В чем суть гипотезы Лайон?

Содержание

9 теорий происхождения жизни на Земле (10 фото + видео)

В чем суть гипотезы Лайон?

Существует гипотеза о возможном занесении бактерий, микробов и прочих мельчайших организмов, посредством занесения небесными телами. Организмы развивались и в результате длительных преобразований, постепенно появлялась жизнь на Земле. В гипотезе рассматриваются организмы, способные функционировать даже в бескислородной среде и в аномально высоких или низких температурах.

Это связано с пребыванием бактерий-переселенцев на астероидах и метеоритах, которые представляют собой осколки от столкновений планет или других тел.

Из-за наличия износоустойчивой внешней оболочки, а также благодаря способности замедлять все процессы жизнедеятельности (порой превращаясь в спору), такого рода жизнь способна перемещаться очень продолжительное время и на очень далёкие расстояния.

При попадании же в более гостеприимные условия, “межгалактические путешественники” активируют основные жизнеобеспечивающие функции. И сами того не понимая, образуют с течением некоторого времени, жизнь на Земле.

Живое из неживого

Факт существования синтетических и органических веществ в наши дни неоспорим.

Более того, ещё в далёком девятнадцатом веке, немецкий учёный Фридрих Вёлер, синтезировал органическое вещество (мочевину) из неорганического (цианат аммония). Затем были синтезированы углеводороды.

Таким образом, жизнь на планете Земля вполне вероятно зародилась путём синтеза из неорганического материала. Посредством абиогенеза выдвигаются теории происхождения жизни.

Так как основную роль в строении любого органического организма составляют аминокислоты. Логично было бы предположить об их причастности к заселению Земли жизнь.

На данных, полученных от эксперимента Стэнли Миллера и Гарольда Юри (образование аминокислот, пропуском электрического заряда через газы), можно говорить о возможности образования аминокислот.

Ведь аминокислоты – это кирпичики, с помощью которых строятся сложные системы организма и любой жизни соответственно.

Космогоническая гипотеза

Наверно самая популярная из всех трактовка, которую знает каждый школьник. Теория большого взрыва была и остаётся вполне актуальной темой для горячих обсуждений.

Большой взрыв произошёл от сингулярной точки скопления энергии, в результате освобождения которой, значительно расширилась Вселенная. Образовались космические тела.

Несмотря на всю состоятельность, Теория большого взрыва не объясняет образования самой Вселенной. Как собственно и не может объяснить ни одна существующая гипотеза.

Симбиоз органелл ядерных организмов

Эту версию зарождения жизни на Земле, ещё называют эндосимбиозом. Чёткие положения системы были составлены русским ботаником и зоологом К. С. Мережковским. Суть данной концепция заключается в взаимовыгодном сожительстве органеллы с клеткой.

Что в свою очередь позволяет предположить об эндосимбиозе, как о выгодном для обоих сторон симбиозе с образованием клеток эукариот (клетки в которых присутствует ядро). Затем при помощи передачи генетической информации между бактериями, осуществлялось их развитие и увеличение популяции.

Согласно этой версии, все дальнейшие развитие жизни и жизненных форм, обязано предшествующему предку современных видов.

Самозарождение

Такого вида утверждение в девятнадцатом веке, не могло не восприниматься без доли скепсиса. Внезапное появление видов, а именно образование жизни из неживого, казалось фантастикой для людей того времени.

При том гетерогенез (Способ размножения, в результате которого рождаются особи, сильно отличающиеся от родительских) признавался обоснованным объяснением жизни.

Простым примером будет образование сложной жизнеспособной системы из разлагающихся веществ.

К примеру в том же Египте, египетские иероглифы сообщают о появлении разнообразной жизни из воды, песка, разлагающихся и гниющих остатков растений. Эта новость нисколько бы не удивила древнегреческих философов. Там убеждение о зарождении жизни из неживого воспринималось как факт, не требующий обоснования.

Великий греческий философ Аристотель, так говорил о зримой истине: ” тля образуется из протухших продуктов питания, Крокодил – результат процессов в гниющих брёвнах, находящихся под водой”. Загадочно, но не смотря на всяческие преследования со стороны церкви, убеждение под лоном тайны, прожило целый век.

Споры о жизни на Земле не могут продолжаться вечно. Именно поэтому, в конце девятнадцатого века, французский микробиолог и химик Луи Пастер проводил свои анализы.

Его исследования имели строго научный характер. Эксперимент проводился в 1860-1862. Благодаря выведению спор из сонного состояния, Пастер смог решить вопрос о самозарождении жизни.

(За что ему и присудила премию Французская академия наук)

Сотворение сущего из обычной глины

Звучит как безумие, но в действительности эта тема имеет право на жизнь. Ведь не зря Шотландский учёный-исследовать А.ДЖ.Кернс-Смит, выдвинул белковую теорию о жизни.

