Goodtech

Метка: Вселенная

  • Космос, как на ладони: команда телескопа "Евклид" запустила крупнейший в истории "симулятор

    Космос, как на ладони: команда телескопа "Евклид" запустила крупнейший в истории "симулятор

    Международная группа ученых, управляющая космическим телескопом «Евклид», только что запустила «самый масштабный в истории» симулятор вселенной — он отражает 3,4 млрд галактик и гравитационное взаимодействие более 4 трлн частиц.

    Симулятор под названием Flagship 2 базируется на алгоритме, разработанном астрофизиком Йоахимом Штаделем из Цюрихского университета. В 2019 году ученый использовал суперкомпьютер Piz Daint (в то время третий по мощности в мире), чтобы выполнить расчеты и в итоге создать чрезвычайно подробную виртуальную модель Вселенной.

    «Эти симуляции имеют решающее значение для подготовки анализа данных «Евклида», — говорит астрофизик Джулиан Адамек из Цюрихского университета и один из специалистов проекта.

    Космический телескоп «Евклид», которого прозвали «охотником на темную материю», запустили в космос в начале июля после почти 15 лет проектирования. С тех пор он картографирует миллионы галактик по всей Вселенной, изучая распределение темной энергии и темной материи. К концу работы телескоп должен просканировать «треть ночного неба» — гигантские массивы информации, в обработке которых как раз таки должны помочь такие симуляции, как Flagship 2.

    Основные инструменты, которые использует 4,7-метровый «Евклид»: это 600-мегапиксельная камера видимого света (VIS) для получения четких изображений далеких галактик, 64-мегапиксельная инфракрасная камера и фотометр NASA (NISP) для измерения красного смещения галактик.

    Несмотря на то, что команда ожидает, что наблюдения «Евклида» будут точно соответствовать прогнозам моделирования, вероятно, нас ждут сюрпризы. Flagship 2 работает на стандартной космологической моделиМодель Лямбда-CDM — современная космологическая модель, в которой пространственно-плоская Вселенная заполнена, кроме обычной барионной материи, темной энергией и холодной темной материей. Её часто называют стандартной моделью космологии большого взрыва, потому что она объясняет наличие и структуру космического микроволнового фона, крупномасштабную структуру скоплений галактик, распределение водорода, гелия, лития, кислорода в нашей Вселенной, а также ускорение расширения Вселенной, наблюдаемое по электромагнитному излучению от далёких галактик и сверхновых., но миссии, подобные «Евклиду», как раз таки призваны бросить вызов текущим знаниям.

    «Мы уже видим признаки трещин в стандартной модели», — говорит Штадель.

    В стандартной космологической модели темная энергия — это просто константа. Однако наблюдения «Евклида», который заглянет в прошлое на 10 млрд лет, могут выявить другие характеристики.

    «Мы можем увидеть, как Вселенная расширялась в то время, и измерить, действительно ли эта константа оставалась постоянной», — добавляет Адамек.

    Первые данные наблюдений «Евклида» были опубликованные в марте 2023 года , следующий «пак» информации обнародуют весной 2026-го. Ожидалось, что в мае 2027 года к «Евклиду» присоединится телескоп «Нэнси Грейс Роман» с 2,4-метровым зеркалом, который сможет увидеть более тусклые галактики, которые существовали, когда Вселенной было всего 2 млрд лет, впрочем его финальный статус неизвестен, поскольку администрация Трампа в бюджетном запросе призвала отменить проект

    Каталог симуляций Flagship 2 доступен на платформе CosmoHub.

    Источник: Space , Euclid Consortium

    https://itc.ua/news/kosmos-kak-na-ladony-komanda-teleskopa-evklyd-zapustyla-krupnejshyj-v-ystoryy-symulyator-vselennoj-s-3-4-mlrd-galaktyk/

  • Темной материи и энергии не существует, Вселенная просто стареет, — теория

    Темной материи и энергии не существует, Вселенная просто стареет, — теория

    Новое исследование американских и канадских ученых утверждает, что темной энергии и темной материи, которые так долго пытаются обнаружить ученые, на самом деле может не существовать.

    Уже длительное время научное сообщество склоняется к тому, что темная материя и темная энергия составляют большую часть Вселенной . Однако новое исследование под руководством профессора кафедры физики Оттавского университета Раджендри Гупты ставит под сомнение устоявшиеся взгляды. 

    Исследователи предполагают, что то, что считается темной материей и темной энергией может быть результатом постепенного ослабления фундаментальных сил Вселенной по мере старения. Ученые утверждают, что если ключевые фундаментальные силы, такие как гравитация, медленно меняются во времени и пространстве, они могут объяснить загадочное поведение, которое наблюдают астрофизики, например, вращение и эволюцию галактик, а также расширение Вселенной. 

