Каде погрешивме?

Физиката се најде во непријатен ќорсокак. Иако има свој Стандарден модел, неодамна дополнет со Хигсовата честичка, сите овие достигнувања многу малку ги објаснуваат големите модерни мистерии, темната енергија, темната материја, гравитацијата, асиметриите материја-антиматерија, па дури и осцилации на неутрино.

Роберто Унгер и Ли Смолин

Ли Смолин, познат физичар кој со години се споменува како еден од сериозните кандидати за Нобеловата награда, неодамна објавена заедно со филозофот Роберто Унгерем, книгата „Единствениот универзум и реалноста на времето“. Во него, авторите ја анализираат, секој од гледна точка на својата дисциплина, конфузната состојба на модерната физика. „Науката пропаѓа кога ќе го напушти доменот на експериментална верификација и можноста за негирање“, пишуваат тие. Тие ги повикуваат физичарите да се вратат во времето и да бараат нов почеток.

Нивните понуди се доста конкретни. Смолин и Унгер, на пример, сакаат да се вратиме на концептот Еден универзум. Причината е едноставна - ние доживуваме само еден универзум, а еден од нив може научно да се истражи, додека тврдењата за постоењето на нивната плуралност се емпириски непроверливи.. Друга претпоставка што Смолин и Унгер предлагаат да ја прифатат е следнава. реалноста на времетода не им се даде шанса на теоретичарите да се оддалечат од суштината на реалноста и нејзините трансформации. И, конечно, авторите повикуваат да се воздржи страста за математиката, која во своите „убави“ и елегантни модели се отцепува од навистина искусниот и возможен свет. експериментално проверете.

Кој знае „математичка убава“ теорија на струни, вториот лесно ја препознава својата критика во горенаведените постулати. Меѓутоа, проблемот е поопшт. Многу изјави и публикации денес веруваат дека физиката е дојдена во ќорсокак. Сигурно сме направиле грешка некаде на патот, признаваат многу истражувачи.

Значи, Смолин и Унгер не се сами. Пред неколку месеци во „Природа“ Џорџ Елис i Џозеф Силк објави статија за заштита на интегритетот на физикатасо критикување на оние кои се повеќе и повеќе се склони да ги одложуваат за неодредено „утре“ експериментите за тестирање на разни „модни“ космолошки теории. Тие треба да се карактеризираат со „доволна елеганција“ и објаснувачка вредност. „Ова ја прекинува вековната научна традиција дека научното знаење е знаење. емпириски потврденопотсетуваат научниците. Фактите јасно го покажуваат „експерименталниот ќорсокак“ на модерната физика.. Најновите теории за природата и структурата на светот и Универзумот, по правило, не можат да се потврдат со експерименти достапни за човештвото.

Суперсиметрични аналози на честички - визуелизација

Со откривањето на Хигсовиот бозон, научниците „постигнаа“ Стандарден модел. Сепак, светот на физиката е далеку од задоволен. Знаеме за сите кваркови и лептони, но немаме идеја како да го усогласиме ова со теоријата за гравитација на Ајнштајн. Не знаеме како да ја комбинираме квантната механика со гравитацијата за да создадеме кохерентна теорија за квантната гравитација. Исто така, не знаеме што е Биг Бенг (или дали навистина имало).

Во моментов, да го наречеме мејнстрим физичари, тие го гледаат следниот чекор по Стандардниот модел во суперсиметрија (SUSY), кој предвидува дека секоја елементарна честичка која ни е позната има симетричен „партнер“. Ова го удвојува вкупниот број на градежни блокови за материјата, но теоријата совршено се вклопува во математичките равенки и, што е најважно, нуди шанса да се открие мистеријата на космичката темна материја. Остануваше само да се чекаат резултатите од експериментите на Големиот хадронски судирач, кои ќе го потврдат постоењето на суперсиметрични честички.

Сепак, такви откритија се уште не се слушнале од Женева. Ако сè уште не се појави ништо ново од експериментите во LHC, многу физичари веруваат дека суперсиметричните теории треба тивко да се повлечат, како и суперстрингкоја се заснова на суперсиметрија. Има научници кои се подготвени да го бранат, дури и ако не најде експериментална потврда, бидејќи теоријата на СУСА е „премногу убава за да биде лажна“. Доколку е потребно, тие имаат намера да ги преиспитаат своите равенки за да докажат дека масите на суперсиметричните честички едноставно се надвор од опсегот на LHC.

