Hvor gik vi galt?

Fysikken har befundet sig i en ubehagelig blindgyde. Selvom den har sin egen standardmodel, for nylig suppleret med Higgs-partiklen, gør alle disse fremskridt ikke meget for at forklare de store moderne mysterier, mørk energi, mørkt stof, tyngdekraft, stof-antistof-asymmetri og endda neutrinoscillationer.

Roberto Unger og Lee Smolin

Lee Smolin, en berømt fysiker, der i årevis har været nævnt som en af ​​de seriøse kandidater til Nobelprisen, for nylig udgivet sammen med filosoffen Roberto Ungerem, bogen "The Singular Universe and the Reality of Time". I den analyserer forfatterne, hver ud fra deres disciplins synspunkt, den forvirrede tilstand af moderne fysik. "Videnskaben fejler, når den forlader området for eksperimentel verifikation og muligheden for benægtelse," skriver de. De opfordrer fysikere til at gå tilbage i tiden og lede efter en ny begyndelse.

Deres tilbud er ret specifikke. Smolin og Unger vil for eksempel have, at vi vender tilbage til konceptet Et univers. Årsagen er enkel - vi oplever kun ét univers, og et af dem kan udforskes videnskabeligt, mens påstande om eksistensen af ​​en flerhed af dem ikke er empirisk testbare.. En anden antagelse, som Smolin og Unger foreslår at acceptere, er følgende. tidens virkelighedfor ikke at give teoretikere en chance for at flygte fra virkelighedens essens og dens transformationer. Og endelig opfordrer forfatterne til at dæmme op for fascinationen af ​​matematikken, som i sine "smukke" og elegante modeller er skilt fra den faktisk oplevede og mulige verden. tjek eksperimentelt.

Hvem kender "matematisk smuk" strengteori, genkender sidstnævnte let hendes kritik i ovenstående postulater. Problemet er dog mere generelt. Mange udtalelser og publikationer mener i dag, at fysikken er nået en blindgyde. Vi må have lavet en fejl et sted undervejs, indrømmer mange forskere.

Så Smolin og Unger er ikke alene. For et par måneder siden i Naturen George Ellis i Joseph Silke udgivet en artikel om at beskytte fysikkens integritetved at kritisere dem, der er mere og mere tilbøjelige til at udsætte eksperimenter til en ubestemt "i morgen" for at teste forskellige "fashionable" kosmologiske teorier. De skal være kendetegnet ved "tilstrækkelig elegance" og forklaringsværdi. ”Dette bryder den århundreder gamle videnskabelige tradition, ifølge hvilken videnskabelig viden er viden. empirisk bekræftet- minder forskerne om. Fakta viser klart den "eksperimentelle blindgyde" af moderne fysik.. De seneste teorier om verdens og universets natur og struktur kan som regel ikke verificeres af eksperimenter, der er tilgængelige for menneskeheden.

Supersymmetriske partikelanaloger - Visualisering

Efter at have opdaget Higgs-bosonen har videnskabsmænd "opnået" Standard model. Fysikkens verden er dog langt fra tilfreds. Vi kender til alle kvarkerne og leptonerne, men vi aner ikke, hvordan vi kan forene dette med Einsteins tyngdekraftsteori. Vi ved ikke, hvordan man kombinerer kvantemekanik med tyngdekraft for at skabe en sammenhængende teori om kvantetyngdekraft. Vi ved heller ikke, hvad Big Bang var (eller om det virkelig skete).

I øjeblikket, lad os kalde det mainstream-fysikere, de ser det næste skridt efter Standardmodellen ind supersymmetri (SUSY), som forudsiger, at hver elementær partikel, vi kender, har en symmetrisk "partner". Dette fordobler det samlede antal byggeklodser for stof, men teorien passer perfekt ind i de matematiske ligninger og, hvad der er vigtigt, giver det en chance for at opklare mysteriet om kosmisk mørkt stof. Tilbage var blot at vente på resultaterne af eksperimenter ved Large Hadron Collider, som ville bekræfte eksistensen af ​​supersymmetriske partikler.

Der er dog endnu ikke hørt noget fra Genève om sådanne opdagelser. Hvis der ikke kommer noget nyt ud af LHC-forsøgene, mener mange fysikere, at supersymmetriske teorier langsomt bør trækkes tilbage, ligesom superstrengsom er baseret på supersymmetri. Der er videnskabsmænd, der er klar til at forsvare det, selvom det ikke finder eksperimentel bekræftelse, fordi SUSA-teorien er "for smuk til at være usand." Om nødvendigt har de til hensigt at revurdere deres ligninger for at bevise, at masserne af supersymmetriske partikler simpelthen er uden for LHC'ens rækkevidde.

