Kje smo se zmotili?

Fizika se je znašla v neprijetni slepi ulici. Čeprav ima svoj standardni model, ki ga je pred kratkim dopolnil Higgsov delček, vsi ti napredki le malo pojasnjujejo velike sodobne skrivnosti, temno energijo, temno snov, gravitacijo, asimetrijo snov-antimaterija in celo nevtrinska nihanja.

Roberto Unger in Lee Smolin

Lee Smolin, znani fizik, ki se že leta omenja kot enega resnih kandidatov za Nobelovo nagrado, ki je pred kratkim izšla pri filozofu Roberto Ungerem, knjiga “Singularno vesolje in realnost časa”. V njej avtorja, vsak z vidika svoje discipline, analizirata zmedenost sodobne fizike. "Znanost propade, ko zapusti področje eksperimentalnega preverjanja in možnosti zanikanja," pišejo. Fizike pozivajo, naj se vrnejo v preteklost in poiščejo nov začetek.

Njihova ponudba je precej specifična. Smolin in Unger na primer želita, da se vrnemo k konceptu Eno vesolje. Razlog je preprost - doživljamo samo eno vesolje in eno od njih je mogoče znanstveno raziskati, medtem ko trditve o obstoju njihove množine empirično nepreverljive.. Druga predpostavka, ki jo Smolin in Unger predlagata sprejeti, je naslednja. realnost časada teoretikom ne dajo možnosti, da se odmaknejo od bistva realnosti in njenih transformacij. In končno avtorji pozivajo k omejitvi strasti do matematike, ki se v svojih "lepih" in elegantnih modelih odcepi od resnično doživetega in možnega sveta. eksperimentalno preveriti.

Kdo pozna "matematično lepo" teorija strun, ta v zgornjih postulatih zlahka prepozna svojo kritiko. Vendar je problem bolj splošen. Številne izjave in objave danes verjamejo, da je fizika prišla v slepo ulico. Gotovo smo se nekje na poti zmotili, priznavajo številni raziskovalci.

Smolin in Unger torej nista sama. Pred nekaj meseci v "Naravi" George Ellis i Joseph Silk objavil članek o varovanje celovitosti fizikes kritiziranjem tistih, ki so vse bolj nagnjeni k prelaganju eksperimentov na "jutri" za nedoločen čas za preizkušanje različnih "modnih" kozmoloških teorij. Zanje morata biti značilna "zadostna eleganca" in razlagalna vrednost. »S tem se prekine stoletna znanstvena tradicija, da je znanstveno znanje znanje. empirično potrjenoopozarjajo znanstveniki. Dejstva jasno kažejo na "eksperimentalno slepoto" sodobne fizike.. Najnovejših teorij o naravi in ​​strukturi sveta in vesolja praviloma ni mogoče preveriti s poskusi, ki so na voljo človeštvu.

Supersimetrični analogi delcev – vizualizacija

Z odkritjem Higgsovega bozona so znanstveniki "dosegli" Standardni model. Vendar svet fizike še zdaleč ni zadovoljen. Vemo za vse kvarke in leptone, vendar nimamo pojma, kako to uskladiti z Einsteinovo teorijo gravitacije. Ne vemo, kako združiti kvantno mehaniko z gravitacijo, da bi ustvarili koherentno teorijo kvantne gravitacije. Prav tako ne vemo, kaj je Big Bang (ali če je res obstajal).

Trenutno, poimenujmo ga mainstream fiziki, vidijo naslednji korak po standardnem modelu supersimetrija (SUSY), ki napoveduje, da ima vsak nam poznan elementarni delec simetričnega »partnerja«. To podvoji skupno število gradnikov za materijo, vendar se teorija popolnoma ujema z matematičnimi enačbami in, kar je pomembno, ponuja priložnost za razkritje skrivnosti kozmične temne snovi. Ostalo je le počakati na rezultate poskusov na Velikem hadronskem trkalniku, ki bodo potrdili obstoj supersimetričnih delcev.

