Gdje smo pogriješili?

Fizika se našla u neprijatnoj slijepoj ulici. Iako ima svoj standardni model, koji je nedavno dopunjen Higgsovom česticom, svi ovi napretci malo objašnjavaju velike moderne misterije, tamnu energiju, tamnu materiju, gravitaciju, asimetrije materije i antimaterije, pa čak i oscilacije neutrina.

Roberto Unger i Lee Smolin

Lee Smolin, poznati fizičar koji se godinama pominje kao jedan od ozbiljnih kandidata za Nobelovu nagradu, nedavno objavljenu sa filozofom Roberto Ungerem, knjiga “Singularni univerzum i stvarnost vremena”. U njemu autori analiziraju, svaki sa stanovišta svoje discipline, konfuzno stanje moderne fizike. "Nauka propada kada napusti područje eksperimentalne verifikacije i mogućnosti poricanja", pišu oni. Oni pozivaju fizičare da se vrate u prošlost i potraže novi početak.

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

Ko zna "matematicki lijep" teorija struna, ovaj drugi lako prepoznaje svoju kritiku u gornjim postulatima. Međutim, problem je opštiji. Mnoge izjave i publikacije danas veruju da je fizika došla u ćorsokak. Mora da smo negdje usput pogriješili, priznaju mnogi istraživači.

Dakle, Smolin i Unger nisu sami. Prije nekoliko mjeseci u "Prirodi" George Ellis i Joseph Silk objavio članak o štiteći integritet fizikekritikujući one koji su sve skloniji odlaganju na neodređeno "sutra" eksperimente radi testiranja raznih "modnih" kosmoloških teorija. Trebalo bi da ih karakteriše "dovoljna elegancija" i objašnjavajuća vrednost. „Ovim se razbija vekovna naučna tradicija da je naučno znanje znanje. empirijski potvrđenopodsjećaju naučnici. Činjenice jasno pokazuju "eksperimentalni ćorsokak" moderne fizike.. Najnovije teorije o prirodi i strukturi svijeta i Univerzuma, po pravilu, ne mogu se provjeriti eksperimentima dostupnim čovječanstvu.

Analogi supersimetričnih čestica - vizualizacija

Otkrivanjem Higsovog bozona naučnici su "postigli" Standardni model. Međutim, svijet fizike je daleko od zadovoljstva. Znamo za sve kvarkove i leptone, ali nemamo pojma kako to pomiriti sa Ajnštajnovom teorijom gravitacije. Ne znamo kako spojiti kvantnu mehaniku sa gravitacijom da bismo stvorili koherentnu teoriju kvantne gravitacije. Takođe ne znamo šta je Veliki prasak (ili da li ga je zaista bilo).

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". Ovo udvostručuje ukupan broj gradivnih blokova za materiju, ali teorija se savršeno uklapa u matematičke jednadžbe i, što je još važnije, nudi priliku da se otkrije misterija kosmičke tamne materije. 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 LHC eksperimenata još ne pojavi ništa novo, mnogi fizičari smatraju da supersimetrične teorije treba tiho povući, kao i nadgradnjukoji se zasniva na supersimetriji. Postoje naučnici koji su spremni da je brane, čak i ako ne nađe eksperimentalnu potvrdu, jer je teorija SUSA „previše lepa da bi bila lažna“. Ako je potrebno, namjeravaju ponovo procijeniti svoje jednadžbe kako bi dokazali da su supersimetrične mase čestica jednostavno izvan opsega LHC-a.

Anomalija paganska anomalija

Utisci - lako je reći! Međutim, kada, na primjer, fizičari uspiju staviti mion u orbitu oko protona, a proton "nabubri", tada se nama poznatoj fizici počinju događati čudne stvari. Stvara se teža verzija atoma vodika i ispada da jezgro, tj. 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 ova promjena utječe na veličinu protona? Fizičari ovo ne razumeju. Možda bi to mogli preboljeti, ali... čekaj malo. Veličina protona je povezana sa trenutnim teorijama fizike, posebno sa standardnim modelom. Teoretičari su počeli da daju oduška ovoj neobjašnjivoj interakciji nova vrsta fundamentalne interakcije. Međutim, ovo je za sada samo nagađanje. Usput su izvedeni eksperimenti s atomima deuterija, vjerujući da neutron u jezgri može utjecati na efekte. 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 naučnika sa Trinity College Dublin. novi oblik svetlosti. Jedna od izmjerenih karakteristika svjetlosti je njen ugaoni moment. Do sada se vjerovalo da je u mnogim oblicima svjetlosti ugaoni moment višekratnik Plankova konstanta. U međuvremenu, Dr. Kyle Ballantine i profesor Paul Eastham i John Donegan otkrio oblik svjetlosti u kojem je ugaoni moment svakog fotona pola Planckove konstante.

