Hol hibáztunk?

A fizika kellemetlen zsákutcába került. Bár saját szabványmodellje van, amelyet nemrégiben a Higgs-részecskével egészítettek ki, mindezek az előrelépések nem magyarázzák meg a nagy modern rejtélyeket, a sötét energiát, a sötét anyagot, a gravitációt, az anyag-antianyag aszimmetriákat és még a neutrínó-oszcillációkat is.

Roberto Unger és Lee Smolin

Lee Smolin, az ismert fizikus, akit évek óta a Nobel-díj egyik komoly jelöltjeként emlegetnek a közelmúltban a filozófussal. Roberto Ungerem, a „The Singular Universe and the Reality of Time” című könyvet. Ebben a szerzők – mindegyik tudományáguk szempontjából – a modern fizika zavaros állapotát elemzik. „A tudomány kudarcot vall, ha elhagyja a kísérleti ellenőrzés és a tagadás lehetőségét” – írják. Arra buzdítják a fizikusokat, hogy menjenek vissza az időben, és keressenek egy új kezdetet.

Az ajánlataik meglehetősen konkrétak. Smolin és Unger például azt akarják, hogy térjünk vissza a koncepcióhoz Egy univerzum. Az ok egyszerű - csak egy univerzumot tapasztalunk, és ezek közül az egyik tudományosan is vizsgálható, míg a sokféleség létezésére vonatkozó állítások empirikusan ellenőrizhetetlenek.. Egy másik feltevés, amelyet Smolin és Unger elfogadni javasol, a következő. az idő valóságahogy ne adjunk esélyt a teoretikusoknak arra, hogy eltávolodjanak a valóság lényegétől és átalakulásaitól. Végül pedig a szerzők a matematika iránti szenvedély visszafogására buzdítanak, amely „szép” és elegáns modelljeiben elszakad az igazán átélt és lehetséges világtól. kísérletileg ellenőrizni.

Ki ismeri a "matematikai szépet" húrelmélet, az utóbbi könnyen felismeri kritikáját a fenti posztulátumokban. A probléma azonban általánosabb. Sok mai állítás és publikáció úgy véli, hogy a fizika zsákutcába jutott. Sok kutató elismeri, hogy valahol hibát követtünk el.

Tehát Smolin és Unger nincsenek egyedül. Néhány hónappal ezelőtt a "Nature"-ben George Ellis i Selyem József cikket publikált róla a fizika integritásának védelmeazáltal, hogy kritizálja azokat, akik egyre hajlamosabbak határozatlan időre "holnapra" halasztani a különböző "divatos" kozmológiai elméletek tesztelését célzó kísérleteket. "Elégséges eleganciával" és magyarázó értékkel kell jellemezni őket. „Ez megtöri azt az évszázados tudományos hagyományt, amely szerint a tudományos tudás tudás. empirikusan megerősítveemlékeztetnek a tudósok. A tények egyértelműen mutatják a modern fizika "kísérleti zsákutcáját".. A világ és az Univerzum természetére és szerkezetére vonatkozó legújabb elméletek általában nem igazolhatók az emberiség rendelkezésére álló kísérletekkel.

Szuperszimmetrikus részecskeanalógok – Vizualizáció

A Higgs-bozon felfedezésével a tudósok "elérték" Normál modell. A fizika világa azonban korántsem elégedett. Tudunk az összes kvarkról és leptonról, de fogalmunk sincs, hogyan lehetne ezt összeegyeztetni Einstein gravitációs elméletével. Nem tudjuk, hogyan kombináljuk a kvantummechanikát a gravitációval, hogy koherens kvantumgravitációs elméletet alkossunk. Azt sem tudjuk, mi az ősrobbanás (vagy valóban volt-e ilyen).

Jelenleg, nevezzük ezt a mainstream fizikusoknak, ők látják a következő lépést a Standard Modell után szuperszimmetria (SUSY), amely azt jósolja, hogy minden általunk ismert elemi részecskének van szimmetrikus "partnere". Ez megduplázza az anyag építőelemeinek teljes számát, de az elmélet tökéletesen illeszkedik a matematikai egyenletekhez, és ami fontos, lehetőséget kínál a kozmikus sötét anyag titkának megfejtésére. Csak várni kellett a Nagy Hadronütköztetőben végzett kísérletek eredményeire, amelyek megerősítik a szuperszimmetrikus részecskék létezését.

