Grenzen van natuurkunde en natuurkundig experiment

Honderd jaar geleden was de situatie in de natuurkunde precies het tegenovergestelde van wat nu het geval is. Wetenschappers hadden de resultaten in handen van bewezen experimenten, vele malen herhaald, die echter vaak niet konden worden verklaard met behulp van bestaande natuurkundige theorieën. De ervaring ging duidelijk vooraf aan de theorie. De theoretici moesten aan de slag.

De balans kantelt momenteel naar theoretici wier modellen heel anders zijn dan wat blijkt uit mogelijke experimenten zoals de snaartheorie. En het lijkt erop dat er steeds meer onopgeloste problemen in de natuurkunde zijn (1).

1. De belangrijkste moderne trends en problemen in de natuurkunde - visualisatie

Beroemde Poolse natuurkundige, prof. Andrzej Staruszkiewicz zei tijdens het debat “De grenzen van kennis in de natuurkunde” in juni 2010 op de Ignatianum Academie in Krakau: “Het veld van kennis is de afgelopen eeuw enorm gegroeid, maar het veld van onwetendheid is nog groter geworden. (...) De ontdekking van de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica zijn monumentale prestaties van het menselijk denken, vergelijkbaar met de prestaties van Newton, maar ze leiden tot de vraag naar de relatie tussen de twee structuren, een vraag waarvan de schaal van complexiteit eenvoudigweg schokkend is . In deze situatie rijzen uiteraard vragen: kunnen we dit doen? Zullen onze vastberadenheid en wil om de waarheid te achterhalen in verhouding staan ​​tot de moeilijkheden waarmee we worden geconfronteerd?”

Experimentele doodlopende weg

De wereld van de natuurkunde is al enkele maanden controversiëler dan normaal. In het tijdschrift Nature publiceerden George Ellis en Joseph Silk een artikel waarin ze de integriteit van de natuurkunde verdedigden, waarin ze kritiek uitten op degenen die steeds meer bereid zijn experimenten uit te stellen om de nieuwste kosmologische theorieën te testen tot een bepaalde datum in de toekomst. Ze moeten worden gekenmerkt door “voldoende elegantie” en verklarende waarde. “Dit breekt de eeuwenoude wetenschappelijke traditie volgens welke wetenschappelijke kennis empirisch bewezen kennis is”, donderen de wetenschappers. De feiten laten duidelijk de ‘experimentele doodlopende weg’ in de moderne natuurkunde zien.

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.

Door het Higgs-deeltje te ontdekken, hebben wetenschappers het standaardmodel ‘voltooid’. De wereld van de natuurkunde is echter nog lang niet tevreden. We kennen alle quarks en leptonen, maar we hebben geen idee hoe we dit in overeenstemming kunnen brengen met Einsteins zwaartekrachttheorie. We weten niet hoe we de kwantummechanica met de zwaartekracht moeten combineren om een ​​hypothetische theorie van de kwantumzwaartekracht te creëren. We weten ook niet wat de oerknal was (en of deze echt heeft plaatsgevonden!) (2).

Momenteel, zoals klassieke natuurkundigen het noemen, is de volgende stap na het Standaardmodel supersymmetrie, die voorspelt dat elk elementair deeltje dat we kennen een ‘partner’ heeft.

Dit verdubbelt het totale aantal bouwstenen van 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 enige dat overblijft is wachten op de resultaten van experimenten met de Large Hadron Collider, die het bestaan ​​van supersymmetrische deeltjes zullen bevestigen.

Er is echter nog niets uit Genève vernomen over dergelijke ontdekkingen. Dit is uiteraard nog maar het begin van een nieuwe versie van de LHC, met dubbele botsingsenergie (na recente reparaties en moderniseringen). Over een paar maanden schieten ze misschien met champagnekurken om supersymmetrie te vieren. Als dit echter niet zou gebeuren, zijn veel natuurkundigen van mening dat supersymmetrische theorieën geleidelijk zouden moeten worden teruggetrokken, zoals de supersnaar, die gebaseerd is op supersymmetrie. Want als de Large Collider deze theorieën niet bevestigt, wat dan?

