Had fizik dan eksperimen fizikal

Seratus tahun yang lalu, keadaan dalam fizik adalah betul-betul bertentangan dengan hari ini. Di tangan saintis adalah hasil eksperimen yang terbukti, diulang berkali-kali, yang, bagaimanapun, sering tidak dapat dijelaskan menggunakan teori fizikal yang sedia ada. Pengalaman jelas mendahului teori. Ahli teori terpaksa bekerja.

Pada masa ini, keseimbangan condong ke arah ahli teori yang modelnya sangat berbeza daripada apa yang dilihat daripada eksperimen yang mungkin seperti teori rentetan. Dan nampaknya semakin banyak masalah yang tidak dapat diselesaikan dalam fizik (1).

1. Trend dan masalah moden yang paling penting dalam fizik - visualisasi

Ahli fizik Poland yang terkenal, prof. Andrzej Staruszkiewicz semasa perbahasan "Had Pengetahuan dalam Fizik" pada Jun 2010 di Akademi Ignatianum di Krakow berkata: “Bidang ilmu telah berkembang dengan pesat sejak abad yang lalu, tetapi bidang kejahilan semakin berkembang. (…) Penemuan relativiti am dan mekanik kuantum adalah pencapaian monumental pemikiran manusia, setanding dengan Newton, tetapi ia membawa kepada persoalan tentang hubungan antara kedua-dua struktur, soalan yang skala kerumitannya sangat mengejutkan. Dalam situasi ini, persoalan secara semula jadi timbul: bolehkah kita melakukan ini? Adakah keazaman dan kemahuan kita untuk sampai ke dasar kebenaran sepadan dengan kesukaran yang kita hadapi?”

kebuntuan eksperimen

Selama beberapa bulan ini, dunia fizik lebih sibuk daripada biasa dengan lebih banyak kontroversi. Dalam jurnal Nature, George Ellis dan Joseph Silk menerbitkan artikel untuk mempertahankan integriti fizik, mengkritik mereka yang semakin bersedia untuk menangguhkan eksperimen untuk menguji teori kosmologi terkini sehingga "esok" yang tidak pasti. Mereka harus dicirikan oleh "keanggunan yang mencukupi" dan nilai penjelasan. "Ini memecahkan tradisi saintifik berabad-abad lamanya bahawa pengetahuan saintifik adalah pengetahuan yang terbukti secara empirikal," saintis bergemuruh. Fakta jelas menunjukkan "kebuntuan eksperimen" dalam fizik moden.

Teori terkini tentang sifat dan struktur dunia dan Alam Semesta, sebagai peraturan, tidak dapat disahkan oleh eksperimen yang tersedia untuk manusia.

Dengan menemui boson Higgs, saintis telah "menyelesaikan" Model Standard. Walau bagaimanapun, dunia fizik masih jauh dari berpuas hati. Kami tahu tentang semua quark dan lepton, tetapi kami tidak tahu bagaimana untuk menyelaraskan ini dengan teori graviti Einstein. Kami tidak tahu bagaimana untuk menggabungkan mekanik kuantum dengan graviti untuk mencipta teori hipotesis graviti kuantum. Kami juga tidak tahu apa itu Big Bang (atau jika ia benar-benar berlaku!) (2).

Pada masa ini, mari kita panggil ahli fizik klasik, langkah seterusnya selepas Model Standard ialah supersimetri, yang meramalkan bahawa setiap zarah asas yang kita ketahui mempunyai "rakan kongsi".

Ini menggandakan jumlah blok binaan jirim, tetapi teori itu sesuai dengan sempurna ke dalam persamaan matematik dan, yang penting, menawarkan peluang untuk merungkai misteri jirim gelap kosmik. Ia kekal hanya untuk menunggu hasil eksperimen di Large Hadron Collider, yang akan mengesahkan kewujudan zarah supersimetri.