Vendar iz Ženeve o takšnih odkritjih še niso slišali. Če se iz eksperimentov na LHC ne pojavi nič novega, mnogi fiziki menijo, da je treba supersimetrične teorije tiho umakniti, pa tudi nadgradnjaki temelji na supersimetriji. Obstajajo znanstveniki, ki so jo pripravljeni braniti, tudi če ne najde eksperimentalne potrditve, ker je teorija SUSA "prelepa, da bi bila lažna." Če je potrebno, nameravajo ponovno oceniti svoje enačbe, da bi dokazali, da so supersimetrične mase delcev preprosto zunaj območja LHC.

Anomalija poganska anomalija

Vtisi - lahko je reči! Ko pa na primer fizikom uspe spraviti mion v orbito okoli protona in ta »nabrekne«, potem se začnejo dogajati nenavadne stvari nam poznane fizike. Ustvari se težja različica atoma vodika in izkaže se, da je jedro, tj. proton v takem atomu je večji (torej ima večji radij) od "navadnega" protona.

Fizika, kot jo poznamo, tega pojava ne more razložiti. Mion, lepton, ki nadomešča elektron v atomu, bi se moral obnašati kot elektron – in se, toda zakaj ta sprememba vpliva na velikost protona? Fiziki tega ne razumejo. Mogoče bi to lahko preboleli, ampak... počakaj malo. Velikost protona je povezana s trenutnimi fizikalnimi teorijami, zlasti s standardnim modelom. Teoretiki so začeli razkrivati ​​to nerazložljivo interakcijo nova vrsta temeljne interakcije. Vendar so to zaenkrat le špekulacije. Na poti so bili izvedeni poskusi z atomi devterija, saj so verjeli, da lahko nevtron v jedru vpliva na učinke. Protoni so bili celo večji z mioni okoli kot z elektroni.

Druga relativno nova fizična nenavadnost je obstoj, ki se je pojavil kot rezultat raziskav znanstvenikov s Trinity College Dublin. nova oblika svetlobe. Ena izmed izmerjenih značilnosti svetlobe je njen kotni moment. Do sedaj je veljalo, da je v mnogih oblikah svetlobe kotni moment večkratnik Planckova konstanta. Medtem je dr. Kyle Ballantyne in profesor Paul Eastham i John Donegan odkril obliko svetlobe, pri kateri je kotni moment vsakega fotona polovica Planckove konstante.

To izjemno odkritje kaže, da se lahko spremenijo celo osnovne lastnosti svetlobe, za katere smo mislili, da so konstantne. To bo imelo resničen vpliv na preučevanje narave svetlobe in bo našlo praktično uporabo, na primer v varnih optičnih komunikacijah. Od osemdesetih let prejšnjega stoletja se fiziki sprašujejo, kako se obnašajo delci, ko se premikajo samo v dveh dimenzijah tridimenzionalnega prostora. Ugotovili so, da bomo potem imeli opravka s številnimi nenavadnimi pojavi, vključno z delci, katerih kvantne vrednosti bi bile ulomke. Zdaj je dokazano za svetlobo. To je zelo zanimivo, vendar pomeni, da je treba številne teorije še posodobiti. In to je šele začetek povezave z novimi odkritji, ki v fiziko prinašajo fermentacijo.

Pred enim letom so se v medijih pojavile informacije, ki so jih v svojem poskusu potrdili fiziki z univerze Cornell. Kvantni Zeno efekt – možnost zaustavitve kvantnega sistema samo z neprekinjenim opazovanjem. Ime je dobil po starogrškem filozofu, ki je trdil, da je gibanje iluzija, ki je v resnici nemogoča. Povezava starodavne misli s sodobno fiziko je delo Baidyanatha Egipt i George Sudarshan z univerze v Teksasu, ki je leta 1977 opisal ta paradoks. David Wineland, ameriški fizik in Nobelov nagrajenec za fiziko, s katerim se je MT pogovarjal novembra 2012, je opravil prvo eksperimentalno opazovanje Zenonovega učinka, vendar se znanstveniki niso strinjali, ali je njegov eksperiment potrdil obstoj pojava.

