Waar gingen we de fout in?
Technologie

Waar gingen we de fout in?

De natuurkunde bevindt zich in een onaangename doodlopende weg. Hoewel het zijn eigen standaardmodel heeft, onlangs aangevuld met het Higgs-deeltje, verklaren al deze ontwikkelingen weinig voor de grote moderne mysteries, donkere energie, donkere materie, zwaartekracht, materie-antimaterie-asymmetrieën en zelfs neutrino-oscillaties.

Roberto Unger en Lee Smolin

Lee Smolin, een bekende natuurkundige die al jaren wordt genoemd als een van de serieuze kandidaten voor de Nobelprijs, onlangs gepubliceerd met de filosoof Roberto Ungerem, het boek “The Singular Universe and the Reality of Time”. Daarin analyseren de auteurs, elk vanuit hun vakgebied, de verwarde toestand van de moderne natuurkunde. "Wetenschap faalt wanneer het het domein van experimentele verificatie en de mogelijkheid van ontkenning verlaat", schrijven ze. Ze dringen er bij natuurkundigen op aan om terug in de tijd te gaan en op zoek te gaan naar een nieuw begin.

Hun aanbiedingen zijn vrij specifiek. Smolin en Unger willen bijvoorbeeld dat we terugkeren naar het concept één universum. De reden is simpel - we ervaren slechts één universum, en een ervan kan wetenschappelijk worden onderzocht, terwijl beweringen over het bestaan ​​van hun veelvoud empirisch niet te verifiëren zijn.. Een andere veronderstelling die Smolin en Unger voorstellen te accepteren is als volgt. realiteit van tijdom theoretici geen kans te geven om weg te komen van de essentie van de werkelijkheid en haar transformaties. En ten slotte dringen de auteurs erop aan om de passie voor wiskunde, die in zijn 'mooie' en elegante modellen, zich losmaakt van de werkelijk ervaren en mogelijke wereld, in bedwang te houden. experimenteel controleren.

Wie weet "wiskundig mooi" snaartheorie, de laatste herkent gemakkelijk zijn kritiek in de bovenstaande postulaten. Het probleem is echter algemener. Veel uitspraken en publicaties geloven tegenwoordig dat de natuurkunde op een dood spoor is beland. We moeten ergens onderweg een fout hebben gemaakt, geven veel onderzoekers toe.

Dus Smolin en Unger zijn niet de enigen. Een paar maanden geleden in "Natuur" George Ellis i Joseph Zijde publiceerde een artikel over de integriteit van de natuurkunde beschermendoor kritiek te uiten op degenen die meer en meer geneigd zijn experimenten uit te stellen tot een onbepaalde tijd 'morgen' om verschillende 'modieuze' kosmologische theorieën te testen. Ze moeten worden gekenmerkt door "voldoende elegantie" en verklarende waarde. “Dit doorbreekt de eeuwenoude wetenschappelijke traditie dat wetenschappelijke kennis kennis is. empirisch bevestigdwetenschappers herinneren. De feiten tonen duidelijk de "experimentele impasse" van de moderne natuurkunde aan.. De nieuwste theorieën over de aard en structuur van de wereld en het heelal kunnen in de regel niet worden geverifieerd door experimenten die voor de mensheid beschikbaar zijn.

Supersymmetrische deeltjesanalogen - visualisatie

Door het Higgs-deeltje te ontdekken, hebben wetenschappers "gepresteerd" Standaard model. De wereld van de natuurkunde is echter verre van tevreden. We kennen alle quarks en leptonen, maar we hebben geen idee hoe we dit kunnen rijmen met Einsteins zwaartekrachttheorie. We weten niet hoe we kwantummechanica met zwaartekracht moeten combineren om een ​​coherente theorie van kwantumzwaartekracht te creëren. We weten ook niet wat de oerknal is (en of die er echt was).

Op dit moment, laten we het mainstream-fysici noemen, zien ze de volgende stap na het standaardmodel in supersymmetrie (SUSY), die voorspelt dat elk elementair deeltje dat we kennen een symmetrische "partner" heeft. Dit verdubbelt het totale aantal bouwstenen voor materie, maar de theorie past perfect in de wiskundige vergelijkingen en, belangrijker nog, biedt een kans om het mysterie van kosmische donkere materie te ontrafelen. Het bleef alleen wachten op de resultaten van experimenten bij de Large Hadron Collider, die het bestaan ​​van supersymmetrische deeltjes zullen bevestigen.

