Hoe die Heelal Moontlik Net 'n Groot Sepiebobbel Is

Opsomming

Gravitasie was altyd daai stille, onsigbare metbewoner, wat nooit huur betaal nie en net alles na homtoe trek. Maar wat as gravitasie nie is wat ons dink dit is nie? Wat as dit nie 'n geheim krag is nie, maar 'n newe-effek – 'n illusie – soos die laaste stuk pizza wat jy eintlik nie nodig gehad het om te eet nie, maar tog verdwyn het?

In hierdie artikel ondersoek ons die hipotesiese (lees: moontlik mal) idee dat gravitasie in werklikheid 'n manifestasie van oppervlaktespanning is – die krag wat bobbels, waterdruppels en al ons drome oor ruimtevaarte saamhou. Onderweg gaan ons met fisika speel, ruimtetyd manipuleer, 'n paar analogiese vergelykings verkeerd interpreteer en deeltjies sonder skyn van skaamheid verpersoonlik. Kom aan!

Inhoudsopgawe

  1. Inleiding: Is gravitasie 'n bedrog?

    Advertising

  2. Wat is oppervlaktespanning en hoekom kleef water saam?

  3. Die fisika van oppervlaktespanning en ruimtetyd

  4. Gravitasie: Die lojale hond van die heelal

  5. Die oppervlaktespanningsmodel van gravitasie

  6. Bewyse en gedagte-eksperimente

  7. Probleme, kritiek en verontwaardigde fisici

  8. Die holografiese beginsel en die emergente gravitasie

  9. ’n Metafoor wat te ver gaan? Wanneer analogiese vergelykings konspirasietheorieë word

  10. Gevolgtrekking: Leef ons in ’n reusagtige druppel?

1. Inleiding: Is gravitasie 'n bedrog?

Gravitasie: Newton het gesê dit is 'n krag, Einstein het gesê dit is die krumming van ruimtetyd, en jou kat sê dit is die manier waarop die grond jou lot word. Maar is dit moontlik dat ons die hele ding verkeerd verstaan?

Kan gravitasie nie fundamenteel wees nie, maar emergent? Kan dit – soos 'n brunch – 'n oppervlakkige verskynsel wees wat net voorkom as jy dinge reg saamsit?

Ja. Miskien. Waarskynlik nie. Maar doen alsof.

2. Wat is oppervlaktespanning en hoekom kleef water saam?

Kom ons begin maar so. Oppervlaktespanning is 'n krag wat ontstaan ​​deur molekulêre interaksies aan die grens tussen vloeistowwe en lug. Molekules in die vloeistof word eweredig in alle rigtings geskuif en getrek. Maar by die oppervlak? Dit is soos sosiale angs – daar is niemand wat jou hand vasvat nie.

Resultaat? Daar vorm 'n soort elastiese "vel" aan die vloeistofoppervlak. Daarom sag water af. Daarom kan insekte op water loop. En daarom sing jou sjampooflas wanneer jy dit verkeerd druk.

Die wiskunde daaragter sluit intermolekulêre kragte en die minimalisering van oppervlakte in, maar die werklike insig is:

3. Die fisika van oppervlaktespanning en ruimtetyd

Kom ons neem nou aan dat die heelal 'n groot vloeistof is. En dat ruimtetyd sy oppervlakte is. Klink belaglik? Super, dink nou soos 'n teoretiese fisik.

Daar is regte teorieë – soos die AdS/CFT-ooreenstemming – wat suggereer dat die heelal holografies kan wees, d.w.s. alles wat ons in 3D ervaar, word eintlik geprojekteer vanaf 'n 2D-oppervlakte. Soos die vreemdste IMAX-bioskoop ter wêreld.

Kan gravitasie – ons ou vriend – in hierdie konteks eenvoudig 'n soort oppervlaktespanning wees? ’n Krag wat ontstaan ​​uit die neiging van ruimtetyd om oppervlakte-energie te minimaliseer?

Dit is asof die ruimtetyd self 'n gespanne membraan is, en materie krul dit nie deur enige geheim krag nie, maar deur die verandering van die plaaslike oppervlakte-energiestaanplek. Soos om 'n bowlingbal op 'n trampolien te sit. Behalwe dat die trampolien onsigbaar is en die bowlingbal uit quarks bestaan.

4. Gravitasie: Die lojale hond van die heelal

Gravitasie word nie genoeg waardeering gegee nie. Elektromagnetisme kry al die feller ligte en blinkende dinge. Sterk en swak kernkragte bind atoomkerns saam en veroorsaak radioaktiewe verval. Maar gravitasie? Gravitasie trek net.

Dit trek sterre, planete en jou na oefening. En in teenstelling met jou Wi-Fi is dit altyd aan.

