Kur mes suklydome?

Fizika atsidūrė nemalonioje aklavietėje. Nors jis turi savo standartinį modelį, neseniai papildytą Higgso dalele, visi šie pasiekimai mažai paaiškina didžiąsias šiuolaikines paslaptis, tamsiąją energiją, tamsiąją medžiagą, gravitaciją, materijos ir antimedžiagos asimetriją ir net neutrinų svyravimus.

Roberto Ungeris ir Lee Smolinas

Lee Smolinas, žinomas fizikas, kuris daugelį metų buvo minimas kaip vienas rimtų kandidatų į Nobelio premiją, neseniai paskelbtas kartu su filosofu Roberto Ungerem, knyga „Singular Universe and the Reality of Time“. Joje autoriai, kiekvienas savo disciplinos požiūriu, analizuoja sumišusią šiuolaikinės fizikos būklę. „Mokslas žlunga, kai palieka eksperimentinio patikrinimo sritį ir neigimo galimybę“, – rašo jie. Jie ragina fizikus grįžti į praeitį ir ieškoti naujos pradžios.

Jų pasiūlymai yra gana konkretūs. Pavyzdžiui, Smolinas ir Ungeris nori, kad grįžtume prie koncepcijos Viena visata. Priežastis paprasta - mes patiriame tik vieną visatą ir vieną iš jų galima moksliškai ištirti, o teiginiai apie jų daugumos egzistavimą yra empiriškai nepatvirtinti.. Kita prielaida, kurią Smolinas ir Ungeris siūlo priimti, yra tokia. laiko realybenesuteikti teoretikams šanso atitrūkti nuo tikrovės esmės ir jos virsmų. Ir galiausiai autoriai ragina suvaržyti aistrą matematikai, kuri savo „gražiais“ ir elegantiškais modeliais atitrūksta nuo tikrai patirto ir galimo pasaulio. eksperimentiškai patikrinti.

Kas žino "matematiškai gražus" stygų teorija, pastarasis lengvai atpažįsta savo kritiką aukščiau pateiktuose postulatuose. Tačiau problema yra bendresnė. Daugelis teiginių ir publikacijų šiandien mano, kad fizika pateko į aklavietę. Daugelis tyrinėtojų pripažįsta, kad kažkur pakeliui padarėme klaidą.

Taigi Smolinas ir Ungeris nėra vieni. Prieš kelis mėnesius „Gamtoje“ Džordžas Elisas i Juozapas Šilkas paskelbė straipsnį apie saugantis fizikos vientisumąkritikuojant tuos, kurie vis labiau linkę atidėti neapibrėžtam „rytojui“ eksperimentus, kad išbandytų įvairias „madingas“ kosmologines teorijas. Jiems turėtų būti būdinga „pakankama elegancija“ ir aiškinamoji vertė. „Tai sulaužo šimtmečių senumo mokslinę tradiciją, kad mokslinės žinios yra žinios. empiriškai patvirtintamokslininkai primena. Faktai aiškiai rodo šiuolaikinės fizikos „eksperimentinę aklavietę“.. Naujausios teorijos apie pasaulio ir Visatos prigimtį bei sandarą, kaip taisyklė, negali būti patikrintos žmonijai prieinamais eksperimentais.

Supersimetriniai dalelių analogai – vizualizacija

Atradę Higso bozoną, mokslininkai „pasiekė“ Standartinis modelis. Tačiau fizikos pasaulis toli gražu nėra patenkintas. Mes žinome apie visus kvarkus ir leptonus, bet neįsivaizduojame, kaip tai suderinti su Einšteino gravitacijos teorija. Mes nežinome, kaip sujungti kvantinę mechaniką su gravitacija, kad sukurtume nuoseklią kvantinės gravitacijos teoriją. Mes taip pat nežinome, kas yra Didysis sprogimas (ar jis tikrai buvo).

Šiuo metu, pavadinkime tai pagrindiniais fizikais, jie mato kitą žingsnį po standartinio modelio supersimetrija (SUSY), kuris numato, kad kiekviena mums žinoma elementarioji dalelė turi simetrišką „partnerį“. Tai padvigubina bendrą materijos statybinių blokų skaičių, tačiau teorija puikiai įsilieja į matematines lygtis ir, svarbiausia, suteikia galimybę atskleisti kosminės tamsiosios materijos paslaptį. Beliko laukti eksperimentų su didžiuoju hadronų greitintuvu rezultatų, kurie patvirtins supersimetrinių dalelių egzistavimą.

