Hvor gikk vi feil?

Fysikken har havnet i en ubehagelig blindvei. Selv om den har sin egen standardmodell, nylig supplert med Higgs-partikkelen, gjør alle disse fremskrittene lite for å forklare de store moderne mysteriene, mørk energi, mørk materie, gravitasjon, materie-antimaterie-asymmetrier og til og med nøytrinoscillasjoner.

Roberto Unger og Lee Smolin

Lee Smolin, en kjent fysiker som i årevis har vært nevnt som en av de seriøse kandidatene til Nobelprisen, nylig publisert med filosofen Roberto Ungerem, boken "The Singular Universe and the Reality of Time". I den analyserer forfatterne, hver fra sin disiplins synspunkt, den forvirrede tilstanden til moderne fysikk. "Vitenskap mislykkes når den forlater riket av eksperimentell verifisering og muligheten for fornektelse," skriver de. De oppfordrer fysikere til å gå tilbake i tid og se etter en ny begynnelse.

Tilbudene deres er ganske spesifikke. Smolin og Unger ønsker for eksempel at vi skal tilbake til konseptet Ett univers. Grunnen er enkel - vi opplever bare ett univers, og ett av dem kan undersøkes vitenskapelig, mens påstander om eksistensen av deres mangfold er empirisk uverifiserbare.. En annen antakelse som Smolin og Unger foreslår å akseptere er som følger. tidens virkelighetikke å gi teoretikere en sjanse til å komme vekk fra essensen av virkeligheten og dens transformasjoner. Og til slutt oppfordrer forfatterne til å begrense lidenskapen for matematikk, som i sine "vakre" og elegante modeller bryter bort fra den virkelig erfarne og mulige verden. eksperimentelt sjekk.

Hvem vet "matematisk vakker" strengteori, sistnevnte gjenkjenner lett sin kritikk i postulatene ovenfor. Problemet er imidlertid mer generelt. Mange uttalelser og publikasjoner i dag mener at fysikken har kommet til en blindvei. Vi må ha gjort en feil et sted underveis, innrømmer mange forskere.

Så Smolin og Unger er ikke alene. For noen måneder siden i "Nature" George Ellis i Joseph Silk publiserte en artikkel om å beskytte fysikkens integritetved å kritisere de som er mer og mer tilbøyelige til å utsette til en ubestemt "i morgen"-eksperimenter for å teste ulike "fasjonable" kosmologiske teorier. De skal være preget av «tilstrekkelig eleganse» og forklaringsverdi. «Dette bryter den flere hundre år gamle vitenskapelige tradisjonen om at vitenskapelig kunnskap er kunnskap. empirisk bekreftetminner forskere på. Fakta viser tydelig den "eksperimentelle blindgate" til moderne fysikk.. De siste teoriene om naturen og strukturen til verden og universet kan som regel ikke verifiseres av eksperimenter som er tilgjengelige for menneskeheten.

Supersymmetriske partikkelanaloger - Visualisering

Ved å oppdage Higgs-bosonet har forskere "oppnådd" Standard modell. Fysikkens verden er imidlertid langt fra fornøyd. Vi vet om alle kvarkene og leptonene, men vi aner ikke hvordan vi skal forene dette med Einsteins gravitasjonsteori. Vi vet ikke hvordan vi skal kombinere kvantemekanikk med gravitasjon for å lage en sammenhengende teori om kvantetyngdekraft. Vi vet heller ikke hva Big Bang er (eller om det virkelig fantes en).

For øyeblikket, la oss kalle det mainstream-fysikere, de ser neste trinn etter Standardmodellen inn supersymmetri (SUSY), som spår at hver elementær partikkel kjent for oss har en symmetrisk "partner". Dette dobler det totale antallet byggeklosser for materie, men teorien passer perfekt inn i de matematiske ligningene og, viktigere, gir den en sjanse til å avdekke mysteriet med kosmisk mørk materie. Det gjensto bare å vente på resultatene av eksperimenter ved Large Hadron Collider, som vil bekrefte eksistensen av supersymmetriske partikler.

Imidlertid har ingen slike funn ennå blitt hørt fra Genève. Hvis det fortsatt ikke dukker opp noe nytt fra LHC-eksperimenter, mener mange fysikere at supersymmetriske teorier stille bør trekkes tilbake, samt overbyggsom er basert på supersymmetri. Det er forskere som er klare til å forsvare det, selv om det ikke finner eksperimentell bekreftelse, fordi SUSA-teorien er «for vakker til å være falsk». Om nødvendig har de til hensikt å revurdere ligningene sine for å bevise at supersymmetriske partikkelmasser rett og slett er utenfor rekkevidden til LHC.

