Gdje smo pogriješili?

Fizika se našla u neugodnoj slijepoj ulici. Iako ima svoj vlastiti standardni model, koji je nedavno dopunjen Higgsovom česticom, svi ti napretci malo objašnjavaju velike moderne misterije, tamnu energiju, tamnu tvar, gravitaciju, asimetrije materije i antimaterije, pa čak i neutrinskih oscilacija.

Roberto Unger i Lee Smolin

Lee Smolin, poznati fizičar koji se godinama spominje kao jedan od ozbiljnih kandidata za Nobelovu nagradu, nedavno objavljenu s filozofom Roberto Ungerem, knjiga “Singularni svemir i stvarnost vremena”. U njemu autori analiziraju, svaki sa stajališta svoje discipline, zbunjeno stanje moderne fizike. “Znanost pada kada napušta područje eksperimentalne provjere i mogućnosti poricanja”, pišu. Pozivaju fizičare da se vrate u prošlost i potraže novi početak.

Njihove ponude su prilično specifične. Smolin i Unger, primjerice, žele da se vratimo konceptu Jedan svemir. Razlog je jednostavan - doživljavamo samo jedan svemir, a jedan od njih se može znanstveno istražiti, dok su tvrdnje o postojanju njihove množine empirijski neprovjerljive.. Još jedna pretpostavka koju Smolin i Unger predlažu prihvatiti je sljedeća. stvarnost vremenane dati teoretičarima priliku da pobjegnu od suštine stvarnosti i njezinih transformacija. I, naposljetku, autori pozivaju na obuzdavanje strasti prema matematici koja se u svojim "lijepim" i elegantnim modelima odvaja od stvarno doživljenog i mogućeg svijeta. eksperimentalno provjeriti.

Tko zna "matematičku lijepu" teorija struna, potonji lako prepoznaje svoju kritiku u gornjim postulatima. Međutim, problem je općenitiji. Mnoge izjave i objave danas vjeruju da je fizika došla u slijepu ulicu. Sigurno smo negdje na putu pogriješili, priznaju mnogi istraživači.

Dakle, Smolin i Unger nisu sami. Prije nekoliko mjeseci u "Prirodi" George Ellis i Josipa Svila objavio članak o zaštita integriteta fizikekritizirajući one koji su sve skloniji odgoditi na neodređeno "sutra" eksperimente kako bi testirali razne "modne" kozmološke teorije. Trebaju se odlikovati "dovoljnom elegancijom" i objašnjavajućom vrijednošću. “Time se razbija stoljetna znanstvena tradicija da je znanstveno znanje znanje. empirijski potvrđenopodsjećaju znanstvenici. Činjenice jasno pokazuju "eksperimentalni ćorsokak" moderne fizike.. Najnovije teorije o prirodi i strukturi svijeta i Svemira u pravilu se ne mogu provjeriti eksperimentima dostupnim čovječanstvu.

Analozi supersimetrične čestice - vizualizacija

Otkrivanjem Higgsovog bozona znanstvenici su "postigli" Standardni model. Međutim, svijet fizike je daleko od zadovoljstva. Znamo za sve kvarkove i leptone, ali nemamo pojma kako to pomiriti s Einsteinovom teorijom gravitacije. Ne znamo kako spojiti kvantnu mehaniku s gravitacijom da bismo stvorili koherentnu teoriju kvantne gravitacije. Također ne znamo što je Veliki prasak (ili je li ga doista postojao).

Trenutno, nazovimo to mainstream fizičari, oni vide sljedeći korak nakon Standardnog modela supersimetrija (SUSY), koji predviđa da svaka nama poznata elementarna čestica ima simetričnog "partnera". To udvostručuje ukupan broj građevnih blokova za materiju, ali teorija se savršeno uklapa u matematičke jednadžbe i, što je još važnije, nudi priliku da se otkrije misterij kozmičke tamne tvari. Ostalo je samo čekati rezultate eksperimenata na Velikom hadronskom sudaraču koji će potvrditi postojanje supersimetričnih čestica.