Genfből azonban még nem hallottak ilyen felfedezéseket. Ha semmi új nem derül ki az LHC-ben végzett kísérletekből, sok fizikus úgy véli, hogy a szuperszimmetrikus elméleteket csendben vissza kell vonni. felépítményamely a szuperszimmetrián alapul. Vannak tudósok, akik készek megvédeni, még ha nem is talál kísérleti megerősítést, mert a SUSA-elmélet „túl szép ahhoz, hogy hamis legyen”. Ha szükséges, át kívánják értékelni az egyenleteiket annak bizonyítására, hogy a szuperszimmetrikus részecsketömegek egyszerűen kívül esnek az LHC tartományán.

Anomália pogány anomália

Benyomások – könnyű mondani! Amikor azonban például a fizikusoknak sikerül egy müont proton körüli pályára állítani, és a proton "megduzzad", akkor furcsa dolgok kezdenek történni az általunk ismert fizikával. A hidrogénatom nehezebb változata jön létre, és kiderül, hogy az atommag, i.e. az ilyen atomban lévő proton nagyobb (azaz nagyobb a sugara), mint a "közönséges" proton.

Az általunk ismert fizika nem tudja megmagyarázni ezt a jelenséget. A müonnak, az atomban az elektront helyettesítő leptonnak elektronként kellene viselkednie – és így is van, de miért befolyásolja ez a változás a proton méretét? A fizikusok ezt nem értik. Talán túl tudnának lépni rajta, de... várj egy percet. A proton mérete összefügg a jelenlegi fizikai elméletekkel, különösen a standard modellel. A teoretikusok elkezdték szellőztetni ezt a megmagyarázhatatlan interakciót egy újfajta alapvető interakció. Ez azonban egyelőre csak feltételezés. Útközben kísérleteket végeztek deutérium atomokkal, úgy gondolva, hogy az atommagban lévő neutron befolyásolhatja a hatásokat. A protonok még nagyobbak voltak a müonok körül, mint az elektronok.

Egy másik viszonylag új fizikai furcsaság az a létezés, amely a dublini Trinity College tudósainak kutatása eredményeként jött létre. a fény új formája. A fény egyik mért jellemzője a szögimpulzus. Eddig azt hitték, hogy a fény számos alakjában a szögimpulzus többszöröse Planck állandó. Eközben dr. Kyle Ballantine és professzor Paul Eastham i John Donegan felfedezett egy olyan fényformát, amelyben minden foton szögimpulzusa fele Planck-állandónak.

Ez a figyelemre méltó felfedezés azt mutatja, hogy a fénynek még az általunk állandónak hitt alapvető tulajdonságai is megváltoztathatók. Ez valódi hatással lesz a fény természetének tanulmányozására, és gyakorlati alkalmazásokat is talál majd, például a biztonságos optikai kommunikációban. Az 80-as évek óta a fizikusok azon töprengenek, hogyan mozognak a részecskék a háromdimenziós tér mindössze két dimenziójában. Azt találták, hogy akkor sok szokatlan jelenséggel lesz dolgunk, beleértve az olyan részecskéket is, amelyek kvantumértéke töredékek lennének. Most bevált a fény. Ez nagyon érdekes, de azt jelenti, hogy sok elméletet még frissíteni kell. És ez csak a kezdete az új felfedezésekkel való kapcsolatnak, amelyek erjedést hoznak a fizikába.

Egy évvel ezelőtt olyan információ jelent meg a médiában, amelyet a Cornell Egyetem fizikusai kísérletükben megerősítettek. Quantum Zeno effektus – a kvantumrendszer megállításának lehetősége csak folyamatos megfigyelésekkel. Nevét az ókori görög filozófusról kapta, aki azt állította, hogy a mozgás olyan illúzió, amely a valóságban lehetetlen. Az ókori gondolkodás összekapcsolása a modern fizikával a munka Baidyanatha Egyiptom i George Sudarshan a Texasi Egyetemről, aki 1977-ben leírta ezt a paradoxont. David Wineland, amerikai fizikus, fizikai Nobel-díjas, akivel MT 2012 novemberében beszélt, elvégezte az első kísérleti megfigyelést a Zénó-effektusról, de a tudósok nem értenek egyet abban, hogy kísérlete megerősítette-e a jelenség létezését.

