Fysiikan ja fyysisen kokeen rajat

Sata vuotta sitten fysiikan tilanne oli täysin päinvastainen kuin nykyään. Tiedemiesten käsissä olivat useaan otteeseen toistettujen kokeiden tulokset, joita ei kuitenkaan usein voitu selittää olemassa olevilla fysikaalisilla teorioilla. Kokemus edelsi selvästi teoriaa. Teoreetikkojen oli ryhdyttävä töihin.

Tällä hetkellä tasapaino on kallistumassa teoreetikkojen puolelle, joiden mallit poikkeavat suuresti mahdollisista kokeista, kuten merkkijonoteoriasta, nähdään. Ja näyttää siltä, ​​että fysiikassa on yhä enemmän ratkaisemattomia ongelmia (1).

1. Tärkeimmät fysiikan nykyajan trendit ja ongelmat - visualisointi

Kuuluisa puolalainen fyysikko prof. Andrzej Staruszkiewicz sanoi "Limits of Knowledge in Physics" -keskustelun aikana kesäkuussa 2010 Ignatianum-akatemiassa Krakovassa: ”Tietokenttä on kasvanut valtavasti viime vuosisadalla, mutta tietämättömyyden kenttä on kasvanut vielä enemmän. (…) Yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan löytö ovat ihmisajattelun monumentaalisia saavutuksia, verrattavissa Newtonin saavutuksiin, mutta ne johtavat kysymykseen näiden kahden rakenteen välisestä suhteesta, kysymykseen, jonka monimutkaisuus on yksinkertaisesti järkyttävää. Tässä tilanteessa herää luonnollisesti kysymyksiä: voimmeko tehdä tämän? Onko päättäväisyytemme ja tahtomme päästä totuuden pohjaan oikeassa suhteessa kohtaamiimme vaikeuksiin?"

Kokeellinen umpikuja

Fysiikan maailma on ollut usean kuukauden ajan tavallista vilkkaampi ja kiistanalainen. Nature-lehdessä George Ellis ja Joseph Silk julkaisivat artikkelin puolustaakseen fysiikan eheyttä ja kritisoivat niitä, jotka ovat yhä valmiimpia lykkäämään kokeita uusimpien kosmologisten teorioiden testaamiseksi määrittelemättömään "huomiseen". Niiden tulee olla "riittävän eleganssia" ja selittävä arvo. "Tämä rikkoo vuosisatoja vanhan tieteellisen perinteen, jonka mukaan tieteellinen tieto on empiirisesti todistettua tietoa", tutkijat jylisevät. Tosiasiat osoittavat selvästi modernin fysiikan "kokeellisen umpikujan".

Uusimpia teorioita maailman ja universumin luonteesta ja rakenteesta ei yleensä voida vahvistaa ihmiskunnan käytettävissä olevilla kokeilla.

Löytämällä Higgsin bosonin tiedemiehet ovat "valmistuneet" standardimallin. Fysiikan maailma ei kuitenkaan ole kaukana tyytyväinen. Tiedämme kaikista kvarkeista ja leptoneista, mutta meillä ei ole aavistustakaan kuinka sovittaa tämä yhteen Einsteinin painovoimateorian kanssa. Emme tiedä kuinka yhdistää kvanttimekaniikka painovoimaan hypoteettisen kvanttigravitaation teorian luomiseksi. Emme myöskään tiedä, mikä alkuräjähdys on (tai tapahtuiko se todella!) (2).

Tällä hetkellä, kutsukaamme sitä klassisiksi fyysikoiksi, seuraava askel Standardimallin jälkeen on supersymmetria, joka ennustaa, että jokaisella meille tuntemallamme alkuainehiukkasella on "kumppani".

Tämä kaksinkertaistaa aineen rakennuspalikoiden kokonaismäärän, mutta teoria sopii täydellisesti matemaattisiin yhtälöihin ja mikä tärkeintä, tarjoaa mahdollisuuden selvittää kosmisen pimeän aineen mysteeri. Jää vain odottaa Large Hadron Colliderin kokeiden tuloksia, jotka vahvistavat supersymmetristen hiukkasten olemassaolon.