    «Силы Вселенной на самом деле в среднем ослабевают по мере ее расширения. Это ослабление производит впечатление, будто существует некий таинственный толчок, который ускоряет расширение Вселенной (определяемый как темная энергия). Однако в масштабах галактик и скоплений галактик изменение этих сил в гравитационно связанном пространстве приводит к появлению дополнительной гравитации (считающейся обусловленной темной материей). Но это может быть лишь иллюзией, возникающей из-за эволюции констант, определяющих интенсивность этих взаимодействий», — объясняет Раджендра Гупта. 

    По его словам, темная материя и темная энергия требуют объяснений двух совершенно разных явлений.

    «Первое — в космологическом масштабе, то есть в масштабе более 600 млн световых лет, если предположить, что Вселенная однородна и одинакова во всех направлениях. Второе — в астрофизическом масштабе, то есть в меньших масштабах Вселенная очень неоднородна и зависит от направления. В стандартной модели эти два сценария требуют разных уравнений для объяснения наблюдений с использованием темной материи и темной энергии. Наш сценарий — единственный, который объясняет их одним и тем же уравнением, без необходимости в темной материи или темной энергии. Что действительно интересно, так это то, что этот новый подход позволяет нам объяснить то, что мы видим на небе: вращение галактик, их скопления и даже то, как свет преломляется вокруг массивных объектов, — без необходимости предполагать, что где-то там что-то скрывается. Все это лишь результат изменения констант природы по мере того, как Вселенная стареет и становится неоднородной», — утверждает Гупта. 

    В прошлом году в рамках собственного исследования космологических масштабов Раджендра Гупта поставил под сомнение существование темной материи. Он оспорил имеющиеся теоретические модели кривых вращения галактик. 

    В новой модели параметр, который часто обозначается как α, возникает из-за эволюции констант взаимодействий. Фактически α ведет себя как дополнительная переменная в уравнениях гравитации, создавая эффекты, подобные тем, которые ученые приписывают темной энергии и темной материи.

    В космологических масштабах α считается константой, определяясь в результате сравнения спектральных данных от сверхновых. Однако в масштабах галактик, поскольку распределение обычной материи неоднородно, α также меняется, приводя к тому, что дополнительный гравитационный эффект зависит от местоположения этой материи.

    Новая теория предполагает, что в областях с большим количеством обычной материи дополнительный гравитационный эффект должен быть меньше, а там где имеющаяся плотность материи меньше, он должен быть больше. Таким образом вместо добавления гало темной материи вокруг галактик, в новой модели дополнительное гравитационное притяжение создается α. Этот параметр воспроизводит наблюдаемые «плоские кривые вращения» (звезды, движущиеся быстрее, чем ожидалось, во внешних частях галактик). 

    «Годами мы пытаемся объяснить, как галактики в ранней Вселенной образовались так быстро и стали такими массивными. С нашей моделью не нужно предполагать существование каких-либо экзотических частиц или нарушать законы физики. Временная шкала Вселенной просто растягивается, почти удваивая ее возраст и освобождая место для всего, что мы наблюдаем. Иногда самое простое объяснение — самое лучшее. Возможно, величайшие тайны Вселенной — это лишь хитрости, образованные эволюционными константами природы«, — подчеркивает Раджендра Гупта.

    Фактически, растянутая временная шкала формирования звезд и галактик значительно облегчает объяснение того, как такие большие и сложные структуры (галактики, черные дыры) могли появиться настолько рано во Вселенной. Эта теория может полностью изменить наше представление о Вселенной. Она даже намекает, что поиск частиц темной материи, на который ученые потратили годы и миллиарды долларов, может оказаться ненужным. Даже если эти экзотические частицы будут обнаружены экспериментально, их масса должна быть примерно в шесть раз больше массы стандартной материи.

    Результаты исследования опубликованы в журнале Galaxies

    Источник: SciTechDaily

    https://itc.ua/news/temnoj-materyy-y-energyy-ne-sushhestvuet-vselennaya-prosto-stareet-teoryya/

  • Информация является главным компонентом Вселенной, время и пространство вторичны, — новая теория

    Информация является главным компонентом Вселенной, время и пространство вторичны, — новая теория

    Уже довольно долго физики безуспешно пытаются объединить между собой общую теорию относительности и квантовую механику в единую теорию, которая бы объясняла взаимодействие между собой ключевых сил во Вселенной.

    Отдельно обе теории прекрасно работают, описывая природу гравитации, искривление пространства-времени, мир частиц и полей. Однако попытки совместить их сталкиваются с проблемами, особенно если речь заходит о природе черных дыр, темной материи, энергии и появлении Вселенной .

    Флориан Нойкарт и его коллеги из Лейденского университета в Нидерландах ищут новые способы решения этих проблем. Они выдвинули идею, что следует рассматривать информацию, а не материю или энергию или даже пространство-время, как ключевой компонент реальности. Они назвали эту структуру квантовой матрицей памяти.