Er zijn echter enkele wetenschappers die dat niet denken. Omdat de theorie van supersymmetrie te ‘mooi is om verkeerd te zijn’.

Ze zijn dus van plan hun vergelijkingen opnieuw te evalueren om te bewijzen dat de massa's van supersymmetrische deeltjes eenvoudigweg buiten het bereik van de LHC liggen. De theoretici hebben groot gelijk. Hun modellen zijn goed in het verklaren van fenomenen die experimenteel kunnen worden gemeten en getest. Daarom zou je je kunnen afvragen waarom we de ontwikkeling van theorieën die we (nog) niet empirisch kunnen kennen, zouden moeten uitsluiten. Is dit een redelijke en wetenschappelijke benadering?

Universum uit het niets

De natuurwetenschappen, vooral de natuurkunde, zijn gebaseerd op naturalisme, dat wil zeggen het geloof dat we alles kunnen verklaren met behulp van de krachten van de natuur. De taak van de wetenschap komt neer op het beschouwen van de relatie tussen verschillende grootheden die verschijnselen of bepaalde structuren beschrijven die in de natuur bestaan. De natuurkunde houdt zich niet bezig met problemen die niet wiskundig kunnen worden beschreven, die niet kunnen worden herhaald. Dit is onder meer de reden van het succes. De wiskundige beschrijving die wordt gebruikt om natuurverschijnselen te modelleren is uiterst effectief gebleken. De verworvenheden van de natuurwetenschappen resulteerden in hun filosofische generalisaties. Er ontstonden richtingen als de mechanistische filosofie of het wetenschappelijk materialisme, die de resultaten van de natuurwetenschappen verkregen vóór het einde van de XNUMXe eeuw overbrachten naar het veld van de filosofie.

Het leek erop dat we de hele wereld konden kennen, dat er sprake was van volledig determinisme in de natuur, omdat we konden bepalen hoe de planeten zich over miljoenen jaren zouden bewegen, of hoe ze zich miljoenen jaren geleden bewogen. Deze prestaties gaven aanleiding tot trots die de menselijke geest verabsoluteerde. In beslissende mate stimuleert het methodologisch naturalisme de huidige ontwikkeling van de natuurwetenschappen. Er zijn echter enkele afkappunten die lijken te wijzen op de beperkingen van de naturalistische methodologie.

Als het heelal een beperkte omvang heeft en ‘uit het niets’ is ontstaan ​​(3), zonder de wetten van behoud van energie te schenden, bijvoorbeeld als fluctuatie, dan zouden er geen veranderingen in moeten optreden. Ondertussen houden wij ze in de gaten. Als we dit probleem proberen op te lossen op basis van de kwantumfysica, komen we tot de conclusie dat alleen een bewuste waarnemer de mogelijkheid van het bestaan ​​van zo'n wereld realiseert. Daarom vragen we ons af waarom de specifieke waarin we leven, is gemaakt uit veel verschillende universums. Dus we komen tot de conclusie dat pas toen een persoon op aarde verscheen, de wereld - zoals we waarnemen - echt "werd" ...

Hoe beïnvloeden metingen gebeurtenissen die een miljard jaar geleden plaatsvonden?

4. Wheeler-experiment - visualisatie

Een van de moderne natuurkundigen, John Archibald Wheeler, stelde een kosmische versie van het beroemde dubbelspletenexperiment voor. In zijn mentale constructie reist het licht van een quasar op een miljard lichtjaar afstand langs twee tegenover elkaar liggende zijden van het sterrenstelsel (4). Als waarnemers elk van deze paden afzonderlijk observeren, zullen ze fotonen zien. Als ze allebei tegelijk zijn, zullen ze de golf zien. Dus alleen al het observeren verandert de aard van het licht dat de quasar een miljard jaar geleden verliet!

