Una nueva idea sobre la forma del universo.

Los cosmogonistas aún no saben la respuesta exacta a la pregunta sobre la forma del universo. Como, sin embargo, a preguntas sobre su finitud-infinidad o clausura-apertura. Muchos cosmogonistas están unidos por la hipótesis del Big Bang, que en una presentación simplificada se ve así.

El Big Bang: Cómo empezó todo...

Antes del Big Bang, no existía el concepto de "aquí" y "allá", "antes" y "después". Toda la materia del mundo estaba concentrada en un punto de tamaño casi nulo y, en consecuencia, de densidad casi infinita. El tiempo tampoco existió, porque nada sucedió en el punto mismo, y nada sucedió fuera de él, y por lo tanto no podía suceder.

Luego, por alguna razón, el punto (también llamado "huevo cósmico") explotó. La materia recién nacida rápidamente, a la velocidad de la luz, se vertió en la "nada" circundante. Aparecieron la energía y las fuerzas: nuclear, electromagnética, gravitatoria. El tiempo ha ido y venido.

La materia se retorció en espirales de nebulosas. Aparecieron las estrellas y luego los planetas. Miles de millones de años más tarde, en un tercer planeta, una enana amarilla común y corriente, ubicada en la periferia de una galaxia espiral común y corriente, las primeras protobacterias se arrastraron desde el océano primitivo hacia la tierra.

Y mil millones de años después, los descendientes de esta protobacteria comenzaron a devanarse los sesos sobre varias cuestiones cosmogónicas.

El universo es grande pero finito.

La hipótesis del Big Bang determina la edad del Universo en 15 (¡aproximadamente!) mil millones de años. Si la hipótesis es incorrecta, entonces la estimación de la edad es incorrecta. ¿Quizás no hubo explosión y el Universo siempre ha existido?

Pero si la hipótesis es correcta, entonces la respuesta a la pregunta sobre el tamaño del universo se vuelve clara. Si es correcto, cada estudiante puede calcular fácilmente el tamaño del Universo.

De hecho, solo necesita multiplicar el tiempo (15 mil millones de años) por la velocidad de expansión de la materia. Es decir, a la velocidad de la luz: 300 000 kilómetros por segundo. Lo más probable es que esta tasa se reduzca un poco con el paso de los años, pero por simplicidad de cálculo la consideraremos constante.

¿Multiplicado? Sí, resultó ser un número enorme, con muchos ceros... pero aún no infinito. Conclusión: El universo es grande, pero finito. Y por lo tanto, no solo debe tener tamaño, sino también forma.

Y aquí empieza lo más interesante.

El universo puede ser lo más diferentes formas: plano, abierto o cerrado


Sobre la cuestión de la forma del universo.

Lo más lógico y sencillo es considerar que el Universo tiene forma de esfera. De hecho, si la materia se dispersa desde un solo centro a una velocidad constante, ¿qué puede ser sino una esfera? Pero si la velocidad no es constante y el Universo no es cerrado ni homogéneo, entonces puede ser de cualquier forma. Por ejemplo, un plano tetradimensional recto o curvo. En este caso, el Universo no es cerrado, eterno e infinito.

Los científicos están tratando de obtener información sobre la forma del Universo mediante el estudio de la llamada radiación reliquia. El comienzo de todos los comienzos, o el Big Bang, estuvo acompañado por la liberación no solo de materia, sino también de radiación. Este radiación electromagnética, llamado reliquia, tiene sus propias características físicas sin cambios que permiten a los astrofísicos distinguirlo de una gran variedad de otros "rayos cósmicos". Se cree que la radiación reliquia todavía llena uniformemente el universo. Su existencia fue confirmada experimentalmente en 1965.

¿Tiene el universo forma de botella?


Así es como se ve una botella de Klein (una superficie cerrada de un solo lado)

Investigando la radiación reliquia, el científico soviético D.D. Ivanenko, a mediados del siglo pasado, sugirió que el Universo, en primer lugar, está cerrado y, en segundo lugar, no obedece en todas partes a las leyes de la geometría euclidiana. No obedecer a la geometría euclidiana significa que en algún lugar hay lugares donde las líneas paralelas se cruzan e incluso fluyen entre sí. La clausura del Universo significa que posiblemente esté “cerrado sobre sí mismo”: habiendo emprendido un viaje desde uno de sus puntos (digamos, desde el planeta Tierra) y moviéndose, según nos parece, estrictamente en línea recta, eventualmente terminaremos en el mismo lugar, en la Tierra, aunque a través de un proceso muy un gran número de años.

Confirmación indirecta de la teoría de D.D. Ivanenko y sus seguidores se obtuvo en 2001. La sonda espacial estadounidense WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) transmitió a la Tierra datos sobre fluctuaciones (cambios, fluctuaciones) en la temperatura de la radiación cósmica de fondo de microondas. Los astrofísicos estaban interesados ​​en el tamaño y la naturaleza de la distribución de estas fluctuaciones. Se llevaron a cabo simulaciones por computadora, que mostraron que tal carácter de fluctuaciones solo se puede observar si el Universo está limitado y cerrado sobre sí mismo.

Incluso un rayo de luz, propagándose en el espacio, debe regresar a su punto de partida después de un cierto (largo) período de tiempo. Esto significa que los astrónomos de la Tierra pueden, por ejemplo, observar la misma galaxia en diferentes partes del cielo, ¡e incluso desde diferentes lados!

Si se confirman los datos de WMAP, nuestra visión del universo cambiará drásticamente. Primero, será relativamente pequeño, no más de 10 mil millones de años luz de diámetro. En segundo lugar, su forma puede resultar ser un toro (rosquilla), o incluso algo bastante exótico, por ejemplo, una botella de Klein cerrada sobre sí misma.

Además, esto significará que podremos observar todo el Universo como un todo y asegurarnos de que las mismas leyes físicas se aplican en todas partes.

NUEVO MODELO DEL UNIVERSO

Pregunta sobre la forma del universo. - Historia del problema. – Espacio geométrico y físico. – Dudoso de su identificación. – La cuarta coordenada del espacio físico. - La relación de las ciencias físicas con las matemáticas. – Física antigua y nueva. – Principios básicos de la física antigua. – El espacio separado del tiempo. - El principio de la unidad de las leyes. - El principio de Aristóteles. – Cantidades inciertas de la física antigua. – Método de separación utilizado en lugar de definición. – Materia orgánica e inorgánica. – Elementos. - Movimiento molecular. - Movimiento browniano. - El principio de conservación de la materia. - Relatividad del movimiento. – Mediciones de cantidades. – Unidades de medida absolutas. - La ley de la gravitación universal. - Acción a distancia. - Éter. - Hipótesis sobre la naturaleza de la luz. - Experimento de Michelson-Morley. – La velocidad de la luz como velocidad límite. – Transformaciones de Lorentz. - Teoría cuántica. - El peso del mundo. – Física matemática. - La teoría de Einstein. – Compresión de cuerpos en movimiento. – Especial y principios generales relatividad. – Continuo de cuatro dimensiones. – Geometría corregida y complementada según Einstein. – La relación de la teoría de la relatividad con la experiencia. - La "Almeja" de Einstein. - Espacio final. – Espacio esférico bidimensional. – Eddington sobre el espacio. – Sobre el estudio de la estructura de la energía radiante. – Física antigua y física nueva.

En cualquier intento de estudiar el mundo y la naturaleza, una persona se encuentra inevitablemente frente a toda una serie de preguntas a las que no puede dar respuestas directas. Sin embargo, de si reconoce o no estas preguntas, cómo las formula, cómo se relaciona con ellas, depende todo el proceso ulterior de su pensamiento sobre el mundo y, por lo tanto, sobre sí mismo.

Aquí están las más importantes de estas preguntas:

¿Qué forma tiene el mundo?

¿Qué es el mundo: caos o sistema?

¿El mundo surgió por casualidad o fue creado de acuerdo con algún plan?

Y aunque esto pueda parecer extraño a primera vista, esta o aquella solución a la primera pregunta, es decir. la cuestión de la forma del mundo, lo real predetermina las posibles respuestas a otras preguntas - a la segunda y tercera.

Si las preguntas sobre si el mundo es un caos o un sistema, si surgió por casualidad o fue creado de acuerdo con un plan, se resuelven sin una definición preliminar de la forma del mundo y no se derivan de tal definición, entonces tales decisiones son poco convincentes, requieren "fe" y no son capaces de satisfacer la mente humana. . Sólo cuando las respuestas a estas preguntas se derivan de la definición de la forma del mundo resultan suficientemente precisas y definidas.

No es difícil probar que el actual dominante filosofía general la vida se basa en las soluciones a estas tres cuestiones fundamentales que podrían considerarse científicas en el siglo XIX; y los descubrimientos del siglo XX e incluso de finales del XIX aún no han influido en el pensamiento ordinario, o han tenido muy poco efecto sobre él. También es fácil probar que todas las demás preguntas sobre el mundo, cuya formulación y desarrollo es el tema del pensamiento científico, filosófico y religioso, surgen de estas tres preguntas fundamentales.