Anomali hedensk anomali

Inntrykk – det er lett å si! Men når for eksempel fysikere lykkes med å sette en myon i bane rundt et proton, og protonet "svulmer", så begynner rare ting å skje med fysikken vi kjenner til. Det lages en tyngre versjon av hydrogenatomet og det viser seg at kjernen, dvs. protonet i et slikt atom er større (dvs. har større radius) enn det "vanlige" protonet.

Fysikken slik vi kjenner den kan ikke forklare dette fenomenet. Myonet, leptonet som erstatter elektronet i atomet, skal oppføre seg som et elektron – og det gjør det, men hvorfor påvirker denne endringen størrelsen på protonet? Fysikere forstår ikke dette. Kanskje de kunne komme over det, men... vent litt. Størrelsen på protonet er relatert til gjeldende fysikkteorier, spesielt Standardmodellen. Teoretikere har begynt å lufte denne uforklarlige interaksjonen en ny type grunnleggende interaksjon. Dette er imidlertid bare spekulasjoner så langt. Underveis ble det utført eksperimenter med deuteriumatomer, i troen på at et nøytron i kjernen kan påvirke effektene. Protoner var enda større med myoner rundt enn med elektroner.

En annen relativt ny fysisk særhet er eksistensen som dukket opp som et resultat av forskning utført av forskere fra Trinity College Dublin. ny form for lys. En av de målte egenskapene til lys er dets vinkelmomentum. Inntil nå har man trodd at i mange former for lys er vinkelmomentet et multiplum av Planck er konstant. I mellomtiden har Dr. Kyle Ballantyne og professor Paul Eastham i John Donegan oppdaget en form for lys der vinkelmomentet til hvert foton er halvparten av Plancks konstant.

Denne bemerkelsesverdige oppdagelsen viser at selv de grunnleggende egenskapene til lys som vi trodde var konstante, kan endres. Dette vil ha en reell innvirkning på studiet av lysets natur og vil finne praktiske anvendelser, for eksempel i sikker optisk kommunikasjon. Siden 80-tallet har fysikere lurt på hvordan partikler oppfører seg når de beveger seg i bare to dimensjoner av tredimensjonalt rom. De fant ut at vi da ville ha å gjøre med mange uvanlige fenomener, inkludert partikler hvis kvanteverdier ville være fraksjoner. Nå er det bevist for lys. Dette er veldig interessant, men det betyr at mange teorier fortsatt må oppdateres. Og dette er bare begynnelsen på forbindelsen med nye oppdagelser som bringer gjæring til fysikk.

For et år siden dukket det opp informasjon i media som fysikere fra Cornell University bekreftet i sitt eksperiment. Quantum Zeno-effekt – muligheten for å stoppe et kvantesystem kun ved å utføre kontinuerlige observasjoner. Den er oppkalt etter den antikke greske filosofen som hevdet at bevegelse er en illusjon som er umulig i virkeligheten. Forbindelsen mellom eldgamle tanker og moderne fysikk er verket Baidyanatha Egypt i George Sudarshan fra University of Texas, som beskrev dette paradokset i 1977. David Wineland, en amerikansk fysiker og nobelprisvinner i fysikk, som MT snakket med i november 2012, gjorde den første eksperimentelle observasjonen av Zeno-effekten, men forskerne var uenige om eksperimentet hans bekreftet eksistensen av fenomenet.

Visualisering av Wheeler-eksperimentet

I fjor gjorde han en ny oppdagelse Mukund Vengalattoresom sammen med forskerteamet sitt gjennomførte et eksperiment ved det ultrakalde laboratoriet ved Cornell University. Forskerne skapte og avkjølte en gass på rundt én milliard rubidiumatomer i et vakuumkammer og suspenderte massen mellom laserstråler. Atomene organiserte seg og dannet et gittersystem – de oppførte seg som om de var i en krystallinsk kropp. I veldig kaldt vær kunne de bevege seg fra sted til sted med svært lav hastighet. Fysikerne observerte dem under et mikroskop og belyste dem med et laserbildesystem slik at de kunne se dem. Når laseren ble slått av eller ved lav intensitet, tunnelerte atomene fritt, men etter hvert som laserstrålen ble lysere og målinger ble tatt oftere, penetrasjonsraten falt kraftig.