Dergelijke ontdekkingen zijn echter nog niet vernomen uit Genève. Als er nog steeds niets nieuws uit LHC-experimenten naar voren komt, zijn veel natuurkundigen van mening dat supersymmetrische theorieën stilletjes moeten worden ingetrokken, evenals bovenbouwdie gebaseerd is op supersymmetrie. Er zijn wetenschappers die klaar zijn om het te verdedigen, zelfs als het geen experimentele bevestiging vindt, omdat de SUSA-theorie 'te mooi is om onwaar te zijn'. Indien nodig zijn ze van plan hun vergelijkingen opnieuw te evalueren om te bewijzen dat supersymmetrische deeltjesmassa's gewoon buiten het bereik van de LHC liggen.

Anomalie heidense anomalie

Indrukken - het is gemakkelijk gezegd! Wanneer het bijvoorbeeld natuurkundigen lukt om een ​​muon in een baan rond een proton te brengen, en het proton "zwelt", dan beginnen er vreemde dingen te gebeuren met de ons bekende fysica. Er ontstaat een zwaardere versie van het waterstofatoom en het blijkt dat de kern, d.w.z. het proton in zo'n atoom is groter (d.w.z. heeft een grotere straal) dan het "gewone" proton.

De natuurkunde zoals wij die kennen kan dit fenomeen niet verklaren. Het muon, het lepton dat het elektron in het atoom vervangt, zou zich als een elektron moeten gedragen - en dat doet het ook, maar waarom beïnvloedt deze verandering de grootte van het proton? Natuurkundigen begrijpen dit niet. Misschien kunnen ze er overheen komen, maar... wacht even. De grootte van het proton is gerelateerd aan de huidige natuurkundige theorieën, met name het standaardmodel. Theoretici begonnen deze onverklaarbare interactie te luchten een nieuw soort fundamentele interactie. Dit is echter tot nu toe slechts speculatie. Onderweg werden experimenten uitgevoerd met deuteriumatomen, in de veronderstelling dat een neutron in de kern de effecten kan beïnvloeden. Protonen waren zelfs groter met muonen in de buurt dan met elektronen.

Een andere relatief nieuwe fysieke eigenaardigheid is het bestaan ​​dat naar voren is gekomen als resultaat van onderzoek door wetenschappers van Trinity College Dublin. nieuwe vorm van licht. Een van de gemeten kenmerken van licht is het impulsmoment. Tot nu toe werd aangenomen dat in veel vormen van licht het impulsmoment een veelvoud is van constante van Planck. Ondertussen heeft dr. Kyle Ballantyne en professor Paul Eastham i John Donegan ontdekte een vorm van licht waarin het impulsmoment van elk foton de halve constante van Planck is.

Deze opmerkelijke ontdekking laat zien dat zelfs de basiseigenschappen van licht waarvan we dachten dat ze constant waren, kunnen worden veranderd. Dit zal een reële impact hebben op de studie van de aard van licht en zal praktische toepassingen vinden, bijvoorbeeld in veilige optische communicatie. Sinds de jaren tachtig vragen natuurkundigen zich af hoe deeltjes zich gedragen wanneer ze zich in slechts twee dimensies van de driedimensionale ruimte bewegen. Ze ontdekten dat we dan te maken zouden hebben met veel ongewone verschijnselen, waaronder deeltjes waarvan de kwantumwaarden breuken zouden zijn. Nu is het bewezen voor licht. Dit is erg interessant, maar het betekent dat veel theorieën nog moeten worden bijgewerkt. En dit is nog maar het begin van de verbinding met nieuwe ontdekkingen die fermentatie in de natuurkunde brengen.