Крепко составляя основу из похожих исследований, он говорил о взаимодействии на молекулярном уровне между органическими составляющими и простой глиной… Оказываясь под её воздействием, компоненты образовывали устойчивые системы, в которых происходили изменения в структуре обоих составляющих, а затем и образованием состоятельной жизни.

Вот таким уникальным и оригинальным образом, объяснял свою позицию Кернс-Смит. Кристаллы глины, с находящимся в ней биологическими включениями, зарождали жизнь вместе, после чего их “сотрудничество” кончалось.

Теория постоянных катастроф

Согласно концепции, разработанной Жоржом Кювье, мир, который прямо сейчас можно лицезреть, вовсе не является первичным. А чем он является, так это всего лишь очередным звеном последовательно разрывающейся цепочки.

Это значит, мы живём в мире, который со временем подвергнется массовому вымиранию жизни. При этом не всё на Земле подвергалось глобальному уничтожению (к примеру наступал потоп). Некоторые виды, в ход своей приспосабливаемости выживали, тем самым заселяя Землю.

Строение видов и жизни, по словам Жоржа Кювье оставалось неизменным.

Материя, как объективная реалия

тема учения — различные сферы и области, приближающие к пониманию эволюции, с точки зрения точных наук. (материализм – мировоззрение в философии, раскрывающее все причинно-следственные обстоятельства, явления и факторы реальности. Законы применимы к человеку, обществу, Земле).

Теория выдвинута известными приверженцами материализма, считающими, что жизнь на Земле зародилась от преобразований на уровне химии. При том происходившие почти 4 миллиарда лет назад.

Объяснение жизни имеет прямую связь с ДНК, (дезоксирибонуклеиновая кислота) РНК (рибонуклеиновая кислота), а также к некоторым ВМС (высокомолекулярным соединениям, в данном случае – белкам.)

Концепция образовалась посредством научных исследований, раскрывающих суть молекулярной и генетической биологии, генетики. Источники авторитетные, особенно учитывая их молодость. Ведь исследования гипотезы о мире РНК, начали проводиться в конце двадцатого века. Огромный вклад в теорию внёс Карл Ричард Вёзе.

Учение Чарльза Дарвина

Говоря о происхождении видов, невозможно не упомянуть такого поистине гениального человека, как Чарльз Дарвин. Работа его жизни – естественный отбор, положила начало массовым атеистическим движениям.

С другой стороны, дала небывалый толчок науке, неисчерпаемую почву для исследований и экспериментов.

Суть учения заключалась в выживании видов на протяжении всей истории, путём приспособления организмов к местным условиям, образование новых признаков, помогающих в условиях конкуренции.

Под эволюцией подразумевают некоторые процессы, направленные к изменению жизни организма и самого организма с течением времени. Под наследственными же чертами, подразумевают передачу поведенческой, генетической, или же другого рода информации (передачей от материнского к дочернему.)

Основными силами движения эволюции, по Дарвину является борьба за право на существование, путём отбора и изменчивости видов. Под влиянием Дарвиновских идей, в начале двадцатого века, активно проводились исследования по части экологии, а также генетики. В корне изменялось преподавание зоологии.

Творение Бога

Многие люди со всего земного шара до сих пор исповедуют веру в Бога. Креационизм является толкованием образования жизни на Земле. Толкование состоит из системы утверждений, основанных на библии, и рассматривает жизнь, как созданное богом-творцом существо. Данные берутся из “Ветхого завета”, “Евангелия” и прочих священных писаний.

Интерпретации создания жизни в разных религиях в чём-то схожи. Ориентируясь по библии, Земля была сотворена за семь дней. Небо, светило небесное, вода и тому подобное, создавалось пять дней. На шестой Бог сотворил Адама из глины. Увидев скучающего, одинокого человека, Бог решил сотворить ещё одно чудо. Взяв ребро Адама, он создал Еву. Седьмой день признавался выходным.

Жили Адам с Евой без бед, до тех пор, пока злорадный дьявол в образе змеи не решил искусить Еву. Ведь посреди рая стояло дерево познания добра и зла. Первая матерь предложила Адаму разделить трапезу, тем самым нарушив слово, данное Богу (он запретил трогать запретные плоды.)

Первые люди изгоняются в наш мир, тем самым начиная историю всего человечества и жизни на Земле.

Источник: https://nlo-mir.ru/chudesa-nauki/47458-proishozhdenija-zhizni-na-zemle.html

9 теорий происхождения жизни на Земле

В чем суть гипотезы Лайон?

Существует гипотеза о возможном занесении бактерий, микробов и прочих мельчайших организмов, посредством занесения небесными телами. Организмы развивались и в результате длительных преобразований, постепенно появлялась жизнь на Земле. В гипотезе рассматриваются организмы, способные функционировать даже в бескислородной среде и в аномально высоких или низких температурах.

Это связано с пребыванием бактерий-переселенцев на астероидах и метеоритах, которые представляют собой осколки от столкновений планет или других тел.