Ovo izvanredno otkriće pokazuje da se čak i osnovna svojstva svjetlosti za koja smo mislili da su konstantna mogu promijeniti. Ovo 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 veoma interesantno, ali znači da mnoge teorije još uvek treba da se ažuriraju. A ovo je samo početak povezivanja s novim otkrićima koja donose fermentaciju u fiziku.

Prije godinu dana u medijima se pojavila informacija koju su fizičari sa Univerziteta Cornell potvrdili u svom eksperimentu. Kvantni Zeno efekat – mogućnost zaustavljanja kvantnog sistema samo kontinuiranim opservacijama. Ime je dobio po starogrčkom filozofu koji je tvrdio da je kretanje iluzija koja je u stvarnosti nemoguća. Veza drevne misli sa modernom fizikom je djelo Baidyanatha Egipat i George Sudarshan sa Univerziteta u Teksasu, koji je opisao ovaj paradoks 1977. David Wineland, američki fizičar i dobitnik Nobelove nagrade za fiziku, sa kojim je MT razgovarao u novembru 2012. godine, napravio je prvo eksperimentalno zapažanje Zenonovog efekta, ali se naučnici nisu složili da li je njegov eksperiment potvrdio postojanje fenomena.

Vizualizacija Wheelerovog eksperimenta

Prošle godine je došao do novog otkrića Mukund Vengalattorekoji je zajedno sa svojim istraživačkim timom izveo eksperiment u ultrahladnoj laboratoriji na Univerzitetu Cornell. Naučnici su stvorili i ohladili gas od oko milijardu atoma rubidijuma u vakuumskoj komori i suspendovali masu između laserskih zraka. Atomi su se sami organizovali i formirali rešetkasti sistem – ponašali su se kao da su u kristalnom telu. Po veoma hladnom vremenu, mogli su se kretati s mjesta na mjesto vrlo malom brzinom. Fizičari su ih posmatrali pod mikroskopom i osvijetlili ih laserskim sistemom za snimanje kako bi ih mogli vidjeti. Kada je laser bio isključen ili pri niskom intenzitetu, atomi su slobodno tunelirali, ali kako je laserski snop postajao svjetliji i mjerenja su vršena sve češće, stopa penetracije je naglo opala.

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

U posljednje vrijeme često su se pojavljivale razne anomalije i nedosljednosti sa (očigledno) teorijama koje su se godinama stabilizovale. Drugi primjer dolazi iz astronomskih opservacija – prije nekoliko mjeseci se pokazalo da se svemir širi brže nego što sugeriraju poznati fizički modeli. Prema članku Nature iz aprila 2016., mjerenja naučnika sa Univerziteta Johns Hopkins bila su 8% veća od očekivanja moderne fizike. Naučnici su koristili novu metodu analiza tzv. standardnih svijeća, tj. izvori svjetlosti se smatraju stabilnim. Opet, komentari naučne zajednice kažu da ovi rezultati ukazuju na ozbiljan problem sa trenutnim teorijama.

Jedan od izuzetnih savremenih fizičara, John Archibald Wheeler, predložio svemirsku verziju eksperimenta sa dvostrukim prorezom poznatog u to vrijeme. U njegovom mentalnom dizajnu, svjetlost iz kvazara, udaljenog milijardu svjetlosnih godina, prolazi kroz dvije suprotne strane galaksije. Ako posmatrači posmatraju svaku od ovih putanja posebno, videće fotone. Ako oboje odjednom, videće talas. Dakle Sam čin posmatranja menja prirodu svetlostikoji je napustio kvazar prije milijardu godina.