Een jaar geleden verscheen er informatie in de media die natuurkundigen van Cornell University in hun experiment bevestigden. Quantum Zeno-effect – de mogelijkheid om een ​​kwantumsysteem alleen te stoppen door continue waarnemingen uit te voeren. Het is genoemd naar de oude Griekse filosoof die beweerde dat beweging een illusie is die in werkelijkheid onmogelijk is. De verbinding van het oude denken met de moderne natuurkunde is het werk Baidyanatha Egypte i George Sudarshan van de Universiteit van Texas, die deze paradox in 1977 beschreef. David Wijnland, een Amerikaanse natuurkundige en Nobelprijswinnaar in de natuurkunde, met wie MT in november 2012 sprak, deed de eerste experimentele waarneming van het Zeno-effect, maar wetenschappers waren het er niet mee eens of zijn experiment het bestaan ​​van het fenomeen bevestigde.

Visualisatie van het Wheeler-experiment

Vorig jaar deed hij een nieuwe ontdekking Mukund Vengalattoredie samen met zijn onderzoeksteam een ​​experiment uitvoerde in het ultrakoude laboratorium van de Cornell University. De wetenschappers creëerden en koelden een gas van ongeveer een miljard rubidium-atomen in een vacuümkamer en hingen de massa tussen laserstralen. De atomen organiseerden en vormden een roostersysteem - ze gedroegen zich alsof ze in een kristallijn lichaam waren. Bij zeer koud weer konden ze zich met zeer lage snelheid van plaats naar plaats verplaatsen. De natuurkundigen observeerden ze onder een microscoop en verlichtten ze met een laserbeeldvormingssysteem zodat ze ze konden zien. Wanneer de laser was uitgeschakeld of met een lage intensiteit, tunnelden de atomen vrijelijk, maar naarmate de laserstraal helderder werd en er vaker metingen werden uitgevoerd, penetratiegraad sterk gedaald.

Vengalattore vatte zijn experiment als volgt samen: "Nu hebben we een unieke kans om de kwantumdynamica uitsluitend door observatie te beheersen." Werden 'idealistische' denkers, van Zeno tot Berkeley, belachelijk gemaakt in het 'tijdperk van de rede', hadden ze gelijk dat objecten alleen bestaan ​​omdat we ernaar kijken?

De laatste tijd zijn er vaak verschillende anomalieën en inconsistenties met de (blijkbaar) theorieën die zich in de loop der jaren hebben gestabiliseerd, opgedoken. Een ander voorbeeld komt uit astronomische waarnemingen - een paar maanden geleden bleek dat het heelal sneller uitdijt dan bekende fysieke modellen suggereren. Volgens een Nature-artikel van april 2016 waren de metingen door wetenschappers van de Johns Hopkins University 8% hoger dan verwacht door de moderne natuurkunde. Wetenschappers gebruikten een nieuwe methode analyse van de zogenaamde standaardkaarsen, d.w.z. lichtbronnen worden als stabiel beschouwd. Nogmaals, opmerkingen van de wetenschappelijke gemeenschap zeggen dat deze resultaten wijzen op een serieus probleem met de huidige theorieën.

Een van de uitmuntende moderne natuurkundigen, John Archibald Wheeler, stelde een ruimteversie voor van het destijds bekende dubbelspletenexperiment. In zijn mentale ontwerp gaat het licht van een quasar, op een miljard lichtjaar afstand, door twee tegenover elkaar liggende zijden van de melkweg. Als waarnemers elk van deze paden afzonderlijk observeren, zullen ze fotonen zien. Als ze allebei tegelijk zijn, zullen ze de golf zien. Vandaar Sam de handeling van het observeren verandert de aard van lichtdie een miljard jaar geleden de quasar verliet.

Volgens Wheeler bewijst het bovenstaande dat het universum niet in fysieke zin kan bestaan, althans niet in de zin waarin we gewend zijn om 'een fysieke toestand' te begrijpen. Het kan in het verleden ook niet gebeurd zijn, totdat... we een meting hebben gedaan. Zo beïnvloedt onze huidige dimensie het verleden. Met onze waarnemingen, detecties en metingen geven we dus de gebeurtenissen uit het verleden vorm, terug in de tijd, tot aan ... het begin van het heelal!