Međutim, iz Ženeve se još nisu čula takva otkrića. Ako se iz eksperimenata na LHC-u još ne pojavi ništa novo, mnogi fizičari vjeruju da bi supersimetrične teorije trebale biti tiho povučene, kao i nadgradnjakoji se temelji na supersimetriji. Postoje znanstvenici koji su je spremni braniti, čak i ako ne nađe eksperimentalnu potvrdu, jer je teorija SUSA “prelijepa da bi bila lažna”. Ako je potrebno, namjeravaju ponovno procijeniti svoje jednadžbe kako bi dokazali da su supersimetrične mase čestica jednostavno izvan raspona LHC-a.

Anomalija poganska anomalija

Dojmovi – lako je reći! No, kada, primjerice, fizičari uspiju izvesti mion u orbitu oko protona, pa proton "nabubri", tada se počinju događati čudne stvari za nama poznatu fiziku. Stvara se teža verzija atoma vodika i ispada da jezgra, t.j. proton u takvom atomu je veći (tj. ima veći radijus) od "običnog" protona.

Fizika kakvu poznajemo ne može objasniti ovaj fenomen. Mion, lepton koji zamjenjuje elektron u atomu, trebao bi se ponašati kao elektron – i to se događa, ali zašto ta promjena utječe na veličinu protona? Fizičari to ne razumiju. Možda bi to mogli prijeći, ali... čekaj malo. Veličina protona povezana je s trenutnim teorijama fizike, posebno sa standardnim modelom. Teoretičari su počeli ispuštati tu neobjašnjivu interakciju nova vrsta temeljne interakcije. Međutim, to su zasad samo nagađanja. Usput su provedeni pokusi s atomima deuterija, vjerujući da neutron u jezgri može utjecati na učinke. Protoni su bili čak i veći s mionima u blizini nego s elektronima.

Još jedna relativno nova fizička neobičnost je postojanje koje je nastalo kao rezultat istraživanja znanstvenika s Trinity College Dublin. novi oblik svjetlosti. Jedna od izmjerenih karakteristika svjetlosti je njezin kutni moment. Do sada se vjerovalo da je u mnogim oblicima svjetlosti kutni moment višekratnik Planckova konstanta. U međuvremenu, dr. Kyle Ballantine i profesor Paul Eastham i John Donegan otkrio oblik svjetlosti u kojem je kutni moment svakog fotona polovica Planckove konstante.

Ovo izvanredno otkriće pokazuje da se čak i osnovna svojstva svjetlosti za koja smo mislili da su konstantna mogu promijeniti. To će imati pravi utjecaj na proučavanje prirode svjetlosti i naći će praktične primjene, na primjer, u sigurnim optičkim komunikacijama. Od 80-ih, fizičari su se pitali kako se čestice ponašaju kada se kreću u samo dvije dimenzije trodimenzionalnog prostora. Otkrili su da ćemo tada imati posla s mnogim neobičnim pojavama, uključujući čestice čije bi kvantne vrijednosti bile razlomci. Sada je dokazano za svjetlost. Ovo je vrlo zanimljivo, ali znači da se mnoge teorije još trebaju ažurirati. A ovo je tek početak povezivanja s novim otkrićima koja u fiziku donose fermentaciju.

Prije godinu dana u medijima su se pojavile informacije koje su u svom eksperimentu potvrdili fizičari sa Sveučilišta Cornell. Kvantni Zeno efekt – mogućnost zaustavljanja kvantnog sustava samo kontinuiranim promatranjem. Ime je dobio po starogrčkom filozofu koji je tvrdio da je kretanje iluzija koja je u stvarnosti nemoguća. Povezanost antičke misli s modernom fizikom djelo je Baidyanatha Egipat i George Sudarshan sa Sveučilišta Texas, koji je opisao ovaj paradoks 1977. godine. David Wineland, američki fizičar i dobitnik Nobelove nagrade za fiziku, s kojim je MT razgovarao u studenom 2012., napravio je prvo eksperimentalno promatranje Zenonovog efekta, no znanstvenici se nisu složili je li njegov eksperiment potvrdio postojanje fenomena.