A Wheeler-kísérlet vizualizálása

Tavaly új felfedezést tett Mukund Vengalatoreaki kutatócsoportjával együtt kísérletet végzett a Cornell Egyetem ultrahideg laboratóriumában. A tudósok körülbelül egymilliárd rubídium atomból álló gázt hoztak létre és hűtöttek le egy vákuumkamrában, és a tömeget a lézersugarak között felfüggesztették. Az atomok megszervezték magukat és rácsrendszert alkottak – úgy viselkedtek, mintha kristályos testben lennének. Nagyon hideg időben nagyon kis sebességgel mozoghattak egyik helyről a másikra. A fizikusok mikroszkóp alatt figyelték meg őket, és lézeres képalkotó rendszerrel megvilágították őket, hogy láthassák őket. Amikor a lézert kikapcsolták vagy alacsony intenzitáson, az atomok szabadon alagutaztak, de ahogy a lézersugár fényesebb lett és a mérések gyakrabban történtek, penetrációs ráta meredeken csökkent.

Vengalattore a következőképpen foglalta össze kísérletét: "Most egyedülálló lehetőségünk van arra, hogy a kvantumdinamikát kizárólag megfigyelés útján irányítsuk." Vajon az „idealista” gondolkodókat – Zénóntól Berkeleyig – kinevették az „ész korszakában”, igazuk volt-e abban, hogy a tárgyak csak azért léteznek, mert rájuk nézünk?

Az utóbbi időben gyakran jelentkeznek különféle anomáliák, ellentmondások az évek során állandósult (látszólag) elméletekkel. Egy másik példa csillagászati ​​megfigyelésekből származik – néhány hónappal ezelőtt kiderült, hogy az univerzum gyorsabban tágul, mint azt az ismert fizikai modellek sugallják. A Nature 2016. áprilisi cikke szerint a Johns Hopkins Egyetem tudósainak mérései 8%-kal magasabbak voltak a modern fizika által vártnál. A tudósok új módszert alkalmaztak az úgynevezett standard gyertyák elemzése, azaz a fényforrások stabilnak tekinthetők. A tudományos közösség észrevételei ismét azt mondják, hogy ezek az eredmények a jelenlegi elméletek komoly problémájára utalnak.

Az egyik kiemelkedő modern fizikus, John Archibald Wheeler, javasolta az akkor ismert kettős réses kísérlet űrverzióját. Mentális tervében az egymilliárd fényévnyire lévő kvazár fénye áthalad a galaxis két ellentétes oldalán. Ha a megfigyelők ezeket az utakat külön-külön figyelik meg, fotonokat fognak látni. Ha mindkettő egyszerre, akkor látni fogják a hullámot. Következésképpen Sam a megfigyelés aktusa megváltoztatja a fény természetétamely egymilliárd éve elhagyta a kvazárt.

Wheeler szerint a fentiek azt bizonyítják, hogy az univerzum nem létezhet fizikai értelemben, legalábbis abban az értelemben nem, ahogyan "fizikai állapotot" szoktunk érteni. A múltban sem történhetett meg, amíg... nem végeztünk mérést. Így a jelenlegi dimenziónk befolyásolja a múltat. Tehát megfigyeléseinkkel, észleléseinkkel és méréseinkkel formáljuk a múlt eseményeit, visszafelé az időben, egészen ... az Univerzum kezdetéig!