Pero, a pesar de su suprema importancia, la cuestión de la forma del mundo rara vez se planteó de forma independiente; por lo general, se incluía en otros problemas: cosmológicos, cosmogónicos, astronómicos, geométricos, físicos, etc. La persona promedio estaría bastante sorprendida si le dijeran que el mundo puede tener cualquier forma. Para él mundo no tiene forma.

Sin embargo, para comprender el mundo, es necesario poder construir algún modelo del universo, por imperfecto que sea. Tal modelo del mundo, tal modelo del universo, no puede construirse sin una concepción definida de la forma del universo. Para hacer un modelo de una casa, uno debe conocer la forma de la casa; para hacer un modelo de manzana, necesitas saber la forma de la manzana. Por tanto, antes de pasar a los principios sobre los que se puede construir un nuevo modelo del universo, es necesario considerar, al menos en forma de breve resumen, la historia de la cuestión de la forma del universo, el estado actual de este tema en la ciencia, así como los "modelos" que se han construido hasta el último momento.

Las concepciones cosmogónicas y cosmológicas antiguas y medievales de los sistemas exotéricos (que son los únicos conocidos por la ciencia) nunca fueron particularmente claras o interesantes. Además, el universo que representaban era un universo muy pequeño, mucho más pequeño que el actual. mundo astronomico. Así que no hablaré de ellos.

Nuestro estudio de diferentes puntos de vista sobre la cuestión de la forma del mundo comenzará desde el momento en que los sistemas astronómicos y físico-mecánicos abandonaron la idea de la Tierra como el centro del mundo. El período en estudio abarca varios siglos. Pero, en realidad, nos ocuparemos únicamente del siglo pasado, principalmente, del período comprendido entre finales del primer cuarto del siglo XIX.

En ese momento, las ciencias que estudian el mundo natural se habían dividido durante mucho tiempo: su relación después de la separación era la misma que ahora, al menos hasta hace poco.

La física estudiaba los fenómenos de la materia que nos rodea.

La astronomía es el movimiento de los "cuerpos celestes".

La química trató de penetrar en los secretos de la estructura y composición de la materia.

Estas tres ciencias físicas basaron sus concepciones de la forma del mundo únicamente en la geometría de Euclides. El espacio geométrico se tomó por espacio físico, y no se hizo distinción entre ellos; el espacio se consideraba separado de la materia, al igual que una caja y su posición pueden considerarse independientemente de su contenido.

El espacio se entendía como una "esfera infinita". La esfera infinita estaba definida geométricamente solo por el centro, es decir, cualquier punto y tres radios que parten de este punto y son perpendiculares entre sí. Y la esfera infinita fue considerada como perfectamente análoga en todos los aspectos y propiedades físicas esfera finita y limitada.

La cuestión de la discrepancia entre el espacio tridimensional geométrico euclidiano, infinito o finito, por un lado, y el espacio físico, por el otro, se planteó muy raramente y no impidió el desarrollo de la física en aquellas direcciones que le eran posibles. .

Recién a finales del siglo XVIII y principios del XIX se hizo urgente la idea de su posible discrepancia, las dudas sobre la corrección de la identificación del espacio físico con el geométrico; tanto más imposible pasarlos en silencio a finales del siglo XIX.

Estas dudas surgieron, en primer lugar, por los intentos de revisión de los fundamentos geométricos, es decir o probar los axiomas de Euclides, o establecer su inconsistencia; en segundo lugar, gracias al desarrollo mismo de la física, o más bien de la mecánica, esa parte de la física que se ocupa del movimiento; porque su desarrollo ha llevado a la convicción de que el espacio físico no se puede ubicar en el espacio geométrico, que el espacio físico está constantemente yendo más allá de lo geométrico. Sólo era posible tomar el espacio geométrico por espacio físico haciendo la vista gorda ante el hecho de que el espacio geométrico es inmóvil, que no contiene tiempo necesario para el movimiento, que el cálculo de cualquier figura que sea resultado del movimiento, como un tornillo, por ejemplo, ya requiere cuatro coordenadas.

Posteriormente, el estudio de los fenómenos de la luz, la electricidad, el magnetismo, así como el estudio de la estructura del átomo, requirió con urgencia una ampliación del concepto de espacio.

El resultado de las especulaciones incluso puramente geométricas sobre la verdad o falsedad de los axiomas de Euclides fue doble: por un lado, surgió la convicción de que la geometría es una ciencia puramente teórica que se ocupa exclusivamente de los axiomas y es completamente completa; que nada se le puede añadir y nada se le puede cambiar; que la geometría es una ciencia que no se puede aplicar a todos los hechos encontrados, y que resulta verdadera sólo bajo ciertas condiciones, pero dentro de estas condiciones es confiable e indispensable. Por otro lado, hubo una desilusión con la geometría de Euclides, como resultado de lo cual hubo un deseo de reconstruirla sobre una nueva base, crear un nuevo modelo, expandir la geometría y convertirla en una ciencia física que pudiera aplicarse. a todos los hechos encontrados sin necesidad de disponer estos hechos en un orden artificial. La primera vista de la geometría de Euclides fue correcta, la segunda fue incorrecta; pero se puede decir que fue el segundo punto de vista el que triunfó en la ciencia, y esto frenó en gran medida su desarrollo. Pero volveré sobre este punto.

Las ideas de Kant sobre las categorías de espacio y tiempo como categorías de percepción y pensamiento nunca han sido incluidas en lo científico, es decir. pensamiento físico, a pesar de los intentos posteriores de introducirlos en la física. El pensamiento físico científico se desarrolló independientemente de la filosofía y la psicología; este pensamiento siempre ha supuesto que el espacio y el tiempo tienen una existencia objetiva fuera de nosotros, y por lo tanto se suponía que era posible expresar matemáticamente su relación.

Sin embargo, el desarrollo de la mecánica y otras disciplinas físicas llevó a la necesidad de reconocer la cuarta coordenada del espacio además de las tres coordenadas fundamentales; largo, ancho y alto. La idea de una cuarta coordenada, o cuarta dimensión del espacio, se fue haciendo cada vez más inevitable, aunque por mucho tiempo siguió siendo una especie de "tabú".

El material para crear nuevas hipótesis sobre el espacio estaba oculto en los trabajos de matemáticos: Gauss, Lobachevsky, Zakcheri, Boyle y especialmente Riemann, quienes ya en los años cincuenta del siglo pasado consideraron la posibilidad de una comprensión completamente nueva del espacio. No se han hecho intentos de investigación psicológica del problema del espacio y el tiempo. La idea de la cuarta dimensión permaneció durante mucho tiempo como debajo de un paño. Los expertos lo consideraron como un problema puramente matemático, y los no especialistas, como un problema místico y oculto.

pero si lo hacemos breve reseña el desarrollo del pensamiento científico desde el momento en que apareció esta idea a principios del siglo XIX hasta nuestros días, esto nos ayudará a comprender la dirección en la que este concepto es capaz de desarrollarse; al mismo tiempo veremos lo que nos dice (o puede decir) sobre el problema fundamental de la forma del mundo.

La primera y más importante cuestión que surge aquí es la cuestión de la relación de la ciencia física con las matemáticas. Desde el punto de vista generalmente aceptado, se considera reconocido que las matemáticas estudian las relaciones cuantitativas en el mismo mundo de las cosas y los fenómenos que estudian las ciencias físicas. De aquí se siguen dos disposiciones más: la primera es que toda expresión matemática debe tener un equivalente físico, aunque en este momento puede que aún no se haya abierto; y segundo, que cualquier fenómeno físico puede expresarse matemáticamente.

De hecho, ninguna de estas proposiciones tiene el más mínimo fundamento; aceptarlos como axiomas retrasa el progreso de la ciencia y el pensamiento precisamente en aquellas líneas en las que dicho progreso es más necesario. Pero hablaremos de esto más adelante.

En la siguiente revisión de las ciencias físicas, nos centraremos únicamente en la física. Y en física, debemos prestar especial atención a la mecánica: desde mediados del siglo XVIII, la mecánica ha ocupado una posición dominante en la física, por lo que, hasta hace poco tiempo, se consideraba posible e incluso probable encontrar una manera de explicar todo fenomeno fisico como fenómenos mecánicos, es decir, fenómenos de movimiento. Algunos científicos fueron aún más lejos en esta dirección: no contentos con la suposición de que es posible explicar los fenómenos físicos como fenómenos de movimiento, aseguraron que tal explicación ya se había encontrado y que explicaba no solo los fenómenos físicos, sino también los biológicos y los físicos. procesos mentales.

Hoy en día, la física a menudo se divide en viejo y nuevo; esta división, en general, puede aceptarse, pero no debe tomarse demasiado literalmente.

Ahora intentaré hacer un breve repaso a las ideas fundamentales de la antigua física, que llevaron a la necesidad de construir una “nueva física” que destruyó inesperadamente a la antigua; y luego pasaré a las ideas de la nueva física, que conducen a la posibilidad de construir un "nuevo modelo del universo" que destruya la nueva física de la misma manera que la nueva física destruyó la antigua.