Vengalattore oppsummerte eksperimentet sitt som følger: "Nå har vi en unik mulighet til å kontrollere kvantedynamikk utelukkende gjennom observasjon." Ble «idealistiske» tenkere, fra Zeno til Berkeley, latterliggjort i «fornuftens tidsalder», hadde de rett i at objekter kun eksisterer fordi vi ser på dem?

I det siste har det ofte dukket opp ulike anomalier og inkonsekvenser med (tilsynelatende) teorier som har stabilisert seg gjennom årene. Et annet eksempel kommer fra astronomiske observasjoner – for noen måneder siden viste det seg at universet ekspanderer raskere enn kjente fysiske modeller antyder. I følge en Nature-artikkel fra april 2016 var målinger av forskere fra Johns Hopkins University 8% høyere enn forventet av moderne fysikk. Forskere brukte en ny metode analyse av de såkalte standardlysene, dvs. lyskilder anses som stabile. Igjen, kommentarer fra det vitenskapelige miljøet sier at disse resultatene peker på et alvorlig problem med gjeldende teorier.

En av de fremragende moderne fysikerne, John Archibald Wheeler, foreslo en romversjon av dobbeltspalteeksperimentet kjent på den tiden. I hans mentale design passerer lys fra en kvasar, en milliard lysår unna, gjennom to motsatte sider av galaksen. Hvis observatører observerer hver av disse banene separat, vil de se fotoner. Hvis begge deler samtidig, vil de se bølgen. Følgelig Sam handlingen med å observere endrer lysets natursom forlot kvasaren for en milliard år siden.

I følge Wheeler beviser ovenstående at universet ikke kan eksistere i fysisk forstand, i hvert fall ikke i den forstand vi er vant til å forstå «en fysisk tilstand». Det kan ikke være sånn tidligere heller, før... vi har tatt en måling. Dermed påvirker vår nåværende dimensjon fortiden. Så, med våre observasjoner, deteksjoner og målinger, former vi hendelsene fra fortiden, tilbake i tid, frem til ... begynnelsen av universet!

Hologramoppløsningen avsluttes

Svart hulls fysikk ser ut til å indikere, som i det minste noen matematiske modeller antyder, at universet vårt ikke er det sansene våre forteller oss å være, det vil si tredimensjonalt (den fjerde dimensjonen, tid, blir informert av sinnet). Virkeligheten som omgir oss kan være hologram er en projeksjon av et i hovedsak todimensjonalt, fjernt plan. Hvis dette bildet av universet er riktig, kan illusjonen om romtidens tredimensjonale natur fordrives så snart forskningsverktøyene vi har til rådighet blir tilstrekkelig følsomme. Craig Hogan, en professor i fysikk ved Fermilab som har brukt år på å studere universets grunnleggende struktur, antyder at dette nivået nettopp er nådd. Hvis universet er et hologram, har vi kanskje nådd grensene for virkelighetsoppløsning. Noen fysikere har fremsatt den spennende hypotesen om at rom-tiden vi lever i til syvende og sist ikke er kontinuerlig, men, som et bilde i et digitalt fotografi, på sitt mest grunnleggende nivå består av en slags "korn" eller "piksel". I så fall må virkeligheten vår ha en form for endelig "oppløsning". Slik tolket noen forskere «støyen» som dukket opp i resultatene av gravitasjonsbølgedetektoren Geo600 for noen år siden.

For å teste denne uvanlige hypotesen utviklet Craig Hogan og teamet hans verdens mest nøyaktige interferometer, kalt Hogan holometersom skulle gi oss den mest nøyaktige måling av selve essensen av rom-tid. Eksperimentet, med kodenavnet Fermilab E-990, er ikke et av mange andre. Den har som mål å demonstrere kvantenaturen til selve rommet og tilstedeværelsen av det forskerne kaller "holografisk støy". Holometeret består av to side-ved-side interferometre som sender laserstråler på én kilowatt til en enhet som deler dem i to vinkelrette 40-meters stråler. De reflekteres og returneres til separasjonspunktet, og skaper fluktuasjoner i lysstyrken til lysstrålene. Hvis de forårsaker en viss bevegelse i delingsanordningen, vil dette være bevis på selve rommets vibrasjon.

Fra kvantefysikkens synspunkt kan det oppstå uten grunn. et hvilket som helst antall universer. Vi endte opp i akkurat denne, som måtte oppfylle en rekke subtile betingelser for at en person skulle leve i den. Da snakker vi om antropisk verden. For en troende er ett antropisk univers skapt av Gud nok. Det materialistiske verdensbildet aksepterer ikke dette og antar at det er mange universer eller at det nåværende universet bare er et stadium i multiversets uendelige utvikling.