Anomali hedensk anomali

Indtryk - det er nemt at sige! Men når det for eksempel lykkes fysikere at sætte en myon i kredsløb om en proton, og protonen "svulmer", så begynder der at ske mærkelige ting med den fysik, vi kender. Der skabes en tungere version af brintatomet, og det viser sig, at kernen, dvs. protonen i et sådant atom er større (dvs. har en større radius) end den "almindelige" proton.

Fysikken, som vi kender den, kan ikke forklare dette fænomen. Myonen, leptonen, der erstatter elektronen i et atom, burde opføre sig som en elektron – og det gør den, men hvorfor påvirker denne ændring størrelsen af ​​protonen? Fysikere forstår det ikke. Måske kunne de komme over det, men... vent et øjeblik. Størrelsen af ​​protonen er relateret til nuværende fysiske teorier, især standardmodellen. Teoretikere er begyndt at ventilere denne uforklarlige interaktion en ny type grundlæggende interaktion. Men indtil videre er det kun spekulationer. Undervejs blev der udført forsøg med deuteriumatomer, idet man troede, at en neutron i kernen kunne påvirke virkningerne. Protonerne var endnu større med myoner omkring sig end med elektronerne.

En anden relativt ny fysisk mærkværdighed er en eksistens, der er opstået fra forskning udført af forskere ved Trinity College Dublin. ny form for lys. En af de målte egenskaber ved lys er dets vinkelmomentum. Indtil nu har man troet, at i mange former for lys er vinkelmomentum et multiplum af Plancks konstant. I mellemtiden har Dr. Kyle Ballantyne og professorer Paul Eastham i John Donegan opdaget en form for lys, hvor vinkelmomentet for hver foton er lig med halvdelen af ​​Plancks konstant.

Denne bemærkelsesværdige opdagelse viser, at selv lysets grundlæggende egenskaber, som vi troede var konstante, kan ændres. Dette vil have en reel indflydelse på forskningen i lysets natur og vil have praktiske anvendelser, for eksempel i sikker optisk kommunikation. Siden 80'erne har fysikere undret sig over, hvordan partikler, der bevæger sig i kun to dimensioner af tredimensionelt rum, opfører sig. De fandt ud af, at vi så ville have at gøre med mange usædvanlige fænomener, herunder partikler, hvis kvanteværdier ville være fraktioner. Dette er nu blevet bevist for verden. Dette er meget interessant, men det betyder, at mange teorier stadig skal opdateres. Og dette er kun begyndelsen på forbindelser med nye opdagelser, der ophidser fysikken.

For et år siden dukkede oplysninger op i medierne, som fysikere fra Cornell University bekræftede i deres eksperiment. Quantum Zeno effekt – muligheden for kun at standse et kvantesystem ved at udføre kontinuerlige observationer. Den er opkaldt efter den antikke græske filosof, der hævdede, at bevægelse er en illusion, der er umulig i virkeligheden. Forbindelsen mellem gammel tankegang og moderne fysik er værket Baidyanatha Misri i George Sudarshan fra University of Texas, som beskrev dette paradoks i 1977. David Wineland, en amerikansk fysiker og nobelprisvinder i fysik, som MT talte med i november 2012, foretog den første eksperimentelle observation af Zeno-effekten, men forskerne var uenige om, hvorvidt hans eksperiment bekræftede eksistensen af ​​fænomenet.

Visualisering af Wheelers eksperiment

Sidste år gjorde han en ny opdagelse Mukund Vengalattoresom sammen med sin forskergruppe udførte et eksperiment i det ultrakolde laboratorium på Cornell University. Forskere skabte og afkølede en gas på omkring en milliard rubidiumatomer i et vakuumkammer og suspenderede massen mellem laserstråler. Atomerne organiserede sig og dannede et gittersystem – de opførte sig, som om de var i et krystallinsk legeme. I meget koldt vejr kunne de bevæge sig fra sted til sted med meget lave hastigheder. Fysikere observerede dem under et mikroskop og belyste dem med et laserbilledsystem, så de kunne se dem. Når laseren var slukket eller ved lav intensitet, tunnelerede atomerne frit, men efterhånden som laserstrålen blev lysere og målinger blev taget hyppigere, penetrationsraten er faldet markant.