La vieja física existía antes del descubrimiento del electrón. Pero incluso el electrón fue entendido por ella como existente en el mismo mundo artificial, gobernado por las leyes aristotélicas y newtonianas, en el que estudió los fenómenos visibles; en otras palabras, el electrón fue percibido como algo que existe en el mismo mundo donde existen nuestros cuerpos y otros objetos acordes con ellos. Los físicos no entendieron que el electrón pertenece a otro el mundo.

La antigua física se basaba en unos cimientos inquebrantables. El tiempo y el espacio de la antigua física tenían propiedades bien definidas. En primer lugar, podrían ser considerados y calculados por separado, es decir. como si la posición de cualquier cosa en el espacio de ninguna manera afectara su posición en el tiempo y no la tocara. Además, para todo lo que existe había un espacio en el que ocurrían todos los fenómenos. El tiempo también era el mismo para todo lo que existía en el mundo; fue siempre y para todo medido en la misma escala. En otras palabras, se consideró aceptable que todos los movimientos posibles en el universo se midieran con una sola medida.

La piedra angular para comprender las leyes del universo como un todo fue el principio de Aristóteles, que afirmaba la unidad de las leyes en el universo.

Este principio en su sentido moderno puede formularse de la siguiente manera: en todo el universo y para todos condiciones posibles las leyes de la naturaleza deben ser las mismas; en otras palabras, una ley establecida en un lugar del universo debe ser válida en cualquier otro lugar del mismo. Sobre esta base, la ciencia en el estudio de los fenómenos en la Tierra y en sistema solar sugiere la existencia de fenómenos idénticos en otros planetas y en otros sistemas estelares.

Este principio, atribuido a Aristóteles, en realidad nunca fue entendido por él en el sentido que ha adquirido en nuestro tiempo. El universo de Aristóteles era muy diferente a como lo imaginamos ahora. El pensamiento humano en la época de Aristóteles no era como el pensamiento humano de nuestro tiempo. Muchos de los principios fundamentales y puntos de partida del pensamiento que consideramos firmemente establecidos, Aristóteles aún tenía que probarlos y establecerlos.

Aristóteles buscó establecer el principio de la unidad de las leyes, hablando en contra de la superstición, la magia ingenua, la creencia en los milagros, etc. Para comprender el "principio de Aristóteles", es necesario comprender que todavía tenía que demostrar que si todos los perros son generalmente incapaces de hablar el lenguaje humano, entonces un perro individual, digamos, en algún lugar de la isla de Creta, También no puede hablar; o si los árboles no pueden moverse de forma independiente, entonces un árbol individual También no se puede mover - etc.

Todo esto, por supuesto, hace mucho que se olvidó; ahora la idea de la constancia de todos los conceptos físicos, como el movimiento, la velocidad, la fuerza, la energía, etc., se reduce al principio de Aristóteles. Esto quiere decir que lo que antes se consideraba movimiento siempre sigue siendo movimiento; lo que una vez se pensó que era velocidad siempre es velocidad, y puede convertirse en "velocidad infinita".

Razonable y necesario en su sentido original, el principio de Aristóteles no es más que la ley de la consistencia general de los fenómenos, relacionada con la lógica. Pero en su comprensión moderna, el principio de Aristóteles es totalmente erróneo.

Incluso para la nueva física, el concepto de velocidad infinita, que se deriva únicamente del "principio aristotélico", se ha vuelto imposible; es necesario descartar este principio antes de construir un nuevo modelo del universo. Volveré sobre este tema más adelante.

Si hablamos de física, primero tendremos que analizar la definición misma de este tema. Según definiciones escolares, la física estudia "la materia en el espacio y los fenómenos que ocurren en esta materia". Aquí nos enfrentamos inmediatamente con el hecho de que la física opera con cantidades inciertas y desconocidas, las cuales, por conveniencia (o por la dificultad de definición), se toman como conocidas, incluso como conceptos que no requieren definición.

En física, existen distinciones formales: en primer lugar, cantidades "primarias", cuya idea se considera inherente a todas las personas. Así es como Khvolson enumera estas "cantidades primarias" en su "Curso de física":

Longitud- lineal, espacial y volumétrica, es decir, la longitud del segmento, el área de alguna parte de la superficie y el volumen de alguna parte del espacio delimitado por superficies; la longitud es, pues, una medida de magnitud y distancia.

Tiempo.

Velocidad movimiento rectilíneo uniforme.

Naturalmente, estos son solo ejemplos, y Khwolson no insiste en que la lista esté completa. De hecho, esa lista es muy larga: incluye los conceptos de espacio, infinito, materia, movimiento, masa, etc. En una palabra, casi todos los conceptos con los que opera la física son indefinidos y no sujetos a definición. Por supuesto, muy a menudo no es posible evitar operar con cantidades desconocidas. Pero el método "científico" tradicional es no aceptar nada desconocido, y también considerar "cantidades" que no pueden definirse como "primarias", cuya idea es inherente a cada persona. El resultado natural de este enfoque es que todo el enorme edificio de la ciencia, erigido con colosales dificultades, se ha vuelto artificial e irreal.

En la definición de física dada anteriormente, encontramos dos conceptos vagos: espacio Y asunto.

Ya he mencionado el espacio en las páginas anteriores. En cuanto a la materia, Khvolson escribe:

"El uso del término 'materia' se ha limitado exclusivamente a la materia, que es capaz de afectar más o menos directamente a nuestros órganos del tacto".

Este método de separación en lugar de definición se usa en física donde la definición es imposible o difícil, es decir en relación con todos los conceptos fundamentales. Veremos esto a menudo más adelante.

La diferencia entre materia orgánica e inorgánica se debe únicamente a signos externos. El origen de la materia orgánica se considera desconocido. La transición de materia inorgánica a orgánica se puede observar en los procesos de nutrición y crecimiento; se cree que tal transición ocurre solo en presencia de materia orgánica ya existente y se logra debido a su influencia. El secreto de la primera transición permanece oculto (Khvolson).

Por otro lado, vemos que la materia orgánica pasa fácilmente a la materia inorgánica, perdiendo esas propiedades indefinidas que llamamos vida.

Se han hecho muchos intentos de considerar la materia orgánica como caso especial inorgánico y explicar todos los fenómenos que ocurren en la materia orgánica (es decir, los fenómenos de la vida) como una combinación de fenómenos físicos. Pero todos estos intentos, así como los intentos de crear artificialmente materia orgánica a partir de materia inorgánica, no condujeron a nada. Sin embargo, dejaron una huella notable en la comprensión "científica" filosófica general de la vida, desde el punto de vista del cual la "creación artificial de la vida" se reconoce no solo como posible, sino también parcialmente lograda. Los seguidores de esta filosofía creen que el nombre "química Orgánica", es decir. la química, que estudia la materia orgánica, sólo tiene significado histórico; la definen como "la química de los compuestos de carbono", aunque no pueden dejar de reconocer la posición especial de la química de los compuestos de carbono y su diferencia con la química inorgánica.

La materia inorgánica, a su vez, se divide en simple y compleja (y pertenece al campo de la química). La materia compleja está formada por los llamados compuestos químicos. especies simples asunto. La materia de cada tipo se puede dividir en partes muy pequeñas llamadas "partículas". Partícula- esta es la cantidad más pequeña de un tipo dado de materia, que es capaz de manifestar al menos las propiedades principales de este tipo. Las demás subdivisiones de la materia -la molécula, el átomo, el electrón- son tan pequeñas que, tomadas por separado, ya no tienen ninguna propiedad material, aunque a este último hecho nunca se le ha prestado suficiente atención.

Según las ideas científicas modernas, la materia inorgánica consta de 92 elementos, o unidades de materia simple, aunque todavía no se han descubierto todos. Existe la hipótesis de que los átomos de diferentes elementos no son más que combinaciones de un cierto número de átomos de hidrógeno, que en este caso se considera materia primaria fundamental. Existen varias teorías sobre la posibilidad o imposibilidad de la transición de un elemento a otro; en algunos casos se ha establecido tal transición, lo que nuevamente contradice el "principio de Aristóteles".

La materia orgánica, o "compuestos de carbono", en realidad se compone de cuatro elementos: hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno, así como impurezas menores de otros elementos.

La materia tiene muchas propiedades, como masa, volumen, densidad, etc., que en la mayoría de los casos solo se pueden determinar en su relación.

Se reconoce que la temperatura corporal depende del movimiento de las moléculas. Se cree que las moléculas están en constante movimiento; como se define en la física, chocan continuamente entre sí y se dispersan en todas las direcciones, y luego regresan. Cuanto más intenso sea su movimiento, más fuertes serán los golpes durante las colisiones y mayor será la temperatura corporal; tal movimiento se llama browniano.