A hologram felbontás vége

A fekete lyuk fizika úgy tűnik, legalábbis néhány matematikai modell azt sugallja, hogy univerzumunk nem olyan, mint amilyennek érzékszerveink mondják, vagyis háromdimenziós (a negyedik dimenziót, az időt az elme tájékoztatja). Lehet, hogy a valóság, ami körülvesz bennünket hologram egy lényegében kétdimenziós, távoli sík vetülete. Ha ez a világegyetem-kép helyes, a téridő háromdimenziós természetének illúziója eloszlatható, amint a rendelkezésünkre álló kutatási eszközök kellően érzékenyek lesznek. Craig Hogan, a Fermilab fizikaprofesszora, aki éveket szentelt az univerzum alapvető szerkezetének tanulmányozásának, azt sugallja, hogy ezt a szintet éppen most érték el. Ha az univerzum egy hologram, talán elértük a valóságfelbontás határait. Egyes fizikusok azt az érdekes hipotézist terjesztették elő, hogy a téridő, amelyben élünk, végső soron nem folytonos, hanem, mint egy kép a digitális fényképen, legalapvetőbb szintjén valamilyen "szemcséből" vagy "pixelből" áll. Ha igen, akkor a valóságunknak van valamiféle végső „felbontása”. Egyes kutatók így értelmezték a Geo600 gravitációs hullámdetektor néhány évvel ezelőtti eredményeiben megjelent „zajt”.

Ennek a szokatlan hipotézisnek a tesztelésére Craig Hogan és csapata kifejlesztette a világ legpontosabb interferométerét, az ún. Hogan holométeramelynek a legpontosabb mérést kell adnia a téridő lényegéről. A Fermilab E-990 kódnéven futó kísérlet nem egy a sok közül. Célja, hogy bemutassa magának a térnek a kvantumtermészetét és a tudósok által "holografikus zajnak" nevezett jelenség jelenlétét. A holométer két egymás melletti interferométerből áll, amelyek egy kilowattos lézersugarat küldenek egy olyan eszközre, amely két, egymásra merőleges, 40 méteres sugárra osztja. Visszaverődnek és visszakerülnek az elválás helyére, ami ingadozást okoz a fénysugarak fényerejében. Ha bizonyos mozgást okoznak az osztóeszközben, akkor ez magának a térnek a rezgésének bizonyítéka lesz.

A kvantumfizika szempontjából ok nélkül is felmerülhet. tetszőleges számú univerzum. Ebbe a bizonyosba kötöttünk ki, aminek számos finom feltételnek kellett megfelelnie ahhoz, hogy egy ember benne élhessen. Aztán beszélünk róla antropikus világ. Egy hívő ember számára elég egy Isten által teremtett antropikus univerzum. A materialista világkép ezt nem fogadja el, és azt feltételezi, hogy sok univerzum létezik, vagy hogy a jelenlegi univerzum csak egy állomása a multiverzum végtelen fejlődésének.

A modern változat szerzője Univerzum hipotézisek mint szimuláció (a hologram rokon fogalma) teoretikus Niklas Bostrum. Azt állítja, hogy az általunk észlelt valóság csak szimuláció, amelynek nem vagyunk tudatában. A tudós azt javasolta, hogy ha egy elég erős számítógép segítségével megbízható szimulációt tud készíteni egy egész civilizációról vagy akár az egész univerzumról, és a szimulált emberek megtapasztalhatják a tudatot, akkor nagyon valószínű, hogy nagyszámú ilyen lény lesz. fejlett civilizációk által létrehozott szimulációk – és mi is ezek egyikében élünk, valamiben, ami a „mátrixhoz” hasonlít.

Az idő nem végtelen

Talán itt az ideje, hogy megtörjük a paradigmákat? Felfedezésük semmi különös újdonságot nem jelent a tudomány és a fizika történetében. Végül is sikerült felforgatni a geocentrizmust, a térnek mint inaktív szakasznak és egyetemes időnek az elképzelését, abból a hiedelemből, hogy az Univerzum statikus, a mérés könyörtelenségébe vetett hitből...