Voor Wheeler bewijst het bovenstaande dat het universum niet in fysieke zin kan bestaan, althans niet in de zin waarin we gewend zijn een ‘fysieke toestand’ te begrijpen. Dit kan in het verleden niet gebeuren, totdat... we een meting hebben gedaan. Onze huidige dimensie beïnvloedt dus het verleden. Met onze observaties, ontdekkingen en metingen geven we vorm aan de gebeurtenissen uit het verleden, diep in de tijd, tot aan... het begin van het heelal!

Neil Turok van het Perimeter Instituut in Waterloo, Canada, zei in het julinummer van New Scientist dat “we niet kunnen begrijpen wat we vinden. De theorie wordt steeds complexer en geavanceerder. We storten ons in een probleem met opeenvolgende velden, dimensies en symmetrieën, zelfs met een moersleutel, maar we kunnen de eenvoudigste feiten niet verklaren.” Veel natuurkundigen zijn duidelijk geïrriteerd door de situatie waarin de mentale reizen van moderne theoretici, zoals de bovenstaande overwegingen of de supersnaartheorie, niets gemeen hebben met de experimenten die momenteel in laboratoria worden uitgevoerd, en er geen manier is om ze experimenteel te testen.

In de kwantumwereld moet je breder kijken

Zoals Nobelprijswinnaar Richard Feynman ooit zei: niemand begrijpt de kwantumwereld echt. In tegenstelling tot de goede oude Newtoniaanse wereld, waarin de interacties van twee lichamen met bepaalde massa's worden berekend door middel van vergelijkingen, hebben we in de kwantummechanica vergelijkingen waarvan ze niet zozeer zijn afgeleid als wel het resultaat van vreemd gedrag dat in experimenten is waargenomen. De objecten van de kwantumfysica hoeven niet geassocieerd te worden met iets ‘fysieks’, en hun gedrag is het gebied van een abstracte multidimensionale ruimte die de Hilbertruimte wordt genoemd.

Er zijn veranderingen beschreven door de Schrödingervergelijking, maar waarom precies is onbekend. Kan dit veranderd worden? Is het zelfs mogelijk om kwantumwetten af ​​te leiden uit de principes van de natuurkunde, zoals tientallen wetten en principes, bijvoorbeeld met betrekking tot de beweging van lichamen in de ruimte, zijn afgeleid van de principes van Newton? Wetenschappers van de Universiteit van Pavia in Italië Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella en Paolo Perinotti stellen dat zelfs kwantumfenomenen die duidelijk in strijd zijn met gezond verstand kunnen worden gedetecteerd in meetbare experimenten. Alles wat je nodig hebt is het juiste perspectief - Misschien komt het gebrek aan begrip van kwantumeffecten voort uit het feit dat we er niet breed genoeg naar kijken. Volgens de eerder genoemde wetenschappers in New Scientist moeten zinvolle en meetbare experimenten in de kwantummechanica aan een aantal voorwaarden voldoen. Dit:

• causaliteit - toekomstige gebeurtenissen kunnen gebeurtenissen uit het verleden niet beïnvloeden;
• onderscheidbaarheid - stelt dat we als gescheiden van elkaar moeten kunnen scheiden;
• композиция - als we alle stadia van het proces kennen, kennen we het hele proces;
• compressie – er zijn manieren om belangrijke informatie over de chip over te dragen zonder de hele chip over te hoeven zetten;
• tomografie - als we een systeem hebben dat uit veel onderdelen bestaat, is de statistiek van metingen per onderdeel voldoende om de toestand van het hele systeem te onthullen.

De Italianen willen hun principes van zuivering, een breder perspectief en zinvolle experimenten uitbreiden met de onomkeerbaarheid van thermodynamische verschijnselen en het principe van toenemende entropie, waar natuurkundigen niet van onder de indruk zijn. Misschien worden waarnemingen en metingen ook hier beïnvloed door artefacten van een perspectief dat te beperkt is om het hele systeem te omvatten. “De fundamentele waarheid van de kwantumtheorie is dat luidruchtige, onomkeerbare veranderingen omkeerbaar kunnen worden gemaakt door een nieuwe lay-out aan de beschrijving toe te voegen”, vertelt de Italiaanse wetenschapper Giulio Ciribella aan New Scientist.