Si tal fenómeno realmente tuviera lugar, significaría algo como esto: varios cientos de automóviles que se mueven en diferentes direcciones a través de una gran plaza de la ciudad chocan entre sí cada minuto y se separan en diferentes direcciones, permaneciendo intactos.

es curioso que movimiento rápido la película evoca una ilusión similar. Los objetos en movimiento pierden su individualidad; parecen chocar entre sí y dispersarse en diferentes direcciones o atravesarse entre sí. El autor vio una vez una película filmando la Place de la Concorde en París con autos volando de todas partes y en todas las direcciones posibles. La impresión es que los autos en todo momento chocan entre sí con fuerza y ​​​​se dispersan hacia los lados, permaneciendo todo el tiempo dentro de la plaza y sin salir de ella.

Cómo puede ser que cuerpos materiales con masa, peso y una estructura muy compleja choquen a gran velocidad y vuelen sin romperse ni colapsarse, la física no lo explica.

Uno de los logros más importantes de la física fue el establecimiento del principio de conservación de la materia. Este principio consiste en reconocer que la materia nunca, bajo ninguna condición física o química, se crea de nuevo y no desaparece: su cantidad total permanece invariable. Los principios de conservación de energía y conservación de masa establecidos más adelante están conectados con el principio de conservación de la materia.

La mecánica es la ciencia del movimiento. cuerpos físicos y sobre las razones de las que puede depender la naturaleza de este movimiento en ciertos casos particulares (Khvol'son).

Sin embargo, al igual que en el caso de otros conceptos físicos, el mismo movimienot no tiene definición en física. La física sólo establece las propiedades del movimiento: duración, velocidad, dirección, sin las cuales ningún fenómeno puede llamarse movimiento.

La división (ya veces la definición) de las propiedades anteriores reemplaza las definiciones de movimiento, y los signos establecidos se atribuyen al movimiento mismo. Así, el movimiento se divide en rectilíneo y curvilíneo, continuo e intermitente, acelerado y ralentizado, uniforme y desigual.

El establecimiento del principio de relatividad del movimiento condujo a toda una serie de conclusiones; surgió la pregunta si el movimiento de un punto material puede determinarse solo por su posición relativa a otros cuerpos y puntos, ¿cómo determinar este movimiento en el caso en que otros cuerpos y puntos también se muevan? Esta pregunta se hizo especialmente difícil cuando se estableció (no sólo filosóficamente, en el sentido del panta ret heracliteano, sino muy científicamente, con cálculos y diagramas) que no hay nada estacionario en el universo, que todo sin excepción se mueve de una u otra manera. otra, que un movimiento sólo puede establecerse en relación con el otro. Al mismo tiempo, también se establecieron supuestos de inmovilidad aparente. Entonces, resultó que los componentes individuales de un sistema de cuerpos en movimiento uniforme conservan la misma posición entre sí, como si todo el sistema estuviera inmóvil. Por lo tanto, los objetos dentro de un automóvil que se mueve rápidamente se comportan exactamente de la misma manera que si este automóvil estuviera parado. En el caso de dos o más sistemas en movimiento, por ejemplo, en el caso de dos trenes que van por vías diferentes en el mismo sentido o en sentidos opuestos, resulta que su velocidad relativa es igual a la diferencia entre las velocidades o su suma dependiendo sobre la dirección del movimiento. Entonces, dos trenes que se mueven uno hacia el otro se acercarán a una velocidad igual a la suma sus velocidades. Para un tren que adelanta a otro, el segundo tren viajará en dirección opuesta a la suya, a una velocidad igual a la diferencia entre las velocidades de los trenes. Lo que comúnmente se llama la velocidad de un tren es la velocidad atribuida al tren cuando se observa mientras se mueve entre dos objetos que están estacionarios para él, como entre dos estaciones, etc.

El estudio del movimiento en general, y del movimiento oscilatorio y ondulatorio en particular, tuvo un enorme impacto en el desarrollo de la física. El movimiento de las olas se consideraba un principio universal; se han hecho intentos para reducir todos los fenómenos físicos a un movimiento oscilatorio.

Uno de los métodos fundamentales de la física es el método de medir cantidades.

La medida de cantidades se basa en ciertos principios; el más importante de ellos es el principio de homogeneidad, a saber: las cantidades que pertenecen al mismo orden y difieren entre sí solo en términos cuantitativos se denominan cantidades homogéneas; se considera posible compararlos y medir uno en relación con el otro. En cuanto a las cantidades que son diferentes en orden, se reconoce imposible medir una de ellas en relación con la otra.

Desafortunadamente, como se mencionó anteriormente, en física, solo unas pocas cantidades determinado; por lo general, las definiciones se reemplazan por nombres.

Pero como siempre pueden ocurrir errores en los nombres y cantidades cualitativamente diferentes reciben los mismos nombres, y viceversa, las cantidades cualitativamente idénticas serán nombradas de manera diferente, Cantidades fisicas resultar poco fiable. Esto es tanto más cuanto que aquí se siente la influencia del principio de Aristóteles, es decir, una cantidad que una vez fue reconocida como cantidad de un cierto pedido siempre ha permanecido como una cantidad de ese pedido. Diferentes formas de energía fluyeron unas a otras, la materia pasó de un estado a otro; pero el espacio (o parte del espacio) siempre ha sido espacio, el tiempo siempre ha sido tiempo, el movimiento siempre ha sido movimiento, la velocidad siempre ha sido velocidad, etc.

Continuando con la medición de cantidades, se debe señalar que las unidades de medida utilizadas en física son más bien aleatorias y no están relacionadas con las cantidades que se miden. Las unidades de medida tienen una sola propiedad comun- Todos ellos desde algún lugar prestado. Nunca antes se ha tomado como medida la propiedad más característica de una cantidad dada.

La artificialidad de las medidas en física, por supuesto, no es un secreto para nadie, y la comprensión de esta artificialidad está asociada, por ejemplo, con los intentos de establecer la unidad de longitud. parte de un meridiano. Naturalmente, estos intentos no cambian nada; ya sea que se tome como unidad de medida alguna parte del cuerpo humano, "pie", o una parte del meridiano, "metro", ambas son igualmente aleatorias. Pero en realidad las cosas contienen sus propias medidas; y encontrarlos significa comprender el mundo. La física solo es vagamente consciente de esto, pero hasta ahora ni siquiera se ha acercado a tales medidas.

En 1900 el prof. Planck creó un sistema de "unidades absolutas" basado en "constantes universales", a saber: la primera es la velocidad de la luz en el vacío; la segunda es la constante gravitatoria; la tercera es una constante que juega un papel importante en la termodinámica (energía dividida por temperatura); el cuarto es una constante llamada "acción" (energía por tiempo), que es la menor cantidad posible de trabajo, su "átomo".

Usando estas cantidades, Planck obtuvo un sistema de unidades, que considera absoluto y completamente independiente de las decisiones arbitrarias del hombre; él toma su sistema para natural. Planck argumenta que estas cantidades conservan su valor natural mientras la ley de la gravitación universal, la velocidad de la luz en el vacío y los dos principios básicos de la termodinámica permanezcan sin cambios; serán los mismos para cualquier seres sensibles con cualquier método de determinación.

Sin embargo, la ley de la gravitación universal y la ley de la propagación de la luz en el vacío son dos de los puntos más débiles de la física, porque en realidad no son en absoluto lo que se supone que son. Por tanto, todo el sistema de medidas propuesto por Planck es muy poco fiable. Lo interesante aquí no es tanto el resultado como el principio mismo, es decir reconocimiento de la necesidad de encontrar las medidas naturales de las cosas.

La ley de la gravitación universal fue formulada por Newton en su libro Principios matemáticos de la filosofía natural, publicado en Londres en 1687. Desde sus inicios, esta ley ha sido conocida en dos formulaciones: científica y popular.

La redacción científica es:

Se observan fenómenos entre dos cuerpos en el espacio, que se puede describir, suponiendo que dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

He aquí una expresión popular:

dos cuerpos atraer entre sí con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

En la segunda formulación, se olvida por completo que la fuerza de atracción es un valor ficticio, aceptado sólo por la conveniencia de describir fenómenos. Y fuerza de gravedad se considera real, tanto entre el Sol y la Tierra, como entre la Tierra y una piedra arrojada.

(Último teoría electromagnética los campos gravitatorios dogmatizan segundo Punto de vista.)

Profe. Khvolson escribe en su Curso de Física:

El colosal desarrollo de la mecánica celeste, basada enteramente en la ley de la gravitación universal, reconocida como un hecho, hizo olvidar a los científicos el carácter puramente descriptivo de esta ley y ver en ella la formulación final de un fenómeno físico realmente existente.

Lo que es especialmente importante acerca de la ley de Newton es que proporciona una fórmula matemática muy simple que se puede aplicar en todo el universo y sobre la base de la cual cualquier movimiento, incluidos los movimientos de los planetas y los cuerpos celestes, se puede calcular con una precisión asombrosa. Por supuesto, Newton nunca afirmó que expresa el hecho de la atracción real de los cuerpos entre sí; él no definió Por qué se atraen y por lo cual.

