Артем Асташенок руководит лабораторией астрофизики и космологии БФУ им. Канта и занимается математическим моделированием эволюции Вселенной. Он утверждает: скорость света является фундаментальным пределом не из-за технических ограничений, а из-за сохранения принципа причинности в физике .
🌌 Скорость света как предел и машина времени 1:01
Классическая механика Ньютона и Галилея основывалась на очевидном законе сложения скоростей, который мы наблюдаем в повседневной жизни . Однако электродинамика Джеймса Максвелла в XIX веке вступила в противоречие с этими законами. Альберт Эйнштейн разрешил этот конфликт, создав специальную теорию относительности и пересмотрев механику .
- Для разгона тела с ненулевой массой до скорости света требуется бесконечная энергия .
- Фотоны лишены массы, поэтому они перемещаются со скоростью света в вакууме .
- Превышение светового порога привело бы к нарушению принципа причинности: следствие могло бы опережать причину .
Теоретически превышение скорости света позволило бы создать машину времени. В некоторых системах отсчета порядок времени изменился бы на обратный, и частицы могли бы двигаться из будущего в прошлое . Это порождает парадокс дедушки: путешественник во времени уничтожает своего предка, что делает невозможным рождение самого путешественника .
🔭 Границы видимой Вселенной и Большой взрыв 12:05
Вселенная считается пространственно бесконечной, но человечеству доступна лишь её малая часть. Горизонт видимости ограничен расстоянием, которое свет прошел за время существования космоса .
- Свет шел до нас около 14 миллиардов лет .
- Физический радиус наблюдаемой области составляет около 45 миллиардов световых лет из-за расширения пространства .
- Большой взрыв произошел одновременно во всех точках бесконечной Вселенной, а не в конкретном центре .
Существует гипотеза о конечности Вселенной при отсутствии её краев. Это возможно в рамках геометрии Римана, где пространство замкнуто само на себя . По аналогии с поверхностью шара, путешественник в такой Вселенной может вернуться в исходную точку, пройдя по прямой линии .
⚛️ Квантовая телепортация и парадоксы микромира 18:13
В микромире свойства объектов часто не определены до момента измерения. Артем Асташенок сравнивает это с абсурдной ситуацией, когда волосы на голове появляются только в момент снятия шляпы . Частицы находятся в состоянии суперпозиции, обладая несколькими значениями энергии или скорости одновременно.
Квантовая запутанность связывает две частицы в единую систему. Если разнести их на противоположные концы галактики и измерить спин одной, состояние второй изменится мгновенно .
- Передача информации происходит быстрее скорости света, но её нельзя использовать для связи .
- Наблюдатель не знает результата измерения на другом конце без классического канала связи (телефона или интернета) .
- Квантовая телепортация — это не физическое перемещение, а перенос квантового состояния частицы на другую частицу .
Согласно теореме о запрете клонирования, невозможно создать точную копию частицы, сохранив оригинал . В процессе телепортации исходное состояние разрушается и воссоздается в другом месте. Масштабирование этого процесса на макроскопические объекты вроде человека технически невозможно из-за взаимодействия частиц с окружающей средой .
🕳️ Кротовые норы и искривление пространства 35:28
Общая теория относительности объясняет гравитацию как искривление геометрии пространства-времени. Тела движутся по кратчайшим путям — геодезическим линиям, которые в искривленном пространстве не являются прямыми . Земля вращается вокруг Солнца, потому что пространство вокруг звезды искривлено так, что эллипс становится кратчайшей траекторией .
Кротовые норы (червоточины) представляют собой гипотетические тоннели, соединяющие удаленные точки Вселенной по короткому пути . Для их существования необходима тёмная энергия — субстанция с отрицательным давлением, обладающая антигравитацией .
- Тёмная энергия расталкивает материю и ускоряет расширение Вселенной .
- Создание искусственной кротовой норы требует колоссальных затрат энергии и управления огромными массами .
- В теории вход в кротовую нору и перемещение по ней с высокой скоростью позволяют выйти в прошлом .
🌑 Тёмная материя и загадки гравитации 50:07
Астроном Фриц Цвикки в 1930-х годах обнаружил, что галактики в скоплениях движутся слишком быстро. Их видимой массы недостаточно, чтобы удерживать их вместе гравитацией . Это привело к открытию тёмной материи, которой во Вселенной в пять-шесть раз больше, чем обычной .
- Обычная материя (звезды, планеты, люди) составляет лишь 4–5% состава Вселенной .
- Тёмная материя занимает около 25%, тёмная энергия — более 70% .
- Гравитационное взаимодействие распространяется со скоростью света, а не мгновенно .
В квантовой физике переносчиками сил являются частицы (фотоны для электромагнетизма). Для гравитации гипотетическим переносчиком считается гравитон, но он до сих пор не обнаружен . Гравитация остается единственной силой, которую не удалось объединить с квантовой теорией поля .
🍳 Внутри чёрной дыры: спагеттизация и время 1:01:25
При падении в чёрную дыру возникают приливные силы: ноги притягиваются к центру сильнее, чем голова. В чёрных дырах звездных масс человека растянет в длинную нить — этот процесс называют спагеттизацией . В сверхмассивных дырах в центрах галактик горизонт событий можно пересечь безболезненно .
Внутри чёрной дыры время и пространство меняются местами .
- Движение времени превращается в неумолимое движение к центру .
- Остановиться невозможно, как невозможно остановить ход времени в нашем мире.
- Наблюдатель видит Вселенную сжатой в одном направлении и вытянутой в другом, похожей на сигару .
Помимо чёрных дыр, во Вселенной существуют чёрные карлики — это остывшие белые карлики, которые перестали светиться и летают в пространстве как огромные булыжники размером с Землю .
🚀 Нейтронные звезды и моделирование эволюции 1:10:08
Нейтронные звезды образуются после взрывов сверхновых. При массе больше солнечной их радиус составляет всего 10–12 километров . Плотность материи в них в $10^{16}$ раз превышает плотность воды . Мы видим их как пульсары — вращающиеся магнитные объекты, испускающие периодические импульсы .
Современные ученые используют суперкомпьютеры для моделирования космических процессов. Проект Illustris позволил проследить эволюцию Вселенной от возраста 10 миллионов лет до наших дней .
- Симуляция задействовала более 8 000 процессорных ядер и 25 терабайт оперативной памяти .
- Расчет на обычном ноутбуке занял бы 2 000 лет .
- Моделирование подтвердило правильность понимания крупномасштабной структуры распределения материи .
Межзвездные путешествия возможны благодаря замедлению времени при околосветовых скоростях. Для экипажа корабля, летящего со скоростью 0,999 от световой, может пройти одна секунда, пока на Земле пройдет целый год . Это позволяет достичь далеких звезд за время человеческой жизни, но делает невозможным возвращение к современникам.
