Къде сбъркахме?

Физиката се озова в неприятна задънена улица. Въпреки че има собствен стандартен модел, наскоро допълнен от частицата на Хигс, всички тези постижения не обясняват големите съвременни мистерии, тъмната енергия, тъмната материя, гравитацията, асиметриите материя-антиматерия и дори неутрино осцилации.

Роберто Унгер и Лий Смолин

Лий Смолин, известен физик, който от години се споменава като един от сериозните кандидати за Нобелова награда, публикувана наскоро с философа Роберто Унгерем, книгата “Сингуларната вселена и реалността на времето”. В него авторите анализират, всеки от гледна точка на своята дисциплина, обърканото състояние на съвременната физика. „Науката се проваля, когато напусне сферата на експерименталната проверка и възможността за отричане“, пишат те. Те призовават физиците да се върнат назад във времето и да потърсят ново начало.

Офертите им са доста специфични. Смолин и Унгер например искат да се върнем към концепцията Една вселена. Причината е проста - ние преживяваме само една вселена и една от тях може да бъде научно изследвана, докато твърденията за съществуването на тяхното множество са емпирично непроверими.. Друго предположение, което Смолин и Унгер предлагат да приемат, е следното. реалността на времетода не се даде шанс на теоретиците да се измъкнат от същността на реалността и нейните трансформации. И накрая, авторите настояват да сдържат страстта към математиката, която в своите "красиви" и елегантни модели се откъсва от наистина преживяния и възможен свят. проверете експериментално.

Кой знае "математическо красиво" теория на струните, последният лесно разпознава своята критика в горните постулати. Проблемът обаче е по-общ. Много изявления и публикации днес смятат, че физиката е стигнала до задънена улица. Сигурно сме направили грешка някъде по пътя, признават много изследователи.

Така че Смолин и Унгер не са сами. Преди няколко месеца в "Природа" Джордж Елис i Джоузеф Силк публикува статия за защита на целостта на физикатакато критикува онези, които все повече и повече са склонни да отлагат за неопределено „утре“ експерименти за тестване на различни „модерни“ космологични теории. Те трябва да се характеризират с "достатъчна елегантност" и обяснителна стойност. „Това нарушава вековната научна традиция, че научното познание е знание. емпирично потвърденонапомнят учените. Фактите ясно показват "експерименталната задънена улица" на съвременната физика.. Най-новите теории за природата и структурата на света и Вселената, като правило, не могат да бъдат проверени чрез експерименти, достъпни за човечеството.

Суперсиметрични аналози на частици - Визуализация

Откривайки бозона на Хигс, учените "постигнаха" Стандартен модел. Светът на физиката обаче далеч не е доволен. Знаем за всички кварки и лептони, но нямаме идея как да съгласим това с теорията на гравитацията на Айнщайн. Ние не знаем как да комбинираме квантовата механика с гравитацията, за да създадем последователна теория на квантовата гравитация. Ние също не знаем какво е Големият взрив (или дали наистина е имало такъв).

В момента, нека го наречем масовите физици, те виждат следващата стъпка след Стандартния модел суперсиметрия (SUSY), който предсказва, че всяка позната ни елементарна частица има симетричен „партньор“. Това удвоява общия брой градивни елементи за материята, но теорията се вписва идеално в математическите уравнения и, което е важно, предлага шанс да се разкрие мистерията на космическата тъмна материя. Оставаше само да се изчакат резултатите от експериментите на Големия адронен колайдер, които ще потвърдят съществуването на суперсиметрични частици.

Все още обаче такива открития не са чути от Женева. Ако от експериментите на LHC все още не се появи нищо ново, много физици смятат, че суперсиметричните теории трябва тихо да бъдат оттеглени, както и надстройкакоято се основава на суперсиметрията. Има учени, които са готови да я защитят, дори и да не намери експериментално потвърждение, защото теорията на SUSA е „твърде красива, за да бъде фалшива“. Ако е необходимо, те възнамеряват да преоценят своите уравнения, за да докажат, че масите на суперсиметричните частици са просто извън обхвата на LHC.