Walau bagaimanapun, belum ada penemuan seperti itu dari Geneva. Sudah tentu, ini hanyalah permulaan versi baharu LHC, dengan tenaga impak dua kali ganda (selepas pembaikan dan peningkatan baru-baru ini). Dalam beberapa bulan, mereka mungkin menembak gabus champagne sebagai perayaan supersimetri. Walau bagaimanapun, jika ini tidak berlaku, ramai ahli fizik percaya bahawa teori supersimetri perlu ditarik balik secara beransur-ansur, serta rentetan super, yang berdasarkan supersimetri. Kerana jika Large Collider tidak mengesahkan teori-teori ini, maka apa?

Walau bagaimanapun, terdapat beberapa saintis yang tidak berpendapat demikian. Kerana teori supersimetri terlalu "cantik untuk menjadi salah."

Oleh itu, mereka berhasrat untuk menilai semula persamaan mereka untuk membuktikan bahawa jisim zarah supersimetri berada di luar julat LHC. Ahli teori sangat betul. Model mereka pandai menerangkan fenomena yang boleh diukur dan disahkan secara eksperimen. Oleh itu, seseorang mungkin bertanya mengapa kita harus mengecualikan perkembangan teori-teori yang kita (belum) tidak tahu secara empirik. Adakah ini pendekatan yang munasabah dan saintifik?

alam semesta daripada tiada

Sains semula jadi, terutamanya fizik, adalah berasaskan naturalisme, iaitu kepercayaan bahawa kita boleh menerangkan segala-galanya menggunakan kuasa alam. Tugas sains dikurangkan kepada mempertimbangkan hubungan antara pelbagai kuantiti yang menggambarkan fenomena atau beberapa struktur yang wujud dalam alam semula jadi. Fizik tidak menangani masalah yang tidak boleh dihuraikan secara matematik, yang tidak boleh diulang. Ini antara lain, sebab kejayaannya. Penerangan matematik yang digunakan untuk memodelkan fenomena alam telah terbukti sangat berkesan. Pencapaian sains semula jadi menghasilkan generalisasi falsafah mereka. Arah seperti falsafah mekanistik atau materialisme saintifik telah dicipta, yang memindahkan hasil sains semula jadi, yang diperoleh sebelum akhir abad ke-XNUMX, ke dalam bidang falsafah.

Nampaknya kita boleh mengetahui seluruh dunia, bahawa terdapat determinisme yang lengkap dalam alam semula jadi, kerana kita boleh menentukan bagaimana planet-planet akan bergerak dalam berjuta-juta tahun, atau bagaimana mereka bergerak berjuta-juta tahun yang lalu. Pencapaian ini menimbulkan kebanggaan yang memutlakkan minda manusia. Pada tahap yang menentukan, naturalisme metodologi merangsang perkembangan sains semula jadi sehingga hari ini. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa titik pemotongan yang nampaknya menunjukkan batasan metodologi naturalistik.

Jika Alam Semesta adalah terhad dalam jumlah dan timbul "daripada tiada" (3), tanpa melanggar undang-undang pemuliharaan tenaga, sebagai contoh, sebagai turun naik, maka tidak sepatutnya ada perubahan di dalamnya. Sementara itu, kami sedang memerhatikan mereka. Mencuba untuk menyelesaikan masalah ini berdasarkan fizik kuantum, kami sampai pada kesimpulan bahawa hanya seorang pemerhati yang sedar yang merealisasikan kemungkinan kewujudan dunia sedemikian. Itulah sebabnya kita tertanya-tanya mengapa sesuatu yang kita tinggali dicipta daripada pelbagai alam semesta yang berbeza. Jadi kita sampai pada kesimpulan bahawa hanya apabila seseorang muncul di Bumi, dunia - seperti yang kita perhatikan - benar-benar "menjadi" ...

Bagaimanakah ukuran mempengaruhi peristiwa yang berlaku satu bilion tahun yang lalu?

4. Percubaan Wheeler - visualisasi

Salah seorang ahli fizik moden, John Archibald Wheeler, mencadangkan versi angkasa bagi eksperimen celah berganda yang terkenal. Dalam reka bentuk mentalnya, cahaya dari quasar, satu bilion tahun cahaya dari kita, bergerak di sepanjang dua sisi bertentangan galaksi (4). Jika pemerhati memerhati setiap laluan ini secara berasingan, mereka akan melihat foton. Jika kedua-duanya sekali, mereka akan melihat gelombang. Jadi tindakan memerhati mengubah sifat cahaya yang meninggalkan quasar satu bilion tahun yang lalu!

