни дупки да се образуват в плътен звезден куп от звездни черни дупки, които многократно се сливат една с друга. Косвено доказателство за това е сливането на две черни дупки, открито с помощта на гравитационни вълни. Една от черните дупки беше твърде голяма, за да бъде остатък от свръхнова и може да се е образувала от по-ранно сливане.
Алтернативен начин за образуване на свръхмасивна черна дупка е чрез директно компресиране на плътен газов облак. Те могат да се образуват от комбинация от колапс на облак и сливане на черни дупки. Възможно е също така свръхмасивни черни дупки да са се образували по време на Големия взрив.
Това би бил нов отговор на въпроса какво се появи първо – галактики или свръхмасивни черни дупки? Вместо галактиките да се формират първо и след това да раждат такива чудовища, първо ще се образуват свръхмасивни черни дупки, около които ще се образуват звездни галактики.
Съществува ли времето?
Времето е това, което не позволява всичко да се случва едновременно, каза американският физик Джон Уилър. Но времето е неясно понятие. Повечето от това, което мислим, че знаем, е невярно. Например, ние си представяме, че времето тече.
Но за да тече нещо, то трябва да тече спрямо нещо друго, както реката тече спрямо брега. Тече ли времето спрямо нещо друго – втори тип време? Тази идея изглежда безсмислена. Най-вероятно изтичането на времето е илюзия, създадена от нашия мозък, за да организира информацията, която постоянно идва до нас чрез сетивата.
Също така имаме ясно усещане за споделено минало, настояще и бъдеще. Въпреки това, идеята за споделено настояще не се появява никъде в нашето фундаментално описание на реалността, теорията на относителността.
Как точно се разпределя нечие време зависи от това колко бързо се движи спрямо вас или от силата на гравитацията, която изпитва. Тези ефекти се забелязват само при относителни скорости, близки до скоростта на светлината или при изключително силна гравитация, така че не са очевидни в ежедневието.
Защо не сме виждали никакви признаци на извънземни?
През 1950 г. Енрико Ферми, човекът, който построи първия ядрен реактор, обядва в кафенето на лабораторията в Лос Аламос в Ню Мексико, когато внезапно каза: „Къде са всички?“ Всички на масата разбраха много добре какво има предвид.
Десетилетия по-късно въпросът на Ферми е изследван независимо от американските физици Майкъл Харт и Франк Типлър. Харт вярваше, че извънземните се разпространяват из Млечния път, а Типлър вярваше, че самовъзпроизвеждащите се машини, при пристигането си в планетарна система, използват ресурси, за да създадат две свои копия, които продължават пътуването. И двамата заключават, че дори при умерени скорости на пътуване, всяка звезда в Галактиката ще бъде посетена в рамките на част от живота на Млечния път. Както разбра Ферми, извънземните трябва да са тук на Земята. Но те не са тук. Това се превърна в „парадокса на Ферми“. Предложени са стотици обяснения. Сред тях са идеите, че ние сме първият разум, възникнал в Галактиката, и следователно сме напълно сами, и че сме свят-люлка, затворен за напреднали цивилизации, които биха могли да повлияят негативно на нашето развитие.
По-приземената версия е, че няма парадокс, тъй като всякакви следи от посещение в далечното минало биха били заличени от вятър, дъжд и геоложки процеси. Наскоро обаче екип от учени, ръководен от д-р Джонатан Карол-Неленбек от университета в Рочестър в Ню Йорк, предположи, че нашето Слънце може просто да е преминало покрай вълна на извънземно разширяване.
Остава въпросът защо не сме виждали никакви признаци на извънземни в нашата Галактика, въпреки повече от половин век търсене с телескопи. Въпреки това екип от Пенсилванския държавен университет, ръководен от д-р Джейсън Райт, твърди, че в това няма нищо мистериозно: ние сме изследвали само малка част от Галактиката, сравнима с водата в гореща вана в сравнение с океаните на Земята.
Както Дъглас Адамс проницателно отбеляза в „Пътеводител на галактиката на стопаджия“: „Космосът е голям. Просто няма да повярвате колко голям, огромен, умопомрачително голям е той.“