Аномалия езическа аномалия

Впечатления - лесно е да се каже! Когато обаче физиците успеят например да пуснат мюон в орбита около протон и протонът „набъбне“, тогава започват да се случват странни неща с познатата ни физика. Създава се по-тежка версия на водородния атом и се оказва, че ядрото, т.е. протонът в такъв атом е по-голям (т.е. има по-голям радиус) от "обикновения" протон.

Физиката, каквато я познаваме, не може да обясни това явление. Мюонът, лептонът, който замества електрона в атома, трябва да се държи като електрон - и го прави, но защо тази промяна влияе на размера на протона? Физиците не разбират това. Може би биха могли да го преодолеят, но... почакай малко. Размерът на протона е свързан със съвременните физически теории, особено със стандартния модел. Теоретиците започнаха да разкриват това необяснимо взаимодействие нов вид фундаментално взаимодействие. Това обаче засега са само спекулации. По пътя бяха проведени експерименти с атоми на деутерий, като се вярваше, че неутрон в ядрото може да повлияе на ефектите. Протоните бяха дори по-големи с мюони наоколо, отколкото с електрони.

Друга сравнително нова физическа странност е съществуването, което се появи в резултат на изследване на учени от Тринити Колидж Дъблин. нова форма на светлина. Една от измерените характеристики на светлината е нейният ъглов импулс. Досега се смяташе, че в много форми на светлината ъгловият импулс е кратен на Константа на Планк. Междувременно, Dr. Кайл Балантайн и професор Пол Истъм i Джон Донеган откри форма на светлина, при която ъгловият импулс на всеки фотон е наполовина постоянна на Планк.

Това забележително откритие показва, че дори основните свойства на светлината, които сме смятали за постоянни, могат да бъдат променени. Това ще окаже реално въздействие върху изучаването на природата на светлината и ще намери практически приложения, например в сигурните оптични комуникации. От 80-те години на миналия век физиците се чудят как частиците се движат само в две измерения на триизмерното пространство. Те откриха, че тогава ще имаме работа с много необичайни явления, включително частици, чиито квантови стойности ще бъдат дроби. Сега е доказано за светлина. Това е много интересно, но означава, че много теории все още трябва да бъдат актуализирани. И това е само началото на връзката с нови открития, които внасят ферментация във физиката.

Преди година в медиите се появи информация, която физици от университета Корнел потвърдиха в експеримента си. Квантов ефект на Зенон – възможността за спиране на квантова система само чрез провеждане на непрекъснати наблюдения. Носи името на древногръцкия философ, който твърди, че движението е илюзия, която е невъзможна в действителност. Връзката на древната мисъл със съвременната физика е работата Байдианата Египет i Джордж Сударшан от Тексаския университет, който описва този парадокс през 1977 г. Дейвид Уайнланд, американски физик и носител на Нобелова награда по физика, с когото МТ разговаря през ноември 2012 г., направи първото експериментално наблюдение на ефекта на Зенон, но учените не се съгласиха дали неговият експеримент потвърждава съществуването на феномена.

Визуализация на експеримента на Уилър

Миналата година той направи ново откритие Мукунд Венгалаторекойто заедно със своя изследователски екип провежда експеримент в ултрастудената лаборатория в университета Корнел. Учените създадоха и охладиха газ от около един милиард рубидиеви атома във вакуумна камера и суспендираха масата между лазерни лъчи. Атомите се организираха и образуваха решетъчна система – те се държаха сякаш са в кристално тяло. При много студено време те можеха да се движат от място на място с много ниска скорост. Физиците ги наблюдаваха под микроскоп и ги осветиха с лазерна система за изображения, за да могат да ги видят. Когато лазерът е изключен или с нисък интензитет, атомите тунелират свободно, но тъй като лазерният лъч става по-ярък и измерванията се правят по-често, степента на проникване рязко спадна.

Венгалаторе обобщи експеримента си по следния начин: „Сега имаме уникалната възможност да контролираме квантовата динамика единствено чрез наблюдение.“ Бяха ли „идеалистичните“ мислители, от Зенон до Бъркли, осмивани в „епохата на разума“, бяха ли прави, че обектите съществуват само защото ги гледаме?