Bagi Wheeler, perkara di atas membuktikan bahawa alam semesta tidak boleh wujud dalam erti kata fizikal, sekurang-kurangnya dalam erti kata di mana kita terbiasa memahami "keadaan fizikal." Ia tidak boleh berlaku pada masa lalu, sehingga ... kami telah mengambil ukuran. Oleh itu, dimensi semasa kita mempengaruhi masa lalu. Dengan pemerhatian, pengesanan dan pengukuran kami, kami membentuk peristiwa masa lalu, jauh dalam masa, sehingga ... permulaan Alam Semesta!

Neil Turk dari Institut Perimeter di Waterloo, Kanada, berkata dalam edisi Julai New Scientist bahawa "kita tidak dapat memahami apa yang kita dapati. Teori ini menjadi semakin kompleks dan canggih. Kami melemparkan diri kami ke dalam masalah dengan bidang, dimensi dan simetri berturut-turut, walaupun dengan sepana, tetapi kami tidak dapat menjelaskan fakta paling mudah. Ramai ahli fizik jelas kesal dengan fakta bahawa perjalanan mental ahli teori moden, seperti pertimbangan di atas atau teori superstring, tidak ada kaitan dengan eksperimen yang sedang dijalankan di makmal, dan tidak ada cara untuk mengujinya secara eksperimen.

Dalam dunia kuantum, anda perlu kelihatan lebih luas

Seperti yang pernah dikatakan oleh pemenang Nobel Richard Feynman, tiada siapa yang benar-benar memahami dunia kuantum. Tidak seperti dunia Newtonian lama yang baik, di mana interaksi dua jasad dengan jisim tertentu dikira dengan persamaan, dalam mekanik kuantum kita mempunyai persamaan yang tidak begitu banyak diikuti, tetapi adalah hasil daripada tingkah laku aneh yang diperhatikan dalam eksperimen. Objek fizik kuantum tidak perlu dikaitkan dengan apa-apa "fizikal", dan tingkah laku mereka adalah domain ruang berbilang dimensi abstrak yang dipanggil ruang Hilbert.

Terdapat perubahan yang diterangkan oleh persamaan Schrödinger, tetapi mengapa sebenarnya tidak diketahui. Bolehkah ini diubah? Adakah mungkin untuk mendapatkan undang-undang kuantum daripada prinsip fizik, kerana berpuluh-puluh undang-undang dan prinsip, sebagai contoh, mengenai pergerakan badan di angkasa lepas, diperoleh daripada prinsip Newton? Para saintis dari Universiti Pavia di Itali Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella dan Paolo Perinotti berpendapat bahawa fenomena kuantum yang jelas bertentangan dengan akal sehat dapat dikesan dalam eksperimen yang boleh diukur. Apa yang anda perlukan ialah perspektif yang betul - Mungkin salah faham tentang kesan kuantum adalah disebabkan oleh pandangan yang tidak cukup luas mengenainya. Menurut saintis dalam New Scientist yang disebutkan di atas, eksperimen yang bermakna dan boleh diukur dalam mekanik kuantum mesti memenuhi beberapa syarat. Ini adalah:

• sebab musabab - peristiwa masa depan tidak boleh mempengaruhi peristiwa masa lalu;
• kebolehbezaan - menyatakan kita mesti boleh memisahkan antara satu sama lain sebagai berasingan;
• композиция - jika kita tahu semua peringkat proses, kita tahu keseluruhan proses;
• pemampatan – terdapat cara untuk memindahkan maklumat penting tentang cip tanpa perlu memindahkan keseluruhan cip;
• tomografi – jika kita mempunyai sistem yang terdiri daripada banyak bahagian, statistik ukuran mengikut bahagian adalah mencukupi untuk mendedahkan keadaan keseluruhan sistem.