Из-за наличия износоустойчивой внешней оболочки, а также благодаря способности замедлять все процессы жизнедеятельности (порой превращаясь в спору), такого рода жизнь способна перемещаться очень продолжительное время и на очень далёкие расстояния.

При попадании же в более гостеприимные условия, “межгалактические путешественники” активируют основные жизнеобеспечивающие функции. И сами того не понимая, образуют с течением некоторого времени, жизнь на Земле.

Первые свидетельства в пользу физической теории происхождения жизни

В чем суть гипотезы Лайон?

Биофизик Джереми Ингланд взбудоражил общественность в 2013 году своей новой теорией, делающей происхождение жизни неизбежным следствием термодинамики.

Его уравнения подразумевают, что при определённых условиях группы атомов естественным образом перегруппировываются так, чтобы тратить всё больше и больше энергии, содействуя непрерывному рассеянию энергии и появлению «энтропии», или беспорядка во Вселенной.

Ингланд говорит, что этот эффект реструктуризации, называемый им адаптацией под воздействием рассеяния, стимулирует рост сложных структур, включая и живые организмы. Существование жизни – не загадка и не удача, писал он в 2014-м, оно следует из основных физических принципов и «должно быть настолько же неудивительно, как катящиеся с горы камни».

С тех пор Ингланд, 35-летний адъюнкт-профессор в Массачусетском технологическом институте проверял аспекты своей идеи в компьютерных симуляциях. Две наиболее важных из ряда его работ были опубликованы в июле 2017 – самый интересный результат появился в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), а второй – в Physical Review Letters (PRL). Результаты обоих экспериментов, судя по всему, подтверждают основное утверждение Ингланда об адаптации под воздействием рассеяния, хотя возможность их применения к реальной жизни остаётся под вопросом.

«Это, очевидно, новаторское исследование», – сказал Майкл Лассиг [Michael Lässig], специалист по статистической физике и количественной биологии из Кёльнского университета в Германии, по поводу работы из PNAS, написанной Ингландом и постдоком из MIT, Джорданом Хоровицем. Лассиг пишет, что это «пример изучения заданного набора правил в относительно небольшой системе, поэтому пока рано говорить, можно ли будет его обобщать. Однако очевидным интересным вопросом будет – что это означает для жизни».

В работе разбираются практически важные детали клеток и биологии, и описывается упрощённая, симулированная система химических соединений, в которой, тем не менее, возможно спонтанное возникновение исключительной структуры – этот феномен Ингланд считает побуждающей силой, стоящей за возникновением жизни. «Это не значит, что вы гарантированно получите эту структуру», – поясняет Ингланд. Динамика системы слишком сложна и нелинейна для того, чтобы предсказывать результаты.

В симуляции участвует суп из 25 химических соединений, взаимодействующих друг с другом огромным количеством способов. Источники энергии заставляют проходить некоторые из этих реакций, как солнечный свет запускает выработку озона в атмосфере, а химическое топливо аденозинтрифосфат управляет процессами в клетке.

Начав со случайных начальных концентраций, скоростей реакций и «принудительных ландшафтов» [forcing landscapes] – правил, говорящих, какие реакции получат подпитку внешних сил и какую именно – симулированная сеть химических реакций развивается, пока не достигнет конечного, стабильного состояния, или «фиксированной точки».

Система часто успокаивается в равновесном состоянии со сбалансированной концентрацией химических веществ и реакциями, с равной вероятностью идущими в обе стороны.

Стремление к равновесию, например, чашка кофе, остывающая до комнатной температуры – самый знакомый результат второго закона термодинамики, постулирующего, что энергия постоянно распространяется, а энтропия Вселенной постоянно увеличивается.

Второй закон работает потому, что у энергии есть больше способов распределиться между частицами, чем сконцентрироваться в одном месте, поэтому по мере передвижения и взаимодействия частиц более вероятно распределение энергии между ними.

Но для некоторых начальных условий сеть химических реакций в симуляции развивается совершенно по-другому. В этих случаях она эволюционирует до фиксированных состояний, находящихся далеко от точки равновесия, где начинает активно гонять циклы реакций, забирая максимально доступное количество энергии из окружающей среды. Эти случаи можно считать «примерами тонкой подстройки» между системой и окружением, как пишут Хоровиц и Ингланд, когда система находит «редкие состояния экстремального термодинамического принуждения». Живые существа также поддерживают стабильные состояния экстремального принуждения: мы суперпотребители, сжигающие огромное количество химической энергии через реакции в клетках, увеличивая тем самым энтропию Вселенной. Компьютер эмулирует это поведение в более простой и абстрактной химической системе, и показывает, что это состояние может появиться «прямо сразу, без огромного времени ожидания», – говорит Лассиг, что показывает доступность этих точек на практике. Многие биофизики считают, что в истории жизни могло встретиться нечто похожее на то, что описывает Ингланд. Но нашёл ли он самый главный этап в происхождении жизни, зависит от того, что есть сущность жизни? Тут мнения расходятся.