Tällaisia ​​löytöjä ei kuitenkaan ole vielä kuultu Genevestä. Tietenkin tämä on vasta alkua uudelle LHC-versiolle, jonka iskuenergia on kaksinkertainen (äskettäisen korjauksen ja päivityksen jälkeen). Muutaman kuukauden kuluttua he saattavat ampua samppanjakorkkeja supersymmetrian kunniaksi. Jos näin ei kuitenkaan tapahtuisi, monet fyysikot uskovat, että supersymmetriset teoriat, samoin kuin supersymmetriaan perustuva supermerkkijono, olisi asteittain poistettava. Sillä jos Large Collider ei vahvista näitä teorioita, niin mitä sitten?

Jotkut tiedemiehet eivät kuitenkaan usko niin. Koska supersymmetrian teoria on liian "kaunis ollakseen väärässä".

Siksi he aikovat arvioida yhtälönsä uudelleen osoittaakseen, että supersymmetristen hiukkasten massat ovat yksinkertaisesti LHC-alueen ulkopuolella. Teoreetikot ovat hyvin oikeassa. Heidän mallinsa ovat hyviä selittämään ilmiöitä, jotka voidaan mitata ja todentaa kokeellisesti. Siksi voidaan kysyä, miksi meidän pitäisi sulkea pois niiden teorioiden kehitys, joita emme (vielä) voi tietää empiirisesti. Onko tämä järkevä ja tieteellinen lähestymistapa?

universumi tyhjästä

Luonnontieteet, erityisesti fysiikka, perustuvat naturalismiin eli uskoon, että voimme selittää kaiken luonnonvoimilla. Tieteen tehtävä rajoittuu erilaisten ilmiöitä kuvaavien suureiden tai joidenkin luonnossa esiintyvien rakenteiden välisen yhteyden pohtimiseen. Fysiikka ei käsittele ongelmia, joita ei voida kuvata matemaattisesti, joita ei voida toistaa. Tämä on muun muassa syy sen menestykseen. Luonnonilmiöiden mallintamiseen käytetty matemaattinen kuvaus on osoittautunut erittäin tehokkaaksi. Luonnontieteen saavutukset johtivat heidän filosofisiin yleistyksiinsä. Luotiin suuntauksia, kuten mekanistinen filosofia tai tieteellinen materialismi, jotka siirsivät luonnontieteiden tulokset, jotka oli saatu ennen XNUMX-luvun loppua, filosofian kentälle.

Näytti siltä, ​​että voimme tuntea koko maailman, että luonnossa on täydellistä determinismia, koska voimme määrittää, kuinka planeetat liikkuvat miljoonien vuosien kuluttua tai kuinka ne liikkuivat miljoonia vuosia sitten. Nämä saavutukset saivat aikaan ylpeyden, joka teki ihmismielen absoluuttisena. Metodologinen naturalismi vauhdittaa ratkaisevasti luonnontieteen kehitystä tänäkin päivänä. On kuitenkin joitakin rajapisteitä, jotka näyttävät osoittavan naturalistisen metodologian rajoituksia.

Jos maailmankaikkeus on tilavuudeltaan rajoitettu ja syntyi "ei tyhjästä" (3), rikkomatta energian säilymisen lakeja esimerkiksi heilahteluna, siinä ei pitäisi olla muutoksia. Sillä välin katsomme niitä. Yrittäessään ratkaista tätä ongelmaa kvanttifysiikan pohjalta, tulemme siihen tulokseen, että vain tietoinen tarkkailija toteuttaa tällaisen maailman olemassaolon mahdollisuuden. Siksi ihmettelemme, miksi se tietty, jossa elämme, luotiin monista eri universumeista. Joten tulemme siihen johtopäätökseen, että vasta kun ihminen ilmestyi maan päälle, maailma - kuten havaitsemme - todella "tuli" ...

Miten mittaukset vaikuttavat miljardi vuotta sitten tapahtuneisiin tapahtumiin?

4. Wheeler-kokeilu - visualisointi

Yksi nykyajan fyysikoista, John Archibald Wheeler, ehdotti avaruusversiota kuuluisasta kaksoisrakokokeesta. Hänen mentaalisuunnitelmassaan meistä miljardin valovuoden päässä sijaitsevan kvasaarin valo kulkee pitkin galaksin kahta vastakkaista puolta (4). Jos tarkkailijat tarkkailevat jokaista näistä poluista erikseen, he näkevät fotoneja. Jos molemmat kerralla, he näkevät aallon. Joten havainnointi muuttaa sen valon luonnetta, joka lähti kvasaarista miljardi vuotta sitten!

