Kde jsme udělali chybu?

Fyzika se ocitla v nepříjemné slepé uličce. I když má svůj vlastní Standardní model, nedávno doplněný o Higgsovu částici, všechny tyto pokroky jen málo vysvětlují velké moderní záhady, temnou energii, temnou hmotu, gravitaci, asymetrie hmoty a antihmoty a dokonce oscilace neutrin.

Roberto Unger a Lee Smolin

Lee Smolin, známý fyzik, který je léta zmiňován jako jeden z vážných kandidátů na Nobelovu cenu, nedávno publikoval s filozofem Roberto Ungerem, kniha „Singulární vesmír a realita času“. Autoři v něm analyzují, každý z hlediska svého oboru, zmatený stav moderní fyziky. „Věda selže, když opustí sféru experimentálního ověřování a možnosti popření,“ píší. Nabádají fyziky, aby se vrátili v čase a hledali nový začátek.

Jejich nabídka je poměrně specifická. Smolin a Unger například chtějí, abychom se vrátili ke konceptu Jeden vesmír. Důvod je jednoduchý - zažíváme pouze jeden vesmír a jeden z nich lze vědecky prozkoumat, zatímco tvrzení o existenci jejich plurality jsou empiricky neověřitelná.. Další předpoklad, který Smolin a Unger navrhují přijmout, je následující. realitu časunedat teoretikům šanci uniknout z podstaty reality a jejích proměn. A konečně autoři nabádají k omezení vášně pro matematiku, která se ve svých „krásných“ a elegantních modelech vymyká skutečně zažitému a možnému světu. experimentálně testovat.

Kdo zná "matematicky krásné" teorie strun, posledně jmenovaný snadno rozpozná svou kritiku ve výše uvedených postulátech. Problém je však obecnější. Mnoho prohlášení a publikací se dnes domnívá, že fyzika dospěla do slepé uličky. Museli jsme někde na cestě udělat chybu, připouští mnoho badatelů.

Smolin a Unger tedy nejsou sami. Před několika měsíci v "Přírodě" George Ellis i Josef Silk zveřejnil článek o ochrana integrity fyzikykritikou těch, kteří jsou stále více nakloněni odkládat na neurčito „zítra“ experimenty k testování různých „módních“ kosmologických teorií. Měly by se vyznačovat „dostatečnou elegancí“ a výpovědní hodnotou. „To porušuje staletou vědeckou tradici, že vědecké poznání je poznání. empiricky potvrzenopřipomínají vědci. Fakta jasně ukazují „experimentální slepou uličku“ moderní fyziky.. Nejnovější teorie o povaze a struktuře světa a vesmíru zpravidla nelze ověřit experimenty, které má lidstvo k dispozici.

Supersymetrické analogy částic - vizualizace

Objevením Higgsova bosonu vědci „dosáhli“ Standardní model. Svět fyziky však není zdaleka spokojen. Víme o všech kvarcích a leptonech, ale netušíme, jak to sladit s Einsteinovou teorií gravitace. Nevíme, jak spojit kvantovou mechaniku s gravitací, abychom vytvořili koherentní teorii kvantové gravitace. Také nevíme, co je to Velký třesk (nebo jestli opravdu byl).

V současnosti, říkejme tomu mainstreamoví fyzici, vidí další krok po Standardním modelu v supersymetrie (SUSY), která předpovídá, že každá nám známá elementární částice má symetrického „partnera“. Tím se zdvojnásobí celkový počet stavebních bloků pro hmotu, ale teorie dokonale zapadá do matematických rovnic a co je důležité, nabízí šanci rozluštit záhadu vesmírné temné hmoty. Zbývalo jen počkat na výsledky experimentů na Large Hadron Collider, které existenci supersymetrických částic potvrdí.

Ze Ženevy však zatím žádné takové objevy nezazněly. Pokud se z experimentů na LHC stále nic nového neobjeví, mnoho fyziků se domnívá, že supersymetrické teorie by měly být v tichosti staženy. superstrunakterý je založen na supersymetrii. Existují vědci, kteří jsou připraveni ji bránit, i když nenajde experimentální potvrzení, protože teorie SUSA je „příliš krásná na to, aby byla falešná“. Pokud to bude nutné, hodlají přehodnotit své rovnice, aby dokázali, že supersymetrické hmoty částic jsou prostě mimo rozsah LHC.