Tačiau iš Ženevos tokių atradimų dar negirdėti. Jei iš eksperimentų LHC vis dar neatsiranda nieko naujo, daugelis fizikų mano, kad supersimetrinės teorijos turėtų būti tyliai atšauktos. superstygakuri remiasi supersimetrija. Yra mokslininkų, kurie yra pasirengę ją ginti, net jei ji neranda eksperimentinio patvirtinimo, nes SUSA teorija yra „per graži, kad būtų klaidinga“. Jei reikia, jie ketina iš naujo įvertinti savo lygtis, kad įrodytų, jog supersimetrinės dalelių masės tiesiog nepatenka į LHC diapazoną.

Anomalija pagoniška anomalija

Įspūdžiai – lengva pasakyti! Tačiau kai, pavyzdžiui, fizikams pavyksta iškelti miuoną į orbitą aplink protoną, o protonas „išsipučia“, tada su mums žinoma fizika pradeda dėtis keisti dalykai. Sukuriama sunkesnė vandenilio atomo versija ir paaiškėja, kad branduolys, t.y. protonas tokiame atome yra didesnis (t.y. turi didesnį spindulį) nei „paprastasis“ protonas.

Fizika, kaip mes žinome, negali paaiškinti šio reiškinio. Miuonas, leptonas, pakeičiantis elektroną atome, turėtų elgtis kaip elektronas – ir taip elgiasi, bet kodėl šis pokytis turi įtakos protono dydžiui? Fizikai to nesupranta. Galbūt jie galėtų tai įveikti, bet... palaukite. Protono dydis yra susijęs su dabartinėmis fizikos teorijomis, ypač standartiniu modeliu. Teoretikai pradėjo išlieti šią nepaaiškinamą sąveiką naujos rūšies fundamentalioji sąveika. Tačiau tai kol kas tik spėlionės. Pakeliui buvo atlikti eksperimentai su deuterio atomais, manant, kad branduolyje esantis neutronas gali paveikti poveikį. Protonai buvo dar didesni su aplinkiniais miuonais nei su elektronais.

Kita palyginti nauja fizinė keistenybė yra egzistavimas, atsiradęs dėl Dublino Trinity College mokslininkų tyrimų. nauja šviesos forma. Viena iš išmatuotų šviesos charakteristikų yra jos kampinis impulsas. Iki šiol buvo manoma, kad daugelyje šviesos formų kampinis impulsas yra kartotinis Plancko konstanta. Tuo tarpu dr. Kyle'as Ballantyne'as ir profesorius Paulas Easthamas i Džonas Doneganas atrado šviesos formą, kurioje kiekvieno fotono kampinis impulsas yra pusė Planko konstantos.

Šis nuostabus atradimas rodo, kad net pagrindinės šviesos savybės, kurios, mūsų manymu, yra pastovios, gali būti pakeistos. Tai turės realios įtakos šviesos prigimties tyrimams ir bus praktiškai pritaikyta, pavyzdžiui, saugiuose optiniuose ryšiuose. Nuo devintojo dešimtmečio fizikai domėjosi, kaip dalelės juda tik dviejose trimatės erdvės dimensijose. Jie nustatė, kad tada susidursime su daugybe neįprastų reiškinių, įskaitant daleles, kurių kvantinės vertės būtų trupmenos. Dabar tai įrodyta dėl šviesos. Tai labai įdomu, bet tai reiškia, kad daug teorijų vis dar turi būti atnaujintos. Ir tai tik pradžia ryšio su naujais atradimais, atnešančiais fermentaciją į fiziką.

Prieš metus žiniasklaidoje pasirodė informacija, kurią Kornelio universiteto fizikai patvirtino savo eksperimente. Kvantinis Zeno efektas – galimybė sustabdyti kvantinę sistemą tik atliekant nuolatinius stebėjimus. Jis pavadintas senovės graikų filosofo, kuris teigė, kad judėjimas yra iliuzija, kuri iš tikrųjų neįmanoma, vardu. Senovės mąstymo ryšys su šiuolaikine fizika yra darbas Baidyanatha Misri i Džordžas Sudaršanas iš Teksaso universiteto, kuris šį paradoksą aprašė 1977 m. Davidas Winelandas, amerikiečių fizikas ir Nobelio fizikos premijos laureatas, su kuriuo MT kalbėjo 2012 m. lapkritį, pirmą kartą eksperimentiškai pastebėjo Zenono efektą, tačiau mokslininkai nesutiko, ar jo eksperimentas patvirtino šio reiškinio egzistavimą.