Wheelerille edellä oleva todistaa, että universumia ei voi olla fyysisessä mielessä, ainakaan siinä mielessä, jossa olemme tottuneet ymmärtämään "fyysisen tilan". Se ei ole voinut tapahtua aiemminkaan, ennen kuin... olemme ottaneet mittauksen. Siten nykyinen ulottuvuutemme vaikuttaa menneisyyteen. Havainnoillamme, havainnoillamme ja mittauksillamme muokkaamme menneisyyden tapahtumia, syvällä ajassa, aina... universumin alkuun asti!

Neil Turk Perimeter Institutesta Waterloossa, Kanadassa, sanoi New Scientist -lehden heinäkuun numerossa, että "emme voi ymmärtää mitä löydämme. Teoria muuttuu yhä monimutkaisemmaksi ja hienostuneemmaksi. Joudumme ongelmaan peräkkäisten kenttien, mittojen ja symmetrioiden kanssa, jopa jakoavaimella, mutta emme voi selittää yksinkertaisimpia tosiasioita." Monia fyysikoita selvästi ärsyttää se, että nykyaikaisten teoreetikkojen henkisillä matkoilla, kuten yllä olevilla pohdinnoilla tai superjonoteorialla, ei ole mitään tekemistä laboratorioissa parhaillaan suoritettavien kokeiden kanssa, eikä niitä ole mitenkään mahdollista testata kokeellisesti.

Kvanttimaailmassa sinun on katsottava laajemmin

Kuten Nobel-palkittu Richard Feynman kerran sanoi, kukaan ei todellakaan ymmärrä kvanttimaailmaa. Toisin kuin vanhassa hyvässä newtonilaisessa maailmassa, jossa kahden tietyn massan omaavan kappaleen vuorovaikutukset lasketaan yhtälöillä, kvanttimekaniikassa on yhtälöitä, joista ne eivät niinkään seuraa, vaan ovat tulosta kokeissa havaitusta oudosta käyttäytymisestä. Kvanttifysiikan esineiden ei tarvitse liittyä mihinkään "fysikaaliseen", ja niiden käyttäytyminen on abstraktin moniulotteisen avaruuden aluetta, jota kutsutaan Hilbert-avaruudeksi.

Schrödingerin yhtälö kuvailee muutoksia, mutta miksi tarkalleen, ei tiedetä. Voiko tätä muuttaa? Onko fysiikan periaatteista edes mahdollista johtaa kvanttilakeja, koska Newtonin periaatteista johdettiin kymmeniä lakeja ja periaatteita esimerkiksi kappaleiden liikkumisesta ulkoavaruudessa? Italialaisen Pavian yliopiston tutkijat Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella ja Paolo Perinotti väittävät, että jopa terveen järjen vastaiset kvanttiilmiöt voidaan havaita mitattavissa olevissa kokeissa. Tarvitset vain oikean näkökulman - Ehkä kvanttivaikutusten väärinymmärrys johtuu laajan näkemyksen puutteesta niistä. New Scientistin edellä mainittujen tutkijoiden mukaan kvanttimekaniikan merkityksellisten ja mitattavissa olevien kokeiden on täytettävä useita ehtoja. Tämä on:

• syy-seuraus - tulevat tapahtumat eivät voi vaikuttaa menneisiin tapahtumiin;
• erotettavuus - toteaa, että meidän on kyettävä erottamaan toisistaan ​​erillisinä;
• композиция - jos tunnemme prosessin kaikki vaiheet, tunnemme koko prosessin;
• puristus – on olemassa tapoja siirtää tärkeitä tietoja sirusta ilman, että koko sirua tarvitsee siirtää;
• tomografia – jos meillä on moniosainen järjestelmä, mittaustilastot osittain riittävät paljastamaan koko järjestelmän tilan.