Helaas, zeggen sceptici, zou het "opschonen" van experimenten en een breder meetperspectief kunnen leiden tot een hypothese van vele werelden waarin elke uitkomst mogelijk is en waarin wetenschappers, denkend dat ze de juiste gang van zaken meten, gewoon een bepaald continuüm door ze te meten.

5. Tijdwijzers in de vorm van wijzers

Geen tijd?

Het concept van de zogenaamde Arrows of Time (5) werd in 1927 geïntroduceerd door de Britse astrofysicus Arthur Eddington. Deze pijl wijst naar de tijd, die altijd in één richting stroomt, dat wil zeggen van het verleden naar de toekomst, en dit proces kan niet worden teruggedraaid. Stephen Hawking schreef in zijn A Brief History of Time dat de wanorde met de tijd toeneemt, omdat we de tijd meten in de richting waarin de wanorde toeneemt. Dit zou betekenen dat we een keuze hebben: we zouden bijvoorbeeld eerst de scherven van gebroken glas kunnen observeren die verspreid over de vloer liggen, dan het moment waarop het glas op de grond valt, dan het glas in de lucht, en ten slotte de persoon die het vasthoudt. in de hand. Er bestaat geen wetenschappelijke regel die stelt dat de ‘psychologische pijl van de tijd’ in dezelfde richting moet bewegen als de thermodynamische pijl en dat de entropie van het systeem toeneemt. Veel wetenschappers geloven echter dat dit zo is omdat er energetische veranderingen plaatsvinden in het menselijk brein, vergelijkbaar met de veranderingen die we in de natuur waarnemen. De hersenen hebben de energie om te handelen, te observeren en te redeneren, omdat de menselijke ‘motor’ brandstof en voedsel verbrandt en dit proces, net als een verbrandingsmotor, onomkeerbaar is.

Er zijn echter gevallen waarin, met behoud van dezelfde richting van de psychologische pijl van de tijd, de entropie zowel toeneemt als afneemt in verschillende systemen. Bijvoorbeeld bij het opslaan van gegevens in het computergeheugen. De geheugenmodules in de machine gaan van ongeordende toestand naar schijfschrijfvolgorde. Zo wordt de entropie in de computer verminderd. Elke natuurkundige zal echter zeggen dat vanuit het oogpunt van het universum als geheel - het groeit, omdat het energie kost om naar een schijf te schrijven, en deze energie wordt gedissipeerd in de vorm van warmte die door een machine wordt gegenereerd. Er is dus een kleine "psychologische" weerstand tegen de gevestigde natuurwetten. Het is voor ons moeilijk te bedenken dat wat er met het geluid van de ventilator naar buiten komt, belangrijker is dan het vastleggen van een werk of een andere waarde in het geheugen. Wat als iemand een argument op zijn pc zou schrijven dat een revolutie teweeg zou brengen in de moderne natuurkunde, de verenigde krachtentheorie of de Theorie van Alles? We zouden het moeilijk vinden om het idee te aanvaarden dat desondanks de algemene wanorde in het heelal is toegenomen.

In 1967 verscheen de Wheeler-DeWitt-vergelijking, waaruit bleek dat tijd als zodanig niet bestaat. Het was een poging om de ideeën van de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie wiskundig te combineren, een stap in de richting van de theorie van de kwantumzwaartekracht, d.w.z. de Theorie van Alles, gewenst door alle wetenschappers. Pas in 1983 kwamen de natuurkundigen Don Page en William Wootters met een verklaring dat het tijdsprobleem kon worden omzeild met behulp van het concept van kwantumverstrengeling. Volgens hun concept kunnen alleen de eigenschappen van een reeds gedefinieerd systeem worden gemeten. Vanuit wiskundig oogpunt betekende dit voorstel dat klokken los van het systeem niet werkten en pas begonnen te lopen als ze verweven waren met een bepaald universum. Als iemand ons echter vanuit een ander universum zou bekijken, zouden ze ons zien als statische objecten, en alleen hun aankomst bij ons zou kwantumverstrengeling veroorzaken en ons letterlijk het verstrijken van de tijd laten voelen.