    Исследователи утверждают, что пространство-время не гладкое, а дискретное и состоит из крошечных ячеек, как предполагает квантовая механика. Каждая ячейка может хранить квантовый отпечаток каждого взаимодействия, например, прохождения частицы или взаимодействия определенных сил, таких как электромагнетизм, или ядерное взаимодействие. Каждое событие оставляет после себя крошечные изменения в локальном квантовом состоянии ячейки пространства-времени.

    Исследователи начали с рассмотрения вопроса парадокса черной дыры. Согласно теории относительности, все, что попадает внутрь черной дыры, теряется навсегда. Однако квантовая теория утверждает, что это невозможно, поскольку информация никогда не уничтожается полностью.

    Новая теория квантовой магнитной матрицы предполагает, что при попадании материи внутрь черной дыры окружающие ячейки пространства-времени фиксируют ее отпечаток. Когда черная дыра полностью испаряется, информация никуда не теряется. Она как будто уже записана в памяти пространства-времени.

    Математически это описывается так называемым оператором импринтинга — обратимой переменной, которая обеспечивает сохранение информации. Сначала исследователи применили ее к гравитации, а затем решили проверить на других видах взаимодействий. Оказалось, что они подчиняются той же схеме. 

    В модели, предполагающей существование ячеек пространства-времени, сильные и слабые ядерные взаимодействия, удерживающие ядра атомов вместе, также оставляли следы. После этого ученые использовали эту концепцию для электромагнитного взаимодействия. Оказалось, что даже простое электрическое поле изменяет состояние памяти ячеек пространства-времени. 

    Это позволило ученым сформулировать принцип дуальности геометрии и информации. Такой взгляд предполагает, что форма пространства-времени зависит не только от массы и энергии, как постулировал Эйнштейн, но и от того, как распределяется квантовая информация, особенно вследствие запутанности.

    В состоянии запутанности частицы настолько связаны между собой, что изменение состояния одной автоматически меняет состояние другой независимо от расстояния между ними. В одном из последних исследований ученые установили, что сгустки отпечатков ведут себя подобно темной материи — неизвестной субстанции, составляющей большую часть материи во Вселенной. Они группируются под воздействием гравитации и объясняют движение галактик, которые, вероятно, вращаются по орбитам с неожиданно высокой скоростью, без необходимости добавления других экзотических частиц.

    В другом эксперименте исследователи продемонстрировали, как может образовываться темная энергия . Когда ячейки пространства-времени насыщаются, они перестают регистрировать новую информацию. Вместо этого они вносят вклад в остаточную энергию пространства-времени. Этот остаточный вклад описывается той же математической формулой, что и космологическая постоянная. Совокупно эти результаты предполагают, что темная материя и темная энергия могут быть двумя сторонами одной информационной медали.

    Кроме этого исследователи рассмотрели вопрос ограниченности памяти пространства-времени. Исследователи пришли к выводу, что согласно их теории, Вселенная рождается и умирает снова и снова. Каждый цикл расширения и сжатия добавляет в реестр больше энтропии — меры хаоса. Достигнув предела, Вселенная «перескакивает» в новый цикл. 

    Достижение предела означает, что информационная наполненность пространства-времени (энтропия) достигла максимума. В этой точке сжатие уже не может быть плавным. Уравнения демонстрируют, что вместо коллапса в сингулярность, накопленная энтропия вызывает обратный процесс, который начинает новый этап расширения. Исследователи называют этот этап «отскоком».

    Сравнивая собственную модель с данными наблюдений, по оценкам исследователей, Вселенная уже прошла 3-4 цикла расширения-сжатия и впереди еще менее 10 подобных циклов. После завершения всех циклов информационная емкость пространства-времени достигнет максимума и Вселенная перейдет в финальную фазу замедляющегося расширения. Это также означает, что реальный информационный возраст Вселенной составляет около 62 млрд лет, а не только 13,8 млрд текущего расширения. 

    Исследователи уже тестировали части квантовой микромеханики на современных квантовых компьютерах, рассматривая кубиты, как крошечные ячейки пространства-времени. Используя протоколы импринтинга и извлечения, основанные на уравнениях квантовой микромеханики, они восстановили исходные квантовые состояния с точностью более 90%.

    Это доказало, что оператор импринтинга работает в реальных квантовых системах и имеет практическую пользу. Соединив импринтинг с традиционными кодами коррекции ошибок, исследователи значительно сократили количество логических ошибок. Это означает, что квантовая механика может объяснить не только космос, но и помочь в создании более совершенных квантовых компьютеров. 

    Независимо от того, окажется ли квантовая механика окончательным словом или лишь ступенькой к успеху, она открывает поразительную возможность: Вселенная может быть не только геометрией и энергией. Она также является памятью. И в этой памяти может быть записан каждый момент космической истории.

    Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

    Источники: The Conversation ; Space.com

    https://itc.ua/news/ynformatsyya-yavlyaetsya-glavnym-komponentom-vselennoj-vremya-y-prostranstvo-vtorychny-novaya-teoryya/