Hologramresolutie eindigt

De fysica van het zwarte gat lijkt erop te wijzen, zoals tenminste sommige wiskundige modellen suggereren, dat ons universum niet is wat onze zintuigen ons vertellen te zijn, dat wil zeggen driedimensionaal (de vierde dimensie, tijd, wordt geïnformeerd door de geest). De realiteit die ons omringt kan zijn: голограмма is een projectie van een in wezen tweedimensionaal, ver vlak. Als dit beeld van het universum correct is, kan de illusie van de driedimensionale aard van ruimtetijd worden verdreven zodra de onderzoeksinstrumenten waarover we beschikken voldoende gevoelig worden. Craig Hogan, een professor in de natuurkunde aan Fermilab die jarenlang de fundamentele structuur van het universum heeft bestudeerd, suggereert dat dit niveau zojuist is bereikt. Als het universum een ​​hologram is, hebben we misschien de grenzen van de realiteitsresolutie bereikt. Sommige natuurkundigen hebben de intrigerende hypothese naar voren gebracht dat de ruimte-tijd waarin we leven uiteindelijk niet continu is, maar, zoals een afbeelding op een digitale foto, op het meest basale niveau bestaat uit een soort "korrel" of "pixel". Als dat zo is, moet onze realiteit een soort definitieve "oplossing" hebben. Dit is hoe sommige onderzoekers de "ruis" interpreteerden die een paar jaar geleden in de resultaten van de Geo600 zwaartekrachtgolfdetector verscheen.

Om deze ongebruikelijke hypothese te testen, ontwikkelden Craig Hogan en zijn team 's werelds meest nauwkeurige interferometer, genaamd Hogan holometerdie ons de meest nauwkeurige meting zou moeten geven van de essentie van ruimte-tijd. Het experiment, met de codenaam Fermilab E-990, is niet een van de vele andere. Het is bedoeld om de kwantumaard van de ruimte zelf aan te tonen en de aanwezigheid van wat wetenschappers 'holografische ruis' noemen. De holometer bestaat uit twee naast elkaar gelegen interferometers die laserstralen van één kilowatt naar een apparaat sturen dat ze in twee loodrechte bundels van 40 meter splitst. Ze worden gereflecteerd en teruggebracht naar het punt van scheiding, waardoor fluctuaties in de helderheid van de lichtstralen ontstaan. Als ze een bepaalde beweging in het delingsapparaat veroorzaken, dan zal dit een bewijs zijn van de trilling van de ruimte zelf.

Vanuit het oogpunt van de kwantumfysica zou het zonder reden kunnen ontstaan. een willekeurig aantal universums. We kwamen terecht in deze specifieke, die aan een aantal subtiele voorwaarden moest voldoen om erin te kunnen leven. We praten dan over antropische wereld. Voor een gelovige is één door God geschapen antropisch universum voldoende. Het materialistische wereldbeeld accepteert dit niet en gaat ervan uit dat er veel universums zijn of dat het huidige universum slechts een stadium is in de oneindige evolutie van het multiversum.

Auteur van de moderne versie Universumhypothesen als simulatie (een verwant concept van het hologram) is een theoreticus Niklas Bostrum. Het stelt dat de realiteit die we waarnemen slechts een simulatie is waarvan we ons niet bewust zijn. De wetenschapper suggereerde dat als je een betrouwbare simulatie van een hele beschaving of zelfs het hele universum kunt maken met behulp van een computer die krachtig genoeg is, en de gesimuleerde mensen bewustzijn kunnen ervaren, het zeer waarschijnlijk is dat er een groot aantal van dergelijke wezens zal zijn. simulaties gemaakt door geavanceerde beschavingen - en we leven in een van hen, in iets dat lijkt op de "matrix".

Tijd is niet oneindig

Dus misschien is het tijd om paradigma's te doorbreken? Hun ontmaskering is niets nieuws in de geschiedenis van wetenschap en natuurkunde. Het was immers mogelijk om geocentrisme, het idee van ruimte als een inactief stadium en universele tijd, te ondermijnen vanuit het geloof dat het universum statisch is, vanuit het geloof in de meedogenloosheid van meten ...