Vizualizacija Wheelerjevega eksperimenta

Lani je naredil novo odkritje Mukund Vengalattoreki je skupaj s svojo raziskovalno skupino izvedel poskus v ultrahladnem laboratoriju na univerzi Cornell. Znanstveniki so ustvarili in ohladili plin z okoli milijardo atomov rubidija v vakuumski komori in maso suspendirali med laserskimi žarki. Atomi so se organizirali in oblikovali mrežasti sistem – obnašali so se, kot da bi bili v kristalnem telesu. V zelo hladnem vremenu so se lahko premikali od kraja do kraja z zelo nizko hitrostjo. Fiziki so jih opazovali pod mikroskopom in jih osvetlili z laserskim slikovnim sistemom, da so jih lahko videli. Ko je bil laser izklopljen ali pri nizki intenzivnosti, so atomi prosto tunelirali, a ko je laserski žarek postajal svetlejši in so se meritve izvajale pogosteje, stopnja penetracije se je močno zmanjšala.

Vengalattore je svoj eksperiment povzel takole: "Zdaj imamo edinstveno priložnost, da nadzorujemo kvantno dinamiko izključno z opazovanjem." Ali so bili »idealistični« misleci, od Zenona do Berkeleyja, zasmehovani v »dobi razuma«, so imeli prav, da predmeti obstajajo samo zato, ker jih gledamo?

V zadnjem času se pogosto pojavljajo različne anomalije in neskladja z (navidezno) teorijami, ki so se z leti ustalile. Drug primer prihaja iz astronomskih opazovanj – pred nekaj meseci se je izkazalo, da se vesolje širi hitreje, kot kažejo znani fizični modeli. Glede na članek Nature iz aprila 2016 so bile meritve znanstvenikov z univerze Johns Hopkins za 8 % višje, kot je pričakovala sodobna fizika. Znanstveniki so uporabili novo metodo analiza tako imenovanih standardnih sveč, tj. svetlobni viri veljajo za stabilne. Komentarji znanstvene skupnosti spet pravijo, da ti rezultati kažejo na resen problem s trenutnimi teorijami.

Eden izjemnih sodobnih fizikov, John Archibald Wheeler, je predlagal vesoljsko različico takrat znanega eksperimenta z dvojno režo. V njegovi miselni zasnovi svetloba iz kvazarja, oddaljenega milijardo svetlobnih let, prehaja skozi dve nasprotni strani galaksije. Če opazovalci opazujejo vsako od teh poti posebej, bodo videli fotone. Če oba hkrati, bosta videla val. Zato Sam dejanje opazovanja spremeni naravo svetlobeki je zapustil kvazar pred milijardo let.

Po Wheelerjevem mnenju zgoraj navedeno dokazuje, da vesolje ne more obstajati v fizičnem smislu, vsaj v smislu, v katerem smo vajeni razumeti »fizično stanje«. Tudi v preteklosti se to ni moglo zgoditi, dokler... nismo opravili meritev. Tako naša trenutna razsežnost vpliva na preteklost. Tako s svojimi opazovanji, zaznavami in meritvami oblikujemo dogodke iz preteklosti, nazaj v čas, vse do ... začetka Vesolja!