Аномалија паганска аномалија

Впечатоци - лесно е да се каже! Меѓутоа, кога, на пример, физичарите ќе успеат да стават мион во орбитата околу протон, а протонот „надува“, тогаш чудни работи почнуваат да се случуваат со физиката која ни е позната. Се создава потешка верзија на атомот на водород и излегува дека јадрото, т.е. протонот во таков атом е поголем (т.е. има поголем радиус) од „обичниот“ протон.

Физиката каква што ја знаеме не може да го објасни овој феномен. Мионот, лептонот кој го заменува електронот во атомот, треба да се однесува како електрон - и се однесува, но зошто оваа промена влијае на големината на протонот? Физичарите не го разбираат ова. Можеби би можеле да го преболат, но... почекај малку. Големината на протонот е поврзана со тековните теории на физиката, особено со Стандардниот модел. Теоретичарите почнаа да ја испуштаат оваа необјаснива интеракција нов вид на фундаментална интеракција. Сепак, ова засега се само шпекулации. На патот, беа спроведени експерименти со атоми на деутериум, верувајќи дека неутронот во јадрото може да влијае на ефектите. Протоните биле уште поголеми со мионите наоколу отколку со електроните.

Друга релативно нова физичка необичност е постоењето што се појави како резултат на истражување на научниците од колеџот Тринити во Даблин. нова форма на светлина. Една од измерените карактеристики на светлината е нејзиниот аголен моментум. Досега се веруваше дека во многу форми на светлина, аголниот моментум е повеќекратен од Планкова константа. Во меѓувреме, Др. Кајл Балантајн и професор Пол Истхам i Џон Донеган откриле форма на светлина во која аголниот момент на секој фотон е половина од Планковата константа.

Ова извонредно откритие покажува дека дури и основните својства на светлината за кои мислевме дека се постојани можат да се променат. Ова ќе има вистинско влијание врз проучувањето на природата на светлината и ќе најде практична примена, на пример, во безбедните оптички комуникации. Од 80-тите, физичарите се прашуваат како честичките се движат во само две димензии на тродимензионалниот простор. Тие открија дека тогаш ќе се занимаваме со многу необични феномени, вклучително и честички чии квантни вредности би биле фракции. Сега е докажано за светлина. Ова е многу интересно, но значи дека многу теории сè уште треба да се ажурираат. И ова е само почеток на врската со новите откритија кои носат ферментација во физиката.

Пред една година во медиумите се појави информација која физичарите од Универзитетот Корнел ја потврдија во својот експеримент. Квантен Зено ефект – можност за запирање на квантен систем само со спроведување на континуирани набљудувања. Името го добило по античкиот грчки филозоф кој тврдел дека движењето е илузија која е невозможна во реалноста. Поврзаноста на античката мисла со модерната физика е дело Бајдијаната Мисри i Џорџ Сударшан од Универзитетот во Тексас, кој го опиша овој парадокс во 1977 година. Дејвид Вајнленд, американски физичар и добитник на Нобеловата награда за физика, со кого МТ разговараше во ноември 2012 година, го направи првото експериментално набљудување на ефектот Зенон, но научниците не се согласија дали неговиот експеримент го потврдил постоењето на феноменот.

Визуелизација на експериментот на Вилер

Минатата година дошол до ново откритие Мукунд Венгалаторекој заедно со својот истражувачки тим спровел експеримент во ултраладната лабораторија на Универзитетот Корнел. Научниците создале и ладиле гас од околу една милијарда атоми на рубидиум во вакуумска комора и ја суспендирале масата помеѓу ласерските зраци. Атомите се организираа и формираа решеткаст систем - тие се однесуваа како да се во кристално тело. Во многу студено време, тие можеа да се движат од место до место со многу мала брзина. Физичарите ги набљудувале под микроскоп и ги осветлиле со ласерски систем за снимање за да можат да ги видат. Кога ласерот бил исклучен или со низок интензитет, атомите слободно се тунелирале, но како што ласерскиот зрак станувал посветлен и мерењата се правеле почесто, стапката на пенетрација нагло опадна.

Венгалаторе го сумираше својот експеримент на следниов начин: „Сега имаме единствена можност да ја контролираме квантната динамика исклучиво преку набљудување“. Дали „идеалистичките“ мислители, од Зенон до Беркли, биле исмејувани во „ерата на разумот“, дали биле во право дека предметите постојат само затоа што ги гледаме?