Vizualizacija Wheelerovog eksperimenta

Prošle godine je došao do novog otkrića Mukund Vengalattorekoji je zajedno sa svojim istraživačkim timom proveo eksperiment u ultrahladnom laboratoriju na Sveučilištu Cornell. Znanstvenici su stvorili i ohladili plin od oko milijardu atoma rubidija u vakuumskoj komori i suspendirali masu između laserskih zraka. Atomi su se organizirali i formirali rešetkasti sustav – ponašali su se kao da su u kristalnom tijelu. Po vrlo hladnom vremenu, mogli su se kretati s mjesta na mjesto vrlo malom brzinom. Fizičari su ih promatrali pod mikroskopom i osvijetlili ih laserskim sustavom za snimanje kako bi ih mogli vidjeti. Kada je laser bio isključen ili pri niskom intenzitetu, atomi su slobodno tunelirali, ali kako je laserska zraka postajala svjetlija i mjerenja su se provodila sve češće, stopa penetracije naglo je pala.

Vengalattore je sažeo svoj eksperiment na sljedeći način: "Sada imamo jedinstvenu priliku kontrolirati kvantnu dinamiku isključivo promatranjem." Jesu li "idealistički" mislioci, od Zenona do Berkeleyja, ismijavani u "dobu razuma", jesu li bili u pravu da objekti postoje samo zato što ih gledamo?

U posljednje vrijeme često se pojavljuju razne anomalije i nedosljednosti s (očito) teorijama koje su se godinama stabilizirale. Drugi primjer dolazi iz astronomskih promatranja – prije nekoliko mjeseci pokazalo se da se svemir širi brže nego što sugeriraju poznati fizički modeli. Prema članku Nature iz travnja 2016., mjerenja znanstvenika sa Sveučilišta Johns Hopkins bila su 8% veća od očekivanja moderne fizike. Znanstvenici su koristili novu metodu analiza takozvanih standardnih svijeća, tj. izvori svjetlosti se smatraju stabilnim. Opet, komentari znanstvene zajednice kažu da ovi rezultati upućuju na ozbiljan problem s trenutnim teorijama.

Jedan od istaknutih modernih fizičara, John Archibald Wheeler, predložio svemirsku verziju eksperimenta s dvostrukim prorezom poznatog u to vrijeme. U njegovom mentalnom dizajnu, svjetlost iz kvazara, udaljenog milijardu svjetlosnih godina, prolazi kroz dvije suprotne strane galaksije. Ako promatrači promatraju svaku od ovih staza zasebno, vidjet će fotone. Ako oboje odjednom, vidjet će val. Stoga Sam čin promatranja mijenja prirodu svjetlostikoji je napustio kvazar prije milijardu godina.

Prema Wheeleru, gore navedeno dokazuje da svemir ne može postojati u fizičkom smislu, barem u smislu u kojem smo navikli shvaćati "fizičko stanje". Ni to se nije moglo dogoditi u prošlosti, dok... nismo izvršili mjerenje. Dakle, naša sadašnja dimenzija utječe na prošlost. Dakle, svojim opažanjima, detekcijama i mjerenjima oblikujemo događaje iz prošlosti, unatrag u vremenu, do ... početka Svemira!