Ločljivost holograma se konča

Zdi se, da fizika črnih lukenj kaže, kot vsaj nekateri matematični modeli namigujejo, da naše vesolje ni tisto, kar nam govorijo naši čuti, torej tridimenzionalno (četrto dimenzijo, čas, obvešča um). Realnost, ki nas obdaja, je lahko hologram je projekcija v bistvu dvodimenzionalne oddaljene ravnine. Če je ta slika vesolja pravilna, se lahko iluzija o tridimenzionalni naravi prostora-časa razblini takoj, ko bodo raziskovalna orodja, ki so nam na voljo, postala ustrezno občutljiva. Craig Hogan, profesor fizike na Fermilabu, ki je leta preučeval temeljno strukturo vesolja, namiguje, da je bila ta raven pravkar dosežena. Če je vesolje hologram, smo morda dosegli meje ločljivosti resničnosti. Nekateri fiziki so postavili zanimivo hipotezo, da prostor-čas, v katerem živimo, na koncu ni neprekinjen, ampak je, kot slika na digitalni fotografiji, na svoji najbolj osnovni ravni sestavljen iz neke vrste "zrna" ali "piksla". Če je tako, mora naša realnost imeti nekakšno dokončno »resolucijo«. Tako so si nekateri raziskovalci razlagali »hrup«, ki se je pred nekaj leti pojavil v rezultatih detektorja gravitacijskih valov Geo600.

Da bi preizkusili to nenavadno hipotezo, sta Craig Hogan in njegova ekipa razvila najnatančnejši interferometer na svetu, imenovan Hoganov holometerki bi nam moral dati najbolj natančno merjenje samega bistva prostor-časa. Poskus pod kodnim imenom Fermilab E-990 ni eden izmed mnogih drugih. Njegov cilj je prikazati kvantno naravo prostora samega in prisotnost tistega, kar znanstveniki imenujejo "holografski šum". Holometer je sestavljen iz dveh vzporednih interferometrov, ki pošiljata enokilovatne laserske žarke v napravo, ki jih razdeli na dva pravokotna 40-metrska žarka. Odbijejo se in se vrnejo na točko ločitve, kar ustvarja nihanja v svetlosti svetlobnih žarkov. Če povzročijo določeno gibanje v delilni napravi, bo to dokaz vibracij samega prostora.

Z vidika kvantne fizike bi lahko nastal brez razloga. poljubno število vesolj. Znašli smo se prav v tem, ki je moral izpolnjevati številne subtilne pogoje, da je človek v njem živel. Nato se pogovarjamo o antropski svet. Za vernika je dovolj eno antropično vesolje, ki ga je ustvaril Bog. Materialistični svetovni nazor tega ne sprejema in domneva, da obstaja veliko vesolj ali da je trenutno vesolje le stopnja v neskončnem razvoju multiverzuma.

Avtor sodobne različice Hipoteze o vesolju kot simulacija (sorodni koncept holograma) je teoretik Niklas Bostrum. Navaja, da je realnost, ki jo zaznavamo, le simulacija, ki se je ne zavedamo. Znanstvenik je predlagal, da če lahko z dovolj zmogljivim računalnikom ustvarite zanesljivo simulacijo celotne civilizacije ali celo celotnega vesolja in lahko simulirani ljudje izkusijo zavest, je zelo verjetno, da bo takšnih bitij veliko. simulacije, ki so jih ustvarile napredne civilizacije - in živimo v eni od njih, v nečem podobnem "Matrici".

Čas ni neskončen

Torej je morda čas, da razbijemo paradigme? Njihovo razkritje ni nič posebno novega v zgodovini znanosti in fizike. Navsezadnje je bilo mogoče podreti geocentrizem, predstavo o prostoru kot neaktivnem odru in univerzalnem času, iz prepričanja, da je Vesolje statično, iz vere v neusmiljenost meritev ...