Форма и функционирование

Ингланд, всесторонне одарённый человек, работавший в Гарварде, Оксфорде, Стэнфорде и Принстоне перед тем, как прийти в MIT в 29 лет, считает, что сущностью живых существ является исключительное расположение составляющих их атомов.

«Если представить, что я случайным образом перемешаю атомы бактерии – возьму, помечу, и перемешаю в пространстве – я, вероятно, получу некий мусор, – писал он ранее. – Большая часть комбинаций атомов не превратится в такую метаболическую энергостанцию, как бактерия». Группе атомов нелегко получить доступ к химической энергии и сжечь её.

Для выполнения такой задачи атомы должны выстроиться в очень необычную структуру. По Ингланду, само существование взаимосвязи формы и функции «подразумевает, что окружающая среда ставит задачу, которую решает получившаяся структура».

Но как и почему атомы принимают определённую форму и функцию бактерии, с её оптимальной для потребления химической энергии конфигурацией? Ингланд считает, что это естественное следствие термодинамики для систем, находящихся далеко от точки равновесия.

Физический химик, лауреат нобелевской премии Илья Пригожин, занимался схожими идеями в 1960-х, но его методы были ограничены. Традиционные термодинамические уравнения хорошо работают только для изучения систем, находящихся в состоянии, близком к равновесному – таких, как медленно охлаждаемый или нагреваемый газ. Системы, подпитываемые мощными внешними источниками энергии, обладают куда как более сложной динамикой и их гораздо сложнее изучать.

Ситуация поменялась в конце 1990-х, когда физики Гэвин Крукс и Крис Ярзинский [Gavin Crooks and Chris Jarzynski] вывели “теоремы флуктуации”, которую можно использовать для подсчёта того, насколько прямые физические процессы происходят чаще обратных.

Теоремы позволяют исследователям изучать эволюцию системы, даже далёкой от равновесия. Новый подход Ингланда, по словам Сары Уокер, физика-теоретика и специалиста по происхождению жизни из Аризонского университета, заключается в применении теорем флуктуации к «задачам, связанным с происхождением жизни.

Я думаю, он единственный человек из всех, делающий это достаточно досконально».

Кофе остывает из-за того, что его ничто не нагревает, но подсчёты Ингланда говорят о том, что группы атомов, питаемые внешними источниками энергии, могут вести себя по-другому. Они стремятся подключиться к этим источникам энергии, выравниваются и меняются местами так, чтобы лучше поглощать энергию и рассеивать её в виде тепла.

Далее он показал, что эта статистическая тенденция к рассеиванию энергии может поддерживать самовоспроизведение (как он объяснял в 2014 году, «отличным способом рассеять больше энергии будет изготовление копий самого себя).

Ингланд считает, что жизнь, и её необычайное объединение формы и функции, служит итогом адаптации, питаемой стремлением к рассеиванию и самовоспроизведения.

Однако, даже с использованием теорем флуктуации условия на ранней Земле или в клетке будут слишком сложными для того, чтобы исходя из этих принципов можно было делать предсказания. Поэтому идеи необходимо проверять в упрощённых условиях, симулируемых на компьютере, в попытках приблизиться к реалистичности. В работе для PRL Ингланд и соавторы, Тал Качман и Джереми Оуэн [Tal Kachman and Jeremy Owen] из MIT симулировали систему взаимодействующих частиц. Они обнаружили, что система со временем увеличивает поглощение энергии, формируя и разрывая связи для того, чтобы лучше резонировать с движущей её частотой. „Это в некотором смысле более простой результат“, чем работа для PNAS, в которой участвует сеть химических реакций, говорит Ингланд.

Во второй работе он и Хоровиц создали сложные условия, в которых специальные конфигурации атомов должны будут подключаться к доступным источникам энергии, так же, как особая конфигурация атомов бактерии позволяет ей проводить метаболизм. В симуляции внешние источники энергии подстёгивали определённые химические реакции в сети реакций.

Активность такой стимуляции зависела от концентраций различных химических соединений. С ходом реакций и увеличением концентраций сила стимуляции могла резко изменяться.

Такая резкость приводила к тому, что системе было сложно „находить комбинации реакций, способных оптимально добывать доступную энергию“, поясняет Джереми Гунавардена, математик и системный биолог из Гарвардской медицинской школы.

И всё же, когда исследователи позволяли сети реакций развиваться в таком окружении, она становилась тонко подстроенной под это окружение. Случайный набор начальных условий эволюционировал и принимал редкие состояния энергичной химической активности и экстремальной поддержки в четыре раза чаще, чем ожидалось. А когда такие результаты наступали, это случалось очень резко. При этом системы проходили через циклы реакций и рассеивали в процессе энергию, что, с точки зрения Ингланда, служит простейшим взаимоотношением формы и функциональности, необходимой для возникновения жизни.