Orang Itali ingin mengembangkan prinsip penulenan mereka, perspektif yang lebih luas dan eksperimen yang bermakna untuk turut memasukkan ketakterbalikan fenomena termodinamik dan prinsip pertumbuhan entropi, yang tidak menarik perhatian ahli fizik. Mungkin di sini juga, pemerhatian dan pengukuran dipengaruhi oleh artifak perspektif yang terlalu sempit untuk memahami keseluruhan sistem. "Kebenaran asas teori kuantum ialah perubahan yang bising dan tidak dapat dipulihkan boleh dibuat boleh diterbalikkan dengan menambahkan susun atur baharu pada penerangan," kata saintis Itali Giulio Ciribella dalam temu bual dengan New Scientist.

Malangnya, orang yang ragu-ragu berkata, "pembersihan" eksperimen dan perspektif pengukuran yang lebih luas boleh membawa kepada hipotesis banyak dunia di mana apa-apa hasil adalah mungkin dan di mana saintis, memikirkan mereka mengukur perjalanan peristiwa yang betul, hanya "memilih" kontinum tertentu dengan mengukurnya.

5. Jarum masa dalam bentuk jarum jam

Tiada masa?

Konsep yang dipanggil Arrows of time (5) telah diperkenalkan pada tahun 1927 oleh ahli astrofizik British Arthur Eddington. Anak panah ini menunjukkan masa, yang sentiasa mengalir dalam satu arah, iaitu dari masa lalu ke masa depan, dan proses ini tidak boleh diterbalikkan. Stephen Hawking, dalam A Brief History of Time, menulis bahawa gangguan meningkat dengan masa kerana kita mengukur masa dalam arah di mana gangguan meningkat. Ini bermakna bahawa kita mempunyai pilihan - kita boleh, sebagai contoh, mula-mula memerhati kepingan kaca pecah bertaburan di atas lantai, kemudian saat kaca jatuh ke lantai, kemudian kaca di udara, dan akhirnya di tangan orang yang memegangnya. Tiada peraturan saintifik bahawa "anak panah psikologi masa" mesti pergi ke arah yang sama dengan anak panah termodinamik, dan entropi sistem meningkat. Walau bagaimanapun, ramai saintis percaya bahawa ini berlaku kerana perubahan bertenaga berlaku di dalam otak manusia, sama seperti yang kita perhatikan dalam alam semula jadi. Otak mempunyai tenaga untuk bertindak, memerhati dan menaakul, kerana "enjin" manusia membakar bahan api-makanan dan, seperti dalam enjin pembakaran dalaman, proses ini tidak dapat dipulihkan.

Walau bagaimanapun, terdapat kes apabila, sambil mengekalkan arah yang sama anak panah psikologi masa, entropi meningkat dan berkurangan dalam sistem yang berbeza. Contohnya, apabila menyimpan data dalam memori komputer. Modul memori dalam mesin beralih daripada keadaan tidak tertib kepada susunan tulis cakera. Oleh itu, entropi dalam komputer berkurangan. Walau bagaimanapun, mana-mana ahli fizik akan mengatakan bahawa dari sudut pandangan alam semesta secara keseluruhan - ia berkembang, kerana ia memerlukan tenaga untuk menulis ke cakera, dan tenaga ini dilesapkan dalam bentuk haba yang dihasilkan oleh mesin. Jadi terdapat penentangan "psikologi" kecil terhadap undang-undang fizik yang ditetapkan. Sukar untuk kita menganggap bahawa apa yang keluar dengan bunyi dari kipas adalah lebih penting daripada rakaman karya atau nilai lain dalam ingatan. Bagaimana jika seseorang menulis pada PC mereka hujah yang akan membatalkan fizik moden, teori daya bersatu, atau Teori Segala-galanya? Adalah sukar bagi kita untuk menerima idea bahawa, walaupun ini, gangguan umum di alam semesta telah meningkat.