¿Cómo puede el Sol influir en el movimiento de la Tierra a través del espacio vacío? ¿Cómo se puede comprender la posibilidad de acción a través del espacio vacío? La ley de la gravitación no responde a esta pregunta, y el mismo Newton lo entendió perfectamente. Tanto él mismo como sus contemporáneos Huygens y Leibniz advirtieron contra los intentos de ver la ley de Newton como una solución al problema de la acción a través del espacio vacío; para ellos esta ley era sólo formula para calculos. Sin embargo, los tremendos avances en física y astronomía posibilitados por el uso de la ley de Newton han hecho que los científicos olviden estas advertencias; y se fue fortaleciendo gradualmente la opinión de que Newton había descubierto la fuerza de la gravedad.

Khvolson escribe en su Curso de Física:

El término "acción a distancia" designa una de las doctrinas más dañinas que ha surgido en la física y que ha impedido su progreso; esta doctrina admite la posibilidad de un efecto instantáneo de un objeto sobre otro, situado a tal distancia de él que su contacto directo es imposible.

En la primera mitad del siglo XIX, la idea de acción a distancia dominó la ciencia de manera indivisa. Faraday fue el primero en señalar la inadmisibilidad del impacto de un cuerpo sobre un punto determinado en el que no se encuentra dicho cuerpo, sin ambiente intermedio. Dejando de lado la cuestión de la gravitación universal, prestó especial atención a los fenómenos de la electricidad y el magnetismo y señaló el papel importantísimo en estos fenómenos del "medio intermedio", que llena el espacio entre los cuerpos, como si actuaran directamente unos sobre otros. .

En la actualidad, la convicción de que la acción a distancia es inadmisible en cualquier esfera de los fenómenos físicos ha recibido reconocimiento universal.

Sin embargo, la física antigua podía rechazar la acción a distancia solo después de aceptar la hipótesis entorno universal, o éter. Esta hipótesis resultó necesaria para la teoría de la luz y los fenómenos eléctricos, tal como los entendía la física antigua.

En el siglo XVIII, los fenómenos de la luz fueron explicados por la hipótesis de la radiación propuesta en 1704 por Newton. Esta hipótesis suponía que los cuerpos luminosos irradian en todas direcciones las partículas más pequeñas de una sustancia luminosa especial, que se propagan en el espacio a gran velocidad y, al caer en el ojo, provocan una sensación de luz en él. En esta hipótesis, Newton desarrolló las ideas de los antiguos; en Platón, por ejemplo, se encuentra a menudo la expresión: "la luz llenó mis ojos".

Más tarde, principalmente en el siglo XIX, cuando la atención de los investigadores se centró en aquellas consecuencias de los fenómenos de la luz que no pueden explicarse mediante la hipótesis de la radiación, se generalizó otra hipótesis, a saber, la hipótesis de las oscilaciones ondulatorias del éter. Fue propuesto por primera vez por el físico holandés Huygens en 1690, pero durante mucho tiempo no fue aceptado por la ciencia. Posteriormente, el estudio de la difracción, sin embargo, inclinó la balanza a favor de la hipótesis de la luz ganada y en contra de la hipótesis de la radiación; y los trabajos posteriores de los físicos en el campo de la polarización de la luz ganaron reconocimiento universal para esta hipótesis.

En la hipótesis ondulatoria, los fenómenos de la luz se explican por analogía con los fenómenos del sonido. Así como el sonido es el resultado de las vibraciones de las partículas de un cuerpo sonoro y se propaga debido a las vibraciones de las partículas de aire u otro medio elástico, así, según esta hipótesis, la luz es el resultado de las vibraciones de las moléculas de un cuerpo luminoso, y su propagación ocurre debido a las vibraciones de un éter extremadamente elástico que llena tanto los espacios interestelares como los intermoleculares.

En el siglo XIX, la teoría de las oscilaciones se convirtió gradualmente en la base de toda la física. La electricidad, el magnetismo, el calor, la luz, incluso pensamiento Y vida(aunque puramente dialécticamente) fue explicado desde el punto de vista de la teoría de las oscilaciones. No se puede negar que para los fenómenos de la luz y el electromagnetismo la teoría de las oscilaciones dio fórmulas de cálculo muy cómodas y sencillas. Sobre la base de la teoría de las oscilaciones, se realizaron varios descubrimientos e inventos brillantes.

Pero se requería el éter para la teoría de las oscilaciones. La hipótesis del éter surgió para explicar los más diversos fenómenos, por lo que el éter adquirió propiedades bastante extrañas y contradictorias. Él es omnipresente; llena todo el universo, impregna todos sus puntos, todos los átomos y espacios interatómicos. Es continuo y tiene elasticidad absoluta; sin embargo, es tan enrarecido, delgado y penetrante que todos los cuerpos terrestres y celestes lo atraviesan sin que se note oposición a su movimiento. Su rarefacción es tan grande que si el éter se condensara en un líquido, toda su masa dentro de la Vía Láctea cabría en un centímetro cúbico.

Sin embargo, Sir Oliver Lodge cree que la densidad del éter en mil millones veces la densidad del agua. Desde este punto de vista, el mundo resulta estar compuesto por una sustancia sólida - "éter" - que es millones de veces más densa que un diamante; y la materia que conocemos, incluso la más densa, es sólo espacio vacio, burbujas en la masa de éter.

Se han hecho muchos intentos para probar la existencia del éter o para descubrir hechos que confirmen su existencia.

Así, se supuso que la existencia del éter podría establecerse si fuera posible probar que algún rayo de luz, moviéndose más rápido que otro rayo de luz, cambia sus características de cierta manera.

Se conoce el siguiente hecho: el tono de un sonido sube o baja dependiendo de si el oyente se acerca o se aleja de su fuente. Este es el llamado principio Doppler; teóricamente, se consideró aplicable también a la luz. Significa que un objeto que se acerca o retrocede rápidamente debe cambiar de color, al igual que el silbato de una locomotora de vapor que se acerca o retrocede cambia su altura. Pero debido a la estructura especial del ojo y la velocidad de su percepción, es imposible esperar que el ojo note un cambio de color, incluso si realmente ocurre.

Para establecer el hecho del cambio de color, fue necesario usar un espectroscopio, es decir. expande el haz de luz y observa cada color por separado. Pero estos experimentos no dieron resultados positivos, por lo que no fue posible probar la existencia del éter con su ayuda.

Y así, para decidir de una vez por todas si el éter existe o no, los científicos estadounidenses Michelson y Morley a mediados de los años 80 del siglo pasado emprendieron una serie de experimentos con un dispositivo de su propia invención.

El dispositivo se colocó sobre una losa de piedra montada sobre un flotador de madera, que giraba en un recipiente con mercurio y hacía una revolución en seis minutos. Un rayo de luz de una lámpara especial cayó sobre los espejos unidos a un flotador giratorio; esta luz pasaba en parte a través de ellos, y en parte reflejada por ellos, y la mitad de los rayos iban en la dirección del movimiento de la Tierra, y la otra mitad en ángulo recto con ella. Esto significa que, de acuerdo con el plan experimental, la mitad de la viga se movió con velocidad normal luz y la otra mitad a la velocidad de la luz más la velocidad de rotación de la tierra. Nuevamente, de acuerdo con el diseño del experimento, cuando se combinó el haz dividido, se deberían haber detectado ciertos fenómenos de luz, derivados de la diferencia de velocidades y mostrando el movimiento relativo entre la Tierra y el éter. Así, indirectamente sería posible probar la existencia del éter.

Las observaciones se realizaron durante un largo período de tiempo, tanto de día como de noche; pero no fue posible detectar ningún fenómeno que confirmara la existencia del éter.

Desde el punto de vista de la tarea original, era necesario admitir que el experimento terminó en fracaso. Sin embargo, reveló otro fenómeno (mucho más importante que el que estaba tratando de establecer), a saber, que la velocidad de la luz no se puede aumentar. Un rayo de luz que se mueve junto con la Tierra no es diferente de un rayo de luz que se mueve en ángulo recto con la órbita de la Tierra.

tuve que admitir como la ley que la velocidad de la luz es un valor constante y máximo que no se puede aumentar. Esto, a su vez, explicaba por qué el principio Doppler no se aplica a los fenómenos de la luz. Además, se encontró que la ley general de la suma de velocidades, que es la base de la mecánica, no es aplicable a la velocidad de la luz.

En su libro sobre la relatividad, el Prof. Einstein explica que si imaginamos un tren moviéndose a una velocidad de 30 km por segundo, es decir, con la velocidad de la Tierra, y el rayo de luz lo alcanzará o lo encontrará, entonces no ocurrirá la adición de velocidades en este caso. La velocidad de la luz no aumentará al sumarle la velocidad del tren, ni disminuirá al restarle la velocidad del tren.

Al mismo tiempo, se constató que ningún instrumento o medio de observación existente podía interceptar un rayo en movimiento. En otras palabras, es imposible atrapar el final del rayo, que aún no ha llegado a su destino. Teóricamente, podemos hablar de rayos que aún no han llegado a un punto determinado; pero en la práctica no somos capaces de observarlos. En consecuencia, para nosotros, con nuestros medios de observación, la propagación de la luz es instantánea.