Обработчики информации

Эксперты говорят, что следующим важным шагом для Ингланда и его коллег будет масштабирование сетей химических реакций с тем, чтобы посмотреть, происходит ли с ними динамическая эволюция до редких фиксированных состояний экстремальной поддержки.

Они также могут попытаться сделать стимуляцию менее абстрактной, приведя химические концентрации, скорости реакций и условия поддержки к таким, которые могли существовать в приливных заводях или рядом с вулканическими трубками в первичном бульоне ранней Земли (но воспроизведение условий, из которых на самом деле возникла жизнь – это, в основном, догадки и предположения). Рауль Сарпешкар [Rahul Sarpeshkar], профессор машиностроения, физик и микробиолог в Колледже Дартмура, сказал: „Было бы неплохо получить конкретную физическую информацию по этим абстрактным построениям“. Он надеется увидеть, как эти ситуации будут воспроизведены в реальных экспериментах, возможно, при помощи относящихся к биологии химических соединений и источников энергии, таких, как глюкоза.

Но даже если можно будет увидеть состояния с тонкой подстройкой, очень сильно напоминающие условия, которые, как предполагается, дали старт зарождению жизни, некоторые исследователи считают, что диссертация Ингланда описывает „необходимые, но недостаточные“ условия для объяснения появления жизни, как говорит Уокер. Они не могут описать то, что некоторые считают истинным признаком биологических систем: способность к обработке информации. От простейшего хемотаксиса (способности бактерий двигаться по направлению к концентрации питательных веществ или в направлении от ядовитых соединений) до человеческого общения, формы жизни принимают и реагируют на информацию о своём окружении.

Уокер считает, что это отличает нас от других систем, попадающих под охват теории Ингланда об адаптации под воздействием рассеяния, таких, как Большое красное пятно Юпитера.

„Это неравновесная рассеивающая структура, существующая, по меньшей мере, 300 лет, и она сильно отличается от неравновесных рассеивающих структур, существующих на Земле сегодня и эволюционировавших миллиарды лет“, – говорит она. Понимание того, что выделяет среди таких структур жизнь, „требует явного определения информации, выходящего за пределы процесса рассеивания“.

С её точки зрения, возможность реагировать на информацию является ключом к этому: „Нам нужны сети химических реакций, которые могут встать на ноги и уйти от той среды, в которой зародились“.

Гунавардена отмечает, что кроме термодинамических свойств и возможностей обработки информации, существующих у форм жизни, они также хранят и передают генетическую информацию о себе своим потомкам. Происхождение жизни, говорит он, это „не просто появление структуры, это появление определённой динамики, дарвиновского толка. Это появление воспроизводящихся структур. И возможность влияния свойств этих объектов на скорость воспроизведения. Когда вы выполните оба условия, вы окажетесь в ситуации начала дарвиновской эволюции, и биологи считают, что в этом вся суть“.

Евгений Шахнович, профессор химии и химической биологии в Гарварде, руководивший исследованием Ингланда, чётко разделяет работу своего бывшего студента и вопросы биологии.

„Он начал свою научную карьеру в моей лаборатории и я знаю, какой он способный, – говорит Шахнович, – но работа Джереми представляет потенциально интересные упражнения в неравновесной статистической механике простых абстрактных систем“.

Все заявления о том, что они имеют отношение к происхождению жизни, добавляет он, „являются чистой и бесстыдной спекуляцией“.

Даже если Ингланд находится на правильном пути с точки зрения физики, биологам нужно больше конкретных вещей – к примеру, теория того, из каких примитивных протоклеток появились первые живые клетки, и как появился генетический код.

Ингланд соглашается, что на эти вопросы у его открытий нет ответа. „В краткосрочной перспективе они мало что говорят мне о работе биологических систем, я даже не заявляю, что они обязательно расскажут мне о том, откуда взялась известная нам жизнь“, – говорит он.

Оба вопроса – это „удручающая мешанина“, основанная на „обрывочных свидетельствах“, от которых он „намерен пока держаться подальше“.

Он просто предлагает, что в наборе инструментов у первой жизни „возможно, есть кое-что, что можно получить за просто так, а затем оптимизировать при помощи дарвиновского механизма“.

Сарпешкар, судя по всему, расценил адаптацию под воздействием рассеяния как первый акт истории происхождения жизни.

„Джереми показывает, что если вы способны добывать энергию из окружения, порядок спонтанно появится и самонастроится“, – говорит он.

Он отмечает, что живые организмы совершают гораздо больше действий, чем сеть химических реакций Ингланда и Хоровица. „Но мы говорим о том, как впервые появилась жизнь – как порядок мог появиться из ничего“.

Источник: https://habr.com/post/406399/

5 научных теорий строения Вселенной, которые кажутся безумием

В чем суть гипотезы Лайон?

Мы привыкли воспринимать мир в трёх измерениях.

Однако учёные из Национальной лаборатории имени Энрико Ферми при министерстве энергетики США предположили, что Вселенная — это голограмма, то есть только кажется объёмной, а на самом деле она плоская.