Italialaiset haluavat laajentaa puhdistusperiaatteitaan, laajempaa näkökulmaa ja mielekästä kokeilua sisältämään myös termodynaamisten ilmiöiden peruuttamattomuuden ja entropian kasvun periaatteen, jotka eivät vaikuta fyysikoihin. Ehkä tässäkin havaintoihin ja mittauksiin vaikuttavat artefaktit, joiden perspektiivi on liian kapea koko järjestelmän ymmärtämiseksi. "Kvanttiteorian perustotuus on, että meluisat, peruuttamattomat muutokset voidaan tehdä peruuttaviksi lisäämällä kuvaukseen uusi ulkoasu", sanoo italialainen tiedemies Giulio Ciribella New Scientist -lehden haastattelussa.

Valitettavasti skeptikot sanovat, että kokeilujen "puhdistuminen" ja laajempi mittausnäkökulma voisivat johtaa monien maailmojen hypoteesiin, jossa mikä tahansa lopputulos on mahdollinen ja jossa tiedemiehet, luullen mittaavansa tapahtumien oikeaa kulkua, yksinkertaisesti "valitsevat" tietty jatkumo mittaamalla niitä.

5. Aikaosoittimet kelloosoittimien muodossa

Ei aikaa

Niin sanottujen ajan nuolien (5) käsitteen esitteli vuonna 1927 brittiläinen astrofyysikko Arthur Eddington. Tämä nuoli osoittaa aikaa, joka virtaa aina yhteen suuntaan, eli menneisyydestä tulevaisuuteen, eikä tätä prosessia voi kääntää. Stephen Hawking kirjoitti kirjassaan A Brief History of Time, että häiriö lisääntyy ajan myötä, koska mittaamme aikaa siihen suuntaan, johon häiriö lisääntyy. Tämä tarkoittaisi, että meillä on valinnanvaraa - voimme esimerkiksi ensin tarkkailla lasinsirpaleita hajallaan lattialla, sitten hetken, jolloin lasi putoaa lattialle, sitten lasi ilmassa ja lopuksi lasin kädessä. sitä pitelevä henkilö. Ei ole olemassa tieteellistä sääntöä, jonka mukaan "psykologisen ajan nuolen" on mentävä samaan suuntaan kuin termodynaamisen nuolen, ja järjestelmän entropia kasvaa. Monet tutkijat uskovat kuitenkin, että tämä johtuu siitä, että ihmisen aivoissa tapahtuu energiamuutoksia, jotka ovat samanlaisia ​​kuin luonnossa havaitsemme. Aivoilla on energiaa toimia, tarkkailla ja järkeillä, koska ihmisen "moottori" polttaa polttoainetta ja ruokaa, ja kuten polttomoottorissa, tämä prosessi on peruuttamaton.

On kuitenkin tapauksia, joissa entropia sekä kasvaa että vähenee eri järjestelmissä, vaikka psykologisen ajan nuolen suunta pysyy samana. Esimerkiksi tallennettaessa tietoja tietokoneen muistiin. Koneen muistimoduulit siirtyvät järjestämättömästä tilasta levyn kirjoitusjärjestykseen. Siten tietokoneen entropia pienenee. Jokainen fyysikko sanoo kuitenkin, että koko maailmankaikkeuden näkökulmasta - se kasvaa, koska levylle kirjoittaminen vie energiaa, ja tämä energia hajoaa koneen tuottaman lämmön muodossa. Joten olemassa on lievää "psykologista" vastustusta vakiintuneita fysiikan lakeja kohtaan. Meidän on vaikea uskoa, että tuulettimen melun mukana tuleva on tärkeämpää kuin teoksen tai muun arvon tallentaminen muistiin. Entä jos joku kirjoittaa PC:lleen väitteen, joka kumoaa modernin fysiikan, yhtenäisen voimateorian tai kaiken teorian? Meidän olisi vaikea hyväksyä ajatusta, että tästä huolimatta yleinen epäjärjestys maailmankaikkeudessa on lisääntynyt.

Vuonna 1967 ilmestyi Wheeler-DeWitt-yhtälö, josta se seurasi, että aikaa sellaisenaan ei ole olemassa. Se oli yritys matemaattisesti yhdistää kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteorian ideat, askel kohti kvanttigravitaation teoriaa, ts. kaikkien tiedemiesten toivoma kaiken teoria. Vasta vuonna 1983 fyysikot Don Page ja William Wutters tarjosivat selityksen sille, että aikaongelma voitaisiin kiertää kvanttikettumuksen käsitteen avulla. Heidän käsitteensä mukaan vain jo määritellyn järjestelmän ominaisuuksia voidaan mitata. Matemaattisesta näkökulmasta tämä ehdotus tarkoitti, että kello ei toimi erillään järjestelmästä ja käynnistyy vain, kun se on sotkeutunut tiettyyn universumiin. Kuitenkin, jos joku katsoisi meitä toisesta universumista, hän näkisi meidät staattisina esineinä, ja vain heidän saapumisensa luoksemme aiheuttaisi kvanttikietoutumisen ja saisi meidät tuntemaan ajan kulumisen kirjaimellisesti.