Kembali pada tahun 1967, persamaan Wheeler-DeWitt muncul, dari mana ia mengikuti masa yang sedemikian tidak wujud. Ia adalah percubaan untuk menggabungkan idea mekanik kuantum dan relativiti am secara matematik, satu langkah ke arah teori graviti kuantum, i.e. Teori Segala-galanya yang dikehendaki oleh semua saintis. Sehingga tahun 1983 ahli fizik Don Page dan William Wutters memberikan penjelasan bahawa masalah masa boleh dielakkan menggunakan konsep kuantum kuantum. Mengikut konsep mereka, hanya sifat-sifat sistem yang telah ditetapkan boleh diukur. Dari sudut pandangan matematik, cadangan ini bermakna bahawa jam tidak berfungsi secara berasingan daripada sistem dan bermula hanya apabila ia terikat dengan alam semesta tertentu. Walau bagaimanapun, jika seseorang melihat kita dari alam semesta lain, mereka akan melihat kita sebagai objek statik, dan hanya kedatangan mereka kepada kita akan menyebabkan keterjeratan kuantum dan benar-benar membuatkan kita merasakan peredaran masa.

Hipotesis ini menjadi asas kepada kerja saintis dari sebuah institut penyelidikan di Turin, Itali. Ahli fizik Marco Genovese memutuskan untuk membina model yang mengambil kira spesifik keterikatan kuantum. Ia adalah mungkin untuk mencipta semula kesan fizikal yang menunjukkan ketepatan penaakulan ini. Model Alam Semesta telah dicipta, yang terdiri daripada dua foton.

Satu pasangan berorientasikan - terpolarisasi menegak, dan satu lagi secara mendatar. Keadaan kuantum mereka, dan oleh itu polarisasi mereka, kemudiannya dikesan oleh satu siri pengesan. Ternyata sehingga pemerhatian yang akhirnya menentukan kerangka rujukan dicapai, foton berada dalam superposisi kuantum klasik, i.e. mereka berorientasikan kedua-dua menegak dan mendatar. Ini bermakna bahawa pemerhati yang membaca jam menentukan jalinan kuantum yang mempengaruhi alam semesta yang dia menjadi sebahagiannya. Pemerhati sedemikian kemudiannya dapat melihat polarisasi foton berturut-turut berdasarkan kebarangkalian kuantum.

Konsep ini sangat menarik kerana ia menerangkan banyak masalah, tetapi ia secara semula jadi membawa kepada keperluan untuk "pemerhati super" yang akan berada di atas semua penentuan dan akan mengawal segala-galanya secara keseluruhan.

6. Multiverse - Visualisasi

Apa yang kita perhatikan dan apa yang kita anggap secara subjektif sebagai "masa" sebenarnya adalah hasil daripada perubahan global yang boleh diukur di dunia di sekeliling kita. Apabila kita mendalami dunia atom, proton dan foton, kita menyedari bahawa konsep masa menjadi semakin kurang penting. Menurut saintis, jam yang menemani kita setiap hari, dari sudut fizikal, tidak mengukur laluannya, tetapi membantu kita mengatur kehidupan kita. Bagi mereka yang terbiasa dengan konsep Newtonian tentang masa sejagat dan merangkumi semua, konsep ini mengejutkan. Tetapi bukan sahaja ahli tradisional saintifik tidak menerimanya. Ahli fizik teori terkenal Lee Smolin, yang sebelum ini disebut oleh kami sebagai salah seorang pemenang Hadiah Nobel tahun ini, percaya bahawa masa itu wujud dan agak nyata. Pernah - seperti kebanyakan ahli fizik - dia berhujah bahawa masa adalah ilusi subjektif.

Kini, dalam bukunya Reborn Time, dia mengambil pandangan yang sama sekali berbeza tentang fizik dan mengkritik teori rentetan yang popular dalam komuniti saintifik. Menurutnya, multiverse tidak wujud (6) kerana kita hidup dalam alam semesta yang sama dan pada masa yang sama. Dia percaya bahawa masa adalah sangat penting dan pengalaman kita tentang realiti masa kini bukanlah ilusi, tetapi kunci untuk memahami sifat asas realiti.

Entropi sifar

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) dan Andreas Winter menerangkan penemuan mereka pada tahun 2009 dalam jurnal Physical Review E, yang menunjukkan bahawa objek mencapai keseimbangan, iaitu keadaan pengagihan tenaga yang seragam, dengan memasukkan keadaan kuantum yang terikat dengan mereka. persekitaran. Pada tahun 2012, Tony Short membuktikan bahawa jalinan menyebabkan keseimbangan masa yang terhad. Apabila objek berinteraksi dengan persekitaran, seperti apabila zarah dalam secawan kopi berlanggar dengan udara, maklumat tentang sifatnya "bocor" ke luar dan menjadi "kabur" di seluruh persekitaran. Kehilangan maklumat menyebabkan keadaan kopi menjadi terbantut, walaupun keadaan kebersihan seluruh bilik terus berubah. Menurut Popescu, keadaannya tidak lagi berubah dari semasa ke semasa.