Во последно време често се појавуваат разни аномалии и недоследности со (очигледно) теориите кои се стабилизирале со текот на годините. Друг пример доаѓа од астрономските набљудувања - пред неколку месеци се покажа дека универзумот се шири побрзо отколку што сугерираат познатите физички модели. Според написот Nature од април 2016 година, мерењата на научниците од Универзитетот Џон Хопкинс биле 8% повисоки од очекувањата на модерната физика. Научниците користеле нов метод анализа на таканаречените стандардни свеќи, т.е. изворите на светлина се сметаат за стабилни. Повторно, коментарите од научната заедница велат дека овие резултати укажуваат на сериозен проблем со актуелните теории.

Еден од извонредните современи физичари, Џон Арчибалд Вилер, предложи вселенска верзија на експериментот со двојно пресече познат во тоа време. Во неговиот ментален дизајн, светлината од квазар, оддалечен милијарда светлосни години, поминува низ две спротивни страни на галаксијата. Ако набљудувачите ја набљудуваат секоја од овие патеки посебно, тие ќе видат фотони. Ако и двајцата одеднаш, ќе го видат бранот. Оттука Сем чинот на набљудување ја менува природата на светлинатакој го напуштил квазарот пред милијарда години.

Според Вилер, горенаведеното докажува дека универзумот не може да постои во физичка смисла, барем во онаа смисла во која сме навикнати да разбираме „физичка состојба“. Тоа не може да се случи ниту во минатото, додека... не направиме мерење. Така, нашата сегашна димензија влијае на минатото. Значи, со нашите набљудувања, детекции и мерења, ги обликуваме настаните од минатото, назад во времето, до ... почетокот на Универзумот!

Резолуцијата на холограмот завршува

Се чини дека физиката на црните дупки укажува, како што барем некои математички модели сугерираат, дека нашиот универзум не е онаков каков што ни кажуваат нашите сетила, односно тридимензионален (четвртата димензија, времето, е информирана од умот). Реалноста што не опкружува можеби е холограм е проекција на суштински дводимензионална, далечна рамнина. Ако оваа слика на универзумот е точна, илузијата за тродимензионалната природа на простор-времето може да се отфрли веднаш штом истражувачките алатки со кои располагаме станат соодветно чувствителни. Крег Хоган, професор по физика на Фермилаб кој посветил години на проучување на основната структура на универзумот, сугерира дека ова ниво штотуку е достигнато. Ако универзумот е холограм, можеби сме ги достигнале границите на резолуцијата на реалноста. Некои физичари ја унапредуваат интригантната хипотеза дека простор-времето во кое живееме на крајот не е континуирано, туку, како слика на дигитална фотографија, на своето најосновно ниво е составено од некакво „зрно“ или „пиксел“. Ако е така, нашата реалност мора да има некаква конечна „резолуција“. Вака некои истражувачи го толкуваа „шумот“ што се појави во резултатите од детекторот за гравитациони бранови Geo600 пред неколку години.

За да ја тестираат оваа необична хипотеза, Крег Хоган и неговиот тим го развиле најточниот интерферометар на светот, т.н. Хоганов холометаршто треба да ни даде најточно мерење на самата суштина на простор-времето. Експериментот, со кодно име Fermilab E-990, не е еден од многуте други. Целта е да ја демонстрира квантната природа на самиот простор и присуството на она што научниците го нарекуваат „холографски шум“. Холометарот се состои од два интерферометри еден до друг, кои испраќаат ласерски зраци од еден киловат до уред кој ги дели на два нормални зраци од 40 метри. Тие се рефлектираат и се враќаат до точката на одвојување, создавајќи флуктуации во осветленоста на светлосните зраци. Ако предизвикаат одредено движење во уредот за поделба, тогаш ова ќе биде доказ за вибрациите на самиот простор.

Од гледна точка на квантната физика, може да се појави без причина. кој било број на универзуми. Завршивме во овој конкретен, кој мораше да исполни голем број суптилни услови за човек да живее во него. Потоа разговараме за антропски свет. За еден верник, доволен е еден антропски универзум создаден од Бога. Материјалистичкиот светоглед не го прифаќа ова и претпоставува дека има многу универзуми или дека сегашниот универзум е само фаза во бесконечната еволуција на мултиверзумот.