lokalna paradigma ni več tako dobro obveščen, ampak tudi on je mrtev. Erwin Schrödinger in drugi ustvarjalci kvantne mehanike so opazili, da pred dejanjem merjenja naš foton, tako kot slavna mačka, nameščena v škatli, še ni v določenem stanju, hkrati pa je polariziran navpično in horizontalno. Kaj bi se lahko zgodilo, če dva zapletena fotona postavimo zelo daleč narazen in njuno stanje preučimo ločeno? Zdaj vemo, da če je foton A horizontalno polariziran, mora biti foton B navpično polariziran, tudi če smo ga postavili milijardo svetlobnih let prej. Oba delca pred meritvijo nimata natančnega stanja, po odprtju enega od škatel pa drugi takoj »ve«, katero lastnost naj prevzame. Pride do neke izjemne komunikacije, ki poteka zunaj časa in prostora. Po novi teoriji zapletenosti lokalnost ni več gotovost in dva navidezno ločena delca se lahko obnašata kot referenčni okvir, pri čemer ne upoštevata podrobnosti, kot je razdalja.

Ker se znanost ukvarja z različnimi paradigmami, zakaj ne bi razbila ustaljenih pogledov, ki vztrajajo v glavah fizikov in se ponavljajo v raziskovalnih krogih? Morda bo šlo za omenjeno supersimetrijo, morda za vero v obstoj temne energije in snovi ali morda za idejo o velikem poku in širjenju vesolja?

Doslej je prevladovalo stališče, da se vesolje širi z vedno večjo hitrostjo in se bo verjetno še naprej širilo v nedogled. Vendar pa obstajajo nekateri fiziki, ki so opazili, da teorija o večnem širjenju vesolja in zlasti njen zaključek, da je čas neskončen, predstavlja problem pri izračunu verjetnosti, da se dogodek zgodi. Nekateri znanstveniki trdijo, da bo v naslednjih 5 milijardah let verjetno zmanjkalo časa zaradi neke vrste katastrofe.

Fizik Rafael Busso z Univerze v Kaliforniji in sodelavci so na arXiv.org objavili članek, v katerem pojasnjujejo, da se bodo v večnem vesolju slej ko prej zgodili tudi najbolj neverjetni dogodki – poleg tega pa se bodo zgodili neskončno število krat. Ker je verjetnost opredeljena z relativnim številom dogodkov, ni smiselno navajati nobene verjetnosti v večnosti, saj bo vsak dogodek enako verjeten. "Nenehna inflacija ima globoke posledice," piše Busso. "Vsak dogodek, za katerega je verjetnost, da se bo zgodila ne nič, se bo zgodil neskončno velikokrat, najpogosteje v oddaljenih regijah, ki nikoli niso bile v stiku." To spodkopava osnovo verjetnostnih napovedi v lokalnih eksperimentih: če na loteriji zmaga neskončno število opazovalcev po vsem vesolju, potem na podlagi česa lahko rečete, da je zmaga na loteriji malo verjetna? Seveda je tudi nezmagovalcev neskončno veliko, a v kakšnem smislu jih je več?

Ena od rešitev tega problema, pojasnjujejo fiziki, je domneva, da bo zmanjkalo časa. Potem bo prišlo do končnega števila dogodkov in malo verjetni dogodki se bodo zgodili manj pogosto kot verjetni.

Ta trenutek "prereza" definira niz določenih dovoljenih dogodkov. Tako so fiziki poskušali izračunati verjetnost, da bo zmanjkalo časa. Podanih je pet različnih načinov zaključka časa. V obeh scenarijih obstaja 50-odstotna možnost, da se bo to zgodilo v 3,7 milijarde let. Druga dva imata 50-odstotno možnost v 3,3 milijarde let. V petem scenariju (Planckov čas) je ostalo zelo malo časa. Z veliko verjetnostjo bo morda celo v ... naslednji sekundi.

Ali ni delovalo?

Na srečo ti izračuni napovedujejo, da je večina opazovalcev tako imenovanih Boltzmannovih otrok, ki izhajajo iz kaosa kvantnih nihanj v zgodnjem vesolju. Ker nas večina ni, so fiziki ta scenarij zavrnili.