7. Noah Linden, Sandu Popescu dan Tony Short

Apabila keadaan kebersihan bilik berubah, kopi mungkin tiba-tiba berhenti bercampur dengan udara dan memasuki keadaan bersihnya sendiri. Walau bagaimanapun, terdapat lebih banyak negeri yang bercampur dengan alam sekitar berbanding keadaan tulen yang tersedia untuk kopi, dan oleh itu hampir tidak pernah berlaku. Ketidakmungkinan statistik ini memberi gambaran bahawa anak panah masa tidak boleh diterbalikkan. Masalah anak panah masa dikaburkan oleh mekanik kuantum, menjadikannya sukar untuk menentukan sifat.

Zarah asas tidak mempunyai sifat fizikal yang tepat dan hanya ditentukan oleh kebarangkalian berada dalam keadaan yang berbeza. Contohnya, pada bila-bila masa, zarah mungkin mempunyai 50 peratus peluang untuk berputar mengikut arah jam dan 50 peratus peluang untuk berpusing ke arah yang bertentangan. Teorem itu, diperkukuh oleh pengalaman ahli fizik John Bell, menyatakan bahawa keadaan sebenar zarah itu tidak wujud dan ia dibiarkan berpandukan kebarangkalian.

Kemudian ketidakpastian kuantum membawa kepada kekeliruan. Apabila dua zarah berinteraksi, ia tidak boleh ditakrifkan sendiri, secara bebas membangunkan kebarangkalian yang dikenali sebagai keadaan tulen. Sebaliknya, ia menjadi komponen terjerat taburan kebarangkalian yang lebih kompleks yang diterangkan oleh kedua-dua zarah bersama-sama. Taburan ini boleh memutuskan, sebagai contoh, sama ada zarah akan berputar ke arah yang bertentangan. Sistem secara keseluruhan berada dalam keadaan tulen, tetapi keadaan zarah individu dikaitkan dengan zarah lain.

Oleh itu, kedua-duanya boleh bergerak dalam jarak beberapa tahun cahaya, dan putaran setiap satu akan kekal berkorelasi antara satu sama lain.

Teori baru anak panah masa menggambarkan ini sebagai kehilangan maklumat akibat keterikatan kuantum, yang menghantar secawan kopi ke keseimbangan dengan bilik sekeliling. Akhirnya, bilik itu mencapai keseimbangan dengan persekitarannya, dan ia, seterusnya, perlahan-lahan menghampiri keseimbangan dengan seluruh alam semesta. Para saintis lama yang mempelajari termodinamik melihat proses ini sebagai pelesapan tenaga secara beransur-ansur, meningkatkan entropi alam semesta.

Hari ini, ahli fizik percaya bahawa maklumat menjadi lebih dan lebih bertaburan, tetapi tidak pernah hilang sepenuhnya. Walaupun entropi meningkat secara tempatan, mereka percaya bahawa jumlah entropi alam semesta kekal malar pada sifar. Walau bagaimanapun, satu aspek anak panah masa masih tidak dapat diselesaikan. Para saintis berpendapat bahawa keupayaan seseorang untuk mengingat masa lalu, tetapi bukan masa depan, juga boleh difahami sebagai pembentukan hubungan antara zarah yang berinteraksi. Apabila kita membaca mesej pada sekeping kertas, otak berkomunikasi dengannya melalui foton yang sampai ke mata.

Hanya mulai sekarang kita boleh ingat apa yang mesej ini beritahu kita. Popescu percaya teori baharu itu tidak menjelaskan mengapa keadaan awal alam semesta jauh dari keseimbangan, sambil menambah bahawa sifat Letupan Besar perlu dijelaskan. Sesetengah penyelidik telah menyatakan keraguan tentang pendekatan baharu ini, tetapi pembangunan konsep ini dan formalisme matematik baharu kini membantu menyelesaikan masalah teori termodinamik.

