Как космос может быть всего лишь огромным пузырем мыла

Резюме

Гравитация всегда была тихим, невидимым компаньоном, который никогда не платит аренду и просто втягивает все к себе. Но что, если гравитация — это не то, чем кажется? Что, если она не таинственная сила, а побочный продукт — иллюзия — как последний кусок пиццы, который ты на самом деле не собирался есть, но он как-то исчез?

В этой статье мы исследуем гипотетическую (а именно: возможно, сумасшедшую) идею о том, что гравитация — это на самом деле проявление поверхностного натяжения — силы, которая удерживает пузыри, капли воды и все наши мечты о жизни космонавта вместе. По пути мы будем разбираться в физике, играть с пространством-временем, неправильно интерпретировать несколько аналогий и бессовестно наделять частицы человеческими качествами. Итак, вперед.

Оглавление

1. Введение: Является ли гравитация обманом?

   Advertising

2. Что такое поверхностное натяжение и почему вода слипается?

3. Физика поверхностного натяжения и пространства-времени

4. Гравитация: верный пес Вселенной

5. Модель гравитации, основанная на поверхностном натяжении

6. Доказательства и мысленные эксперименты

7. Проблемы, критика и разгневанные физики

8. Гипотетический принцип и возникающая гравитация

9. Метафора слишком далеко? Когда аналогии становятся заговором

10. Заключение: Живем ли мы в гигантской капле?

1. Введение: Является ли гравитация обманом?

Гравитация: Ньютон сказал, что это сила, Эйнштейн сказал, что это искривление пространства-времени, а твоя кошка говорит, что это способ земли обретать судьбу. Но возможно ли, что мы все понимаем неправильно?

Может быть, гравитация не фундаментальна, а возникает? Может быть — как бранч — это поверхностное явление, которое возникает только тогда, когда вещи правильно собраны вместе?

Да. Возможно. Вероятно, нет. Но притворяться, что да — это весело.

2. Что такое поверхностное натяжение и почему вода слипается?

Начнем с простого. Поверхностное натяжение — это сила, возникающая за счет межмолекулярных взаимодействий на границе между жидкостью и воздухом. Молекулы в жидкости равномерно толкаются и тянутся во всех направлениях. Но что касается поверхности? Там никого нет, кто бы держал тебя за руку.

Результат? На поверхности жидкости образуется своего рода эластичная «пленка». Именно поэтому вода стекает. Именно поэтому насекомые могут ходить по воде. И именно поэтому твоя бутылка с шампунем издает звук, когда ты неправильно ее надавливаешь.

Математика за этим включает в себя межмолекулярные силы и минимизацию площади поверхности, но суть в том:

• Поверхностное натяжение = вещи на поверхности слипаются как сторонники теорий заговора на конференции по теории плоской Земли.

3. Физика поверхностного натяжения и пространства-времени

А теперь давайте предположим, что Вселенная — это огромная жидкость. И пространство-время — ее поверхность. Звучит глупо? Отлично, теперь ты думаешь как теоретический физик.

Существуют настоящие теории — такие как корреспонденция AdS/CFT — которые предполагают, что Вселенная может быть голографической, то есть все, что мы испытываем в 3D, на самом деле проецируется из 2D-поверхности. Как самый странный IMAX-театр в мире.

Может ли гравитация — наш старый друг — быть просто своего рода поверхностным натяжением в этом контексте? Силой, возникающей из тенденции пространства-времени минимизировать энергию поверхности?

Это как если бы само пространство-время было натянутой мембраной, и материя искривляет ее не какой-то таинственной силой, а путем изменения распределения энергии поверхности. Подобно тому, как вы кладете шар для боулинга на батут. Только батут невидим, а шарик для боулинга состоит из кварков.