Deze hypothese vormde de basis van het werk van wetenschappers van een onderzoeksinstituut in Turijn, Italië. Natuurkundige Marco Genovese besloot een model te bouwen dat rekening houdt met de specifieke kenmerken van kwantumverstrengeling. Het was mogelijk om een ​​fysiek effect na te bootsen dat de juistheid van deze redenering aangeeft. Er is een model van het heelal gemaakt dat uit twee fotonen bestaat.

Het ene paar was georiënteerd - verticaal gepolariseerd en het andere horizontaal. Hun kwantumtoestand, en dus hun polarisatie, wordt vervolgens gedetecteerd door een reeks detectoren. Het blijkt dat totdat de waarneming die uiteindelijk het referentiekader bepaalt wordt bereikt, fotonen zich in een klassieke kwantumsuperpositie bevinden, d.w.z. ze waren zowel verticaal als horizontaal georiënteerd. Dit betekent dat de waarnemer die de klok leest de kwantumverstrengeling bepaalt die het universum beïnvloedt waarvan hij deel gaat uitmaken. Zo'n waarnemer kan dan op basis van kwantumwaarschijnlijkheid de polarisatie van opeenvolgende fotonen waarnemen.

Dit concept is erg verleidelijk omdat het veel problemen verklaart, maar het leidt uiteraard tot de behoefte aan een ‘superwaarnemer’ die boven alle determinismen staat en alles als geheel controleert.

6. Multiversum - Visualisatie

Wat we waarnemen en wat we subjectief waarnemen als ‘tijd’ is feitelijk het product van meetbare mondiale veranderingen in de wereld om ons heen. Naarmate we dieper in de wereld van atomen, protonen en fotonen duiken, beseffen we dat het concept van tijd steeds minder belangrijk wordt. Volgens wetenschappers meet de klok die ons dagelijks vergezelt, vanuit fysiek oogpunt, niet de doorgang ervan, maar helpt hij ons ons leven te organiseren. Voor degenen die gewend zijn aan Newtons concepten van universele en alomvattende tijd, komen deze concepten als een schok. Maar het zijn niet alleen wetenschappelijke traditionalisten die ze niet aanvaarden. De vooraanstaande theoretisch natuurkundige Lee Smolin, eerder door ons genoemd als een van de mogelijke winnaars van de Nobelprijs van dit jaar, gelooft dat tijd bestaat en heel reëel is. Ooit betoogde hij – zoals veel natuurkundigen – dat tijd een subjectieve illusie is.

Nu presenteert hij in zijn boek Reborn Time een heel andere kijk op de natuurkunde en bekritiseert hij de snaartheorie, die populair is in de wetenschappelijke gemeenschap. Volgens hem bestaat het multiversum niet (6) omdat we in hetzelfde universum en tegelijkertijd leven. Hij gelooft dat tijd van het grootste belang is en dat onze ervaring van de realiteit van het huidige moment geen illusie is, maar de sleutel tot het begrijpen van de fundamentele aard van de realiteit.

Entropie nul

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) en Andreas Winter beschreven hun bevindingen in 2009 in het tijdschrift Physical Review E, waaruit bleek dat objecten een evenwicht bereiken, dat wil zeggen een toestand van uniforme verdeling van energie, door toestanden van kwantumverstrengeling binnen te gaan. met hun omgeving. In 2012 bewees Tony Short dat verstrengeling in een eindige tijd gelijkmoedigheid oplevert. Wanneer een object interageert met zijn omgeving, zoals wanneer deeltjes in een kopje koffie in botsing komen met lucht, lekt informatie over hun eigenschappen naar buiten en wordt deze verspreid door de omgeving. Het verlies aan informatie zorgt ervoor dat de koffie stagneert, terwijl de netheid van de hele kamer blijft fluctueren. Volgens Popescu verandert haar toestand in de loop van de tijd niet meer.