Напоследък често се появяват различни аномалии и несъответствия с (очевидно) стабилизирали се през годините теории. Друг пример идва от астрономически наблюдения – преди няколко месеца се оказа, че Вселената се разширява по-бързо, отколкото предполагат известните физически модели. Според статия в Nature от април 2016 г., измерванията на учени от университета Джон Хопкинс са с 8% по-високи от очакваното от съвременната физика. Учените използваха нов метод анализ на така наречените стандартни свещи, т.е. светлинните източници се считат за стабилни. Отново коментари от научната общност казват, че тези резултати сочат сериозен проблем с настоящите теории.

Един от изключителните съвременни физици, Джон Арчибалд Уилър, предложи космическа версия на познатия по това време експеримент с двоен процеп. В неговия мисловен дизайн светлината от квазар, отдалечен на милиард светлинни години, преминава през две противоположни страни на галактиката. Ако наблюдателите наблюдават всеки от тези пътища поотделно, те ще видят фотони. Ако и двете наведнъж, те ще видят вълната. Следователно Сам актът на наблюдение променя природата на светлинатакойто напусна квазара преди милиард години.

Според Уилър горното доказва, че Вселената не може да съществува във физически смисъл, поне не в смисъла, в който сме свикнали да разбираме „физическо състояние“. Не може и в миналото да е така, докато... не направим измерване. По този начин нашето текущо измерение влияе върху миналото. И така, с нашите наблюдения, засичания и измервания ние оформяме събитията от миналото, назад във времето, до... началото на Вселената!

Разделителната способност на холограма приключва

Физиката на черните дупки изглежда показва, както предполагат поне някои математически модели, че нашата вселена не е това, което нашите сетива ни казват да бъде, тоест триизмерна (четвъртото измерение, времето, се информира от ума). Реалността, която ни заобикаля, може да бъде холограма е проекция на по същество двуизмерна, далечна равнина. Ако тази картина на вселената е вярна, илюзията за триизмерната природа на пространство-времето може да бъде разсеяна веднага щом изследователските инструменти, с които разполагаме, станат достатъчно чувствителни. Крейг Хоган, професор по физика във Fermilab, който е прекарал години в изучаване на фундаменталната структура на Вселената, предполага, че това ниво току-що е достигнато. Ако Вселената е холограма, може би сме достигнали границите на разрешаването на реалността. Някои физици издигнаха интригуващата хипотеза, че пространството-времето, в което живеем, не е в крайна сметка непрекъснато, а като изображение в цифрова снимка, на най-основното си ниво се състои от някакъв вид „зърно“ или „пиксел“. Ако е така, нашата реалност трябва да има някаква окончателна „резолюция“. Ето как някои изследователи интерпретираха „шума“, който се появи в резултатите от детектора за гравитационни вълни Geo600 преди няколко години.

За да тестват тази необичайна хипотеза, Крейг Хоган и неговият екип разработиха най-точния интерферометър в света, наречен Холометър на Хоганкоето трябва да ни даде най-точното измерване на самата същност на пространство-времето. Експериментът с кодово име Fermilab E-990 не е един от многото други. Той има за цел да демонстрира квантовата природа на самото пространство и наличието на това, което учените наричат ​​"холографски шум". Холометърът се състои от два интерферометъра един до друг, които изпращат един киловат лазерни лъчи към устройство, което ги разделя на два перпендикулярни 40-метрови лъча. Те се отразяват и се връщат в точката на разделяне, създавайки колебания в яркостта на светлинните лъчи. Ако те предизвикат определено движение в разделителното устройство, тогава това ще бъде доказателство за вибрацията на самото пространство.

От гледна точка на квантовата физика, тя може да възникне без причина. произволен брой вселени. Попаднахме точно в този, който трябваше да отговаря на редица фини условия, за да може човек да живее в него. След това говорим за антропен свят. За вярващия е достатъчна една антропна вселена, създадена от Бог. Материалистичният мироглед не приема това и приема, че има много вселени или че сегашната вселена е просто етап от безкрайната еволюция на мултивселената.