lokaal paradigma hij is niet meer zo goed op de hoogte, maar ook hij is dood. Erwin Schrödinger en andere makers van de kwantummechanica merkten op dat vóór de meting ons foton, net als de beroemde kat die in een doos is geplaatst, zich nog niet in een bepaalde staat bevindt, en tegelijkertijd verticaal en horizontaal wordt gepolariseerd. Wat zou er gebeuren als we twee verstrengelde fotonen heel ver uit elkaar plaatsen en hun toestand afzonderlijk onderzoeken? Nu weten we dat als foton A horizontaal gepolariseerd is, foton B ook verticaal gepolariseerd moet zijn, zelfs als we het een miljard lichtjaar eerder hebben geplaatst. Beide deeltjes hebben geen exacte toestand voor de meting, maar na het openen van een van de dozen "weet" de ander meteen welke eigenschap het moet krijgen. Het gaat om een ​​buitengewone communicatie die buiten tijd en ruimte plaatsvindt. Volgens de nieuwe verstrengelingstheorie is lokaliteit niet langer een zekerheid en kunnen twee schijnbaar gescheiden deeltjes zich als referentiekader gedragen en details zoals afstand negeren.

Aangezien wetenschap met verschillende paradigma's te maken heeft, waarom zou ze dan niet de vaste opvattingen afbreken die in de hoofden van natuurkundigen blijven bestaan ​​en die in onderzoekskringen worden herhaald? Misschien wordt het de eerder genoemde supersymmetrie, misschien het geloof in het bestaan ​​van donkere energie en materie, of misschien het idee van de oerknal en de uitdijing van het heelal?

Tot dusverre was de heersende opvatting dat het universum zich steeds sneller uitbreidt en dat waarschijnlijk voor onbepaalde tijd zal blijven doen. Er zijn echter enkele natuurkundigen die hebben opgemerkt dat de theorie van de eeuwige uitdijing van het universum, en vooral de conclusie dat tijd oneindig is, een probleem vormt bij het berekenen van de waarschijnlijkheid dat een gebeurtenis plaatsvindt. Sommige wetenschappers beweren dat in de komende 5 miljard jaar de tijd waarschijnlijk opraakt als gevolg van een of andere catastrofe.

Natuurkundige Raphael Busso van de University of California en collega's hebben een artikel gepubliceerd op arXiv.org waarin wordt uitgelegd dat in een eeuwig universum zelfs de meest ongelooflijke gebeurtenissen vroeg of laat zullen plaatsvinden - en bovendien zullen ze plaatsvinden een oneindig aantal keren. Aangezien waarschijnlijkheid wordt gedefinieerd in termen van het relatieve aantal gebeurtenissen, heeft het geen zin om enige kans in de eeuwigheid aan te geven, aangezien elke gebeurtenis even waarschijnlijk is. “De eeuwigdurende inflatie heeft ingrijpende gevolgen”, schrijft Busso. "Elke gebeurtenis met een kans van optreden die niet nul is, zal oneindig vaak voorkomen, meestal in afgelegen gebieden waar nog nooit contact mee is geweest." Dit ondermijnt de basis van probabilistische voorspellingen in lokale experimenten: als een oneindig aantal waarnemers in het hele universum de loterij wint, op welke basis kun je dan zeggen dat het winnen van de loterij onwaarschijnlijk is? Natuurlijk zijn er ook oneindig veel niet-winnaars, maar in welke zin zijn het er meer?

Een oplossing voor dit probleem, leggen natuurkundigen uit, is om aan te nemen dat de tijd opraakt. Dan zal er een eindig aantal gebeurtenissen zijn, en onwaarschijnlijke gebeurtenissen zullen minder vaak voorkomen dan waarschijnlijke.

Dit "cut"-moment definieert een reeks bepaalde toegestane gebeurtenissen. Dus probeerden natuurkundigen de kans te berekenen dat de tijd op zou raken. Er worden vijf verschillende tijdsbeëindigingsmethoden gegeven. In de twee scenario's is er een kans van 50 procent dat dit over 3,7 miljard jaar zal gebeuren. De andere twee hebben een kans van 50% binnen 3,3 miljard jaar. In het vijfde scenario (Planck-tijd) is er weinig tijd meer. Met een hoge mate van waarschijnlijkheid is hij misschien zelfs in... de volgende seconde.

Is het niet gelukt?

Gelukkig voorspellen deze berekeningen dat de meeste waarnemers de zogenaamde Boltzmann-kinderen zijn, die tevoorschijn komen uit de chaos van kwantumfluctuaties in het vroege heelal. Omdat de meesten van ons dat niet zijn, hebben natuurkundigen dit scenario verworpen.