Vengalattore opsummerede sit eksperiment som følger: "Vi har nu den unikke evne til at kontrollere kvantedynamikken udelukkende gennem observation." Blev de "idealistiske" tænkere, fra Zeno til Berkeley, latterliggjort i "Age of Reason" ret i, at objekter kun eksisterer, fordi vi ser på dem?

For nylig er der ofte opstået forskellige anomalier og uoverensstemmelser med teorier, der har stabiliseret sig (tilsyneladende) gennem årene. Et andet eksempel stammer fra astronomiske observationer – for et par måneder siden viste det sig, at universet udvider sig hurtigere, end kendte fysiske modeller antyder. Ifølge en artikel fra april 2016 i tidsskriftet Nature var målinger taget af forskere ved Johns Hopkins University 8 % højere end forventet af moderne fysik. Forskere brugte en ny metode analyse af de såkaldte standardlys, dvs. lyskilder anses for stabile. Igen tyder kommentarer fra det videnskabelige samfund på, at disse resultater indikerer et alvorligt problem med nuværende teorier.

En af de fremragende moderne fysikere, John Archibald Wheeler, foreslog en kosmisk version af det dengang berømte dobbeltspalteeksperiment. I sin mentale konstruktion rejser lys fra en kvasar en milliard lysår væk langs to modsatte sider af galaksen. Hvis observatører observerer hver af disse stier separat, vil de se fotoner. Hvis begge på én gang, vil de se bølgen. Derfor Sam observationshandlingen ændrer lysets natursom forlod kvasaren for en milliard år siden.

Ifølge Wheeler beviser ovenstående, at universet ikke kan eksistere i fysisk forstand, i hvert fald ikke i den forstand, hvor vi er vant til at forstå en "fysisk tilstand." Dette kan ikke ske i fortiden, før... vi tog en måling. Således påvirker vores nuværende dimension fortiden. Så med vores observationer, opdagelser og målinger former vi begivenhederne fra fortiden, tilbage i tiden, helt op til ... universets begyndelse!

Hologramopløsning slutter

Sort huls fysik synes at indikere, som i det mindste nogle matematiske modeller antyder, at vores univers ikke er, hvad vores sanser fortæller os, det vil sige tredimensionelt (den fjerde dimension – tid – kommunikeres af sindet). Den virkelighed, der omgiver os, kan være hologram er en projektion af et i det væsentlige todimensionelt, fjernt plan. Hvis dette billede af universet er korrekt, kan illusionen om rumtidens tredimensionelle natur fordrives, så snart de forskningsværktøjer, vi har til rådighed, bliver tilstrækkeligt følsomme. Craig Hogan, en fysikprofessor fra Fermilab, som har brugt år på at studere universets grundlæggende struktur, antyder, at dette niveau netop er nået. Hvis universet er et hologram, kan vi have nået grænserne for virkelighedens opløsning. Nogle fysikere har fremført den spændende hypotese, at det rum-tid, som vi lever i, ikke i sidste ende er kontinuerligt, men ligesom billedet i et digitalt fotografi er det på sit mest basale niveau sammensat af en slags "korn" eller "pixel." Hvis dette er tilfældet, må vores virkelighed have en form for endelig "beslutning". Sådan fortolkede nogle forskere den "støj", der optrådte i resultaterne af Geo600 gravitationsbølgedetektoren for flere år siden.

For at teste denne usædvanlige hypotese udviklede Craig Hogan og hans team verdens mest præcise interferometer, kaldet hogans holometerhvilket skulle give os den mest nøjagtige måling af selve essensen af ​​rum-tid. Eksperimentet, med kodenavnet Fermilab E-990, er ikke et af mange andre. Det er beregnet til at demonstrere selve rummets kvantenatur og tilstedeværelsen af ​​det, forskerne kalder "holografisk støj." Holometret består af to side-by-side interferometre, der sender laserstråler på en kilowatt til en enhed, der opdeler dem i to vinkelrette 40 meter stråler. De reflekteres og vender tilbage til adskillelsespunktet, hvilket skaber udsving i lysstrålernes lysstyrke. Hvis de forårsager en vis bevægelse i deleanordningen, vil dette være bevis på selve rummets vibration.

Fra et kvantefysisk synspunkt kunne det opstå uden grund. et vilkårligt antal universer. Vi befandt os i netop denne, som skulle opfylde en række subtile betingelser for at en person kunne leve i den. Så snakker vi om antropisk verden. For en troende er ét antropisk univers skabt af Gud nok. Det materialistiske verdensbillede accepterer ikke dette og antager, at der er mange universer, eller at det nuværende univers blot er et stadie i multiversets endeløse udvikling.