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

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 čula govore da bude, to jest, trodimenzionalan (četvrtu dimenziju, vrijeme, informiše um). Stvarnost koja nas okružuje može biti hologram je projekcija u suštini dvodimenzionalne, daleke ravni. Ako je ova slika svemira tačna, iluzija o trodimenzionalnoj prirodi prostor-vremena može se razbiti čim istraživački alati koji su nam na raspolaganju postanu adekvatno osjetljivi. Craig Hogan, profesor fizike u Fermilabu koji je proveo godine proučavajući fundamentalnu strukturu univerzuma, sugeriše da je ovaj nivo tek dostignut. Ako je svemir hologram, možda smo dostigli granice rezolucije stvarnosti. Neki fizičari iznijeli su intrigantnu hipotezu da prostor-vrijeme u kojem živimo nije u konačnici kontinuirano, već se, poput slike na digitalnoj fotografiji, na svom najosnovnijem nivou sastoji od neke vrste "zrna" ili "piksela". Ako je tako, naša stvarnost mora imati nekakvu konačnu "rezoluciju". Ovako 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. Hogan holometarkoji bi nam trebao dati najtačnije mjerenje same suštine prostor-vremena. Eksperiment, kodnog naziva Fermilab E-990, nije jedan od mnogih drugih. Cilj mu je pokazati kvantnu prirodu samog prostora i prisustvo onoga što naučnici nazivaju "holografskom bukom". Holometar se sastoji od dva jedan pored drugog interferometra koji šalju laserske zrake od jednog kilovata do uređaja koji ih dijeli na dva okomita snopa od 40 metara. Oni se reflektuju i vraćaju na tačku razdvajanja, stvarajući fluktuacije u sjaju svetlosnih zraka. Ako izazovu određeno kretanje u uređaju za podjelu, onda će to biti dokaz vibracije samog prostora.

Sa stanovišta kvantne fizike, to bi moglo nastati bez razloga. bilo koji broj univerzuma. Našli smo se baš u ovoj, koja je morala da ispuni niz suptilnih uslova da bi čovek u njoj živeo. Onda razgovaramo o tome antropski svijet. Za vjernika je dovoljan jedan antropski univerzum koji je stvorio Bog. Materijalistički pogled na svijet to ne prihvaća i pretpostavlja da postoji mnogo svemira ili da je trenutni univerzum samo faza u beskonačnoj evoluciji multiverzuma.

Autor moderne verzije Univerzumske hipoteze kao simulacija (povezan koncept holograma) je teoretičar Niklas Bostrum. Ona kaže da je stvarnost koju opažamo samo simulacija koje nismo svjesni. Naučnik je predložio da ako možete kreirati pouzdanu simulaciju cijele civilizacije ili čak cijelog svemira koristeći dovoljno moćan kompjuter, a simulirani ljudi mogu iskusiti svijest, vrlo je vjerovatno da će postojati veliki broj takvih stvorenja. simulacije koje su kreirale napredne civilizacije - a mi živimo u jednoj od njih, u nečem sličnom "Matrixu".

Vrijeme nije beskonačno

Dakle, možda je vrijeme da se razbiju paradigme? Njihovo razotkrivanje nije ništa posebno novo u istoriji nauke i fizike. Na kraju krajeva, bilo je moguće potkopati geocentrizam, predstavu o prostoru kao neaktivnom stadijumu i univerzalnom vremenu, iz verovanja da je Univerzum statičan, iz vere u nemilosrdnost merenja...

lokalna paradigma više nije tako dobro informisan, ali i on je mrtav. Erwin Schrödinger i drugi tvorci kvantne mehanike uočili su da prije samog čina mjerenja, naš foton, poput čuvene mačke smještene u kutiju, još nije u određenom stanju, već je istovremeno polariziran vertikalno i horizontalno. Šta bi se moglo dogoditi ako dva zamršena fotona postavimo veoma udaljena 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 tačno 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.

Pošto se nauka bavi različitim paradigmama, zašto ne bi razbila ustaljena gledišta koja opstaju u glavama fizičara i koja se ponavljaju u istraživačkim krugovima? Možda će to biti spomenuta supersimetrija, možda vjerovanje u postojanje tamne energije i materije, ili možda ideja Velikog praska i širenja Univerzuma?

Do sada je preovladavalo gledište da se svemir širi sve većom brzinom i da će se vjerovatno tako nastaviti u nedogled. Međutim, postoje neki fizičari koji su primijetili da teorija vječne ekspanzije svemira, a posebno njen zaključak da je vrijeme beskonačno, predstavlja problem u izračunavanju vjerovatnoće da će se događaj dogoditi. Neki naučnici tvrde da će u narednih 5 milijardi godina vrijeme vjerovatno isteći zbog neke vrste katastrofe.

Fizičar Rafael Busso sa Univerziteta u Kaliforniji i kolege objavili su članak na arXiv.org u kojem objašnjavaju da će se u vječnom svemiru čak i najnevjerovatniji događaji dogoditi prije ili kasnije - a osim toga, desit će se beskonačan broj puta. Budući da je vjerovatnoća definirana u smislu relativnog broja događaja, nema smisla navoditi bilo kakvu vjerovatnoću u vječnosti, jer će svaki događaj biti jednako vjerovatan. „Vječna inflacija ima duboke posljedice“, piše Busso. “Svaki događaj za koji je vjerovatnoća različita od nule dogodit će se beskonačno mnogo puta, najčešće u udaljenim regijama koje nikada nisu bile u kontaktu.” Ovo potkopava osnovu vjerovatnosti predviđanja u lokalnim eksperimentima: ako beskonačan broj posmatrača širom svemira dobije na lutriji, na osnovu čega onda možete reći da je dobitak na lutriji malo vjerojatan? Naravno, ima i beskonačno mnogo nepobednika, ali u kom smislu ih ima više?