"De grens kan worden gezien als een object met fysieke kenmerken, waaronder temperatuur", schrijven de auteurs in hun paper. "Als het einde der tijden is bereikt, zal de materie een thermodynamisch evenwicht bereiken met de horizon. Dit is vergelijkbaar met de beschrijving van materie die in een zwart gat valt, gemaakt door een externe waarnemer.”

Kosmische inflatie en het multiversum

De eerste veronderstelling is dat Het heelal breidt zich voortdurend uit tot in het oneindigewat een gevolg is van de algemene relativiteitstheorie en goed wordt bevestigd door experimentele gegevens. De tweede aanname is dat de kans gebaseerd is op relatieve gebeurtenisfrequentie. Ten slotte is de derde veronderstelling dat als ruimtetijd echt oneindig is, de enige manier om de waarschijnlijkheid van een gebeurtenis te bepalen, is om je aandacht te beperken een eindige deelverzameling van het oneindige multiversum.

Zal het zin hebben?

De argumenten van Smolin en Unger, die de basis vormen van dit artikel, suggereren dat we ons universum alleen experimenteel kunnen verkennen, waarbij het idee van een multiversum wordt verworpen. Ondertussen heeft analyse van gegevens verzameld door de Europese Planck-ruimtetelescoop de aanwezigheid van anomalieën aan het licht gebracht die kunnen wijzen op een langdurige interactie tussen ons universum en een ander universum. Dus louter observatie en experiment wijzen naar andere universa.

Anomalieën ontdekt door het Planck Observatorium

Sommige natuurkundigen speculeren nu dat als er een wezen is dat het Multiversum wordt genoemd, en al zijn samenstellende universums, in één enkele oerknal zijn ontstaan, het tussen hen had kunnen gebeuren. botsingen. Volgens onderzoek van het Planck Observatory-team zouden deze botsingen enigszins lijken op de botsing van twee zeepbellen, waarbij sporen op het buitenoppervlak van de universums worden achtergelaten, die theoretisch zouden kunnen worden geregistreerd als anomalieën in de distributie van microgolfachtergrondstraling. Interessant is dat de signalen die zijn opgenomen door de Planck-telescoop lijken te suggereren dat een soort heelal dicht bij ons heel anders is dan het onze, omdat het verschil tussen het aantal subatomaire deeltjes (baryonen) en fotonen erin zelfs tien keer groter kan zijn dan " hier". . Dit zou betekenen dat de onderliggende natuurkundige principes kunnen verschillen van wat we weten.

De gedetecteerde signalen komen waarschijnlijk uit een vroeg tijdperk van het universum - de zogenaamde recombinatietoen protonen en elektronen voor het eerst begonnen samen te smelten om waterstofatomen te vormen (de waarschijnlijkheid van een signaal van relatief nabije bronnen is ongeveer 30%). De aanwezigheid van deze signalen kan wijzen op een intensivering van het recombinatieproces na de botsing van ons heelal met een ander, met een hogere dichtheid van baryonische materie.

In een situatie waarin tegenstrijdige en meestal puur theoretische vermoedens zich ophopen, verliezen sommige wetenschappers merkbaar hun geduld. Dit wordt bewezen door een krachtige verklaring van Neil Turok van het Perimeter Institute in Waterloo, Canada, die in een interview met NewScientist in 2015 geïrriteerd was dat "we niet in staat zijn te begrijpen wat we vinden". Hij voegde eraan toe: “Theorie wordt steeds complexer en geavanceerder. We gooien opeenvolgende velden, metingen en symmetrieën naar het probleem, zelfs met een moersleutel, maar we kunnen de eenvoudigste feiten niet verklaren. Veel natuurkundigen ergeren zich duidelijk aan het feit dat de mentale reizen van moderne theoretici, zoals de redenering hierboven of de supersnaartheorie, niets te maken hebben met de experimenten die momenteel in laboratoria worden uitgevoerd, en er is geen bewijs dat ze kunnen worden getest experimenteel. .

Is het echt een doodlopende weg en is het nodig om eruit te komen, zoals Smolin en zijn vriend de filosoof suggereren? Of misschien hebben we het over verwarring en verwarring voor een soort baanbrekende ontdekking die ons binnenkort te wachten staat?

Wij nodigen u uit om vertrouwd te raken met het onderwerp van de kwestie in.

Voeg een reactie