Forfatter av den moderne versjonen Univershypoteser som en simulering (et beslektet konsept av hologrammet) er en teoretiker Niklas Bostrum. Den sier at virkeligheten vi oppfatter bare er en simulering som vi ikke er klar over. Forskeren foreslo at hvis du kan lage en pålitelig simulering av en hel sivilisasjon eller til og med hele universet ved å bruke en kraftig nok datamaskin, og de simulerte menneskene kan oppleve bevissthet, er det svært sannsynlig at det vil være et stort antall slike skapninger. simuleringer skapt av avanserte sivilisasjoner - og vi lever i en av dem, i noe som ligner på "Matrix".

Tiden er ikke uendelig

Så kanskje det er på tide å bryte paradigmer? Debunkingen deres er ikke noe spesielt nytt i vitenskapens og fysikkens historie. Tross alt var det mulig å undergrave geosentrisme, forestillingen om rom som et inaktivt stadium og universell tid, fra troen på at universet er statisk, fra troen på målingens hensynsløshet ...

lokalt paradigme han er ikke lenger så godt informert, men også han er død. Erwin Schrödinger og andre skapere av kvantemekanikk la merke til at før målingen var fotonet vårt, som den berømte katten plassert i en boks, ennå ikke i en viss tilstand, og polarisert vertikalt og horisontalt på samme tid. Hva kan skje hvis vi plasserer to sammenfiltrede fotoner veldig langt fra hverandre og undersøker tilstanden deres hver for seg? Nå vet vi at hvis foton A er horisontalt polarisert, så må foton B være vertikalt polarisert, selv om vi plasserte det en milliard lysår tidligere. Begge partiklene har ikke en eksakt tilstand før måling, men etter å ha åpnet en av boksene, "vet" den andre umiddelbart hvilken egenskap den skal få. Det kommer til noe ekstraordinær kommunikasjon som finner sted utenfor tid og rom. I følge den nye teorien om sammenfiltring er lokalitet ikke lenger en sikkerhet, og to tilsynelatende separate partikler kan oppføre seg som en referanseramme, og ignorerer detaljer som avstand.

Siden vitenskapen omhandler ulike paradigmer, hvorfor skulle den ikke bryte ned de faste synspunktene som vedvarer i fysikenes sinn og som går igjen i forskningskretser? Kanskje vil det være den nevnte supersymmetrien, kanskje troen på eksistensen av mørk energi og materie, eller kanskje ideen om Big Bang og utvidelsen av universet?

Så langt har den rådende oppfatningen vært at universet ekspanderer i en stadig økende hastighet og vil trolig fortsette å gjøre det på ubestemt tid. Imidlertid er det noen fysikere som har bemerket at teorien om universets evige utvidelse, og spesielt dens konklusjon om at tiden er uendelig, gir et problem med å beregne sannsynligheten for at en hendelse skal inntreffe. Noen forskere hevder at i løpet av de neste 5 milliarder årene vil tiden sannsynligvis løpe ut på grunn av en slags katastrofe.

fysikk Raphael Busso fra University of California og kolleger publiserte en artikkel på arXiv.org som forklarer at i et evig univers vil selv de mest utrolige hendelser skje før eller siden - og i tillegg vil de skje et uendelig antall ganger. Siden sannsynlighet er definert i form av det relative antallet hendelser, gir det ingen mening å angi noen sannsynlighet i evigheten, siden hver hendelse vil være like sannsynlig. "Evig inflasjon har dype konsekvenser," skriver Busso. "Enhver hendelse som har en ikke-null sannsynlighet for å inntreffe vil skje uendelig mange ganger, oftest i fjerntliggende områder som aldri har vært i kontakt." Dette undergraver grunnlaget for probabilistiske spådommer i lokale eksperimenter: hvis et uendelig antall observatører over hele universet vinner i lotto, på hvilket grunnlag kan du si at det er usannsynlig å vinne i lotto? Selvfølgelig er det også uendelig mange ikke-vinnere, men i hvilken forstand er det flere av dem?

En løsning på dette problemet, forklarer fysikere, er å anta at tiden vil løpe ut. Da vil det være et begrenset antall hendelser, og usannsynlige hendelser vil inntreffe sjeldnere enn sannsynlige.