Wheelerio eksperimento vizualizacija

Praėjusiais metais jis padarė naują atradimą Mukundas Vengalatorėkuris kartu su savo tyrimų grupe atliko eksperimentą Kornelio universiteto ultrašalčio laboratorijoje. Mokslininkai vakuuminėje kameroje sukūrė ir atvėsino maždaug vieno milijardo rubidžio atomų dujas ir suspendavo masę tarp lazerio spindulių. Atomai susitvarkė ir sudarė gardelių sistemą – elgėsi taip, lyg būtų kristaliniame kūne. Labai šaltu oru jie galėjo judėti iš vietos į vietą labai mažu greičiu. Fizikai juos stebėjo mikroskopu ir apšvietė lazerine vaizdo sistema, kad galėtų juos pamatyti. Kai lazeris buvo išjungtas arba esant mažam intensyvumui, atomai tuneliavo laisvai, tačiau lazerio spindulys ryškėjo ir matavimai buvo atliekami dažniau, įsiskverbimo greitis smarkiai sumažėjo.

Vengalatore apibendrino savo eksperimentą taip: „Dabar mes turime unikalią galimybę kontroliuoti kvantinę dinamiką vien tik stebint“. Ar „proto amžiuje“ buvo išjuokti „idealistiniai“ mąstytojai, nuo Zenono iki Berklio, ar jie teisūs, kad objektai egzistuoja tik todėl, kad į juos žiūrime?

Pastaruoju metu dažnai atsiranda įvairių anomalijų ir nesuderinamumo su (matyt) teorijomis, kurios per metus stabilizavosi. Kitas pavyzdys – iš astronominių stebėjimų – prieš kelis mėnesius paaiškėjo, kad Visata plečiasi greičiau, nei rodo žinomi fiziniai modeliai. Remiantis 2016 m. balandžio mėn. „Nature“ straipsniu, Johnso Hopkinso universiteto mokslininkų atlikti matavimai buvo 8% didesni, nei tikėjosi šiuolaikinė fizika. Mokslininkai panaudojo naują metodą vadinamųjų standartinių žvakių analizė, t.y. šviesos šaltiniai laikomi stabiliais. Vėlgi, mokslinės bendruomenės komentarai teigia, kad šie rezultatai rodo rimtą dabartinių teorijų problemą.

Vienas iškiliausių šiuolaikinių fizikų, Johnas Archibaldas Wheeleris, pasiūlė tuo metu žinomo dvigubo plyšio eksperimento kosminę versiją. Jo psichikos plane šviesa iš kvazaro, esančio už milijardo šviesmečių, eina per dvi priešingas galaktikos puses. Jei stebėtojai stebės kiekvieną iš šių kelių atskirai, jie matys fotonus. Jei abu iš karto, jie pamatys bangą. Vadinasi Sam stebėjimo veiksmas pakeičia šviesos prigimtįkuris prieš milijardą metų paliko kvazarą.

Pasak Wheelerio, tai, kas išdėstyta pirmiau, įrodo, kad visata negali egzistuoti fizine prasme, bent jau ta prasme, kuria esame įpratę suprasti „fizinę būseną“. To negalėjo nutikti ir anksčiau, kol... neatlikome matavimo. Taigi mūsų dabartinė dimensija daro įtaką praeičiai. Taigi, savo stebėjimais, aptikimais ir matavimais formuojame praeities įvykius atgal į praeitį, iki ... Visatos pradžios!