Автор на модерната верзија Хипотези на универзумот како симулација (поврзан концепт на холограмот) е теоретичар Никлас Бострём. Во него се наведува дека реалноста што ја перципираме е само симулација за која не сме свесни. Научникот сугерираше дека ако е можно да се создаде сигурна симулација на цела цивилизација или дури и на целиот универзум со помош на доволно моќен компјутер, а симулираните луѓе можат да искусат свест, многу е веројатно дека ќе има голем број на такви суштества. . симулации создадени од напредни цивилизации - а ние живееме во една од нив, во нешто слично на „Матрикс“.

Времето не е бесконечно

Значи, можеби е време да се скршат парадигмите? Нивното разоткривање не е ништо особено ново во историјата на науката и физиката. На крајот на краиштата, беше можно да се поништи геоцентризмот, поимот простор како неактивна сцена и универзално време, од верувањето дека Универзумот е статичен, од верувањето во немилосрдноста на мерењето ...

локална парадигма тој веќе не е толку добро информиран, но и тој е мртов. Ервин Шредингер и другите креатори на квантната механика забележале дека пред чинот на мерење, нашиот фотон, како познатата мачка сместена во кутија, сè уште не е во одредена состојба, а истовремено е поларизиран вертикално и хоризонтално. Што може да се случи ако поставиме два заплеткани фотони многу оддалечени еден од друг и одделно ја испитаме нивната состојба? Сега знаеме дека ако фотонот А е хоризонтално поларизиран, тогаш фотонот Б мора да биде вертикално поларизиран, дури и ако сме го поставиле милијарда светлосни години порано. И двете честички немаат точна состојба пред мерењето, но по отворањето на едната кутија, другата веднаш „знае“ какво својство треба да заземе. Станува збор за некоја извонредна комуникација која се одвива надвор од времето и просторот. Според новата теорија за заплеткување, локалитетот повеќе не е сигурност, а две навидум одвоени честички можат да се однесуваат како референтна рамка, игнорирајќи ги деталите како растојанието.

Бидејќи науката се занимава со различни парадигми, зошто не треба да ги разбие фиксираните ставови кои опстојуваат во главите на физичарите и се повторуваат во истражувачките кругови? Можеби тоа ќе биде гореспоменатата суперсиметрија, можеби верувањето во постоењето на темна енергија и материја, или можеби идејата за Големата експлозија и проширувањето на универзумот?

Досега преовладуваше мислењето дека универзумот се шири со сè поголема брзина и веројатно ќе продолжи да се шири на неодредено време. Сепак, има некои физичари кои забележале дека теоријата за вечното проширување на универзумот, а особено нејзиниот заклучок дека времето е бесконечно, претставува проблем во пресметувањето на веројатноста за појава на настан. Некои научници тврдат дека во следните 5 милијарди години времето веројатно ќе истече поради некаква катастрофа.

Физичар Рафаел Бусо од Универзитетот во Калифорнија и колегите објавија статија на arXiv.org во која објаснуваат дека во вечниот универзум, дури и најневеројатните настани ќе се случат порано или подоцна - и покрај тоа, тие ќе се случат бесконечен број пати. Бидејќи веројатноста е дефинирана во однос на релативниот број на настани, нема смисла да се наведе каква било веројатност во вечноста, бидејќи секој настан ќе биде подеднакво веројатен. „Вечната инфлација има длабоки последици“, пишува Бусо. „Секој настан кој има ненула веројатност да се случи ќе се случи бесконечно многу пати, најчесто во оддалечени региони кои никогаш не биле во контакт“. Ова ја поткопува основата на веројатните предвидувања во локалните експерименти: ако бесконечен број набљудувачи ширум вселената победат на лотаријата, тогаш врз која основа можете да кажете дека е малку веројатно да се добие лотарија? Се разбира, има и бескрајно многу непобедници, но во која смисла ги има повеќе?

Едно решение за овој проблем, објаснуваат физичарите, е да се претпостави дека времето ќе истече. Тогаш ќе има конечен број настани, а неверојатните настани ќе се случуваат поретко од веројатните.