Tämä hypoteesi muodosti perustan Italian Torinossa sijaitsevan tutkimuslaitoksen tutkijoiden työlle. Fyysikko Marco Genovese päätti rakentaa mallin, joka ottaa huomioon kvanttisidonnan erityispiirteet. Oli mahdollista luoda uudelleen fyysinen vaikutus, joka osoitti tämän päättelyn oikeellisuuden. Universumista on luotu malli, joka koostuu kahdesta fotonista.

Yksi pari oli suunnattu - pystysuoraan polarisoitu ja toinen vaakasuoraan. Niiden kvanttitila ja siten niiden polarisaatio havaitaan sitten sarjalla ilmaisimia. Osoittautuu, että siihen asti, kunnes saavutetaan viitekehyksen lopulta määräävä havainto, fotonit ovat klassisessa kvantisuperpositiossa, ts. ne oli suunnattu sekä pysty- että vaakasuunnassa. Tämä tarkoittaa, että kelloa lukeva havainnoija määrittää kvanttiketumuksen, joka vaikuttaa universumiin, jonka osa hänestä tulee. Tällainen tarkkailija pystyy sitten havaitsemaan peräkkäisten fotonien polarisaation kvanttitodennäköisyyden perusteella.

Tämä käsite on erittäin houkutteleva, koska se selittää monia ongelmia, mutta se luonnollisesti johtaa "supertarkkailijan" tarpeeseen, joka olisi kaikkien determinismien yläpuolella ja ohjaisi kaikkea kokonaisuutena.

6. Multiverse - Visualisointi

Se, mitä havainnoimme ja mitä subjektiivisesti koemme "ajaksi", on itse asiassa seurausta mitattavissa olevista globaaleista muutoksista ympärillämme olevassa maailmassa. Kun sukeltamme syvemmälle atomien, protonien ja fotonien maailmaan, ymmärrämme, että ajan käsitteestä tulee yhä vähemmän tärkeä. Tiedemiesten mukaan meitä päivittäin mukana oleva kello fyysisestä näkökulmasta ei mittaa kulumistaan, vaan auttaa meitä järjestämään elämäämme. Niille, jotka ovat tottuneet newtonilaisiin universaalin ja kaiken kattavan ajan käsitteisiin, nämä käsitteet ovat järkyttäviä. Mutta eivät vain tieteelliset traditionalistit hyväksy niitä. Merkittävä teoreettinen fyysikko Lee Smolin, jonka olemme aiemmin maininneet yhtenä mahdollisista tämän vuoden Nobel-palkinnon saajista, uskoo, että aika on olemassa ja on aivan todellista. Kerran - kuten monet fyysikot - hän väitti, että aika on subjektiivinen illuusio.

Nyt kirjassaan Reborn Time hän ottaa täysin toisenlaisen näkemyksen fysiikasta ja arvostelee tiedeyhteisössä suosittua kieleteoriaa. Hänen mukaansa multiversumia ei ole olemassa (6), koska elämme samassa universumissa ja samaan aikaan. Hän uskoo, että aika on ensiarvoisen tärkeä ja että kokemuksemme nykyhetken todellisuudesta ei ole illuusio, vaan avain todellisuuden perusluonteen ymmärtämiseen.

Entropia nolla

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) ja Andreas Winter kuvasivat Physical Review E -lehdessä vuonna 2009 löytöjään, jotka osoittivat, että esineet saavuttavat tasapainon eli tasaisen energian jakautumisen tilan siirtymällä kvanttikietoutumistiloihin niiden kanssa. ympäristö. Vuonna 2012 Tony Short osoitti, että sotkeutuminen aiheuttaa rajallisen ajan tasapuolisuuden. Kun esine on vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa, esimerkiksi kun kahvikupissa olevat hiukkaset törmäävät ilman kanssa, tiedot niiden ominaisuuksista "vuotaa" ulospäin ja "hämärtyy" kaikkialla ympäristössä. Tiedon menetys saa kahvin tilan pysähtymään, vaikka koko huoneen puhtaustila muuttuu jatkuvasti. Popescun mukaan hänen tilansa lakkaa muuttumasta ajan myötä.