Hologramos skiriamoji geba baigiasi

Atrodo, kad juodosios skylės fizika rodo, kaip teigia bent jau kai kurie matematiniai modeliai, kad mūsų visata nėra tokia, kokia mums sako mūsų pojūčiai, ty trimatė (ketvirtąją dimensiją, laiką, informuoja protas). Realybė, kuri mus supa, gali būti holograma yra iš esmės dvimatės tolimosios plokštumos projekcija. Jei šis visatos vaizdas yra teisingas, erdvėlaikio trimatės prigimties iliuzija gali būti išsklaidyta, kai tik mūsų turimos tyrimo priemonės taps pakankamai jautrios. Craigas Hoganas, Fermilab fizikos profesorius, daug metų paskyręs pagrindinės visatos struktūros tyrinėjimui, teigia, kad šis lygis ką tik pasiektas. Jei visata yra holograma, galbūt mes pasiekėme tikrovės raiškos ribas. Kai kurie fizikai iškelia intriguojančią hipotezę, kad erdvėlaikis, kuriame gyvename, galiausiai nėra tęstinis, bet, kaip ir vaizdas skaitmeninėje nuotraukoje, pagrindiniu lygmeniu susideda iš kažkokių „grūdelių“ ar „pikselių“. Jei taip, mūsų tikrovė turi turėti kažkokią galutinę „rezoliuciją“. Taip kai kurie tyrinėtojai interpretavo prieš keletą metų „Geo600“ gravitacinių bangų detektoriaus rezultatuose pasirodžiusį „triukšmą“.

Norėdami patikrinti šią neįprastą hipotezę, Craigas Hoganas ir jo komanda sukūrė tiksliausią pasaulyje interferometrą, vadinamą Hogano holometraskuris turėtų mums tiksliausiai išmatuoti pačią erdvėlaikio esmę. Eksperimentas, kodiniu pavadinimu Fermilab E-990, nėra vienas iš daugelio kitų. Juo siekiama parodyti pačios erdvės kvantinę prigimtį ir tai, ką mokslininkai vadina „holografiniu triukšmu“. Holometrą sudaro du vienas šalia kito esantys interferometrai, kurie siunčia vieno kilovato lazerio spindulius į įrenginį, kuris juos padalija į du statmenus 40 metrų spindulius. Jie atsispindi ir grąžinami į atsiskyrimo tašką, sukuriant šviesos spindulių ryškumo svyravimus. Jei jie sukelia tam tikrą judėjimą padalijimo įrenginyje, tai bus pačios erdvės vibracijos įrodymas.

Kvantinės fizikos požiūriu tai gali atsirasti be priežasties. bet koks visatų skaičius. Atsidūrėme būtent šiame, kuris turėjo atitikti daugybę subtilių sąlygų, kad žmogus galėtų jame gyventi. Tada kalbame apie antropinis pasaulis. Tikinčiajam užtenka vienos antropinės Dievo sukurtos visatos. Materialistinė pasaulėžiūra to nepriima ir daro prielaidą, kad yra daug visatų arba kad dabartinė visata yra tik begalinės multivisatos evoliucijos etapas.

Šiuolaikinės versijos autorius Visatos hipotezės kaip modeliavimas (susijusi hologramos sąvoka) yra teoretikas Niklasas Bostromas. Jame teigiama, kad realybė, kurią mes suvokiame, yra tik simuliacija, kurios mes nežinome. Mokslininkas pasiūlė, kad jei naudojant pakankamai galingą kompiuterį pavyks sukurti patikimą visos civilizacijos ar net visos visatos modeliavimą, o imituojami žmonės gali patirti sąmonę, labai tikėtina, kad tokių būtybių bus labai daug. . pažangių civilizacijų sukurtos simuliacijos – ir mes gyvename vienoje iš jų, kažkuo panašaus į „Matricą“.

Laikas nėra begalinis

Tad gal laikas laužyti paradigmas? Jų demaskavimas nėra nieko ypač naujo mokslo ir fizikos istorijoje. Juk buvo galima sugriauti geocentrizmą, erdvės kaip neaktyvios stadijos ir visuotinio laiko sampratą, nuo tikėjimo, kad Visata yra statiška, nuo tikėjimo matavimo negailestingumu...