7. Noah Linden, Sandu Popescu en Tony Short

Naarmate de netheid van de kamer verandert, kan de koffie plotseling niet meer met de lucht vermengen en in zijn eigen schone staat terechtkomen. De met het milieu vermengde toestanden zijn echter veel talrijker dan de zuivere toestanden die beschikbaar zijn voor koffie, en bestaan ​​daarom vrijwel nooit. Deze statistische onwaarschijnlijkheid wekt de indruk dat de pijl van de tijd onomkeerbaar is. Het probleem van de pijl van de tijd wordt vervaagd door de kwantummechanica, waardoor het moeilijk wordt de aard ervan te bepalen.

Een elementair deeltje heeft geen precieze fysische eigenschappen en wordt alleen bepaald door de waarschijnlijkheid dat het zich in verschillende toestanden bevindt. Op elk gegeven moment kan een deeltje bijvoorbeeld 50 procent kans hebben om met de klok mee te draaien en 50 procent kans om in de tegenovergestelde richting te draaien. De stelling, ondersteund door de ervaring van natuurkundige John Bell, stelt dat de ware toestand van een deeltje niet bestaat en dat het zich laat leiden door waarschijnlijkheid.

Kwantumonzekerheid leidt dan tot verwarring. Wanneer twee deeltjes op elkaar inwerken, kunnen ze niet eens op zichzelf worden gedefinieerd, waarbij ze onafhankelijk kansen ontwikkelen die bekend staan ​​als een zuivere toestand. In plaats daarvan worden ze verstrengelde componenten van een complexere waarschijnlijkheidsverdeling die beide deeltjes samen beschrijven. Deze verdeling kan bijvoorbeeld beslissen of deeltjes in de tegenovergestelde richting zullen draaien. Het systeem als geheel bevindt zich in een zuivere staat, maar de toestand van individuele deeltjes is geassocieerd met een ander deeltje.

Beide zouden dus vele lichtjaren van elkaar verwijderd kunnen zijn en de rotatie van de een zou met de ander gecorreleerd blijven.

De nieuwe pijl van de tijdtheorie beschrijft dit als een verlies aan informatie als gevolg van kwantumverstrengeling waardoor een kopje koffie in evenwicht komt met de omringende kamer. Uiteindelijk bereikt de kamer een evenwicht met de buitenomgeving, die op zijn beurt langzaam het evenwicht met de rest van het universum nadert. Oude wetenschappers die de thermodynamica bestudeerden, beschouwden dit proces als een geleidelijke dissipatie van energie, waardoor de entropie van het heelal toenam.

Tegenwoordig geloven natuurkundigen dat informatie steeds meer verspreid raakt, maar nooit volledig verdwijnt. Hoewel de entropie lokaal toeneemt, geloven zij dat de algehele entropie van het universum constant op nul blijft. Eén aspect van de pijl van de tijd blijft echter onopgelost. Wetenschappers beweren dat het vermogen van een persoon om zich het verleden te herinneren, maar niet de toekomst, ook kan worden begrepen als de vorming van relaties tussen op elkaar inwerkende deeltjes. Wanneer we een bericht op een stuk papier lezen, communiceren de hersenen ermee via fotonen die de ogen bereiken.

Pas vanaf dit moment kunnen we ons herinneren wat deze boodschap ons vertelt. Popescu is van mening dat de nieuwe theorie niet verklaart waarom de oorspronkelijke toestand van het heelal verre van evenwicht was, en voegt eraan toe dat de aard van de oerknal verklaard moet worden. Sommige onderzoekers hebben twijfels geuit over deze nieuwe benadering, maar de ontwikkeling van dit concept en het nieuwe wiskundige formalisme helpen nu theoretische vragen in de thermodynamica op te lossen.

