Як Касма можа быць сапраўды вялікай мыльнай бульбашкай

Анатацыя

Гравітацыя заўсёды была той ціхай, нябачнай суграднікам, які ніколі не плаціць арэнду і проста прыцягвае ўсё да сябе. Але што калі гравітацыя не тое, што мы думаем? Што калі гэта не таямнічая сіла, а побачны вынік — ілюзія, падобная на апошні кавалак піцы, які вы клянецеся, што не елі, але якогосьці ён знік?

У гэтым артыкуле мы даследуем гіпатэтычную (чытаць: магчыма, безумную) ідэю, што гравітацыя фактычна з'яўляецца адлюстраваннем паверхневай натягальнасці, сілы, якая ўтрымлівае разам бульбашкі, кроплі вады і ўсе вашы мары стаць астранаўтам. На шляху мы падзірнем у фізіку, змешваем часапрастор, няправільна інтэрпрэтуем некалькі параўнанняў і безсумневым чынам антрапомарфізуем часткіцы. Пачынаем.

Змест

  1. Уводзіны: Ці з'яўляецца гравітацыя махлярствам?

  2. Што такое паверхневая натяг, і чаму вада прыліпае адна да адной?

  3. Фізіка паверхневага натягу і прасторачасу

  4. Гравітацыя: верны сабака сусвіту

  5. Мадэль паверхневага натягу гравітацыі

  6. Доказ і мыслівыя эксперыменты

  7. Праблемы, крытыкі і злыя фізікі

  8. Галографічны прынцып і ўзнікальная гравітацыя

  9. Метафора занадта далёка? Калі параўнанне становіцца канспірацыяй

  10. Заключэнне: Ці жывём мы ў вялікім крохлі?

1. Уводзіны: Ці з'яўляецца гравітацыя махлярствам?

Гравітацыя: Ньютан сказаў, што гэта сіла, Эйнштайн – што гэта крывізна прасторы‑часу, а ваша ката кажа, што гэта тое, як падлога становіцца лёсам. Але ці магчыма, што мы ўсё няправільна зразумелі?

Ці можа гравітацыя быць не фундаментальнай, але ўзніклай? Ці можа яна — напрыклад, як бранч — быць паверхневым феномнам, які з’яўляецца толькі тады, калі вы правільна скамплектуеце рэчы?

Так. Магчыма. Пэўна не. Але гэта весела падманваць.

2. Што такое паверхневы натяг і чаму вада прыліпае адна да адной?

Пачнем простым. Паверхневы натяг – гэта сіла, якая ўзнікае з-за малекулярных узаемадзеянняў на межах паміж вадой і паветрам. Малекулы ўнутры раўнамерна падштурхоўваюцца і тянут у ўсіх напрамках. Але на паверхні? Гэта як сацыяльная анксіета – няма ніводнага чалавека, каб трымаць вашу руку з аднаго боку.

Вынік? Падобна эластічная «шкіра» фарміруецца на паверхні руды. Гэта і чаму вада збіраецца ў бальбалы. Гэта і чаму жывёлы могуць хадзіць па вадзе. І гэта і чаму ваш бутэлька шампуня спявае, калі вы яе неправільна сціскаеце.

Математычная аснова гэтага ўключае міжмолекулярныя сілы і мінімізацыю паверхневай плошчы, але сапраўдная выснову такія:

3. Фізіка паверхневых натяжэнняў і часопрастору

Цяпер, уявім сабе, што сусвет – гэта вялікі вадкасць. І часапростор – яго паверхня. Звучыць смехавана? Чудова, цяпер вы думаеце як тэарэтычны фізік.

Існуюць сапраўдныя тэорыі—напрыклад, AdS/CFT супастаўленне—якія прапануюць, што сусвет можа быць галоўрафічным, гэта значыць усё, што мы адчуваем у 3D, фактычна праекціруецца з 2D паверхні. Як самая дзіўная IMAX-камеры ў свеце.

У гэтым кантэксце ці магчыма, што гравітацыя—наш стары сябар—проста тып паверхневай напружанасці? Сіла, якая ўзнікае з імкнення часапрастору мінімізаваць «энергію паверхні»?

Гэта як бы сама прастора-час — гэта растянутая мембрана, і матэр'яль яе нахіля не дзякуючы нейкай містычнай сіле, а зменай лакальнай размеркаванні энергіі паверхні. Як калі б вы ставілі боўлінгавы мяч на трэмпаліна. Аднак трэмпаліна невідзімая і боўлінгавы мяч зроблены з кваркаў.

4. Гравітацыя: Лайкавы сабака сусвету

Гравітацыя не атрымлівае дастатковай увагі. Электрамагнетызм атрымлівае ўсе яркія святла і бліскучыя рэчы. Сильныя і слабые ядзерныя сілы ўтрымліваюць атамныя ядры разам і спрыяюць радыкальным распадам. А гравітацыя? Гравітацыя проста прыцягвае.

Яна прыцягвае галактыкі, зоркі, а таксама цябе пасля дня на ногах. І ў адрозненне ад твойго Wi‑Fi, яна заўсёды актыўная.

Але што, калі гэтае «прыцягванне» проста вынік крывыні, выкліканы паверхневым напружаннем? Калі ты кладеш нешта масіўнае на прасторучас, ці можаш проста дэфармаваць космічную паверхню, прымушаючы іншыя рэчы «слізціць» да яе як мурахаў на нахіленай фрісбі?