Rezolucija holograma završava

Čini se da fizika crne rupe ukazuje, kao što barem neki matematički modeli sugeriraju, da naš svemir nije ono što nam naša osjetila govore da je, to jest, trodimenzionalan (četvrtu dimenziju, vrijeme, informira um). Stvarnost koja nas okružuje može biti hologram je projekcija suštinski dvodimenzionalne, udaljene ravnine. Ako je ova slika svemira točna, iluzija o trodimenzionalnoj prirodi prostorvremena može se raspršiti čim istraživački alati koji su nam na raspolaganju postanu dovoljno osjetljivi. Craig Hogan, profesor fizike u Fermilabu koji je proveo godine proučavajući temeljnu strukturu svemira, sugerira da je ta razina upravo dostignuta. Ako je svemir hologram, možda smo dosegli granice razlučivosti stvarnosti. Neki fizičari postavljaju intrigantnu hipotezu da prostor-vrijeme u kojem živimo nije u konačnici kontinuirano, već se, poput slike na digitalnoj fotografiji, na svojoj najosnovnijoj razini sastoji od neke vrste "zrna" ili "piksela". Ako je tako, naša stvarnost mora imati nekakvu konačnu "rezoluciju". Tako su neki istraživači protumačili “šum” koji se prije nekoliko godina pojavio u rezultatima detektora gravitacijskih valova Geo600.

Kako bi testirali ovu neobičnu hipotezu, Craig Hogan i njegov tim razvili su najprecizniji interferometar na svijetu, tzv. Hoganov holometaršto bi nam trebalo dati najtočnije mjerenje same biti prostor-vremena. Eksperiment kodnog naziva Fermilab E-990 nije jedan od mnogih drugih. Cilj mu je pokazati kvantnu prirodu samog prostora i prisutnost onoga što znanstvenici nazivaju "holografskim šumom". Holometar se sastoji od dva jedan pored drugog interferometra koji šalju laserske zrake od jednog kilovata na uređaj koji ih dijeli na dva okomita snopa od 40 metara. Oni se reflektiraju i vraćaju na točku razdvajanja, stvarajući fluktuacije u svjetlini svjetlosnih zraka. Ako prouzrokuju određeno kretanje u uređaju za podjelu, onda će to biti dokaz vibracije samog prostora.

Sa stajališta kvantne fizike, to bi moglo nastati bez razloga. bilo koji broj svemira. Našli smo se upravo u ovoj, koja je morala zadovoljiti niz suptilnih uvjeta da bi čovjek u njoj mogao živjeti. Zatim razgovaramo o antropski svijet. Za vjernika je dovoljan jedan antropski svemir koji je stvorio Bog. Materijalistički svjetonazor to ne prihvaća i pretpostavlja da postoji mnogo svemira ili da je trenutni svemir samo faza u beskonačnoj evoluciji multiverzuma.

Autor moderne verzije Hipoteze o svemiru kao simulacija (srodni koncept holograma) je teoretičar Niklas Bostrum. Navodi da je stvarnost koju percipiramo samo simulacija koje nismo svjesni. Znanstvenik je sugerirao da ako možete stvoriti pouzdanu simulaciju cijele civilizacije ili čak cijelog svemira koristeći dovoljno moćno računalo, a simulirani ljudi mogu iskusiti svijest, vrlo je vjerojatno da će postojati veliki broj takvih stvorenja. simulacije koje su stvorile napredne civilizacije - a mi živimo u jednoj od njih, u nečemu sličnom "Matrixu".

Vrijeme nije beskonačno

Dakle, možda je vrijeme za razbijanje paradigmi? Njihovo razotkrivanje nije ništa posebno novo u povijesti znanosti i fizike. Uostalom, bilo je moguće potkopati geocentrizam, poimanje prostora kao neaktivne pozornice i univerzalnog vremena, iz uvjerenja da je svemir statičan, iz vjere u nemilosrdnost mjerenja...