vietinė paradigma jis nebėra taip gerai informuotas, bet irgi miręs. Erwinas Schrödingeris ir kiti kvantinės mechanikos kūrėjai pastebėjo, kad prieš matavimo aktą mūsų fotonas, kaip ir garsioji katė, įdėta į dėžę, dar nėra tam tikros būsenos, yra poliarizuotas vertikaliai ir horizontaliai vienu metu. Kas gali nutikti, jei du įsipainiojusius fotonus pastatysime labai toli vienas nuo kito ir išnagrinėsime jų būseną atskirai? Dabar žinome, kad jei fotonas A yra horizontaliai poliarizuotas, fotonas B turi būti vertikaliai poliarizuotas, net jei mes jį patalpinome milijardu šviesmečių anksčiau. Abi dalelės neturi tikslios būsenos prieš matavimą, tačiau atidarius vieną dėžutę kita iš karto „žino“, kokią savybę turi įgyti. Kalbama apie kažkokį nepaprastą bendravimą, vykstantį už laiko ir erdvės ribų. Pagal naująją įsipainiojimo teoriją lokalumas nebėra tikrumas, o dvi akivaizdžiai atskiros dalelės gali veikti kaip atskaitos sistema, nepaisydamos tokių detalių kaip atstumas.

Kadangi mokslas susiduria su skirtingomis paradigmomis, kodėl jis neturėtų sugriauti nusistovėjusių požiūrių, kurie išlieka fizikų galvose ir kartojami tyrinėtojų ratuose? Gal tai bus minėta supersimetrija, gal tikėjimas tamsiosios energijos ir materijos egzistavimu, o gal Didžiojo sprogimo ir Visatos plėtimosi idėja?

Iki šiol vyravo nuomonė, kad visata plečiasi vis sparčiau ir tikriausiai tęsis neribotą laiką. Tačiau yra keletas fizikų, pastebėjusių, kad amžinojo visatos plėtimosi teorija ir ypač jos išvada, kad laikas yra begalinis, kelia problemų apskaičiuojant įvykio tikimybę. Kai kurie mokslininkai teigia, kad per ateinančius 5 milijardus metų laikas tikriausiai pritrūks dėl kažkokios katastrofos.

fizika Rafaelis Busso iš Kalifornijos universiteto su kolegomis arXiv.org paskelbė straipsnį, kuriame aiškina, kad amžinoje visatoje anksčiau ar vėliau įvyks net patys neįtikėtiniausi įvykiai – be to, jie įvyks be galo daug kartų. Kadangi tikimybė apibrėžiama santykiniu įvykių skaičiumi, nėra prasmės teigti tikimybę amžinybėje, nes kiekvienas įvykis bus vienodai tikėtinas. „Nuolatinė infliacija turi didelių pasekmių“, – rašo Busso. „Bet koks įvykis, kurio tikimybė įvykti yra ne nulinė, įvyks be galo daug kartų, dažniausiai atokiuose regionuose, kuriuose niekada nebuvo kontakto. Tai kenkia tikimybinių prognozių pagrindui atliekant vietinius eksperimentus: jei loterijoje laimi begalinis stebėtojų skaičius visoje visatoje, tai kuo remiantis galima teigti, kad laimėti loterijoje mažai tikėtina? Žinoma, yra ir be galo daug nelaimėtojų, bet kokia prasme jų daugiau?

Fizikai aiškina, kad vienas iš šios problemos sprendimų yra manyti, kad laikas baigsis. Tada įvykių bus ribotas skaičius, o mažai tikėtini įvykiai įvyks rečiau nei tikėtini.

Šis „nukirpimo“ momentas apibrėžia tam tikrų leidžiamų įvykių rinkinį. Taigi fizikai bandė apskaičiuoti tikimybę, kad laikas baigsis. Pateikiami penki skirtingi laiko pabaigos metodai. Pagal šiuos du scenarijus yra 50 procentų tikimybė, kad tai įvyks po 3,7 milijardo metų. Kiti du turi 50% tikimybę per 3,3 milijardo metų. Penktajame scenarijuje (Planko laikas) liko labai mažai laiko. Esant didelei tikimybei, jis netgi gali būti... kitą sekundę.

Nepavyko?

Laimei, šie skaičiavimai numato, kad dauguma stebėtojų yra vadinamieji Boltzmanno vaikai, kylantys iš ankstyvosios visatos kvantinių svyravimų chaoso. Kadangi dauguma iš mūsų tokie nėra, fizikai atmetė šį scenarijų.