Уяві сабе вядомы мадэль Эйнштэйна з гумовым лістом — але цяпер дадай ваду. Ты толькі што стварыў Паспака прасторычасу ™.

5. Мадэль паверхневога напружання гравітацыі

Давай пабудуем нашу фантастычную тэорыю. Вось прапанова:

Інакш кажучы: Гравітацыя – гэта проста касмічная капілярная акцыя. Маленькія аб'екты «падбіраюцца» на крывых энергіі, створаных вялікімі масамі, дакладна так, як вада падымаецца па папяровай салатцы ў супраціўленне ўсім святым.

Гэта нават адпавядае таму, як гравітацыйныя палі слабшаюць з адлегласцю. Таксама, як сілы паверхневай напружанасці.

Гэта таксама дапамагае растлумачыць чорныя дзіркі! Калі занадта шмат масы скаплівае, яна распаўсюджвае паверхневую натяг да яго мяжы—створаючы разрыў або «падводную дыру» у фільме прачасу.

6. Доказ і мысленныя эксперыменты

A) Пляма з пінной бульбашкі Зямлі

Уявіце, што Зямля – гэта бульбашка, а вы кладзеце на яе мармур. Гэты мармур лёгка дэфармуе паверхню, і іншыя мармуры побач катаюцца да яго. Гэта гравітацыя, малы.

Цяпер заменіце мармур планетай, а пінную бульбашку – прачасу. БУМ: аналогія паверхневой натягі з агульнай тэорыяй адноснасці. Такім чынам.

B) Касмічная кававая кубка

Падайце малако ў каву. Паглядзіце, як яно рухаецца да больш густых, энергічных раёнаў. Уявіце, што кава – гэта прачас, а малако – … окей, метафора пачынае падрывацца. Але выглядаўала крута, не так?

7. Праблемы, крытыка і злыя фізікі

У гэты момант варта прызнаць, што сапраўдныя фізікі былі б глыбока незадавальняючыя ўсім гэтым.

Вось некаторыя праблемы:

Акрамя таго, матэматыка становіцца сапраўды дзіўнай, калі вы спрабуеце мадэляваць прасторачас як пінную бульбашку. Калі толькі вам падабаецца тэнзорны калькулятар пад час плача.

Але не руйнуюйце забаў.

8. Галоўны прынцып голографіі і ўзнікненне гравітацыі

Тут усё становіцца сапраўды дзіўным. Некаторыя фізікі — напрыклад, Эрык Верліндэ — прапанавалі, што гравітацыя не з'яўляецца фундаментальнай, а з'явілася з градіенту энтропіі.

У асноўным, маса ўплывае на колькасць інфармацыі, якую можна закадаваць на паверхні рэгіёна прасторы і часу. Гравітацыя, тады, вынік таго, што сістэмы спрабуюць максімізаваць энтропію, як ваш стол да канца тыдня.

У гэтым погляде гравітацыя як паверхневая напружанасць не так далёка. Гэта метафару з энтрапічнымі зубамі. Прастора і час хайцець выраўнавацца самі. А маса — проста лакальная глытка ў кілім рэальнасці.

Цяпер гэта камфортна.

9. Метафару занадта далёку? Калі параўнанне пераходзіць у канспірацыю

Вось рызыка: не ўсе параўнанні маштабуецца. Толькі таму, што гравітацыя дзеянне падобна на паверхневую натхнасць, гэта не азначае, што яна з'яўляецца паверхневай натхнасцю. Гэта як сказаць, што ваш сабака - мікрахвалевай печы, бо абодва гавораць, калі вы нажмеце іх кнопкі.

Тым не менш, пашырэнне гэтых ідэй пашырае нашу інтуіцыю. Яно адкрывае дзіўныя дзверы. І часам фізіка патрабуе трохі дзіўнасці.

Проста спытайце кота Шрёдаґера. Або не. Ён можа быць памерлым. Або не.

10. Заключэнне: Ці жывём мы ў вялікім крохлі?

Падумаем пра гэта: мы магчыма ніколі не даведаемся, што такое гравітацыя на самай справе. Яна - сіла? Крутоўка? Паверхневы феномен? Памылка ў матрыцы?

Тое, што мы ведаем, гэта тое, што даследаванне гэтых ідэй падтрымлівае фізіку жывой. Гэта нагадвае нам, што навука не проста пра факты—гэта пра пазіцыю, захапленне, і часам крыкнуць «што калі сусвет зроблены з желе?» у 3 гадзіны раніцы.

Таму наступным разам, калі вы падалёкуеце свой тост і ён упадзе на бліцую бок, не клякайце гравітацыю. Проста усміхніцеся і шэпціце:

“Ах так… паверхневая натяг зноў перамагае.”

ПРАЎЛІВАННЕ ТЭНЕКІ МЕДЫЯ UG (абмежаваная адказнасць)

АТАР:  THOMAS JAN POSCHADEL

Спасылкі

  • Прамяні мылавых бульбашак. (Навечна). Нязручныя і таямніча актуальныя.

  • Ваша ванная, лепшы лабараторый для дынамікі раўнін.

    • Abstact