Bereik de korrels van de ruimtetijd

De fysica van zwarte gaten lijkt erop te wijzen, zoals sommige wiskundige modellen suggereren, dat ons universum helemaal niet driedimensionaal is. Ondanks wat onze zintuigen ons vertellen, kan de realiteit om ons heen een hologram zijn: een projectie van een verafgelegen vlak dat eigenlijk tweedimensionaal is. Als dit beeld van het heelal correct is, kan de illusie van de driedimensionale aard van de ruimtetijd worden verdreven zodra de onderzoeksinstrumenten waarover we beschikken voldoende gevoelig worden. Craig Hogan, hoogleraar natuurkunde bij Fermilab die jarenlang de fundamentele structuur van het heelal heeft bestudeerd, suggereert dat dit niveau zojuist is bereikt.

8. GEO600 zwaartekrachtgolfdetector

Als het universum een ​​hologram is, hebben we misschien net de grenzen van de werkelijkheidsresolutie bereikt. Sommige natuurkundigen hebben de intrigerende hypothese naar voren gebracht dat de ruimte-tijd waarin we leven uiteindelijk niet continu is, maar, net als een beeld op een digitale foto, op het meest basale niveau bestaat uit bepaalde ‘korrels’ of ‘pixels’. Als dit zo is, moet onze realiteit een soort definitieve ‘resolutie’ hebben. Dit is hoe sommige onderzoekers de ‘ruis’ interpreteerden die verscheen in de resultaten van de GEO600 zwaartekrachtgolfdetector (8).

Om deze buitengewone hypothese te testen, ontwikkelden Craig Hogan, een zwaartekrachtsgolffysicus, hij en zijn team 's werelds meest nauwkeurige interferometer, de Hogan Holometer genaamd, die is ontworpen om de meest fundamentele essentie van ruimtetijd op de meest nauwkeurig mogelijke manier te meten. Het experiment, met de codenaam Fermilab E-990, is niet een van vele anderen. Deze heeft tot doel 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 geplaatste interferometers. Ze richten laserstralen van één kilowatt naar een apparaat dat ze in twee loodrechte stralen van 40 meter lang splitst, die worden gereflecteerd en teruggestuurd naar het splitsingspunt, waardoor fluctuaties in de helderheid van de lichtstralen ontstaan ​​(9). Als ze een bepaalde beweging in het scheidingsapparaat veroorzaken, zal dit een bewijs zijn van de trilling van de ruimte zelf.

9. Grafische weergave van het holografische experiment

De grootste uitdaging voor het team van Hogan is te bewijzen dat de effecten die ze ontdekten niet simpelweg verstoringen zijn die worden veroorzaakt door factoren buiten de experimentele opstelling, maar het resultaat zijn van trillingen in de ruimte-tijd. Daarom zullen de spiegels die in de interferometer worden gebruikt, worden gesynchroniseerd met de frequenties van de kleinste geluiden die van buiten het apparaat komen, opgevangen door speciale sensoren.

Antropisch universum

Om de wereld en de mens erin te laten bestaan, moeten de wetten van de natuurkunde een heel specifieke vorm hebben en moeten fysieke constanten nauwkeurig geselecteerde waarden hebben ... en dat zijn ze! Waarom?

Laten we beginnen met het feit dat er vier soorten interacties in het heelal zijn: zwaartekracht (val, planeten, sterrenstelsels), elektromagnetisch (atomen, deeltjes, wrijving, elasticiteit, licht), zwakke nucleaire (bron van stellaire energie) en sterke nucleaire ( bindt protonen en neutronen in atoomkernen). De zwaartekracht is 1039 keer zwakker dan elektromagnetisme. Als het iets zwakker zou zijn, zouden de sterren lichter zijn dan de zon, zouden supernova's niet ontploffen en zouden er geen zware elementen worden gevormd. Als het ook maar een klein beetje sterker zou zijn, zouden wezens groter dan bacteriën worden verpletterd, en zouden sterren vaak met elkaar botsen, waardoor planeten zouden worden vernietigd en zichzelf te snel zouden opbranden.