„Riba gali būti vertinama kaip objektas, turintis fizinių savybių, įskaitant temperatūrą“, – rašo autoriai savo darbe. „Sulaukusi laiko pabaigos, materija pasieks termodinaminę pusiausvyrą su horizontu. Tai panašu į išorinio stebėtojo sukurtą materijos, patenkančios į juodąją skylę, aprašymą.

Kosminė infliacija ir multivisata

Pirmoji prielaida yra ta Visata nuolat plečiasi iki begalybėskuri yra bendrosios reliatyvumo teorijos pasekmė ir yra gerai patvirtinta eksperimentiniais duomenimis. Antroji prielaida yra ta, kad tikimybė yra pagrįsta santykinis įvykių dažnis. Galiausiai, trečioji prielaida yra ta, kad jei erdvėlaikis tikrai begalinis, tai vienintelis būdas nustatyti įvykio tikimybę yra apriboti dėmesį baigtinis begalinės multivisatos poaibis.

Ar bus prasminga?

Smolino ir Ungerio argumentai, kuriais grindžiamas šis straipsnis, leidžia manyti, kad savo visatą galime tyrinėti tik eksperimentiškai, atmesdami multivisatos sąvoką. Tuo tarpu Europos Plancko kosminio teleskopo surinktų duomenų analizė atskleidė, kad esama anomalijų, kurios gali rodyti ilgalaikę sąveiką tarp mūsų visatos ir kitos. Taigi vien stebėjimas ir eksperimentas rodo kitas visatas.

Plancko observatorijos aptiktos anomalijos

Kai kurie fizikai dabar spėja, kad jei egzistuoja būtybė, vadinama Multivisata, ir visos ją sudarančios visatos atsirado per vieną Didįjį sprogimą, tai galėjo įvykti tarp jų. susirėmimų. Remiantis Plancko observatorijos komandos tyrimais, šie susidūrimai būtų šiek tiek panašūs į dviejų muilo burbulų susidūrimą, palikdami išoriniame visatų paviršiuje pėdsakus, kuriuos teoriškai būtų galima užregistruoti kaip mikrobangų foninės spinduliuotės pasiskirstymo anomalijas. Įdomu tai, kad Plancko teleskopo užfiksuoti signalai rodo, kad kažkokia mums artima Visata labai skiriasi nuo mūsų, nes skirtumas tarp subatominių dalelių (barionų) ir fotonų skaičiaus joje gali būti net dešimt kartų didesnis nei „ čia". . Tai reikštų, kad pagrindiniai fiziniai principai gali skirtis nuo to, ką mes žinome.

Aptikti signalai greičiausiai kilę iš ankstyvosios Visatos eros – vadinamosios rekombinacijakai protonai ir elektronai pirmą kartą pradėjo jungtis ir sudaryti vandenilio atomus (signalo iš santykinai netoliese esančių šaltinių tikimybė yra apie 30%). Šių signalų buvimas gali rodyti rekombinacijos proceso suintensyvėjimą po mūsų Visatos susidūrimo su kita, turinčia didesnį barioninės medžiagos tankį.

Esant situacijai, kai kaupiasi prieštaringi ir dažniausiai grynai teoriniai spėjimai, kai kurie mokslininkai pastebimai praranda kantrybę. Tai liudija atviras Neilo Turoko iš Perimetro instituto Vaterlo mieste (Kanada) pareiškimas, kuris 2015 m. interviu „NewScientist“ buvo susierzinęs, kad „mes nesugebame suprasti to, ką randame“. Jis pridūrė: „Teorija tampa vis sudėtingesnė ir sudėtingesnė. Mes metame nuoseklius laukus, matavimus ir simetrijas į problemą, net ir veržliarakčiu, bet negalime paaiškinti paprasčiausių faktų. Daugelį fizikų akivaizdžiai erzina tai, kad šiuolaikinių teoretikų psichinės kelionės, tokios kaip aukščiau pateiktas samprotavimas ar superstygų teorija, neturi nieko bendra su šiuo metu laboratorijose atliekamais eksperimentais ir nėra įrodymų, kad juos būtų galima išbandyti. eksperimentiškai. .

Ar tikrai tai aklavietė ir būtina iš jos išeiti, kaip pasiūlė Smolinas ir jo draugas filosofas? O gal kalbame apie sumaištį ir sumaištį prieš kokį nors epochinį atradimą, kuris netrukus mūsų lauks?

Kviečiame susipažinti su numerio tema.