Jedno rješenje za ovaj problem, objašnjavaju fizičari, je pretpostavka da će vrijeme isteći. Tada će postojati konačan broj događaja, a malo verovatni događaji će se dešavati rjeđe od verovatnih.

Ovaj "rezni" trenutak definira skup određenih dozvoljenih događaja. Tako su fizičari pokušali izračunati vjerovatnoću da će vrijeme isteći. Dato 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. Ostalo je vrlo malo vremena u petom scenariju (Planckovo vrijeme). Sa velikim stepenom vjerovatnoće, on bi mogao biti čak u ... sljedećoj sekundi.

Zar nije uspelo?

Na sreću, ovi proračuni predviđaju da su većina posmatrača takozvana Boltzmannova djeca, koja su nastala iz haosa kvantnih fluktuacija u ranom svemiru. Budući da većina nas nije, fizičari su odbacili ovaj scenario.

„Granica se može posmatrati kao objekat sa fizičkim atributima, uključujući temperaturu“, pišu autori u svom radu. “Kada dođe kraj vremena, materija će postići termodinamičku ravnotežu sa horizontom. Ovo je slično opisu pada materije u crnu rupu, koji je napravio vanjski posmatrač.”

Kosmička inflacija i multiverzum

Prva pretpostavka je da Univerzum se neprestano širi do beskonačnostišto je posledica opšte teorije relativnosti i dobro je potvrđeno eksperimentalnim podacima. Druga pretpostavka je da je vjerovatnoća zasnovana na relativna frekvencija događaja. Konačno, treća pretpostavka je da ako je prostor-vrijeme zaista beskonačno, onda je jedini način da se odredi vjerovatnoća događaja ograničavanje vaše pažnje. konačan podskup beskonačnog multiverzuma.

Hoće li to imati smisla?

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

Anomalije otkrivene od strane Opservatorije Planck

Neki fizičari sada spekulišu da ako postoji biće koje se zove Multiverzum i svi njegovi konstitutivni univerzumi su nastali u jednom Velikom prasku, onda se to moglo dogoditi između njih. sudara. Prema istraživanju tima Planck opservatorije, ovi sudari bi bili donekle slični sudaru dva mjehura od sapunice, ostavljajući tragove na vanjskoj površini svemira, što bi se teoretski moglo registrovati kao anomalije u distribuciji pozadinskog mikrovalnog zračenja. Zanimljivo je da signali koje je snimio Planck teleskop sugeriraju da se neka vrsta svemira koji nam je bliska jako razlikuje 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 osnovni fizički principi mogu razlikovati od onoga što znamo.

Otkriveni signali vjerovatno dolaze iz rane ere svemira - tzv rekombinacijakada su protoni i elektroni prvi put počeli da se spajaju kako bi formirali atome vodonika (vjerovatnoća signala iz relativno obližnjih izvora je oko 30%). Prisustvo ovih signala može ukazivati ​​na intenziviranje procesa rekombinacije nakon sudara našeg Univerzuma sa drugim, sa većom gustinom barionske materije.

U situaciji kada se gomilaju kontradiktorne i najčešće čisto teorijske pretpostavke, neki naučnici primjetno gube strpljenje. O tome svjedoči snažna izjava Neila Turoka sa Instituta Perimeter u Waterloou u Kanadi, koji je u intervjuu za NewScientist 2015. bio iznerviran što “ne možemo shvatiti ono što nalazimo”. Dodao je: „Teorija postaje sve složenija i sofisticiranija. Bacamo uzastopna polja, mjerenja i simetrije na problem, čak i pomoću ključa, ali ne možemo objasniti najjednostavnije činjenice. Mnoge fizičare očito nervira činjenica da mentalna putovanja modernih teoretičara, poput gornjeg rasuđivanja ili teorije superstruna, nemaju nikakve veze s eksperimentima koji se trenutno izvode u laboratorijima, i nema dokaza da se mogu testirati. eksperimentalno. .

Da li je to zaista ćorsokak i da je potrebno izaći iz njega, kako sugerišu Smolin i njegov prijatelj filozof? Ili je možda riječ o zabuni i zbrci pred nekakvim epohalnim otkrićem koje će nas uskoro čekati?

Pozivamo vas da se upoznate sa temom broja u.