helyi paradigma már nem olyan jól informált, de ő is halott. Erwin Schrödinger és a kvantummechanika más alkotói észrevették, hogy a mérés előtt a fotonunk, akárcsak a híres macska egy dobozba helyezett, még nincs egy bizonyos állapotban, egyszerre polarizálódik függőlegesen és vízszintesen. Mi történhet, ha két összegabalyodott fotont nagyon távol helyezünk el egymástól, és külön vizsgáljuk az állapotukat? Ma már tudjuk, hogy ha az A foton vízszintesen polarizált, akkor a B fotonnak függőlegesen polarizáltnak kell lennie, még akkor is, ha egymilliárd fényévvel korábban helyeztük el. Mindkét részecske mérés előtt nem rendelkezik pontos állapottal, de az egyik doboz kinyitása után a másik azonnal "tudja", hogy milyen tulajdonságot kell felvennie. Valami rendkívüli kommunikációról van szó, amely az időn és a téren kívül zajlik. Az összefonódás új elmélete szerint a lokalitás már nem bizonyosság, és két, látszólag különálló részecske viszonyítási rendszerként viselkedhet, figyelmen kívül hagyva az olyan részleteket, mint a távolság.

Mivel a tudomány különböző paradigmákkal foglalkozik, miért ne bonthatná le a fizikusok fejében megmaradt, és kutatói körökben ismétlődő nézeteket? Talán a fent említett szuperszimmetria, esetleg a sötét energia és anyag létezésében való hit, vagy talán az Ősrobbanás és az Univerzum tágulásának gondolata?

Eddig az volt az uralkodó nézet, hogy az univerzum egyre gyorsabban tágul, és valószínűleg a végtelenségig fog is tágulni. Vannak azonban fizikusok, akik megjegyezték, hogy az univerzum örökkévaló tágulásának elmélete, és különösen annak következtetése, hogy az idő végtelen, problémát jelent egy esemény bekövetkezésének valószínűségének kiszámítása során. Egyes tudósok azzal érvelnek, hogy a következő 5 milliárd évben az idő valószínűleg valamiféle katasztrófa miatt fog elfogyni.

fizika Rafael Busso a Kaliforniai Egyetem munkatársai és munkatársai az arXiv.org oldalon publikáltak egy cikket, amelyben elmagyarázzák, hogy egy örök univerzumban a leghihetetlenebb események is megtörténnek előbb-utóbb – és ráadásul meg is fognak történni végtelen számú alkalommal. Mivel a valószínűséget az események relatív számával határozzuk meg, nincs értelme örökkévalóságbeli valószínűséget mondani, mivel minden esemény egyformán valószínű. „Az örökös inflációnak mélyreható következményei vannak” – írja Busso. "Minden olyan esemény, amelynek bekövetkezésének valószínűsége nem nulla, végtelenül sokszor megtörténik, leggyakrabban olyan távoli régiókban, amelyek soha nem érintkeztek egymással." Ez aláássa a valószínűségi előrejelzések alapját a helyi kísérletekben: ha az univerzumban végtelen számú megfigyelő nyeri meg a lottót, akkor milyen alapon mondhatja azt, hogy a lottó megnyerése nem valószínű? Persze végtelenül sok a nem nyertes is, de milyen értelemben van belőlük több?

A fizikusok magyarázata szerint az egyik megoldás erre a problémára az, ha feltételezzük, hogy az idő el fog fogyni. Ekkor véges számú esemény lesz, és a valószínűtlen események ritkábban fordulnak elő, mint a valószínűek.

Ez a „kivágási” pillanat bizonyos megengedett események halmazát határozza meg. Ezért a fizikusok megpróbálták kiszámítani annak valószínűségét, hogy az idő lejár. Öt különböző idővégi módszer található. A két forgatókönyv szerint 50 százalék az esély arra, hogy ez 3,7 milliárd év múlva megtörténik. A másik kettőnek 50% az esélye 3,3 milliárd éven belül. Nagyon kevés idő van hátra az ötödik forgatókönyvben (Planck-idő). Nagy valószínűséggel még ... a következő másodpercben is lehet.

Nem sikerült?

Szerencsére ezek a számítások azt jósolják, hogy a legtöbb megfigyelő az úgynevezett Boltzmann-gyermek, akik a korai univerzum kvantumfluktuációinak káoszából emelkedtek ki. Mivel a legtöbben nem, a fizikusok elvetették ezt a forgatókönyvet.

„A határ fizikai jellemzőkkel, köztük hőmérséklettel rendelkező objektumnak tekinthető” – írják a szerzők közleményükben. „Az idők végét követően az anyag termodinamikai egyensúlyba kerül a horizonttal. Ez hasonló a fekete lyukba eső anyag leírásához, amelyet egy külső szemlélő készített."