Овој „сечен“ момент дефинира збир на одредени дозволени настани. Така, физичарите се обидоа да ја пресметаат веројатноста дека времето ќе истече. Дадени се пет различни методи за завршување на времето. Во двете сценарија, постои 50 отсто шанса тоа да се случи за 3,7 милијарди години. Останатите две имаат 50% шанса во рок од 3,3 милијарди години. Останува многу малку време во петтото сценарио (времето на Планк). Со висок степен на веројатност, тој може дури и да биде во ... следната секунда.

Зарем не успеа?

За среќа, овие пресметки предвидуваат дека повеќето набљудувачи се таканаречените Болцманови деца, кои произлегуваат од хаосот на квантните флуктуации во раниот универзум. Бидејќи повеќето од нас не се, физичарите го отфрлија ова сценарио.

„Границата може да се гледа како објект со физички атрибути, вклучително и температура“, пишуваат авторите во нивниот труд. „Со крајот на времето, материјата ќе достигне термодинамичка рамнотежа со хоризонтот. Ова е слично на описот на материјата што паѓа во црна дупка, направен од надворешен набљудувач.

Космичка инфлација и мултиверзум

Првата претпоставка е дека Универзумот постојано се шири до бесконечностшто е последица на општата теорија на релативноста и е добро потврдено со експериментални податоци. Втората претпоставка е дека веројатноста се заснова на релативна фреквенција на настанот. Конечно, третата претпоставка е дека ако простор-времето е навистина бесконечно, тогаш единствениот начин да се одреди веројатноста за настан е да се ограничи вашето внимание конечно подмножество на бесконечниот мултиверзум.

Дали ќе има смисла?

Аргументите на Смолин и Унгер, кои ја формираат основата на овој напис, сугерираат дека можеме да го истражуваме нашиот универзум само експериментално, отфрлајќи ја идејата за мултиверзум. Во меѓувреме, анализата на податоците собрани од европскиот вселенски телескоп Планк откри присуство на аномалии кои може да укажуваат на долгогодишна интеракција помеѓу нашиот универзум и друг. Така, самото набљудување и експериментот укажуваат на други универзуми.

Аномалии откриени од Опсерваторијата Планк

Некои физичари сега шпекулираат дека ако постои суштество наречено Мултиверзум, и сите негови составни универзуми, настанале во една Голема експлозија, тогаш тоа би можело да се случи меѓу нив. судири. Според истражувањето на тимот на опсерваторијата Планк, овие судири би биле донекаде слични на судирот на два меурчиња од сапуница, оставајќи траги на надворешната површина на универзумите кои теоретски би можеле да се регистрираат како аномалии во распределбата на микробрановата позадинско зрачење. Интересно, сигналите снимени од телескопот Планк се чини дека сугерираат дека некој вид универзум блиску до нас е многу различен од нашиот, бидејќи разликата помеѓу бројот на субатомски честички (барони) и фотони во него може да биде дури десет пати поголема од " Еве“. . Ова би значело дека основните физички принципи може да се разликуваат од она што го знаеме.

Откриените сигнали најверојатно доаѓаат од раната ера на универзумот - т.н рекомбинацијакога протоните и електроните првпат почнале да се спојуваат за да формираат атоми на водород (веројатноста за сигнал од релативно блиски извори е околу 30%). Присуството на овие сигнали може да укаже на интензивирање на процесот на рекомбинација по судирот на нашиот Универзум со друг, со поголема густина на барионската материја.

Во ситуација кога се акумулираат контрадикторни и најчесто чисто теоретски претпоставки, некои научници значително го губат трпението. Ова го докажува тапата изјава на Нил Турок од Институтот Периметар во Ватерло, Канада, кој во интервју за Њуссајентист во 2015 година, бил изнервиран што „не можеме да имаме смисла за она што го наоѓаме“. Тој додаде: „Теоријата станува се посложена и пософистицирана. Ние фрламе последователни полиња, мерења и симетрии на проблемот, дури и со клуч, но не можеме да ги објасниме наједноставните факти. Многу физичари очигледно се вознемирени од фактот што менталните патувања на современите теоретичари, како што е резонирањето погоре или теоријата на супержици, немаат никаква врска со експериментите што моментално се изведуваат во лаборатории и нема докази дека тие можат да се тестираат експериментално. .

Дали е навистина ќорсокак и дали е неопходно да се излезе од него, како што предложија Смолин и неговиот пријател филозофот? Или можеби зборуваме за конфузија и конфузија пред некакво епохално откритие што наскоро ќе не чека?

Ве покануваме да се запознаете со темата на изданието во.