lokalna paradigma više nije tako dobro informiran, ali i on je mrtav. Erwin Schrödinger i drugi tvorci kvantne mehanike primijetili su da prije samog čina mjerenja, naš foton, poput poznate mačke smještene u kutiju, još nije u određenom stanju, istovremeno je polariziran vertikalno i horizontalno. Što bi se moglo dogoditi ako dva zamršena fotona postavimo vrlo udaljeno i zasebno ispitamo njihovo stanje? Sada znamo da ako je foton A horizontalno polariziran, onda foton B mora biti vertikalno polariziran, čak i ako smo ga smjestili milijardu svjetlosnih godina ranije. Obje čestice nemaju točno stanje prije mjerenja, ali nakon otvaranja jedne kutije, druga odmah "zna" koje svojstvo treba poprimiti. Dolazi do neke izvanredne komunikacije koja se odvija izvan vremena i prostora. Prema novoj teoriji isprepletenosti, lokalitet više nije siguran, a dvije naizgled odvojene čestice mogu se ponašati kao referentni okvir, zanemarujući detalje poput udaljenosti.

Budući da se znanost bavi različitim paradigmama, zašto ne bi razbila ustaljena stajališta koja opstaju u glavama fizičara i koja se ponavljaju u istraživačkim krugovima? Možda će to biti spomenuta supersimetrija, možda vjera u postojanje tamne energije i materije, ili možda ideja Velikog praska i širenja Svemira?

Do sada je prevladavalo stajalište da se svemir širi sve većom brzinom i da će se vjerojatno tako nastaviti u nedogled. Međutim, postoje neki fizičari koji su primijetili da teorija vječnog širenja svemira, a posebno njezin zaključak da je vrijeme beskonačno, predstavlja problem u izračunavanju vjerojatnosti nastanka događaja. Neki znanstvenici tvrde da će u sljedećih 5 milijardi godina vrijeme vjerojatno isteći zbog neke vrste katastrofe.

Fizičar Rafael Busso sa Sveučilišta u Kaliforniji i kolege objavili su članak na arXiv.org u kojem objašnjavaju da će se u vječnom svemiru i najnevjerojatniji događaji dogoditi prije ili kasnije - a osim toga, dogodit će se beskonačan broj puta. Budući da je vjerojatnost definirana u smislu relativnog broja događaja, nema smisla navoditi bilo kakvu vjerojatnost u vječnosti, budući da će svaki događaj biti jednako vjerojatan. "Vječna inflacija ima duboke posljedice", piše Busso. "Svaki događaj za koji je vjerojatnost različita od nule dogodit će se beskonačno mnogo puta, najčešće u udaljenim regijama koje nikada nisu bile u kontaktu." To potkopava osnovu vjerojatnosnih predviđanja u lokalnim eksperimentima: ako beskonačan broj promatrača diljem svemira dobije na lutriji, na temelju čega onda možete reći da je dobitak na lutriji malo vjerojatan? Naravno, i nepobjednika je beskonačno mnogo, ali u kojem smislu ih je više?

Jedno rješenje za ovaj problem, objašnjavaju fizičari, je pretpostaviti da će vrijeme isteći. Tada će postojati konačan broj događaja, a malo vjerojatni događaji će se događati rjeđe od vjerojatnih.

Ovaj "rezni" trenutak definira skup određenih dopuštenih događaja. Tako su fizičari pokušali izračunati vjerojatnost da će vrijeme isteći. Navedeno je pet različitih metoda završetka vremena. U dva scenarija postoji 50 posto šanse da će se to dogoditi za 3,7 milijardi godina. Druga dva imaju 50% šanse u roku od 3,3 milijarde godina. U petom scenariju (Planckovo vrijeme) ostalo je vrlo malo vremena. S velikim stupnjem vjerojatnosti, on bi čak mogao biti u ... sljedećoj sekundi.

Zar nije uspjelo?

Na sreću, ovi izračuni predviđaju da su većina promatrača takozvana Boltzmannova djeca, koja su nastala iz kaosa kvantnih fluktuacija u ranom svemiru. Budući da većina nas nije, fizičari su odbacili ovaj scenarij.