Anomálie pohanská anomálie

Dojmy – to se snadno řekne! Když se však například fyzikům podaří dostat mion na oběžnou dráhu kolem protonu a proton „nabobtná“, pak se s nám známou fyzikou začnou dít podivné věci. Vznikne těžší verze atomu vodíku a ukáže se, že jádro, tzn. proton v takovém atomu je větší (tj. má větší poloměr) než "obyčejný" proton.

Fyzika, jak ji známe, nedokáže tento jev vysvětlit. Mion, lepton, který nahrazuje elektron v atomu, by se měl chovat jako elektron – a také se chová, ale proč tato změna ovlivňuje velikost protonu? Fyzici to nechápou. Možná by to mohli překonat, ale... počkejte chvilku. Velikost protonu souvisí se současnými fyzikálními teoriemi, zejména se Standardním modelem. Teoretici začali tuto nevysvětlitelnou interakci ventilovat nový druh základní interakce. To jsou však zatím pouze spekulace. Po cestě byly prováděny experimenty s atomy deuteria, přičemž se věřilo, že neutron v jádře může ovlivnit účinky. Protony byly ještě větší s miony kolem než s elektrony.

Další relativně novou fyzickou zvláštností je existence, která se objevila jako výsledek výzkumu vědců z Trinity College Dublin. nová forma světla. Jednou z měřených charakteristik světla je jeho moment hybnosti. Až dosud se věřilo, že v mnoha formách světla je moment hybnosti násobkem Planckova konstanta. Mezitím Dr. Kyle Ballantyne a profesor Paul Eastham i John Donegan objevili formu světla, ve které je moment hybnosti každého fotonu poloviční Planckova konstanta.

Tento pozoruhodný objev ukazuje, že i základní vlastnosti světla, které jsme považovali za konstantní, lze změnit. To bude mít skutečný dopad na studium podstaty světla a najde praktické uplatnění například v zabezpečené optické komunikaci. Od 80. let XNUMX. století fyzici přemýšleli nad tím, jak se částice pohybují pouze ve dvou dimenzích trojrozměrného prostoru. Zjistili, že pak budeme mít co do činění s mnoha neobvyklými jevy, včetně částic, jejichž kvantové hodnoty by byly zlomky. Nyní se to osvědčilo pro světlo. To je velmi zajímavé, ale znamená to, že mnoho teorií je stále potřeba aktualizovat. A to je jen začátek spojení s novými objevy, které přinášejí fermentaci do fyziky.

Před rokem se v médiích objevila informace, kterou fyzici z Cornell University ve svém experimentu potvrdili. Kvantový Zeno efekt – možnost zastavit kvantový systém pouze prováděním nepřetržitých pozorování. Je pojmenován po starověkém řeckém filozofovi, který tvrdil, že pohyb je iluze, která je ve skutečnosti nemožná. Spojení starověkého myšlení s moderní fyzikou je dílo Baidyanatha Misri i George Sudarshan z University of Texas, který tento paradox popsal v roce 1977. David Wineland, americký fyzik a nositel Nobelovy ceny za fyziku, se kterým MT hovořil v listopadu 2012, provedl první experimentální pozorování Zeno efektu, ale vědci se neshodli, zda jeho experiment existenci jevu potvrdil.

Vizualizace Wheelerova experimentu

Loni učinil nový objev Mukund Vengalattorekterý spolu se svým výzkumným týmem provedl experiment v ultrachladné laboratoři na Cornellově univerzitě. Vědci vytvořili a ochladili plyn s asi jednou miliardou atomů rubidia ve vakuové komoře a umístili hmotu mezi laserové paprsky. Atomy se zorganizovaly a vytvořily mřížkový systém – chovaly se, jako by byly v krystalickém tělese. Za velmi chladného počasí se mohli pohybovat z místa na místo velmi nízkou rychlostí. Fyzici je pozorovali pod mikroskopem a osvětlili je laserovým zobrazovacím systémem, aby je mohli vidět. Když byl laser vypnutý nebo při nízké intenzitě, atomy volně tunelovaly, ale jak se laserový paprsek rozjasnil a měření byla prováděna častěji, míra penetrace prudce klesla.

Vengalattore shrnul svůj experiment takto: "Nyní máme jedinečnou příležitost ovládat kvantovou dynamiku výhradně pomocí pozorování." Měli „idealističtí“ myslitelé, od Zena po Berkeley, zesměšněni ve „věku rozumu“, měli pravdu, že předměty existují jen proto, že se na ně díváme?