Forfatter til den moderne version Hypoteser om universet som en simulering (et beslægtet begreb til hologram) er en teoretiker Niklas Boström. Den siger, at den virkelighed, vi opfatter, blot er en simulering, som vi ikke er klar over. Videnskabsmanden foreslog, at hvis det var muligt at skabe en pålidelig simulation af en hel civilisation eller endda hele universet ved hjælp af en tilstrækkeligt kraftfuld computer, og de simulerede mennesker kunne opleve bevidsthed, er det meget sandsynligt, at der ville være et stort antal af sådanne skabninger . simuleringer skabt af avancerede civilisationer - og vi lever i en af ​​dem, lidt beslægtet med The Matrix.

Tiden er ikke uendelig

Så måske er det tid til at bryde paradigmer? Deres debunking er ikke noget særligt nyt i videnskabens og fysikkens historie. Det var trods alt muligt at vælte geocentrismen, ideen om rummet som en inaktiv scene og universel tid, fra troen på, at universet er statisk, fra troen på målingens hensynsløshed...

Lokalt paradigme han er ikke længere så velinformeret, men han er også død. Erwin Schrödinger og andre skabere af kvantemekanik bemærkede, at før målehandlingen, er vores foton, ligesom den berømte kat placeret i en kasse, endnu ikke i en bestemt tilstand, idet den er polariseret lodret og vandret på samme tid. Hvad kunne der ske, hvis vi placerede to sammenfiltrede fotoner meget langt fra hinanden og undersøgte deres tilstande hver for sig? Vi ved nu, at hvis foton A viser sig at være vandret polariseret, så skal foton B være vertikalt polariseret, selvom vi placerede den en milliard lysår væk tidligere. Begge partikler har ikke en nøjagtig tilstand før måling, men efter åbning af den ene af kasserne, "ved" den anden straks, hvilken egenskab den skal påtage sig. Det kommer til en form for ekstraordinær kommunikation, der finder sted uden for tid og rum. Ifølge den nye sammenfiltringsteori er lokalitet ikke længere en sikkerhed, og to tilsyneladende adskilte partikler kan opføre sig som et koordinatsystem, der ignorerer detaljer såsom afstand.

Eftersom videnskaben beskæftiger sig med forskellige paradigmer, hvorfor så ikke ødelægge de etablerede synspunkter, der fortsætter i fysikeres sind og gentages i forskningskredse? Måske vil det være den førnævnte supersymmetri, måske troen på eksistensen af ​​mørk energi og stof, eller måske ideen om Big Bang og udvidelsen af ​​universet?

Indtil nu har den fremherskende opfattelse været, at universet udvider sig i et stadigt hurtigere tempo og sandsynligvis vil gøre det på ubestemt tid. Der er dog nogle fysikere, som har bemærket, at teorien om universets evige udvidelse, og især dens konklusion om, at tiden er uendelig, udgør et problem, når man skal beregne sandsynligheden for, at en begivenhed indtræffer. Nogle videnskabsmænd hævder, at tiden sandsynligvis vil løbe ud på grund af en slags katastrofe i de næste 5 milliarder år.

fysiker Rafael Busso fra University of California og kolleger publicerede en artikel på portalen arXiv.org, der forklarer, at i et evigt univers vil selv de mest utrolige begivenheder ske før eller siden - og derudover vil de ske et uendeligt antal gange. Da sandsynlighed er defineret ud fra det relative antal begivenheder, er der i evigheden ingen mening i at specificere nogen sandsynlighed, da hver begivenhed vil være lige sandsynlig. "Evig inflation har dybtgående konsekvenser," skriver Bousso. "Enhver hændelse, der har en sandsynlighed for forekomst, der ikke er nul, vil forekomme et uendeligt antal gange, oftest i fjerne områder, mellem hvilke der aldrig har været kontakt." Dette underminerer grundlaget for probabilistiske forudsigelser i lokale eksperimenter: Hvis et uendeligt antal observatører i hele universet vinder i lotteriet, på hvilket grundlag kan vi så sige, at det er usandsynligt at vinde i lotteriet? Der er selvfølgelig også uendeligt mange ikke-vindere, men i hvilken forstand er der flere af dem?

En løsning på dette problem, forklarer fysikere, er at antage, at tiden løber ud. Så vil der være et begrænset antal begivenheder, og usandsynlige begivenheder vil forekomme sjældnere end sandsynlige.