Автор на съвременната версия Вселената хипотеза като симулация (свързана концепция за холограмата) е теоретик Никлас Бострум. Той гласи, че реалността, която възприемаме, е просто симулация, която не осъзнаваме. Ученият предположи, че ако можете да създадете надеждна симулация на цяла цивилизация или дори на цялата вселена с помощта на достатъчно мощен компютър и симулираните хора могат да изпитат съзнание, е много вероятно да има голям брой такива същества. симулации, създадени от напреднали цивилизации - и ние живеем в една от тях, в нещо подобно на "Матрицата".

Времето не е безкрайно

Така че може би е време да разчупим парадигмите? Тяхното развенчаване не е нищо особено ново в историята на науката и физиката. В крайна сметка беше възможно да се подкопае геоцентризма, представата за пространството като неактивен етап и универсално време, от вярата, че Вселената е статична, от вярата в безмилостността на измерването...

локална парадигма той вече не е толкова добре информиран, но и той е мъртъв. Ервин Шрьодингер и други създатели на квантовата механика забелязаха, че преди акта на измерване нашият фотон, подобно на известната котка, поставена в кутия, все още не е в определено състояние, като е поляризиран вертикално и хоризонтално едновременно. Какво може да се случи, ако поставим два заплетени фотона много далеч един от друг и разгледаме тяхното състояние поотделно? Сега знаем, че ако фотон А е хоризонтално поляризиран, то фотон В трябва да бъде вертикално поляризиран, дори ако сме го поставили милиард светлинни години по-рано. И двете частици нямат точно състояние преди измерването, но след отваряне на една от кутиите, другата веднага "знае" кое свойство трябва да придобие. Стига се до някаква изключителна комуникация, която се осъществява извън времето и пространството. Според новата теория на заплитането, локалността вече не е сигурна и две привидно отделни частици могат да се държат като референтна рамка, игнорирайки детайли като разстоянието.

След като науката се занимава с различни парадигми, защо да не разбие фиксираните възгледи, които продължават да съществуват в умовете на физиците и се повтарят в изследователските кръгове? Може би това ще бъде гореспоменатата суперсиметрия, може би вярата в съществуването на тъмна енергия и материя, или може би идеята за Големия взрив и разширяването на Вселената?

Досега преобладаващото мнение беше, че Вселената се разширява с непрекъснато нарастващи темпове и вероятно ще продължи да го прави за неопределено време. Въпреки това, има някои физици, които отбелязват, че теорията за вечното разширяване на Вселената и особено нейното заключение, че времето е безкрайно, представлява проблем при изчисляването на вероятността за настъпване на събитие. Някои учени твърдят, че през следващите 5 милиарда години времето вероятно ще изтече поради някаква катастрофа.

физик Рафаел Бусо от Калифорнийския университет и колеги публикуваха статия на arXiv.org, в която обясняват, че във вечна вселена дори най-невероятните събития ще се случат рано или късно - и освен това ще се случат безкраен брой пъти. Тъй като вероятността се дефинира по отношение на относителния брой събития, няма смисъл да се посочва каквато и да е вероятност във вечността, тъй като всяко събитие ще бъде еднакво вероятно. „Вечната инфлация има дълбоки последици“, пише Бусо. "Всяко събитие, което има ненулева вероятност да се случи, ще се случи безкрайно много пъти, най-често в отдалечени региони, които никога не са били в контакт." Това подкопава основата на вероятностните прогнози в локалните експерименти: ако безкраен брой наблюдатели от цялата вселена спечелят от лотарията, тогава на каква основа можете да кажете, че спечелването на лотарията е малко вероятно? Разбира се, има и безкрайно много неспечелили, но в какъв смисъл са повече?

Едно решение на този проблем, обясняват физиците, е да се предположи, че времето ще изтече. Тогава ще има краен брой събития и малко вероятните събития ще се случват по-рядко от вероятните.