V poslední době se často objevují různé anomálie a nesrovnalosti s (zřejmě) léty stabilizovanými teoriemi. Další příklad pochází z astronomických pozorování – před pár měsíci se ukázalo, že vesmír se rozpíná rychleji, než naznačují známé fyzikální modely. Podle článku v Nature z dubna 2016 byla měření vědců z Johns Hopkins University o 8 % vyšší, než očekávala moderní fyzika. Vědci použili novou metodu analýza tzv. standardních svíček, tj. světelné zdroje jsou považovány za stabilní. Komentáře vědecké komunity opět říkají, že tyto výsledky poukazují na vážný problém současných teorií.

Jeden z vynikajících moderních fyziků, John Archibald Wheeler, navrhl vesmírnou verzi tehdy známého dvouštěrbinového experimentu. V jeho mentálním návrhu prochází světlo z kvasaru vzdáleného miliardu světelných let dvěma protilehlými stranami galaxie. Pokud pozorovatelé pozorují každou z těchto cest samostatně, uvidí fotony. Pokud oba najednou, uvidí vlnu. tudíž Sam akt pozorování mění povahu světlakterá opustila kvasar před miliardou let.

Podle Wheelera výše uvedené dokazuje, že vesmír nemůže existovat ve fyzickém smyslu, alespoň ne v tom smyslu, v jakém jsme zvyklí chápat „fyzický stav“. Ani v minulosti se to nemohlo stát, dokud... neprovedeme měření. Naše současná dimenze tedy ovlivňuje minulost. Takže pomocí našich pozorování, detekce a měření utváříme události minulosti, zpět v čase, až do ... počátku vesmíru!

Rozlišení hologramu končí

Zdá se, že fyzika černých děr naznačuje, jak naznačují alespoň některé matematické modely, že náš vesmír není takový, jaký nám říkají naše smysly, tedy trojrozměrný (čtvrtý rozměr, čas, je informován myslí). Realita, která nás obklopuje, může být hologram je projekce v podstatě dvourozměrné vzdálené roviny. Pokud je tento obraz vesmíru správný, lze iluzi o trojrozměrné povaze časoprostoru rozptýlit, jakmile se výzkumné nástroje, které máme k dispozici, stanou adekvátně citlivými. Craig Hogan, profesor fyziky na Fermilabu, který roky věnoval studiu základní struktury vesmíru, naznačuje, že této úrovně bylo právě dosaženo. Pokud je vesmír hologramem, možná jsme dosáhli limitů rozlišení reality. Někteří fyzici prosazují zajímavou hypotézu, že časoprostor, ve kterém žijeme, není v konečném důsledku spojitý, ale jako obraz na digitální fotografii je na své nejzákladnější úrovni tvořen jakýmsi „zrnem“ nebo „pixelem“. Pokud ano, naše realita musí mít nějaké konečné „rozuzlení“. Takto někteří vědci interpretovali „šum“, který se objevil ve výsledcích detektoru gravitačních vln Geo600 před několika lety.

Aby Craig Hogan a jeho tým ověřili tuto neobvyklou hypotézu, vyvinuli nejpřesnější interferometr na světě, tzv Hoganův holometrkterá by nám měla poskytnout co nejpřesnější měření samotné podstaty časoprostoru. Experiment s kódovým označením Fermilab E-990 není jedním z mnoha dalších. Jeho cílem je demonstrovat kvantovou povahu samotného prostoru a přítomnost toho, co vědci nazývají „holografický šum“. Holometr se skládá ze dvou interferometrů vedle sebe, které vysílají jeden kilowatt laserové paprsky do zařízení, které je rozdělí na dva kolmé 40metrové paprsky. Odrážejí se a vracejí se do bodu oddělení, čímž dochází ke kolísání jasu světelných paprsků. Pokud způsobí určitý pohyb v dělicím zařízení, pak to bude důkazem vibrace samotného prostoru.

Z pohledu kvantové fyziky by mohl vzniknout bez důvodu. libovolný počet vesmírů. Ocitli jsme se v tomto konkrétním, který musel splňovat řadu jemných podmínek, aby v něm člověk bydlel. Pak mluvíme o antropický svět. Pro věřícího stačí jeden antropický vesmír stvořený Bohem. Materialistický světonázor to neakceptuje a předpokládá, že existuje mnoho vesmírů nebo že současný vesmír je jen fází nekonečného vývoje multivesmíru.