Mencapai butiran ruang-masa

Fizik lubang hitam nampaknya menunjukkan, seperti yang dicadangkan oleh beberapa model matematik, bahawa alam semesta kita bukan tiga dimensi sama sekali. Walaupun deria kita memberitahu kita, realiti di sekeliling kita mungkin hologram - unjuran satah jauh, sebenarnya dua dimensi. Jika gambaran alam semesta ini betul, ilusi sifat tiga dimensi ruang-masa boleh dilenyapkan sebaik sahaja alat penyelidikan yang kita gunakan menjadi sensitif secukupnya. Craig Hogan, seorang profesor fizik di Fermilab yang telah menghabiskan masa bertahun-tahun mengkaji struktur asas alam semesta, mencadangkan bahawa tahap ini baru sahaja dicapai.

8. Pengesan Gelombang Graviti GEO600

Jika alam semesta adalah hologram, maka mungkin kita baru sahaja mencapai had resolusi realiti. Sesetengah ahli fizik mengemukakan hipotesis yang menarik bahawa ruang masa yang kita tinggali tidak berterusan, tetapi, seperti gambar digital, berada pada tahap paling asasnya terdiri daripada "butiran" atau "piksel" tertentu. Jika ya, realiti kita mesti mempunyai semacam "resolusi" muktamad. Beginilah cara sesetengah penyelidik mentafsirkan "bunyi" yang muncul dalam hasil pengesan gelombang graviti GEO600 (8).

Untuk menguji hipotesis yang luar biasa ini, Craig Hogan, seorang ahli fizik gelombang graviti, dia dan pasukannya membangunkan interferometer paling tepat di dunia, dipanggil holometer Hogan, yang direka untuk mengukur intipati paling asas ruang-masa dengan cara yang paling tepat. Eksperimen itu, yang diberi nama kod Fermilab E-990, bukanlah salah satu daripada yang lain. Ini bertujuan untuk menunjukkan sifat kuantum ruang itu sendiri dan kehadiran apa yang dipanggil oleh saintis sebagai "bunyi holografik".

Holometer terdiri daripada dua interferometer yang diletakkan bersebelahan. Mereka mengarahkan satu pancaran laser kilowatt pada peranti yang membelahnya kepada dua pancaran serenjang sepanjang 40 meter, yang dipantulkan dan dikembalikan ke titik pemisahan, mewujudkan turun naik dalam kecerahan pancaran cahaya (9). Jika mereka menyebabkan pergerakan tertentu dalam peranti pembahagian, maka ini akan menjadi bukti getaran ruang itu sendiri.

9. Perwakilan grafik eksperimen holografik

Cabaran terbesar pasukan Hogan adalah untuk membuktikan bahawa kesan yang mereka temui bukan hanya gangguan yang disebabkan oleh faktor di luar persediaan eksperimen, tetapi hasil daripada getaran ruang masa. Oleh itu, cermin yang digunakan dalam interferometer akan disegerakkan dengan frekuensi semua bunyi terkecil yang datang dari luar peranti dan diambil oleh penderia khas.

Alam semesta antropik

Agar dunia dan manusia wujud di dalamnya, undang-undang fizik mesti mempunyai bentuk yang sangat spesifik, dan pemalar fizikal mesti mempunyai nilai yang dipilih dengan tepat ... dan ia adalah! kenapa?

Mari kita mulakan dengan fakta bahawa terdapat empat jenis interaksi di Alam Semesta: graviti (jatuh, planet, galaksi), elektromagnet (atom, zarah, geseran, keanjalan, cahaya), nuklear lemah (sumber tenaga bintang) dan nuklear kuat ( mengikat proton dan neutron ke dalam nukleus atom). Graviti adalah 1039 kali lebih lemah daripada elektromagnetisme. Jika ia lemah sedikit, bintang akan lebih ringan daripada Matahari, supernova tidak akan meletup, unsur berat tidak akan terbentuk. Jika ia lebih kuat sedikit, makhluk yang lebih besar daripada bakteria akan dihancurkan, dan bintang sering berlanggar, memusnahkan planet dan membakar diri mereka dengan terlalu cepat.