4. Гравитация: верный пес Вселенной

Гравитацию недостаточно ценят. Электромагнетизм получает все яркие огни и сверкающие вещи. Сильные и слабые ядерные силы удерживают атомные ядра вместе и вызывают радиоактивный распад. Но гравитация? Гравитация просто тянет.

Она притягивает галактики, звезды и тебя после тренировки. И в отличие от твоего Wi-Fi, она всегда включена.

Но что, если это «тянуть» — всего лишь эффект искривления, вызванного поверхностным натяжением? Если вы уроните массивный объект в пространство-время, не могли бы вы просто деформировать космическую поверхность и позволить другим вещам «скользить» по ней как муравьи на перевернутом фрисби?

Представьте себе знаменитую модель пространства-времени Эйнштейна — но теперь добавьте воду. Вы только что приготовили суп из пространства-времени.

5. Модель гравитации, основанной на поверхностном натяжении

Давайте разработаем нашу фантазийную теорию. Вот презентация:

• Материя существует во Вселенной с граничной поверхностью — «поверхностью» из многомерной жидкости.

• Присутствие материи меняет энергию этой поверхности, создавая градиенты поверхностного натяжения.

• Эти градиенты вызывают движение — объекты «притягиваются» к областям более низкой энергии, то есть к массе.

Другими словами: гравитация — это ничто иное как космическое капиллярное действие. Маленькие объекты «лазают» вверх по энергетическим кривым больших масс, точно так же, как вода против воли карабкается по бумажной салфетке.

Это даже согласуется с тем, как гравитационные поля слабеют с увеличением расстояния. Подобно тому, как силы поверхностного натяжения ослабевают.

Оно также помогает объяснить черные дыры! Когда слишком много массы накапливается, она растягивает поверхностное натяжение до предела — образуется разрыв или «яма». в пространственно-временной пленке.

6. Доказательства и мысленные эксперименты

A) Земля в виде пузыря с мылом

Представьте, что Земля — это пузырь с мылом, а вы кладете на нее шарик. Этот шарик немного деформирует поверхность, и другие шарики поблизости катятся к нему. Это гравитация, детка.

Теперь замените шарик планетой, а пузырь с мылом — пространством-временем. БАМ: поверхностное натяжение аналогично общей теории относительности. Так сказать.

B) Космическая чашка кофе

Выливайте молоко в кофе. Наблюдайте, как оно стекает к более плотным, богатым энергией областям. Теперь представьте, что кофе — это пространство-время, а молоко — ... ладно, метафора рушится. Но это было весело, верно?

7. Проблемы, критика и разъяренные физики

Стоит отметить, что настоящие физики будут очень некомфортно чувствовать себя по этому поводу.

Вот некоторые проблемы:

• Нет известной среды, которая могла бы образовывать пространство-время в качестве своей поверхности. Разве что мы живем в многомерной жидкости... Это совершенно другая проблема с квантовыми вещами.

• Общая теория относительности очень хорошо объясняет гравитацию. GPS не работал бы без нее.

• Поверхностное натяжение имеет известные свойства, которые не соответствуют всем гравитационным явлениям. Например, поверхностное натяжение не бесконечно велико в сингулярностях.

К тому же, математика становится очень странной, когда пытаешься моделировать пространство-время как пузырь с мылом. Разве что вы любите тензорный анализ со слезами.

Но давайте не будем портить веселье.

8. Голографический принцип и возникающая гравитация

Вот где становится по-настоящему странно. Некоторые физики — такие как Эрик Верлинде — предполагают, что гравитация не является фундаментальной, а возникает из градиентов энтропии.

В принципе, масса влияет на количество информации, которое может быть закодировано на поверхности пространственно-временной области. Таким образом, гравитация — это следствие попыток систем максимизировать энтропию, точно так же, как ваш стол в конце недели.

В этом представлении гравитация как поверхностное натяжение не сильно далека от истины. Это метафора с энтропическими зубами. Пространство-время хочет* быть гладким. И материя — это всего лишь локальная складка в покрывале реальности.