Autor moderní verze Vesmírné hypotézy jako simulace (příbuzný koncept hologramu) je teoretik Niklas Bostrum. Uvádí, že realita, kterou vnímáme, je jen simulace, které si nejsme vědomi. Vědec navrhl, že pokud dokážete vytvořit spolehlivou simulaci celé civilizace nebo dokonce celého vesmíru pomocí dostatečně výkonného počítače a simulovaní lidé mohou zažít vědomí, je velmi pravděpodobné, že takových tvorů bude velké množství. simulace vytvořené vyspělými civilizacemi – a my žijeme v jedné z nich, v něčem podobném „Matrixu“.

Čas není nekonečný

Možná je tedy čas prolomit paradigmata? Jejich odhalení není v dějinách vědy a fyziky ničím zvlášť novým. Koneckonců bylo možné svrhnout geocentrismus, myšlenku prostoru jako neaktivního jeviště a univerzálního času, z víry, že vesmír je statický, z víry v bezohlednost měření ...

místní paradigma už není tak dobře informován, ale i on je mrtvý. Erwin Schrödinger a další tvůrci kvantové mechaniky si všimli, že před aktem měření náš foton, stejně jako slavná kočka umístěná v krabici, ještě není v určitém stavu, je polarizován vertikálně i horizontálně zároveň. Co by se mohlo stát, kdybychom dva zapletené fotony umístili velmi daleko od sebe a zkoumali jejich stav odděleně? Nyní víme, že pokud je foton A horizontálně polarizován, pak foton B musí být polarizován vertikálně, i kdybychom jej umístili o miliardu světelných let dříve. Obě částice nemají před měřením přesný stav, ale po otevření jedné z krabiček ta druhá okamžitě "ví", jakou vlastnost má nabýt. Dochází k nějaké mimořádné komunikaci, která se odehrává mimo čas a prostor. Podle nové teorie propletení už není lokalita jistotou a dvě zdánlivě oddělené částice se mohou chovat jako vztažná soustava, ignorující detaily, jako je vzdálenost.

Když se věda zabývá různými paradigmaty, proč by nemohla rozbít ustálené názory, které přetrvávají v myslích fyziků a opakují se ve výzkumných kruzích? Možná to bude zmíněná supersymetrie, možná víra v existenci temné energie a hmoty, nebo možná myšlenka velkého třesku a expanze vesmíru?

Doposud převládal názor, že vesmír se rozpíná stále větší rychlostí a bude tomu tak pravděpodobně donekonečna. Existují však někteří fyzici, kteří si všimli, že teorie věčného rozpínání vesmíru a zejména její závěr, že čas je nekonečný, představuje problém při výpočtu pravděpodobnosti události, která nastane. Někteří vědci tvrdí, že v příštích 5 miliardách let pravděpodobně vyprší čas kvůli nějaké katastrofě.

Fyzik Raphael Busso z University of California a kolegové publikovali článek na arXiv.org vysvětlující, že ve věčném vesmíru se dříve nebo později stanou i ty nejneuvěřitelnější události – a navíc se stanou nekonečněkrát. Protože pravděpodobnost je definována v podmínkách relativního počtu událostí, nemá smysl uvádět jakoukoli pravděpodobnost ve věčnosti, protože každá událost bude stejně pravděpodobná. „Stálá inflace má hluboké důsledky,“ píše Busso. "Každá událost, která má nenulovou pravděpodobnost výskytu, se stane nekonečně mnohokrát, nejčastěji ve vzdálených oblastech, které nikdy nebyly v kontaktu." To podkopává základ pravděpodobnostních předpovědí v místních experimentech: pokud v loterii vyhraje nekonečný počet pozorovatelů v celém vesmíru, na jakém základě pak můžete říci, že výhra v loterii je nepravděpodobná? Nevýherců je samozřejmě také nekonečně mnoho, ale v jakém smyslu je jich více?

Jedním z řešení tohoto problému, vysvětlují fyzici, je předpokládat, že čas vyprší. Potom bude existovat konečný počet událostí a nepravděpodobné události se budou vyskytovat méně často než ty pravděpodobné.

Tento "cut" moment definuje množinu určitých povolených událostí. Fyzici se tedy pokusili spočítat pravděpodobnost, že čas vyprší. Je uvedeno pět různých způsobů ukončení času. V obou scénářích existuje 50procentní šance, že se tak stane za 3,7 miliardy let. Další dva mají 50% šanci během 3,3 miliardy let. V pátém scénáři (Planckův čas) zbývá velmi málo času. S vysokou mírou pravděpodobnosti může být dokonce v ... příští vteřině.