Al mismo tiempo, los físicos que analizaron los resultados del experimento de Michelson-Morley atribuyeron su fracaso a la presencia de nuevos y desconocidos fenómenos generados por las altas velocidades.

Los primeros intentos de resolver este problema fueron realizados por Lorenz y Fitzgerald. La experiencia no pudo ir bien, - así formuló Lorentz sus posiciones, - para todo cuerpo que se mueve en el éter, ser sufre deformación, es decir: se contrae en la dirección del movimiento (para un observador en reposo). Basando su razonamiento en las leyes fundamentales de la mecánica y la física, Lorentz, utilizando la serie construcciones matematicas mostró que la configuración de Michelson y Morley estaba sujeta a contracción y que el tamaño de esta contracción es justo como para equilibrar el desplazamiento de las ondas de luz, que correspondía a su dirección en el espacio, y que esto cancelaba las diferencias en la velocidad de los dos rayos.

Las conclusiones de Lorentz sobre el supuesto desplazamiento y contracción de un móvil, a su vez, dieron ímpetu a muchas explicaciones; uno de ellos fue propuesto en términos del principio especial de relatividad de Einstein. Pero este es el reino de la nueva física.

La antigua física estaba indisolublemente ligada a la teoría de las oscilaciones.

La nueva teoría que apareció para sustituir a la antigua teoría de las vibraciones fue la teoría de la estructura corpuscular de la luz y la electricidad, consideradas como materia existente de forma independiente, constituida por cuantos.

Esta nueva doctrina, dice Khvolson, significa un retorno a la teoría de la radiación de Newton, aunque en una forma significativamente modificada. Todavía está lejos de estar completo, y su parte más importante, el concepto cuántico, aún no está definido. ¿Qué es un cuanto? Esta nueva física no puede determinar.

La teoría de la estructura corpuscular de la luz y la electricidad cambió por completo las opiniones sobre los fenómenos de la electricidad y la luz. La ciencia ha dejado de ver razón principal fenómenos eléctricos en los estados especiales del éter y volvió a la antigua teoría, según la cual la electricidad es una sustancia especial con existencia real.

Lo mismo sucedió con la luz. Según las teorías modernas, la luz es una corriente de diminutas partículas que se precipitan por el espacio a una velocidad de 300.000 km por segundo. Estos no son corpúsculos de Newton, sino un tipo especial materia-energía generada por vórtices electromagnéticos.

La materialidad del flujo de luz se estableció en los experimentos del profesor de Moscú Lebedev. Lebedev demostró que la luz tiene peso, es decir. al caer sobre el cuerpo, ejerce una presión mecánica sobre ellos. Es característico que, al comenzar sus experimentos sobre la determinación de la presión de la luz, Lebedev procedió de la teoría de las oscilaciones del éter. Este caso muestra cómo la antigua física se ha refutado a sí misma.

El descubrimiento de Lebedev resultó ser muy importante para la astronomía; explicaba, por ejemplo, ciertos fenómenos observados durante el paso de la cola de un cometa cerca del Sol. Pero adquirió particular importancia para la física, ya que proporcionó nuevos argumentos a favor de la unidad de la estructura de la energía radiante.

La imposibilidad de probar la existencia del éter, el establecimiento de una velocidad de la luz absoluta y constante, las nuevas teorías de la luz y la electricidad y, sobre todo, el estudio de la estructura del átomo, todo ello apuntaba a las líneas más interesantes. del desarrollo de la nueva física.

De esta rama de la física se desarrolló otra disciplina de la nueva física, denominada física matemática. Según su definición, la física matemática comienza con algún hecho, confirmado por la experiencia y que expresa alguna conexión ordenada entre fenómenos. Ella pone esta conexión en una forma matemática, después de lo cual, por así decirlo, pasa a las matemáticas puras y comienza a investigar, con la ayuda del análisis matemático, las consecuencias que se derivan de las disposiciones principales (Khvolson).

Así, parece que el éxito o fracaso de las conclusiones de la física matemática depende de tres factores: primero, de la corrección o incorrección de la definición del hecho inicial; en segundo lugar, sobre la corrección de su expresión matemática; y en tercer lugar, sobre la precisión del análisis matemático posterior.

Hubo un tiempo en que se exageró mucho la importancia de la física matemática, escribe Khvolson. - Se esperaba que fuera la física matemática la que determinara el rumbo fundamental en el desarrollo de la física, pero esto no sucedió. Hay muchos errores significativos en las conclusiones de la física matemática. Primero, coinciden con los resultados de la observación directa por lo general sólo en la primera aproximación aproximada. La razón de esto es que los presupuestos de la física matemática sólo pueden considerarse suficientemente precisos dentro de los límites más estrechos; además, estas premisas no tienen en cuenta una serie de circunstancias concomitantes, cuya influencia, fuera de estas estrechas premisas, no puede despreciarse. Por lo tanto, las conclusiones de la física matemática se aplican solo a casos ideales que no se pueden implementar en la práctica y que, a menudo, están muy lejos de la realidad.

A esto hay que añadir que los métodos de la física matemática permiten resolver problemas especiales sólo en los casos más simples. Pero la física práctica no está en condiciones de limitarse a tales casos; de vez en cuando tiene que enfrentarse a problemas que la física matemática no puede resolver. Además, los resultados de las conclusiones de la física matemática son tan complejos que su aplicación práctica es imposible.

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¿Estamos solos en el universo? ¿Estamos solos en el universo? La pregunta es legítima independientemente del funcionamiento del sistema de creencias, y en este momento la ciencia nos ofrece una respuesta inequívocamente ambivalente: no sabemos. La respuesta aún se nos escapa porque el contacto aún no se ha producido.

Los cosmogonistas aún no saben la respuesta exacta a la pregunta sobre la forma del universo. Como, sin embargo, a preguntas sobre su finitud-infinidad o clausura-apertura. Muchos cosmogonistas están unidos por la hipótesis del Big Bang, que en una presentación simplificada se ve así. El Big Bang: Cómo empezó todo... Antes del Big Bang, no existía el concepto de "aquí" y "allá", "antes" y "después". Toda la materia del mundo estaba concentrada en un punto de tamaño casi nulo y, en consecuencia, de densidad casi infinita. Tampoco hubo tiempo, porque nada sucedió en el punto mismo, y nada sucedió fuera de él y, por lo tanto, no podía suceder Entonces, por alguna razón, el punto (también llamado el “huevo cósmico”) explotó. La materia recién nacida rápidamente, a la velocidad de la luz, se vertió en la "nada" circundante. Aparecieron la energía y las fuerzas: nuclear, electromagnética, gravitatoria. El tiempo apareció y comenzó a fluir, la materia giró en espirales de nebulosas. Aparecieron las estrellas y luego los planetas. Miles de millones de años después, en el tercer planeta, una enana amarilla común y corriente, ubicada en la periferia de una galaxia espiral común y corriente, la primera protobacteria salió del océano primitivo hacia la tierra. El universo es grande pero finito. La hipótesis del Big Bang determina la edad del Universo en 15 (¡aproximadamente!) mil millones de años. Si la hipótesis es incorrecta, entonces la estimación de la edad es incorrecta. Tal vez no hubo explosión y el Universo siempre ha existido, pero si la hipótesis es correcta, entonces la respuesta a la pregunta sobre el tamaño del Universo se vuelve clara. Si es correcta, cualquier escolar puede calcular fácilmente el tamaño del Universo, de hecho, basta con multiplicar el tiempo (15 mil millones de años) por la velocidad de expansión de la materia. Es decir, a la velocidad de la luz: 300 000 kilómetros por segundo. Lo más probable es que esta velocidad sea algo menor con el paso de los años, pero para simplificar el cálculo la consideraremos constante, ¿la has multiplicado? Sí, resultó ser un número enorme, con muchos ceros... pero aún no infinito. Conclusión: El universo es grande, pero finito. Y por lo tanto, no solo debe tener un tamaño, sino también una forma, y ​​aquí comienza la diversión.

El universo puede tener varias formas: plano, abierto o cerrado. Sobre la cuestión de la forma del universo. Lo más lógico y sencillo es considerar que el Universo tiene forma de esfera. De hecho, si la materia se dispersa desde un solo centro a una velocidad constante, ¿qué puede ser sino una esfera? Pero si la velocidad no es constante y el Universo no es cerrado ni homogéneo, entonces puede ser de cualquier forma. Por ejemplo, un plano tetradimensional recto o curvo. En este caso, el Universo no es cerrado, eterno e infinito.Los científicos están tratando de obtener información sobre la forma del Universo mediante el estudio de la llamada radiación reliquia. El comienzo de todos los comienzos, o el Big Bang, estuvo acompañado por la liberación no solo de materia, sino también de radiación. Esta radiación electromagnética, llamada radiación reliquia, tiene sus propias características físicas inmutables que permiten a los astrofísicos distinguirla de una gran variedad de otros "rayos cósmicos". Se cree que la radiación reliquia todavía llena uniformemente el universo. Su existencia fue confirmada experimentalmente en 1965. ¿Tiene el universo forma de botella?