Ketumpatan Alam Semesta adalah hampir dengan ketumpatan kritikal, iaitu, di bawahnya jirim akan cepat hilang tanpa pembentukan galaksi atau bintang, dan di atasnya Alam Semesta akan hidup terlalu lama. Untuk berlakunya keadaan sedemikian, ketepatan pemadanan parameter Big Bang sepatutnya berada dalam ±10-60. Ketidakhomogenan awal Alam Semesta muda adalah pada skala 10-5. Jika ia lebih kecil, galaksi tidak akan terbentuk. Jika ia lebih besar, lubang hitam yang besar akan terbentuk dan bukannya galaksi.

Simetri zarah dan antizarah di Alam Semesta rosak. Dan untuk setiap baryon (proton, neutron) terdapat 109 foton. Jika ada lebih banyak, galaksi tidak boleh terbentuk. Jika bilangan mereka lebih sedikit, tidak akan ada bintang. Selain itu, bilangan dimensi yang kita tinggali nampaknya "betul". Struktur kompleks tidak boleh timbul dalam dua dimensi. Dengan lebih daripada empat (tiga dimensi tambah masa), kewujudan orbit planet yang stabil dan tahap tenaga elektron dalam atom menjadi bermasalah.

10. Manusia sebagai pusat alam semesta

Konsep prinsip antropik telah diperkenalkan oleh Brandon Carter pada tahun 1973 pada persidangan di Krakow khusus untuk ulang tahun ke-500 kelahiran Copernicus. Secara umum, ia boleh dirumuskan sedemikian rupa sehingga Alam Semesta yang boleh diperhatikan mesti memenuhi syarat-syarat yang dipenuhi untuk diperhatikan oleh kita. Sehingga kini, terdapat versi yang berbeza. Prinsip antropik yang lemah menyatakan bahawa kita hanya boleh wujud dalam alam semesta yang menjadikan kewujudan kita mungkin. Jika nilai pemalar berbeza, kita tidak akan melihat ini, kerana kita tidak akan berada di sana. Prinsip antropik yang kuat (penjelasan yang disengajakan) mengatakan bahawa alam semesta adalah sedemikian rupa sehingga kita boleh wujud (10).

Dari sudut pandangan fizik kuantum, sebarang bilangan alam semesta boleh timbul tanpa sebab. Kami berakhir di alam semesta tertentu, yang harus memenuhi beberapa syarat halus untuk seseorang tinggal di dalamnya. Kemudian kita bercakap tentang dunia antropik. Bagi orang yang beriman, sebagai contoh, satu alam antropik yang dicipta oleh Tuhan sudah memadai. Pandangan dunia materialistik tidak menerima ini dan menganggap bahawa terdapat banyak alam semesta atau bahawa alam semesta semasa hanyalah satu peringkat dalam evolusi tak terhingga multiverse.

Pengarang versi moden hipotesis alam semesta sebagai simulasi ialah ahli teori Niklas Boström. Menurutnya, realiti yang kita anggap hanyalah simulasi yang tidak kita sedari. Ahli sains mencadangkan bahawa jika mungkin untuk mencipta simulasi yang boleh dipercayai bagi keseluruhan tamadun atau bahkan seluruh alam semesta menggunakan komputer yang cukup kuat, dan orang yang disimulasikan boleh mengalami kesedaran, maka besar kemungkinan tamadun maju telah mencipta hanya sejumlah besar. simulasi sedemikian, dan kita hidup dalam salah satu daripadanya dalam sesuatu yang serupa dengan The Matrix (11).

Di sini perkataan "Tuhan" dan "Matriks" dituturkan. Di sini kita sampai ke had untuk bercakap tentang sains. Ramai, termasuk saintis, percaya bahawa kerana ketidakupayaan fizik eksperimen, sains mula memasuki kawasan yang bertentangan dengan realisme, berbau metafizik dan fiksyen sains. Masih menjadi harapan bahawa fizik akan mengatasi krisis empirikalnya dan sekali lagi mencari jalan untuk bergembira sebagai sains yang boleh disahkan secara eksperimen.