Согласно их гипотезе, пространство-время можно представить в виде мельчайших блоков подобно картинке с экрана, состоящей из пикселей. Каждый из этих блоков настолько крохотный, что ещё меньшие длины попросту не имеют физического смысла.

Директор лаборатории Крэйг Хоган и его коллеги пытаются доказать, что пространство-время — квантовая система, как материя и энергия, и образована волнами. Для этого они собрали установку под названием голометр. Голометр испускает два мощных лазерных луча, которые то сходятся, то расходятся.

Если их яркость будет колебаться, то это подтвердит, что колеблется и пространство-время, а значит, оно обладает свойствами двухмерной волны. Эксперимент начался минувшим летом и продлится примерно год. Как это отразится на человечестве, трудно сказать.

Однако если догадка физиков из Фермилаба верна, то объём информации во Вселенной конечен, следовательно, у всего, что мы можем измерить, помыслить и сделать, есть предел.

Квантовая пена
как ткань Вселенной

Пространство-время кажется непрерывным и гладким, но, вполне вероятно, на микроуровне оно устроено совсем иначе. В 1955 году физик Джон Уилер предложил концепцию квантовой пены.

Эта концепция держится на предположении, что наряду с обычными частицами существуют виртуальные частицы, которые образуются из энергии и аннигилируют в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга.

Эти процессы порождают квантовые флуктуации, отчего пространство-время искривляется в масштабе планковских величин.

Концепция квантовой пены рисует поразительные картины: например, мельчайшие чёрные дыры и кротовые норы, полученные от взаимодействия виртуальных частиц, — и может пригодиться, чтобы объяснить рождение Вселенной и её строение. Впрочем, доказать или опровергнуть её пока не удалось — некоторые учёные сомневаются, что виртуальные частицы вообще существуют. 

Наша Вселенная — результат столкновения трёхмерных миров

Модель, предложенная Полом Стайнхардтом и Нилом Туроком, напоминает теорию Большого взрыва, но исключает сам Большой взрыв. Исследователи соглашаются, что Вселенная расширяется и остывает последние 15 миллиардов лет, но считают, что перед этим не было никакой сингулярности.

По их мнению, сначала Вселенная была холодной и почти пустой, а высокие, но конечные температуру и плотность ей придало столкновение двух трёхмерных миров — бран, двигавшихся вдоль ещё одного, скрытого измерения.

В разных точках столкновение случилось не единовременно, потому Вселенная неоднородна, — именно так смогли появиться галактики.

Экпиротическая модель основана на положениях теории струн, поэтому предполагает существование других миров. Правда, мы не можем их наблюдать, поскольку частицы и свет туда не проникают. В 2002 году Стайнхардт и Турок расширили свою модель и назвали её циклической. Согласно ей, после столкновения браны разделяются, а потом снова сходятся, — и так до бесконечности.

Пространство-время — сверхтекучая жидкость

Ключевая задача современной физики — устранить противоречиямежду общей теорией относительности и квантовой механикой. Некоторые исследователи считают, что избавиться от них поможет концепция, согласно которой пространство-время — это сверхтекучая жидкость. Физик Тед Джейкобсон сравнил пространство-время с водой.

Отдельные молекулы воды не обладают её свойствами, но тем не менее их задают. Стефано Либерати и Лука Маччоне решили проверить гипотезу на квантах света. Они предположили, что пространство-время ведёт себя как жидкость только в особых случаях, например, с фотонами большой энергии.

Такие фотоны должны терять энергию на длинных расстояниях подобно затухающим волнам в других средах. 

Либерати и Маччоне следили за излучением от остатка сверхновой в Крабовидной туманности, расположенной в 6,5 тыс. световых лет от Земли. Они не обнаружили отклонений и заключили, что жидкостные эффекты пространства-времени либо чрезвычайно слабы, либо вообще не существуют.

Но если бы фотоны действительно потеряли энергию, это означало бы, что скорость света в вакууме непостоянна, а это противоречит общей теории относительности. Либерати и Маччоне не стали отбрасывать концепцию.

Впрочем, даже сторонники идеи, что пространство-время — это сверхтекучая жидкость, не очень-то надеются найти подтверждение.

Вселенные
в чёрных дырах

Люди, за исключением братьев Ноланов, не знают, что находится внутри чёрных дыр. По мнению Никодема Поплавского, они ведут в другие вселенные. Эйнштейн полагал, что упавшее в чёрную дыру вещество сжимается в сингулярность.

Согласно уравнениям Поплавского, на другом конце чёрной дыры расположена белая дыра — объект, из которого материя и свет только исторгаются. Эта пара образует кротовую нору, и всё, попадая туда с одной стороны и выходя с другой, образует новый мир.

В начале 1990-х годов физик Ли Смолин предложил похожую и в чём-то более странную гипотезу: он тоже верил во вселенные по ту сторону черной дыры, но думал, что они подчиняются закону наподобие естественного отбора: воспроизводятся и мутируют в ходе эволюции.