Así es como se ve una botella de Klein (una superficie cerrada de un solo lado) Ivanenko, a mediados del siglo pasado, sugirió que el Universo, en primer lugar, está cerrado y, en segundo lugar, no obedece en todas partes a las leyes de la geometría euclidiana. No obedecer a la geometría euclidiana significa que en algún lugar hay lugares donde las líneas paralelas se cruzan e incluso fluyen entre sí. La clausura del Universo significa que posiblemente esté “cerrado sobre sí mismo”: habiendo emprendido un viaje desde uno de sus puntos (digamos, desde el planeta Tierra) y moviéndose, según nos parece, estrictamente en línea recta, eventualmente terminaremos en el mismo lugar, en la Tierra, aunque después de una gran cantidad de años.Confirmación indirecta de la teoría de D.D. Ivanenko y sus seguidores se obtuvo en 2001. La sonda espacial estadounidense WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) transmitió a la Tierra datos sobre fluctuaciones (cambios, fluctuaciones) en la temperatura de la radiación cósmica de fondo de microondas. Los astrofísicos estaban interesados ​​en el tamaño y la naturaleza de la distribución de estas fluctuaciones. Se llevó a cabo una simulación por computadora, que mostró que tal carácter de fluctuaciones solo se puede observar si el Universo está limitado y cerrado sobre sí mismo. Incluso un haz de luz, propagándose en el espacio, debe regresar a su punto de partida después de cierto (gran ) período de tiempo. Esto significa que los astrónomos de la Tierra pueden, por ejemplo, observar la misma galaxia en diferentes partes del cielo, ¡e incluso desde diferentes lados! Si se confirman los datos de WMAP, nuestra visión del Universo cambiará mucho. Primero, será relativamente pequeño, no más de 10 mil millones de años luz de diámetro. En segundo lugar, su forma puede resultar ser un toro (rosquilla), o incluso algo bastante exótico, por ejemplo, una botella de Klein cerrada sobre sí misma, además, esto significará que podremos observar todo el Universo como un todo. y asegúrese de que en todas partes se aplican las mismas leyes físicas.

Los cosmólogos han asumido durante mucho tiempo que el universo es infinito, pero no ilimitado. Esto significa que tiene dimensiones limitadas, pero es imposible llegar al "fin del mundo". Incluso si hubiera alguien que intentara cruzar el universo, volvería al punto de donde comenzó, similar a los que hicieron viaje alrededor del mundo alrededor de la Tierra.

La antigua hipótesis de la finitud del universo se hizo especialmente popular como resultado del estudio del fondo cósmico de microondas, o la radiación del fondo cósmico de microondas que quedó en el universo después del Big Bang. Los científicos sugieren que si el universo tuviera dimensiones ilimitadas, sería posible encontrar ondas de todas las longitudes probables en él. Sin embargo, todos sabemos que el espectro del fondo de microondas es muy limitado, y por eso se llama así.

"El universo tiene propiedades instrumento musical, explica Frank Steiner de la Universidad de Ulm en Alemania. “Y las longitudes de onda en su interior no pueden exceder la longitud del propio instrumento.

Hasta la fecha, los cosmólogos han propuesto varias hipótesis sobre la forma del universo. Los más populares fueron una calabaza (o una pelota de fútbol americano) y un bagel, así como tres bagels, extrañamente conectados entre sí. Algunos físicos incluso han propuesto un hermoso modelo, aparentemente tomado de la filosofía oriental, sobre el universo, que es un corredor de espejos con imágenes de varios objetos que se repiten muchas veces en el cielo. Estos "retratos de luz" pueden reflejarse en las supuestas paredes del universo y, por lo tanto, duplicarse muchas veces. Glen Starkman de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland (Ohio, EE. UU.) y sus colegas han comenzado a intentar combinar de alguna manera los modelos propuestos con datos experimentales, pero aún no han decidido qué forma se adapta más a nuestro Universo.

Al mismo tiempo, Steiner y sus colegas comenzaron a volver a analizar los datos de la nave espacial de la NASA de 2003 conocida como Wilkinson Microwave Anisotropic Probe y trataron de usarlos para respaldar su hipótesis de que el universo tiene la forma de una rosquilla y tres rosquillas. Los científicos también querían probar la hipótesis generalizada de un universo ilimitado y "sin dimensiones".

Resultó que los datos de la nave espacial corroboran mejor la teoría del universo en forma de dona. Los científicos también intentaron adivinar el tamaño probable del universo: según la información obtenida con la sonda, puede alcanzar los 56 mil millones de años luz.

Jean-Pierre Luminet del Observatorio de París en Francia sostiene la hipótesis de que el universo tiene la forma de un balón de fútbol americano o una calabaza. Sin embargo, le gustó mucho el trabajo de Steiner, en su opinión, el análisis de un colega de Alemania muestra que un bagel es una forma bastante probable del Universo, pero aún así no rechaza la idea de una calabaza (balón de fútbol). “Creo que mi balón de fútbol todavía está vivo y bien”, bromea Lumine.

El propio Steiner cree que el estudio de la radiación reliquia, que ahora está llevando a cabo el satélite europeo Planck, determinará con mayor precisión la forma del universo. Glen Starkman también cree que todavía no hay suficientes datos. “Desde un punto de vista filosófico, me gusta la idea de que el universo es finito”, dice. “Sin embargo, la filosofía no puede confiar en la física y, por lo tanto, tendré cuidado de no sacar conclusiones hasta que aparezcan nuevos datos experimentales”.

Tales declaraciones son similares a esas grandes ideas que cambian radicalmente la visión de nuestro lugar en este mundo. Uno de esos cambios en la conciencia ocurrió en 1543, cuando Nicolás Copérnico demostró que la Tierra no es el centro del universo. En la década de 1920, Edwin Hubble, al notar que las galaxias del universo se alejaban unas de otras, dio vida a la idea de que nuestro universo no existió para siempre, sino que se formó como resultado de un evento determinado: el Big Bang. Ahora estamos en el umbral de un nuevo descubrimiento. Si se encuentran los límites del universo, nos enfrentaremos a una nueva aún más pregunta dificil: ¿Y qué hay - al otro lado de las fronteras?

Navegando por las estrellas

La infinitud del Universo implica que debe ser infinito no solo en el espacio, sino también en el tiempo, lo que significa que debe tener un número infinito de estrellas. En este caso, nuestro cielo estaría completamente salpicado de luminarias y deslumbrantemente brillante durante todo el día. Sin embargo, la oscuridad del cielo es evidencia de que el cosmos no ha existido desde siempre. Según una teoría popular, todo comenzó con el Big Bang, que hizo posible la propia existencia y expansión de la materia. Este concepto en sí mismo refuta la idea de la eternidad del Universo, y por lo tanto socava la creencia en su infinitud. Al mismo tiempo, la teoría del Big Bang crea ciertas dificultades para los astrónomos que buscan los límites de nuestro espacio exterior.

“El hecho es que viajar largas distancias lleva años luz, y, por lo tanto, los científicos siempre reciben datos obsoletos. El espacio recorrido por la luz en el universo primitivo creció debido a su posterior expansión. Las estrellas más cercanas a nosotros son relativamente jóvenes, con objetos distantes que cuentan por miles de años, y si miras otras galaxias, entonces por miles de millones. Sin embargo, no vemos todas las galaxias. 13.700 millones de años es el máximo del que disponemos”, explica Neil Cornish, astrofísico de Montana Universidad Estatal. Una especie de barrera para nuestra visión es la radiación reliquia, formada aproximadamente 380 mil años después del Big Bang, cuando el Universo se expandió y se enfrió tanto que aparecieron los átomos. Esta radiación es algo así como una fotografía infantil del espacio, en la que se captura incluso antes de que aparecieran las estrellas. Detrás de él, pueden existir tanto los límites como un Universo infinitamente continuo. Pero, a pesar del poder de los telescopios, esta área permanece invisible.

musica espacial

La radiación reliquia impide a los científicos mirar hacia los confines del espacio, pero al mismo tiempo transmite información muy valiosa, que consiste en el fondo de microondas. Los científicos sugieren: si el universo fuera ilimitado en tamaño, sería posible encontrar ondas de todas las longitudes posibles en él. Sin embargo, de hecho, el espectro de ondas del espacio es muy estrecho: el aparato WMAP de la NASA, diseñado para estudiar la radiación reliquia, nunca ha detectado ondas realmente grandes. “El universo tiene las propiedades de un instrumento musical, dentro del cual la longitud de onda no puede exceder su longitud. Nos dimos cuenta de que el universo no vibra en longitudes de onda largas, lo que fue una confirmación de su finitud”, dice Jean Pierre Luminet del Observatorio de París en Francia.

El punto es pequeño: para determinar sus límites y su forma. Glen Starkmann, un físico canadiense de la Universidad Case Western en Cleveland, cree que ha encontrado una manera de definir los límites del universo, incluso si están más allá de nuestra línea de visión. Esto se puede hacer de nuevo con la ayuda de las ondas. “Las ondas de sonido que se propagan por el universo durante su juventud pueden decir mucho. La forma del universo, como la forma de un tambor, determina qué tipo de vibración tendrá”, dice Glenn. Su equipo planea aplicar análisis espectrales a nuestro universo para determinar su forma en función de los sonidos que emite. Es cierto que estos estudios son a largo plazo y puede llevar años encontrar una respuesta.