Този „отрязващ“ момент определя набор от определени разрешени събития. Така физиците се опитаха да изчислят вероятността времето да изтече. Дадени са пет различни метода за край на времето. В двата сценария има 50 процента шанс това да се случи след 3,7 милиарда години. Другите две имат 50% шанс в рамките на 3,3 милиарда години. В петия сценарий (времето на Планк) остава много малко време. С голяма степен на вероятност той може дори да бъде в ... следващата секунда.

Не проработи ли?

За щастие, тези изчисления предвиждат, че повечето наблюдатели са така наречените деца на Болцман, възникващи от хаоса на квантовите флуктуации в ранната Вселена. Тъй като повечето от нас не са, физиците отхвърлиха този сценарий.

„Границата може да се разглежда като обект с физически атрибути, включително температура“, пишат авторите в своя документ. „След като срещне края на времето, материята ще достигне термодинамично равновесие с хоризонта. Това е подобно на описанието на падането на материя в черна дупка, направено от външен наблюдател.

Космическа инфлация и мултивселената

Първото предположение е, че Вселената непрекъснато се разширява до безкрайносткоето е следствие от общата теория на относителността и е добре потвърдено от експериментални данни. Второто предположение е, че вероятността се основава на относителна честота на събитията. И накрая, третото предположение е, че ако пространството-времето е наистина безкрайно, тогава единственият начин да определите вероятността за събитие е да ограничите вниманието си крайно подмножество на безкрайната мултивселена.

Ще има ли смисъл?

Аргументите на Смолин и Унгер, които са в основата на тази статия, предполагат, че можем да изследваме нашата вселена само експериментално, отхвърляйки идеята за мултивселена. Междувременно анализ на данните, събрани от Европейския космически телескоп Планк, разкри наличието на аномалии, които могат да показват дълготрайно взаимодействие между нашата вселена и друга. Така само наблюдение и експеримент насочват към други вселени.

Аномалии, открити от обсерваторията Планк

Някои физици сега спекулират, че ако съществува същество, наречено Мултивселената, и всички съставляващи я вселени са възникнали в един-единствен Голям взрив, тогава това би могло да се случи между тях. сблъсъци. Според изследване на екипа от обсерваторията на Планк, тези сблъсъци биха били донякъде подобни на сблъсъка на два сапунени мехура, оставяйки следи по външната повърхност на вселените, които теоретично биха могли да бъдат регистрирани като аномалии в разпределението на микровълновата фонова радиация. Интересното е, че сигналите, записани от телескопа Planck, изглежда предполагат, че някакъв вид Вселена, близка до нас, е много различна от нашата, тъй като разликата между броя на субатомните частици (бариони) и фотоните в нея може да бъде дори десет пъти по-голяма от " тук". . Това би означавало, че основните физически принципи могат да се различават от това, което знаем.

Откритите сигнали вероятно идват от ранна ера на Вселената – т.нар рекомбинациякогато протоните и електроните за първи път започнаха да се сливат заедно, за да образуват водородни атоми (вероятността за сигнал от относително близки източници е около 30%). Наличието на тези сигнали може да показва засилване на процеса на рекомбинация след сблъсък на нашата Вселена с друга, с по-висока плътност на барионната материя.

В ситуация, в която се натрупват противоречиви и най-често чисто теоретични предположения, някои учени забележимо губят търпението си. Това се доказва от силно изявление на Нийл Турок от института Perimeter във Ватерло, Канада, който в интервю за NewScientist през 2015 г. беше раздразнен, че „не сме в състояние да осмислим това, което откриваме“. Той добави: „Теорията става все по-сложна и усъвършенствана. Ние хвърляме последователни полета, измервания и симетрии към проблема, дори с гаечен ключ, но не можем да обясним най-простите факти. Много физици очевидно се дразнят от факта, че умствените пътувания на съвременните теоретици, като разсъжденията по-горе или теорията на суперструните, нямат нищо общо с експериментите, които в момента се провеждат в лаборатории, и няма доказателства, че могат да бъдат тествани експериментално. .

Наистина ли е задънена улица и е необходимо да се излиза от нея, както предполагат Смолин и неговият приятел философ? А може би говорим за объркване и объркване пред някакво епохално откритие, което скоро ще ни очаква?

Каним ви да се запознаете с темата на броя в.