Теория Поплавского может прояснить несколько «тёмных» мест в современной физике: например, откуда взялась космологическая сингулярность до Большого взрыва и гамма-всплески на краю нашей Вселенной, или почему Вселенная не сферическая, а, судя по всему, плоская. Критики учёного указывают, что природа первичного мира, из которого произошли все другие вселенные, всё равно остаётся загадкой. Впрочем, даже скептикам не кажется, что гипотеза Поплавского менее правдоподобна, чем догадка Эйнштейна насчёт сингулярности.

изображения via NASA's Marshall Space Flight Center/Flickr, 1ms, Sweetie187/Flickr, Adam Evans/Flickr

Источник: http://www.lookatme.ru/mag/live/inspiration-lists/210301-universe-scientific-theories

7 научных теорий, которые ближе к нам, чем кажется

В чем суть гипотезы Лайон?

Сегодня нам бы хотелось поделиться занятными научными теориями, над которыми трудились лучшие умы человечества. Не будем терять времени и сразу перейдем к делу.

1. Кротовые норы

Вопросы Ферми и здравые ответы на дурацкие задачи

Представьте, что вам нужно попасть в некоторую точку пространства, которая находится очень далеко от вас.

На самом деле, буквально каждая точка Вселенной находится очень далеко, ведь с нынешним уровнем развития технологий даже путешествие к краю Солнечной системы — очень длинный путь.

 При таком сценарии очень хочется срезать углы, чтобы прибыть в точку назначения пораньше. И вот тут и появляется идея кротовых нор. 

Как оказалось, общая теория относительности Эйнштейна допускает существование черных дыр, которые служат мостами между различными участками Вселенной или даже выходом в другую Вселенную.

Такой мост имеет форму трубы, соединяющей различные точки в пространстве-времени. И если упростить пространство до двухмерной модели и представить в качестве обыкновенного согнутого листа, то кротовая нора — это открытый туннель, кратчайший путь между его половинами.

Источник: Wikipedia

Очевидно, что такой способ перемещения значительно более эффективен и рационален. К сожалению, на сегодня кротовые норы так и остаются теоретической моделью, с которой мы ещё не сталкивались в реальности.

Тем не менее, иногда теоретические модели становятся удивительно хорошим подспорьем для фантазий, и фильм «Интерстеллар», в котором кротовые норы — одна из основных научных концепций, тому прекрасное подтверждение.

2. Теория относительности

В прошлом пункте мы упомянули общую теорию относительности Эйнштейна. Поговорим о ней чуточку подробнее.

Отметим сначала, что есть две теории относительности: специальная и общая.

Специальная теория появилась раньше, и именно она привлекает наше внимание. Она гласит, что ничто во Вселенной не может двигаться быстрее скорости света. Более того, она показывает, что течение времени различно для людей, движущихся с разной скоростью. И тут начинается самое интересное.

За что дают Нобелевские премии в этом году?

Согласно этой теории, если разделить двух близнецов, и одного оставить на Земле, а другого отправить в космос путешествовать со скоростью, близкой к скорости света, то, когда они встретятся, их возраст будет значительно (еще раз — значительно!) различаться.

И вновь эту идею замечательно иллюстрирует фильм «Интерстеллар». Всё-таки этот фильм однозначно стоит тех 3-х часов, которые вы проведете в компании Мэтью МакКоннахи и окружении многообразных научных теорий, описанных простыми словами.

Вернёмся к теории относительности. По правде говоря, движение, близкое к скорости света, малореализуемо на практике. Тем не менее, даже если вы гуляете с другом и он идёт чуть быстрее вас, то время для него течёт медленней. Разумеется, это разница настолько мала, что вы никогда её не ощутите, но она есть! Именно поэтому, как говорится, хотите оставаться молодыми — двигайтесь!

Лекция физика Эмиля Ахмедова о специальной теории относительности.

3. Судьба Вселенной

Существует несколько основных сценариев конца Вселенной.

1. Большое сжатие (большой хлопок)

Большинство астрофизиков сходятся во мнении, что Вселенная началась с Большого Взрыва. До этого же она была сосредоточена в сингулярности, точке с бесконечной плотностью.

Сценарий большого сжатия предполагает, что однажды расширение Вселенной заменится на обратный процесс, сжатие. И всё пойдет обратным чередом.

Тем не менее, многие физики не воспринимают эту теорию всерьез, поскольку на данный момент Вселенная расширяется, причём делает это с ускорением. Поэтому догадки о том, когда-нибудь это прекратится, не имеют качественного обоснования.

2. Тепловая смерть

Тест: мысленные эксперименты в науке и философии

Это абсолютная противоположность большому сжатию. Теория предполагает, что расширение будет продолжаться, и в конечном итоге всё, что останется от Вселенной — это элементарные частицы, беспорядочно летающие по Вселенной. Вселенную в буквальном смысле порвёт на мельчайшие частицы.