Dette "kutt"-øyeblikket definerer et sett med visse tillatte hendelser. Så fysikere prøvde å beregne sannsynligheten for at tiden ville løpe ut. Fem forskjellige tidsavslutningsmetoder er gitt. I de to scenariene er det 50 prosent sjanse for at dette skjer om 3,7 milliarder år. De to andre har 50 % sjanse innen 3,3 milliarder år. Det er svært lite tid igjen i det femte scenarioet (Planck-tid). Med en høy grad av sannsynlighet kan han til og med være i ... neste sekund.

Fungerte det ikke?

Heldigvis forutsier disse beregningene at de fleste observatører er de såkalte Boltzmann-barna, som dukker opp fra kaoset av kvantesvingninger i det tidlige universet. Fordi de fleste av oss ikke er det, har fysikere avvist dette scenariet.

"Grensen kan sees på som et objekt med fysiske egenskaper, inkludert temperatur," skriver forfatterne i papiret sitt. «Etter å ha møtt tidens ende, vil materie nå termodynamisk likevekt med horisonten. Dette ligner på beskrivelsen av materie som faller inn i et svart hull, laget av en utenforstående observatør.»

Kosmisk inflasjon og multiverset

Den første antakelsen er det Universet utvider seg hele tiden til det uendeligesom er en konsekvens av den generelle relativitetsteorien og er godt bekreftet av eksperimentelle data. Den andre antakelsen er at sannsynligheten er basert på relativ hendelsesfrekvens. Til slutt, den tredje antakelsen er at hvis romtiden virkelig er uendelig, så er den eneste måten å bestemme sannsynligheten for en hendelse å begrense oppmerksomheten din en endelig delmengde av det uendelige multiverset.

Vil det gi mening?

Smolin og Ungers argumenter, som danner grunnlaget for denne artikkelen, antyder at vi bare kan utforske universet vårt eksperimentelt, og avvise forestillingen om et multivers. I mellomtiden har analyse av data samlet inn av det europeiske Planck-romteleskopet avslørt tilstedeværelsen av anomalier som kan indikere en langvarig interaksjon mellom vårt univers og et annet. Dermed peker bare observasjon og eksperimenter på andre universer.

Anomalier oppdaget av Planck-observatoriet

Noen fysikere spekulerer nå i at hvis det er et vesen som heter multiverset, og alle dets bestanddeler, ble til i et enkelt Big Bang, så kunne det ha skjedd mellom dem. sammenstøt. I følge forskning fra Planck Observatory-teamet vil disse kollisjonene være noe lik kollisjonen av to såpebobler, og etterlate spor på den ytre overflaten av universene, som teoretisk sett kan registreres som anomalier i fordelingen av mikrobølgebakgrunnsstråling. Interessant nok ser det ut til at signalene registrert av Planck-teleskopet tyder på at et slags univers nær oss er veldig forskjellig fra vårt, fordi forskjellen mellom antall subatomære partikler (baryoner) og fotoner i det kan være ti ganger større enn " her". . Dette vil bety at de underliggende fysiske prinsippene kan avvike fra det vi kjenner til.

De oppdagede signalene kommer sannsynligvis fra en tidlig æra av universet - den såkalte rekombinasjonda protoner og elektroner først begynte å smelte sammen for å danne hydrogenatomer (sannsynligheten for et signal fra relativt nærliggende kilder er ca. 30%). Tilstedeværelsen av disse signalene kan indikere en intensivering av rekombinasjonsprosessen etter kollisjonen av vårt univers med et annet, med en høyere tetthet av baryonisk materie.

I en situasjon der motstridende og oftest rent teoretiske formodninger akkumuleres, mister noen forskere merkbart tålmodigheten. Dette er bevist av en sterk uttalelse fra Neil Turok fra Perimeter Institute i Waterloo, Canada, som i et 2015-intervju med NewScientist ble irritert over at "vi ikke er i stand til å forstå hva vi finner." Han la til: "Teori blir mer og mer kompleks og sofistikert. Vi kaster påfølgende felt, mål og symmetrier på problemet, selv med en skiftenøkkel, men vi kan ikke forklare de enkleste fakta. Mange fysikere irriterer seg åpenbart over det faktum at moderne teoretikeres mentale reiser, slik som resonnementet ovenfor eller superstrengteori, ikke har noe å gjøre med eksperimentene som for tiden utføres i laboratorier, og det er ingen bevis for at de kan testes. eksperimentelt. .

Er det virkelig en blindvei og det er nødvendig å komme seg ut av det, som foreslått av Smolin og vennen hans filosofen? Eller kanskje vi snakker om forvirring og forvirring før en slags epokegjørende oppdagelse som snart venter oss?

Vi inviterer deg til å gjøre deg kjent med temaet for problemet i.