"Granica se može promatrati kao objekt s fizičkim atributima, uključujući temperaturu", pišu autori u svom radu. “Nakon kraja vremena, materija će postići termodinamičku ravnotežu s horizontom. Ovo je slično opisu pada materije u crnu rupu, koji je napravio vanjski promatrač.”

Kozmička inflacija i multiverzum

Prva pretpostavka je da Svemir se neprestano širi u beskonačnostšto je posljedica opće teorije relativnosti i dobro je potvrđeno eksperimentalnim podacima. Druga pretpostavka je da se vjerojatnost temelji na relativna učestalost događaja. Konačno, treća pretpostavka je da ako je prostor-vrijeme uistinu beskonačno, onda je jedini način da se odredi vjerojatnost događaja ograničavanje vaše pažnje konačan podskup beskonačnog multiverzuma.

Hoće li to imati smisla?

Argumenti Smolina i Ungera, koji čine osnovu ovog članka, sugeriraju da svoj svemir možemo istraživati ​​samo eksperimentalno, odbacujući pojam multiverzuma. U međuvremenu, analiza podataka prikupljenih europskim svemirskim teleskopom Planck otkrila je prisutnost anomalija koje bi mogle ukazivati ​​na dugogodišnju interakciju između našeg svemira i drugog svemira. Dakle, samo promatranje i eksperiment upućuju na druge svemire.

Anomalije koje je otkrio Opservatorij Planck

Neki fizičari sada nagađaju da ako postoji biće koje se zove Multiverzum i svi njegovi sastavni svemiri nastali u jednom Velikom prasku, onda se to moglo dogoditi između njih. sudara. Prema istraživanju tima Planck Observatory, ti bi sudari bili donekle slični sudaru dvaju mjehurića od sapunice, ostavljajući tragove na vanjskoj površini svemira, što bi se teoretski moglo registrirati kao anomalije u raspodjeli pozadinskog mikrovalnog zračenja. Zanimljivo, čini se da signali koje je snimio Planck teleskop sugeriraju da je neka vrsta svemira blizu nas vrlo različita od našeg, jer razlika između broja subatomskih čestica (bariona) i fotona u njemu može biti čak deset puta veća od " ovdje". . To bi značilo da se temeljni fizički principi mogu razlikovati od onoga što znamo.

Otkriveni signali vjerojatno dolaze iz rane ere svemira – tzv rekombinacijakada su se protoni i elektroni prvi put počeli spajati u atome vodika (vjerojatnost signala iz relativno obližnjih izvora je oko 30%). Prisutnost ovih signala može ukazivati ​​na intenziviranje procesa rekombinacije nakon sudara našeg svemira s drugim, s većom gustoćom barionske tvari.

U situaciji kada se nakupljaju kontradiktorna i najčešće čisto teorijska nagađanja, neki znanstvenici primjetno gube strpljenje. O tome svjedoči snažna izjava Neila Turoka s Instituta Perimeter u Waterloou u Kanadi, koji je u intervjuu za NewScientist 2015. bio iznerviran što “ne možemo razumjeti ono što nalazimo”. Dodao je: “Teorija postaje sve složenija i sofisticiranija. Na problem bacamo uzastopna polja, mjerenja i simetrije, čak i s ključem, ali ne možemo objasniti najjednostavnije činjenice. Mnoge fizičare očito nervira činjenica da mentalna putovanja modernih teoretičara, poput gornjeg obrazloženja ili teorije superstruna, nemaju nikakve veze s eksperimentima koji se trenutno izvode u laboratorijima, te nema dokaza da se mogu testirati. eksperimentalno. .

Je li to doista slijepa ulica i iz nje je potrebno izaći, kako sugeriraju Smolin i njegov prijatelj filozof? Ili možda govorimo o zbrci i zbrci pred nekakvim epohalnim otkrićem koje će nas uskoro čekati?

Pozivamo vas da se upoznate s temom broja u.