Nefungovalo to?

Naštěstí tyto výpočty předpovídají, že většina pozorovatelů jsou takzvané Boltzmannovy děti, vynořující se z chaosu kvantových fluktuací v raném vesmíru. Protože většina z nás ne, fyzici tento scénář zavrhli.

„Na hranici lze pohlížet jako na objekt s fyzikálními atributy, včetně teploty,“ píší autoři ve svém článku. „Po dosažení konce času se hmota dostane do termodynamické rovnováhy s horizontem. Je to podobné jako popis hmoty padající do černé díry, kterou vytvořil vnější pozorovatel.“

Kosmická inflace a multivesmír

Prvním předpokladem je, že Vesmír se neustále rozpíná do nekonečnacož je důsledek obecné teorie relativity a je dobře potvrzeno experimentálními daty. Druhým předpokladem je, že pravděpodobnost je založena na relativní četnost událostí. Konečně třetím předpokladem je, že pokud je časoprostor skutečně nekonečný, pak jediný způsob, jak určit pravděpodobnost události, je omezit vaši pozornost konečná podmnožina nekonečného multivesmíru.

Bude to dávat smysl?

Argumenty Smolina a Ungera, které tvoří základ tohoto článku, naznačují, že náš vesmír můžeme prozkoumat pouze experimentálně, přičemž odmítáme pojem multivesmír. Mezitím analýza dat shromážděných evropským vesmírným dalekohledem Planck odhalila přítomnost anomálií, které mohou naznačovat dlouhodobou interakci mezi naším vesmírem a jiným vesmírem. Pouhé pozorování a experiment tedy ukazují na jiné vesmíry.

Anomálie objevené Planckovou observatoří

Někteří fyzici nyní spekulují, že pokud existuje bytost zvaná Multivesmír a všechny její vesmíry, které tvoří, vznikly během jediného velkého třesku, mohlo se to stát mezi nimi. kolize. Podle výzkumu týmu Planck Observatory by tyto srážky byly do jisté míry podobné srážce dvou mýdlových bublin a zanechaly by na vnějším povrchu vesmírů stopy, které by teoreticky mohly být registrovány jako anomálie v distribuci záření mikrovlnného pozadí. Zajímavé je, že signály zaznamenané Planckovým dalekohledem naznačují, že nějaký druh vesmíru blízko nás je velmi odlišný od našeho, protože rozdíl mezi počtem subatomárních částic (baryonů) a fotonů v něm může být dokonce desetkrát větší než „ tady". . To by znamenalo, že základní fyzikální principy se mohou lišit od toho, co známe.

Zjištěné signály pravděpodobně pocházejí z rané éry vesmíru - tzv rekombinacekdy se protony a elektrony poprvé začaly spojovat a vytvářet atomy vodíku (pravděpodobnost signálu z relativně blízkých zdrojů je cca 30 %). Přítomnost těchto signálů může naznačovat zesílení procesu rekombinace po srážce našeho Vesmíru s jiným, s vyšší hustotou baryonové hmoty.

V situaci, kdy se hromadí rozporuplné a nejčastěji čistě teoretické dohady, někteří vědci znatelně ztrácejí trpělivost. Svědčí o tom strohé prohlášení Neila Turoka z Perimeter Institute v kanadském Waterloo, kterému v roce 2015 v rozhovoru pro NewScientist vadilo, že „nejsme schopni porozumět tomu, co nacházíme“. Dodal: „Teorie je stále složitější a sofistikovanější. Na problém házíme po sobě jdoucí pole, měření a symetrie, dokonce i klíčem, ale nedokážeme vysvětlit ta nejjednodušší fakta. Mnoha fyzikům zjevně vadí, že mentální cesty moderních teoretiků, jako je výše uvedená úvaha nebo teorie superstrun, nemají nic společného s experimenty, které se v současnosti provádějí v laboratořích, a neexistuje žádný důkaz, že by je bylo možné testovat. experimentálně. .

Je to skutečně slepá ulička a je třeba se z ní dostat, jak navrhuje Smolin a jeho přítel filozof? Nebo možná mluvíme o zmatku a zmatku před nějakým epochálním objevem, který nás brzy čeká?

Zveme vás, abyste se seznámili s Tématem čísla v.