Vivimos en una dona...

Sin embargo, hay otra forma de averiguar si el Universo tiene límites. Jeanne Levin, teórica de la Universidad de Cambridge, está trabajando actualmente en ello. Ella explica el principio de construir el Universo usando el viejo juego de computadora "Asteroides" como ejemplo. Si el jugador controla astronave sube, fuera de la pantalla, aparecerá inmediatamente debajo. Una maniobra tan extraña se vuelve clara si giras mentalmente la pantalla en un tubo, como una revista: resulta que el dispositivo simplemente se mueve en un círculo.
“Del mismo modo, nosotros, que vivimos dentro del Universo, no podemos salir. No tenemos acceso a una dimensión desde la que podamos mirar nuestro Universo tridimensional desde el exterior. Tomemos, por ejemplo, una rosquilla -esta, por cierto, es una forma bastante adecuada para el Universo en este caso- aunque su superficie está claramente definida, nadie que viva dentro tropezará con sus límites: les parece que hay sin límites ”, dice Zhanna.

Sin embargo, todavía existe la posibilidad de reconocer estos límites, aunque sea exiguo: debe controlar cómo se comporta la luz. Imagina que el Universo es una habitación y tú, armado con una linterna, estás parado en su centro. La luz de la linterna alcanzará la pared detrás de ti y luego rebotará en la pared opuesta. y verás un reflejo de tu propia espalda en él. Las mismas reglas pueden funcionar en un espacio limitado. Los "retratos de luz" pueden reflejarse en las supuestas paredes del espacio y, por lo tanto, duplicarse muchas veces, pero con algunos cambios. Y ser el universo un poco mas tierra, la luz circularía instantáneamente a su alrededor, y las imágenes distorsionadas del planeta aparecerían en todo el cielo. Pero el cosmos es tan vasto que la luz tardaría miles de millones de años en viajar y reflejarse.

Pero volvamos a nuestros "donuts". Jeanne Levin, con su teoría de la rosquilla del universo, encontró apoyo en Frank Steiner de la Universidad de Ulm en Alemania. Tras analizar los datos obtenidos mediante WMAP, este científico concluyó que el universo donut presenta la mayor coincidencia con la radiación cósmica de fondo de microondas observada. Su equipo también trató de adivinar el tamaño probable del universo: según la investigación, podría alcanzar los 56 mil millones de años luz de diámetro.

...o en un balón de fútbol?

Jean Pierre Lumine, con el debido respeto al bagel de la Sra. Levin, todavía está seguro de que el Universo es un dodecaedro esférico, o, más simplemente, una pelota de fútbol: doce superficies redondeadas pentagonales dispuestas simétricamente. De hecho, la teoría de la científica francesa no contradice particularmente la investigación científica de Jeanne Levin con su juego de Asteroides. El mismo esquema funciona aquí: al salir de uno de los lados, te encuentras en el opuesto. Por ejemplo, después de haber volado en línea recta en un cohete "superrápido", eventualmente puede regresar al punto de partida. No niega a Jean-Pierre y el principio de los reflejos del espejo. Está seguro de que si hubiera un telescopio superpoderoso, uno podría ver los mismos objetos en diferentes partes del espacio, solo que en diferentes etapas de la vida. Pero cuando los bordes del dodecaedro están a miles de millones de años luz de distancia, los débiles reflejos en ellos no pueden ser vistos ni siquiera por los astrónomos más observadores.

Tenga en cuenta que Lumine, con su concepto de una pelota de fútbol, ​​encontró un aliado: el matemático Jeffrey Wicks. Este científico afirma que las ondas en el fondo cósmico de microondas se ven exactamente igual a como deberían aparecer dentro de la derecha figura geometrica con doce caras pentagonales.

inflación universal

El primer momento de la vida del Universo jugó un papel muy importante en su evolución posterior. Los científicos todavía están construyendo hipótesis complicadas sobre la inflación: un período de tiempo muy corto, mucho menos de un segundo, durante el cual el tamaño del universo aumentó cien billones de veces. La mayoría de los científicos se inclinan a creer que la expansión del universo continúa hasta el día de hoy. Y, al parecer, la teoría del infinito del cosmos es una continuación lógica de la idea de la inflación.

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Modelo informático del universo.

Sin embargo, Andy Albracht, físico teórico de la Universidad de California en Davis, tiene una opinión diferente al respecto: aunque la expansión del Universo continúa hasta el día de hoy, este proceso todavía tiene límites. Para explicar su teoría, Andy tomó la metáfora de la burbuja del universo. La teoría convencional de la inflación permite que esta burbuja se expanda indefinidamente, pero incluso los niños de kindergarten saben que tarde o temprano la burbuja debe estallar. Andy cree que, habiendo llegado a su máximo, la inflación debería detenerse. Y este máximo no es tan grande como pensamos. Según Albracht, el universo es solo un 20% más grande que el espacio que vemos. “Por supuesto, es increíblemente difícil llegar desde el infinito a un tamaño tan pequeño, ¡solo un 20% más! Hasta me dio claustrofobia”, bromea el científico. Por supuesto, las conclusiones de Albracht son muy controvertidas y requieren confirmación objetiva, pero por ahora, la mayoría de los astrónomos creen que la inflación no desaparecerá por mucho tiempo.

Arroyo oscuro y otros universos

La expansión del Universo, por cierto, es la mejor explicación para el movimiento de las galaxias en el territorio que vemos. Cierto, algunas características de este movimiento galáctico son desconcertantes. Un equipo de la NASA dirigido por el astrofísico Alexander Kashlinsky, que estudia la radiación de microondas y rayos X, descubrió que unos ochocientos cúmulos galácticos distantes se mueven juntos en una dirección a una velocidad de mil kilómetros por segundo, como si fueran atraídos por algún tipo de imán. Este movimiento universal ha sido llamado la "corriente oscura". Según los últimos datos, ya cubre 1400 galaxias. Están dirigidos a un área ubicada a más de tres mil millones de años luz de la Tierra. Los científicos sugieren que en algún lugar, más allá de los límites inaccesibles a las observaciones, hay una enorme masa que atrae materia. Sin embargo, según la teoría existente, la sustancia después del Big Bang, que dio origen a nuestro Universo, se distribuyó más o menos uniformemente, lo que significa que no puede haber concentraciones de masas que tengan un poder tan fantástico. Entonces, ¿qué hay?

La respuesta a esta pregunta la dio la física teórica Laura Mersini-Hoftan, líder del equipo de la Universidad de Carolina del Norte. Ella considera seriamente la existencia de otro universo, ubicado junto al nuestro. Sus conclusiones, que parecen increíbles a primera vista, son bastante compatibles con la teoría de la inflación y la "burbuja de jabón" expresada por Andy Albracht, así como con la "corriente oscura" de Alexander Kashlinsky. Ahora la investigación de estos científicos se forma en una sola imagen como rompecabezas. La corriente oscura observada en nuestro espacio exterior puede ser provocada por una de las "burbujas" vecinas: otro Universo.

Hoftan explica la multiplicidad de universos con la teoría de la probabilidad. Ella considera que el nacimiento de nuestro mundo es un milagro, fácilmente podría no parecerlo: las posibilidades de que ocurra son insignificantes y ascienden a 1 en 10133.

“Es posible hacer la pregunta sobre el origen del Universo cuando tenemos una estructura múltiple en la que se formó, lugares donde las condiciones son favorables para su origen. En otras palabras, podemos asumir muchos Big Bangs y muchos universos”, señala Hoftan. Para mayor claridad, compara estos lugares propicios con las habitaciones de un hotel. El universo solo puede nacer en una "habitación" libre y existir allí solo. Sin embargo, esto no significa que otro mundo cósmico no pueda moverse hacia el "número" a través de la pared. Pero si nuestro universo es una habitación de hotel, ¿deberíamos poder escuchar a nuestros vecinos? En 2007, el aparato WMAP registró una región inusual de un fondo significativamente reducido de la radiación de fondo, lo que indica la ausencia de materia en ella. Según la científica, la única explicación para un vacío tan frío y absoluto es que allí actúan otras fuerzas, tal vez la presencia de otro Universo, cuya enorme masa atrae la materia vecina. Y aunque estos objetos "extraños" no están sujetos a nuestra visión, nuestro vecino todavía se hace sentir con mensajes en forma de un punto frío y una corriente de cúmulos galácticos.

Por supuesto, en la comunidad científica, la reacción a las conclusiones sobre universos múltiples es mixta. Sin embargo, los científicos que tratan de caracterizar espacio exterior listo para hacer nuevas revoluciones en la ciencia. Nuestro Universo, antes considerado infinito, puede dejar de serlo y ocupar el lugar que le corresponde en el espacio, entre tal cantidad de universos que es imposible siquiera imaginar.



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