Dette "skærende" øjeblik definerer et sæt af visse tilladte hændelser. Så fysikere forsøgte at beregne sandsynligheden for, at tiden ville løbe ud. Fem forskellige metoder til sluttidspunkt er givet. I to scenarier er der 50 procents chance for, at dette vil ske om 3,7 milliarder år. De to andre har en chance på 50 % over 3,3 milliarder år. I det femte scenarie er der meget lidt tid tilbage (Planck-tid). Med en høj grad af sandsynlighed kan han endda være i... det næste sekund.

Virkede det ikke?

Heldigvis forudsiger disse beregninger, at de fleste observatører er såkaldte Boltzmann-børn, der kommer ud af kaoset af kvanteudsving i det tidlige univers. Da de fleste af os ikke er det, har fysikere afvist dette scenarie.

"En grænse kan ses som et objekt med fysiske egenskaber, herunder temperatur," skriver forfatterne i deres papir. "Efter at have mødt tidens ende vil stof nå termodynamisk ligevægt med horisonten. Dette svarer til en ekstern observatørs beskrivelse af stof, der falder ned i et sort hul."

Kosmisk inflation og multiverset

Den første antagelse er det Universet udvider sig konstant til det uendeligesom er en konsekvens af den generelle relativitetsteori og er godt bekræftet af eksperimentelle data. Den anden antagelse er, at sandsynligheden er baseret på relativ hændelsesfrekvens. Endelig er den tredje antagelse, at hvis rumtiden virkelig er uendelig, så er den eneste måde at bestemme sandsynligheden for en begivenhed på at begrænse din opmærksomhed finit delmængde af det uendelige multivers.

Vil dette give mening?

Argumenterne fra Smolin og Unger, som danner grundlaget for denne artikel, antyder, at vi kun eksperimentelt kan udforske vores univers og afvise konceptet om et multivers. I mellemtiden har analyse af data indsamlet af Europas Planck-rumteleskop afsløret tilstedeværelsen af ​​anomalier, der kan indikere langvarige interaktioner mellem vores univers og et andet. Så blot observation og eksperiment peger på andre universer.

Anomalier opdaget af Planck Observatory

Nogle fysikere teoretiserer nu, at hvis der er en ting, der hedder Multiverset, og alle dets konstituerende universer opstod fra ét Big Bang, så kunne det være sket mellem dem. sammenstød. Ifølge Planck Observatory-holdets forskning ville disse kollisioner i nogen grad ligne sammenstødet mellem to sæbebobler, og efterlade spor på den ydre overflade af universer, der teoretisk kunne påvises som anomalier i fordelingen af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling. Interessant nok synes signalerne optaget af Planck-teleskopet at antyde, at et eller andet univers tæt på os er meget forskelligt fra vores, fordi forskellen mellem antallet af subatomære partikler (baryoner) og fotoner i det kan være endda ti gange større end "Her" . . Dette ville betyde, at de underliggende fysiske principper kan være forskellige fra, hvad vi kender.

De detekterede signaler kommer sandsynligvis fra den tidlige æra af universet - de såkaldte rekombinationda protoner og elektroner først begyndte at smelte sammen for at danne brintatomer (sandsynligheden for et signal fra relativt nærliggende kilder er ca. 30%). Tilstedeværelsen af ​​disse signaler kan indikere en intensivering af rekombinationsprocessen efter kollisionen af ​​vores univers med et andet, med en højere tæthed af baryonisk stof.

I en situation, hvor modstridende og oftest rent teoretiske spekulationer akkumuleres, mister nogle videnskabsmænd mærkbart tålmodigheden. Dette bevises af den direkte udtalelse fra Neil Turok fra Perimeter Institute i Waterloo, Canada, som i et 2015-interview med NewScientist var irriteret over, at "vi ikke er i stand til at forstå, hvad vi finder." Han tilføjede: "Teorien bliver mere og mere kompleks og sofistikeret. Vi kaster successive felter, dimensioner og symmetrier på problemet, selv med en skruenøgle, men vi kan ikke forklare de enkleste fakta." Mange fysikere er tydeligvis irriterede over, at moderne teoretikeres tankerejser, såsom spekulationerne ovenfor eller superstrengteori, intet har til fælles med de eksperimenter, der i øjeblikket udføres i laboratorier, og der er ingen beviser for, at de kan testes eksperimentelt. .

Er dette virkelig en blindgyde, og vi er nødt til at komme ud af det, som Smolin og hans ven filosoffen foreslår? Eller måske taler vi om forvirring og forvirring før en eller anden epokedag opdagelse, der venter os snart?

Vi inviterer dig til at sætte dig ind i emnet for emnet i.