7. Noah Linden, Sandu Popescu ja Tony Short

Huoneen puhtaustilan muuttuessa kahvi voi yhtäkkiä lakata sekoittumasta ilman kanssa ja siirtyä omaan puhtaaseen tilaan. Ympäristöön sekoittuvia tiloja on kuitenkin paljon enemmän kuin puhtaita tiloja, ja siksi sitä ei esiinny melkein koskaan. Tämä tilastollinen epätodennäköisyys antaa vaikutelman, että ajan nuoli on peruuttamaton. Kvanttimekaniikka hämärtää ajan nuolen ongelman, mikä vaikeuttaa luonnon määrittämistä.

Alkuainehiukkasella ei ole tarkkoja fysikaalisia ominaisuuksia, ja sen määrää vain todennäköisyys olla eri tilassa. Esimerkiksi hiukkasella voi olla milloin tahansa 50 prosentin mahdollisuus kääntyä myötäpäivään ja 50 prosentin todennäköisyys kääntyä vastakkaiseen suuntaan. Lause, jota vahvistaa fyysikko John Bellin kokemus, sanoo, että hiukkasen todellista tilaa ei ole olemassa ja että ne jätetään todennäköisyyksien ohjaamaan.

Sitten kvanttiepävarmuus johtaa hämmennykseen. Kun kaksi hiukkasta ovat vuorovaikutuksessa, niitä ei voida edes määritellä yksinään, vaan ne kehittävät itsenäisesti puhtaana tilana tunnettuja todennäköisyyksiä. Sen sijaan niistä tulee kietoutuneita komponentteja monimutkaisemmasta todennäköisyysjakaumasta, jota molemmat hiukkaset kuvaavat yhdessä. Tämä jakauma voi esimerkiksi päättää pyörivätkö hiukkaset vastakkaiseen suuntaan. Järjestelmä kokonaisuudessaan on puhtaassa tilassa, mutta yksittäisten hiukkasten tila liittyy toiseen hiukkaseen.

Siten molemmat voivat matkustaa useiden valovuosien etäisyydellä toisistaan, ja kummankin pyöriminen pysyy korrelaatiossa toisen kanssa.

Uusi teoria ajan nuolesta kuvailee tätä tiedon menetykseksi kvanttitakautumisesta, joka lähettää kupin kahvia tasapainoon ympäröivän huoneen kanssa. Lopulta huone saavuttaa tasapainon ympäristönsä kanssa, ja se vuorostaan ​​hitaasti lähestyy tasapainoa muun maailmankaikkeuden kanssa. Termodynamiikkaa tutkineet vanhat tiedemiehet pitivät tätä prosessia energian asteittaisena häviämisenä, mikä lisää maailmankaikkeuden entropiaa.

Nykyään fyysikot uskovat, että tieto hajaantuu yhä enemmän, mutta ei koskaan katoa kokonaan. Vaikka entropia kasvaa paikallisesti, he uskovat, että maailmankaikkeuden kokonaisentropia pysyy vakiona nollassa. Yksi ajan nuolen näkökohta on kuitenkin edelleen ratkaisematta. Tiedemiehet väittävät, että ihmisen kyky muistaa menneisyyttä, mutta ei tulevaisuutta, voidaan ymmärtää myös vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten välisten suhteiden muodostumisena. Kun luemme viestin paperille, aivot kommunikoivat sen kanssa silmiin pääsevien fotonien kautta.

Vasta tästä lähtien voimme muistaa, mitä tämä viesti meille kertoo. Popescu uskoo, että uusi teoria ei selitä, miksi universumin alkutila oli kaukana tasapainosta, ja lisää, että alkuräjähdyksen luonne pitäisi selittää. Jotkut tutkijat ovat ilmaisseet epäilyjä tästä uudesta lähestymistavasta, mutta tämän käsitteen ja uuden matemaattisen formalismin kehittäminen auttaa nyt ratkaisemaan termodynamiikan teoreettisia ongelmia.