A kozmikus infláció és a multiverzum

Az első feltevés az Az univerzum folyamatosan tágul a végtelenségigami az általános relativitáselmélet következménye és kísérleti adatok is jól alátámasztják. A második feltevés az, hogy a valószínűség azon alapul relatív eseménygyakoriság. Végül a harmadik feltevés az, hogy ha a téridő valóban végtelen, akkor az egyetlen módja annak, hogy meghatározzuk egy esemény valószínűségét, ha korlátozzuk a figyelmünket. a végtelen multiverzum véges részhalmaza.

Vajon lesz értelme?

Smolin és Unger érvei, amelyek e cikk alapját képezik, azt sugallják, hogy univerzumunkat csak kísérleti úton tárhatjuk fel, elutasítva a multiverzum fogalmát. Eközben az európai Planck űrteleszkóp által gyűjtött adatok elemzése olyan anomáliák jelenlétét tárta fel, amelyek a mi univerzumunk és egy másik univerzum közötti régóta fennálló kölcsönhatásra utalhatnak. Így a puszta megfigyelés és kísérlet más univerzumokra mutat.

A Planck Obszervatórium által felfedezett rendellenességek

Egyes fizikusok most azt feltételezik, hogy ha létezik egy Multiverzumnak nevezett lény, és az összes alkotó univerzum egyetlen Ősrobbanás során jött létre, akkor az megtörténhetett volna közöttük. összecsapások. A Planck Obszervatórium csapatának kutatása szerint ezek az ütközések némileg hasonlítanának két szappanbuborék ütközéséhez, nyomokat hagyva az univerzumok külső felületén, ami elméletileg a mikrohullámú háttérsugárzás eloszlásának rendellenességeként regisztrálható. Érdekes módon a Planck-teleszkóp által rögzített jelek azt sugallják, hogy egy hozzánk közeli Univerzum nagyon különbözik a miénktől, mert a szubatomi részecskék (barionok) és a fotonok száma között akár tízszeres is lehet a különbség, mint " itt". . Ez azt jelentené, hogy a mögöttes fizikai elvek eltérhetnek az általunk ismertektől.

Az észlelt jelek valószínűleg az univerzum egy korai korszakából származnak – az ún rekombinációamikor a protonok és az elektronok először kezdtek egyesülni hidrogénatomokká (a viszonylag közeli forrásokból érkező jel valószínűsége kb. 30%). Ezeknek a jeleknek a jelenléte a rekombinációs folyamat felerősödését jelezheti, miután Univerzumunk ütközik egy másik, nagyobb sűrűségű barion anyaggal.

Egy olyan helyzetben, ahol egymásnak ellentmondó és legtöbbször pusztán elméleti sejtések halmozódnak fel, néhány tudós észrevehetően elveszíti türelmét. Ezt bizonyítja Neil Turok, a kanadai Waterloo-i Perimeter Institute munkatársának határozott kijelentése, akit a NewScientistnek adott 2015-ös interjújában bosszantott, hogy „nem tudjuk értelmezni, amit találunk”. Hozzátette: „Az elmélet egyre összetettebb és kifinomultabb. Egymás utáni mezőket, méréseket, szimmetriákat dobunk a feladatra, akár villáskulccsal is, de a legegyszerűbb tényeket nem tudjuk megmagyarázni. Sok fizikust nyilvánvalóan bosszant az a tény, hogy a modern teoretikusok mentális utazásainak, mint például a fenti érvelésnek vagy a szuperhúrelméletnek semmi köze a jelenleg laboratóriumokban végzett kísérletekhez, és nincs bizonyíték arra, hogy tesztelni lehetne őket. kísérletileg. .

Valóban zsákutca ez, és ki kell lépni belőle, ahogy Smolin és barátja, a filozófus javasolta? Vagy talán zűrzavarról és zűrzavarról beszélünk valamiféle korszakalkotó felfedezés előtt, amely hamarosan ránk vár?

Meghívjuk Önt, hogy ismerkedjen meg a lapszám témájával.