Дело в том, что согласно законам термодинамики, энтропия в любой замкнутой системе возрастает, а это означает, что рано или поздно вся материя распределится по Вселенной в качестве элементарных частиц.

Все звёзды погаснут и энергии, чтобы зажечь новые, уже просто не будет.

Это не самая популярная теория, но она всё же очень интересна. Задумайтесь, есть ли на свете что-то бесконечное? Наверное, если задать такой вопрос большому количеству людей, то самым популярным вариантом ответа будет время. И действительно, должен ведь один момент отличаться от другого, не может ведь всё застыть в одном моменте — раз и навсегда?

Предположим, что существование Вселенной будет длиться бесконечно долго. В таком случае всё, что может произойти, произойдет. В действительности подобное предположение противоречит многим вычислениям. Поэтому учёные выдвинули теорию, что само время конечно и когда-нибудь оно остановится.

Возможно, однажды мы и сами не почувствуем и не поймём, как начнётся начало нашей «бесконечной» жизни, не имеющей никакого смысла.

Искривление пространства-времени.

Источник: Wikipedia

4. Экпиротический сценарий

Есть вероятность, что наша Вселенная родилась несколько иначе, чем многие себе представляют.

Астрономию пообещали вернуть в школьную программу

Согласно экпиротическому сценарию, существует два трёхмерных мира, которые отделены друг от друга невероятно маленьким расстоянием, составляющим менее диаметра атома. Каждая точка одного мира соседствует с точкой в другом мире. Эти миры медленно отдаляются друг от друга, одновременно расширяясь. Но в некоторые моменты времени эти миры сталкиваются, создавая новый Большой взрыв. 

Такое происходит постоянно и циклично, порождая бесконечные серии Больших взрывов. 

5. Гипотеза Геи 

Эту гипотезу сформулировал в 1960-х годах ученый Джеймс Лавлок, который назвал Землю саморегулирующимся организмом. Это не означает, что Земля действительно живая, она лишь состоит из сложных составляющих, которые очень удачно и умело взаимодействуют.

Согласно гипотезе Геи, эти взаимодействия работают настолько слаженно, что поддерживают Землю в состоянии, необходимом для сохранения жизни.

Сам учёный Джеймс Лавлок доказывает гипотезу как минимум теми фактами, что температура земной поверхности остаётся очень стабильной, несмотря на увеличение количества солнечной радиации. Также он отметил постоянство солёности океана и состава атмосферы, несмотря на факты, которые должны были вывести их из равновесия.

Согласно этой гипотезе, Земля — это гигантский суперорганизм.

Источник: Wikipedia

6. Антропный принцип

Эта идея отталкивается от того, что Вселенная именно такая, какая нужна нам для жизни. Достаточно удивительный факт, если учесть, что жизни не существовало бы, изменись любая физическая константа на долю процента. Появляется вопрос: если Вселенная идеально подходит для нас, может быть, она и была создана для нас?

Существует два антропных принципа: слабый и сильный.

Как менялись представления о Вселенной

Слабый принцип утверждает, что Вселенная лишь допускает зарождение жизни.

То есть, мы можем заменить вопрос «почему Вселенная устроена именно так, как она устроена?» на «почему Вселенная устроена так, что в ней возникли разумные существа, задающие вопрос о причинах устройства наблюдаемой Вселенной?».

Или, проще говоря, мы уже изначально подразумеваем, что во Вселенной зародилась разумная жизнь. Если бы её не было, никто бы не задал вопрос о том, почему Вселенная такая, какая она есть.

Сильный же принцип утверждает, что Вселенная обязана быть устроена так, чтобы в ней могла зародиться жизнь. В поддержку этой недоказанной гипотезы высказывается мнение, что существует некоторый закон, благодаря которому все физические константы обязаны равняться тем значениям, каким они равняются и они не могут от них отличаться.

Таким образом, слабый принцип — это лишь хорошее упражнение на логику: «мы живём, потому что мы живём», а сильный принцип — это уже настоящее поле для споров и рассуждений.

7. Бритва Оккама

Но давайте отойдем от вопросов из физики о Вселенной и перейдем к логике. Бритва Оккама — это, вероятно, самый известный логический принцип, который следует знать каждому.

Источник: Wikipedia

По мнению английского логика Уильяма Оккама, элегантные объяснения скорее окажутся верными, нежели извилистые и беспорядочные. Его идеи заключались в том, чтобы делать меньше предположений, необходимых для выполнения работы.

Таким образом, держитесь простоты — вот суть бритвы Оккама.

Осознав эту идею, «сбрейте» всё ненужное, оставив лишь основные элементы.

Мы рассмотрели некоторые популярные научные теории. Тем не менее, их существует куда больше и, без сомнений, их количество будет расти.

А какие идеи вы бы добавили в эту подборку?

Фото в оформлении статьи — David Scherman Photography. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://newtonew.com/science/seven-sci-theories

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.