Tavoittele aika-avaruuden jyviä

Mustan aukon fysiikka näyttää osoittavan, kuten jotkut matemaattiset mallit ehdottavat, että universumimme ei ole ollenkaan kolmiulotteinen. Huolimatta siitä, mitä aistimme kertovat meille, ympärillämme oleva todellisuus voi olla hologrammi - projektio kaukaisesta tasosta, itse asiassa kaksiulotteinen. Jos tämä kuva maailmankaikkeudesta on oikea, illuusio aika-avaruuden kolmiulotteisesta luonteesta voidaan hälventää heti, kun käytettävissämme olevat tutkimusvälineet ovat riittävän herkkiä. Craig Hogan, Fermilabin fysiikan professori, joka on viettänyt vuosia tutkiessaan maailmankaikkeuden perusrakennetta, ehdottaa, että tämä taso on juuri saavutettu.

8. GEO600 gravitaatioaallon ilmaisin

Jos universumi on hologrammi, olemme ehkä juuri saavuttaneet todellisuuden resoluution rajat. Jotkut fyysikot esittävät kiehtovaa hypoteesia, että aika-avaruus, jossa elämme, ei ole loppujen lopuksi jatkuvaa, vaan digitaalisen valokuvan tapaan se koostuu alkeellisimmalla tasollaan tietyistä "rakeista" tai "pikseleistä". Jos näin on, todellisuudellamme täytyy olla jonkinlainen lopullinen "resoluutio". Näin jotkut tutkijat tulkitsevat "kohinaa", joka ilmeni GEO600-gravitaatioaaltoilmaisimen tuloksissa (8).

Tämän poikkeuksellisen hypoteesin testaamiseksi Craig Hogan, gravitaatioaaltojen fyysikko, hän ja hänen tiiminsä kehittivät maailman tarkimman interferometrin, nimeltä Hogan-holometri, joka on suunniteltu mittaamaan avaruus-ajan alkeellisinta olemusta tarkimmalla tavalla. Kokeilu, koodinimeltään Fermilab E-990, ei ole yksi monista muista. Tämä pyrkii osoittamaan itse avaruuden kvanttiluonteen ja sen, mitä tiedemiehet kutsuvat "holografiseksi meluksi".

Holometri koostuu kahdesta vierekkäin sijoitetusta interferometristä. Ne suuntaavat yhden kilowatin lasersäteen laitteeseen, joka jakaa ne kahdeksi kohtisuoraksi 40 metriä pitkäksi säteeksi, jotka heijastuvat ja palautetaan jakopisteeseen aiheuttaen vaihteluita valonsäteiden kirkkaudessa (9). Jos ne aiheuttavat tietyn liikkeen jakolaitteessa, tämä on todiste itse tilan värähtelystä.

9. Graafinen esitys holografisesta kokeesta

Hoganin tiimin suurin haaste on todistaa, että heidän löytämänsä vaikutukset eivät ole vain kokeellisen järjestelyn ulkopuolisten tekijöiden aiheuttamia häiriöitä, vaan seurausta aika-avaruusvärähtelyistä. Siksi interferometrissä käytettävät peilit synkronoidaan kaikkien laitteen ulkopuolelta tulevien pienimpien äänien taajuuksien kanssa, jotka havaitaan erityisillä antureilla.

Antrooppinen universumi

Jotta maailma ja ihminen voisivat olla siinä, fysiikan laeilla on oltava hyvin erityinen muoto, ja fysikaalisilla vakioilla on oltava tarkasti valitut arvot ... ja ne ovat! Miksi?

Aloitetaan siitä, että universumissa on neljän tyyppistä vuorovaikutusta: gravitaatio (putoaminen, planeetat, galaksit), sähkömagneettinen (atomit, hiukkaset, kitka, elastisuus, valo), heikko ydin (tähtien energian lähde) ja vahva ydin ( sitoo protoneja ja neutroneja atomiytimiin). Painovoima on 1039 kertaa sähkömagnetismia heikompi. Jos se olisi hieman heikompi, tähdet olisivat kevyempiä kuin Aurinko, supernovat eivät räjähtäisi, raskaita alkuaineita ei muodostuisi. Jos se olisi vähänkin vahvempi, bakteeria suuremmat olennot murskautuisivat ja tähdet törmäisivät usein, tuhoten planeettoja ja polttaen itsensä liian nopeasti.