"Mejo lahko gledamo kot objekt s fizičnimi lastnostmi, vključno s temperaturo," pišejo avtorji v svojem prispevku. »Ko bo materija dosegla konec časa, bo dosegla termodinamično ravnotežje z obzorjem. To je podobno opisu padanja snovi v črno luknjo, ki ga je naredil zunanji opazovalec."

Kozmična inflacija in multiverzum

Prva predpostavka je ta Vesolje se nenehno širi v neskončnostkar je posledica splošne teorije relativnosti in je dobro potrjeno z eksperimentalnimi podatki. Druga predpostavka je, da verjetnost temelji na relativna pogostost dogodkov. Končno, tretja predpostavka je, da če je prostor-čas resnično neskončen, potem je edini način za določitev verjetnosti dogodka omejiti vašo pozornost. končna podmnožica neskončnega multiverzuma.

Bo smiselno?

Argumenti Smolina in Ungerja, ki tvorijo osnovo tega članka, kažejo, da lahko naše vesolje raziskujemo le eksperimentalno, pri čemer zavračamo pojem multiverzuma. Medtem je analiza podatkov, ki jih je zbral evropski vesoljski teleskop Planck, razkrila prisotnost anomalij, ki lahko kažejo na dolgoletno interakcijo med našim in drugim vesoljem. Tako zgolj opazovanje in eksperiment kažeta na druga vesolja.

Anomalije, ki jih je odkril Observatorij Planck

Nekateri fiziki zdaj domnevajo, da če obstaja bitje, imenovano Multiverse, in vsa njegova sestavna vesolja so nastala v enem samem velikem poku, bi se to lahko zgodilo med njima. trki. Po raziskavah skupine Planck Observatory bi bili ti trki nekoliko podobni trku dveh milnih mehurčkov, ki bi pustili sledi na zunanji površini vesolj, kar bi teoretično lahko registrirali kot anomalije v porazdelitvi sevanja mikrovalovnega ozadja. Zanimivo je, da se zdi, da signali, ki jih je posnel teleskop Planck, namigujejo na to, da je nekakšno vesolje blizu nas zelo drugačno od našega, saj je razlika med številom subatomskih delcev (barionov) in fotonov v njem lahko celo desetkrat večja od " tukaj". . To bi pomenilo, da se lahko osnovna fizična načela razlikujejo od tega, kar poznamo.

Zaznani signali verjetno prihajajo iz zgodnjega obdobja vesolja - t.i rekombinacijako so se protoni in elektroni prvič začeli združevati in tvoriti vodikove atome (verjetnost signala iz relativno bližnjih virov je približno 30 %). Prisotnost teh signalov lahko kaže na intenziviranje procesa rekombinacije po trku našega vesolja z drugim, z večjo gostoto barionske snovi.

V situaciji, ko se kopičijo nasprotujoča si in najpogosteje zgolj teoretična ugibanja, nekateri znanstveniki opazno izgubijo potrpljenje. To dokazuje močna izjava Neila Turoka z Inštituta Perimeter v Waterlooju v Kanadi, ki je bil leta 2015 v intervjuju za NewScientist jezen, da "ne moremo razumeti tega, kar odkrivamo." Dodal je: »Teorija postaja vse bolj kompleksna in prefinjena. Na problem vržemo zaporedna polja, meritve in simetrije, tudi s ključem, a najpreprostejših dejstev ne moremo razložiti. Številne fizike očitno moti dejstvo, da miselna potovanja sodobnih teoretikov, na primer zgornje sklepanje ali teorija superstrun, nimajo nobene zveze s poskusi, ki se trenutno izvajajo v laboratorijih, in ni dokazov, da bi jih bilo mogoče preizkusiti. eksperimentalno. .

Je res slepa ulica in je treba iz nje izstopiti, kot predlagata Smolin in njegov prijatelj filozof? Ali pa morda govorimo o zmedi in zmedi pred kakšnim epohalnim odkritjem, ki nas bo kmalu čakalo?

Vabimo vas, da se seznanite s temo številke v.