De dichtheid van het heelal ligt dicht bij de kritische dichtheid, dat wil zeggen beneden welke materie snel zou verdwijnen zonder de vorming van sterrenstelsels of sterren, en waarboven het heelal te kort zou overleven. Om dergelijke omstandigheden te laten ontstaan, moest de nauwkeurigheid van het matchen van de parameters van de oerknal binnen ± 10-60 liggen. De aanvankelijke inhomogeniteiten van het jonge heelal lagen op een schaal van 10-5. Als ze kleiner waren, zouden er geen sterrenstelsels ontstaan. Als ze groter waren, zouden zich enorme zwarte gaten vormen in plaats van sterrenstelsels.

De symmetrie van deeltjes en antideeltjes in het heelal is verbroken. En voor elke baryon (proton, neutron) zijn er 109 fotonen. Als er meer zouden zijn, zouden er geen sterrenstelsels kunnen ontstaan. Als er minder waren, zouden er geen sterren zijn. Ook lijkt het aantal dimensies waarin we leven “goed” te zijn. Complexe structuren kunnen niet in twee dimensies ontstaan. Met meer dan vier (drie dimensies plus tijd) wordt het bestaan ​​van stabiele planeetbanen en energieniveaus van elektronen in atomen problematisch.

10. De mens als centrum van het heelal

Het concept van het antropische principe werd in 1973 door Brandon Carter geïntroduceerd op een conferentie in Krakau gewijd aan de 500ste verjaardag van de geboorte van Copernicus. In algemene termen kan het zo worden geformuleerd dat het waarneembare heelal moet voldoen aan de voorwaarden waaraan het voldoet om door ons waarneembaar te zijn. Er zijn nog steeds verschillende versies ervan. Het zwakke antropische principe stelt dat we alleen kunnen bestaan ​​in een universum dat ons bestaan ​​mogelijk maakt. Als de waarden van de constanten anders zouden zijn, zouden we dit nooit zien, omdat we er niet zouden zijn. Het sterke antropische principe (opzettelijke verklaring) zegt dat het universum zodanig is dat wij kunnen bestaan (10).

Vanuit het oogpunt van de kwantumfysica kan een willekeurig aantal universums zonder oorzaak ontstaan. We bevonden ons in een specifiek universum, dat aan een aantal subtiele voorwaarden moest voldoen voordat iemand erin kon leven. Dan hebben we het over de antropische wereld. Voor een gelovige is bijvoorbeeld één antropisch universum, geschapen door God, voldoende. Het materialistische wereldbeeld accepteert dit niet en gaat ervan uit dat er veel universums zijn of dat het huidige universum slechts een fase is in de eindeloze evolutie van het multiversum.

De auteur van de moderne versie van het heelal als simulatiehypothese is theoreticus Niklas Boström. Volgens hem is de realiteit die we waarnemen slechts een simulatie waarvan we ons niet bewust zijn. De wetenschapper suggereerde dat als het mogelijk is om een ​​betrouwbare simulatie van een hele beschaving of zelfs het hele universum te creëren met behulp van een voldoende krachtige computer, en de gesimuleerde mensen bewustzijn kunnen ervaren, het zeer waarschijnlijk is dat geavanceerde beschavingen eenvoudigweg een groot aantal mensen hebben gecreëerd. van dergelijke simulaties, en we leven in een ervan, in iets dat lijkt op “The Matrix” (11).

Hier werden de woorden “God” en “Matrix” gesproken. Nu zijn we aan de grens gekomen van het praten over wetenschap. Velen, waaronder wetenschappers, geloven dat het juist vanwege de hulpeloosheid van de experimentele natuurkunde is dat de wetenschap gebieden begint te betreden die het realisme tegenspreken en ruiken naar metafysica en sciencefiction. Laten we hopen dat de natuurkunde haar empirische crisis zal overwinnen en een manier zal vinden om zich weer te verheugen als experimenteel testbare wetenschap.