Universumin tiheys on lähellä kriittistä tiheyttä, eli jonka alapuolella aine hajoaisi nopeasti ilman galaksien tai tähtien muodostumista ja jonka yläpuolella universumi olisi elänyt liian kauan. Tällaisten olosuhteiden esiintyessä alkuräjähdyksen parametrien täsmäämistarkkuuden olisi pitänyt olla ±10-60. Nuoren universumin alkuperäiset epähomogeenisuudet olivat asteikolla 10-5. Jos ne olisivat pienempiä, galakseja ei muodostuisi. Jos ne olisivat suurempia, galaksien sijasta muodostuisi valtavia mustia aukkoja.

Hiukkasten ja antihiukkasten symmetria universumissa on rikki. Ja jokaista baryonia (protoni, neutroni) kohden on 109 fotonia. Jos niitä olisi enemmän, galakseja ei voisi muodostua. Jos niitä olisi vähemmän, tähtiä ei olisi. Myös niiden ulottuvuuksien lukumäärä, joissa elämme, näyttää olevan "oikea". Monimutkaisia ​​rakenteita ei voi syntyä kahdessa ulottuvuudessa. Yli neljällä (kolme ulottuvuutta plus aika) stabiilien planeettojen kiertoradan ja elektronien energiatasojen olemassaolo atomeissa tulee ongelmalliseksi.

10. Ihminen maailmankaikkeuden keskipisteenä

Brandon Carter esitteli antrooppisen periaatteen käsitteen vuonna 1973 Krakovassa pidetyssä konferenssissa, joka oli omistettu Kopernikuksen syntymän 500-vuotispäivälle. Yleisesti ottaen se voidaan muotoilla siten, että havaittavan maailmankaikkeuden on täytettävä ehdot, jotka se täyttää, jotta voimme havaita sen. Tähän asti siitä on olemassa erilaisia ​​versioita. Heikko antrooppinen periaate sanoo, että voimme olla olemassa vain universumissa, joka tekee olemassaolomme mahdolliseksi. Jos vakioiden arvot olisivat erilaiset, emme koskaan näkisi tätä, koska emme olisi siellä. Vahva antrooppinen prinsiippi (tarkoituksellinen selitys) sanoo, että maailmankaikkeus on sellainen, että voimme olla olemassa (10).

Kvanttifysiikan näkökulmasta katsottuna mikä tahansa määrä universumeita olisi voinut syntyä ilman syytä. Päädyimme tiettyyn universumiin, jonka täytyi täyttää useita hienovaraisia ​​ehtoja, jotta ihminen voisi elää siinä. Sitten puhumme antrooppisesta maailmasta. Esimerkiksi uskovalle yksi Jumalan luoma antrooppinen universumi riittää. Materialistinen maailmankuva ei hyväksy tätä ja olettaa, että universumeja on monia tai että nykyinen universumi on vain vaihe multiuniversumin äärettömässä kehityksessä.

Modernin version hypoteesista universumista simulaationa on kirjoittanut teoreetikko Niklas Boström. Hänen mukaansa havaitsemamme todellisuus on vain simulaatiota, josta emme ole tietoisia. Tiedemies ehdotti, että jos on mahdollista luoda luotettava simulaatio koko sivilisaatiosta tai jopa koko maailmankaikkeudesta riittävän tehokkaalla tietokoneella ja simuloidut ihmiset voivat kokea tietoisuuden, on erittäin todennäköistä, että kehittyneet sivilisaatiot ovat luoneet vain suuren määrän tällaisista simulaatioista, ja elämme yhdessä niistä jossain Matrixin kaltaisessa (11).

Täällä puhuttiin sanat "Jumala" ja "Matrix". Tässä ollaan tieteestä puhumisen rajalla. Monet, mukaan lukien tiedemiehet, uskovat, että juuri kokeellisen fysiikan avuttomuuden vuoksi tiede alkaa tunkeutua realismin vastaisille alueille, jotka haisevat metafysiikasta ja tieteiskirjallisuudesta. On toivottavaa, että fysiikka voittaa empiirisen kriisinsä ja löytää jälleen tavan iloita kokeellisesti todennettavissa olevana tieteenä.