Maar wat as hierdie "trek" bloot die effek van krumming is wat deur oppervlaktespanne veroorsaak word? As jy iets massief in ruimtetyd laat val, kan jy dan eenvoudig kosmiese oppervlakte vervorm en ander dinge "gly" laat?

Stel Einstein se beroemde rubberplaatmodel voor – maar voeg nou water by. Jy het juis 'n ruimtetydsuppe gemaak.

5. Die oppervlaktespanningsmodel van gravitasie

Kom ons ontwikkel nou ons fantasieteorie. Hier is die aanbod:

Met ander woorde: Gravitasie is niks meer as kosmiese kapillariteit nie. Klein voorwerpe "klim" die energiekurwes van groter masses op, net soos water wat teen alle insigte aan 'n papierdoek opskiet.

Dit stem selfs ooreen met die manier waarop gravitasievelde swakker word namate afstand toeneem. Net soos die kragte van oppervlaktespanning.

Dit help ook om swart gate te verduidelik! As daar genoeg massa opgesamel word, strek dit die oppervlaktespanning tot sy limiete – 'n "breek" of "sinkgat" vorm. in die ruimtetydfilm.

6. Bewyse en gedagte-eksperimente

A) Seepborrel-aarde

Stel voor dat die Aarde 'n seepborrel is, en jy sit 'n marmer daarop. Hierdie marmer vervorm die oppervlak 'n bietjie, en ander marmers in die omgewing rol daarop toe. Dit is swaartekrag, babie.

Vervang nou die marmer met 'n planeet en die seepfilm met ruimtetyd. BOOM: Oppervlaktespanning analoog aan die Algemene Relativiteitsteorie. So te sê.

B) Die kosmiese koffiekop

Giet melk in koffie. Kyk hoe dit na die digter, meer energierike areas stroom. Stel nou voor dat die koffie ruimtetyd is en die melk ... oké, die metafoor breek af. Maar dit het cool gelyk, of nie?

7. Probleme, kritiek en woedende fisikusses

Hier moet daarop geweet word dat regte fisikusses hierdie dinge baie ongemaklik sou vind.

Hier is 'n paar probleme:

Verder word die wiskunde werklik vreemd as jy probeer om ruimtetyd as 'n seepborrel te modelleer. Tensy jy Tensorrekenkunde onder trane geniet.

Maar ons wil nie die pret beder nie.

8. Die holografiese beginsel en emergente swaartekrag

Hier word dit regtig vreemd. Sommige fisikusses – soos Erik Verlinde – het voorgestel dat swaartekrag nie fundamenteel is nie, maar uit entropiegradeinte ontstaan.

In wese beïnvloed massa die hoeveelheid inligting wat op die oppervlak van 'n ruimtetydgebied gekodeer kan word. Gravitasie is dus 'n gevolg van die poging van stelsels om entropie te maksimeer, net soos jou skootrekenaar aan die einde van die dag.

In hierdie perspektief is swaartekrag as oppervlaktespanning nie ver van die waarheid af nie. Dit is 'n metafoor met entropiese tande. Die ruimtetyd wil glad wees. En materie is net 'n plaaslike vou in die gordyn van werklikheid.

Wel, dit is dalk gerusstellend.

9. ’n Metafoor te ver gegee? Wanneer analogieë na sammelsweerdens word

Hier lê die valkuil: Nie alle analogieë kan skaal nie. Net omdat swaartekrag soos oppervlaktespanning lyk, beteken dit nie dat dit oppervlaktespanning is nie. Dit is asof jy sou sê dat 'n hond 'n mikroweeghuis is, want albei blaf as jy hul knoppies druk.

Ten spyte daarvan verdiepen die ondersoek van hierdie idees ons intuisie. Dit maak vreemde deure oop. En soms het die fisika iets vreemds nodig.

Vra net Schrödinger se kat. Of ook nie. Hy kan dood wees. Of ook nie.

10. Gevolgtrekking: Leef ons in 'n reusagtige druppel?

Kom ons wees eerlik: Ons sal dalk nooit werklik weet wat swaartekrag regtig is nie. Is dit 'n krag? 'n Kromming? 'n Oppervlakteverskynsel? 'n Fout in die matriks?

Wat ons wel weet, is dat die verkenning van hierdie idees die fisika lewendig hou. Dit herinner ons daaraan dat dit in Wetenskap nie net om feite gaan nie – dit gaan ook om spel, verwondering en soms selfs om om drie uur soggens te skreeu: "Wat as die heelal uit jellie bestaan?"

So, volgende keer as jou brood opwaai en met die botterkant na onder land, vloek nie die swaartekrag. Glimlag net en fluister:

„Ja ... die oppervlaktespanning het weer geoorlog.“

Auteursreg ToNEKi Media UG (limited liability)

Auteur:  THOMAS JAN POSCHADEL

Verwysings

Abstact