Onde fomos mal?

A física atopouse nun desagradable camiño sen saída. Aínda que posúe o seu propio Modelo Estándar, complementado recentemente pola partícula de Higgs, todos estes avances fan pouco para explicar os grandes misterios modernos, a enerxía escura, a materia escura, a gravidade, as asimetrías materia-antimateria e mesmo as oscilacións de neutrinos.

Roberto Unger e Lee Smolin

Le Smolin, un coñecido físico que leva anos mencionado como un dos serios candidatos ao Premio Nobel, publicado recentemente co filósofo Roberto Ungerem, o libro “O universo singular e a realidade do tempo”. Nela, os autores analizan, cada un dende o punto de vista da súa disciplina, o estado confuso da física moderna. "A ciencia fracasa cando abandona o ámbito da verificación experimental e a posibilidade da negación", escriben. Instan aos físicos a retroceder no tempo e buscar un novo comezo.

As súas ofertas son bastante específicas. Smolin e Unger, por exemplo, queren que volvamos ao concepto Un universo. A razón é sinxela - experimentamos só un universo, e un deles pode ser investigado cientificamente, mentres que as afirmacións sobre a existencia da súa pluralidade son empiricamente non verificables.. Outra suposición que Smolin e Unger propoñen aceptar é a seguinte. realidade do temponon darlle aos teóricos a oportunidade de fuxir da esencia da realidade e das súas transformacións. E, por último, os autores instan a frear a paixón polas matemáticas que, nos seus modelos “fermosos” e elegantes, rompen co mundo realmente experimentado e posible. comprobar experimentalmente.

Quen sabe "matemática fermosa" teoría de cordas, este último recoñece facilmente a súa crítica nos postulados anteriores. Non obstante, o problema é máis xeral. Moitas declaracións e publicacións hoxe cren que a física chegou a un camiño sen saída. Debemos ter cometido un erro nalgún lugar do camiño, admiten moitos investigadores.

Así que Smolin e Unger non están sós. Hai uns meses en "Natureza" George Ellis i Joseph Silk publicou un artigo sobre protexendo a integridade da físicaao criticar a aqueles que cada vez se inclinan máis a pospoñer a un "mañá" indefinido experimentos para probar varias teorías cosmolóxicas "de moda". Deben caracterizarse por unha "elegancia suficiente" e un valor explicativo. “Isto rompe a tradición científica centenaria de que o coñecemento científico é coñecemento. empiricamente confirmadolembran os científicos. Os feitos mostran claramente o "impasse experimental" da física moderna.. As últimas teorías sobre a natureza e estrutura do mundo e do Universo, por regra xeral, non poden ser verificadas mediante experimentos dispoñibles para a humanidade.

Análogos de partículas supersimétricas - Visualización

Ao descubrir o bosón de Higgs, os científicos "lograron" Modelo estándar. Porén, o mundo da física está lonxe de estar satisfeito. Sabemos de todos os quarks e leptóns, pero non temos idea de como conciliar isto coa teoría da gravidade de Einstein. Non sabemos como combinar a mecánica cuántica coa gravidade para crear unha teoría coherente da gravidade cuántica. Tampouco sabemos que é o Big Bang (ou se realmente o houbo).

Na actualidade, chamémoslle físicos principais, ven o seguinte paso despois do Modelo Estándar en supersimetría (SUSY), que predice que cada partícula elemental coñecida por nós ten un "compañeiro" simétrico. Isto duplica o número total de bloques de construción para a materia, pero a teoría encaixa perfectamente nas ecuacións matemáticas e, sobre todo, ofrece a oportunidade de desvelar o misterio da materia escura cósmica. Só restaba esperar os resultados dos experimentos no Gran Colisionador de Hadrons, que confirmarán a existencia de partículas supersimétricas.

Non obstante, aínda non se escoitou este tipo de descubrimentos desde Xenebra. Se aínda non emerxe nada novo dos experimentos no LHC, moitos físicos cren que as teorías supersimétricas deberían ser retiradas en silencio, así como supercordaque se basea na supersimetría. Hai científicos que están dispostos a defendelo, aínda que non atope confirmación experimental, porque a teoría SUSA é "demasiado bonita para ser falsa". Se é necesario, pretenden reavaliar as súas ecuacións para demostrar que as masas de partículas supersimétricas están simplemente fóra do rango do LHC.

Anomalía anomalía pagana

Impresións: é fácil de dicir! Porén, cando, por exemplo, os físicos conseguen poñer un muón en órbita arredor dun protón, e o protón "incha", entón comezan a ocorrer cousas estrañas coa física coñecida por nós. Créase unha versión máis pesada do átomo de hidróxeno e resulta que o núcleo, é dicir. o protón nun átomo deste tipo é máis grande (é dicir, ten un radio maior) que o protón "común".

A física tal e como a coñecemos non pode explicar este fenómeno. O muón, o leptón que substitúe ao electrón do átomo, debería comportarse como un electrón, e é así, pero por que este cambio afecta o tamaño do protón? Os físicos non entenden isto. Quizais poderían superar, pero... agarda un minuto. O tamaño do protón está relacionado coas teorías físicas actuais, especialmente o Modelo Estándar. Os teóricos comezaron a desahogar esta interacción inexplicable un novo tipo de interacción fundamental. Non obstante, isto é só unha especulación ata agora. No camiño realizáronse experimentos con átomos de deuterio, crendo que un neutrón no núcleo pode influír nos efectos. Os protóns eran aínda máis grandes con muóns ao redor que cos electróns.

Outra rareza física relativamente nova é a existencia que xurdiu como resultado da investigación de científicos do Trinity College de Dublín. nova forma de luz. Unha das características que se mide da luz é o seu momento angular. Ata agora, críase que en moitas formas de luz, o momento angular é un múltiplo de constante de Planck. Mentres tanto, o Dr. Kyle Ballantyne e profesor Paul Eastham i John Donegan descubriu unha forma de luz na que o momento angular de cada fotón é a metade da constante de Planck.

Este descubrimento notable demostra que ata as propiedades básicas da luz que pensabamos que eran constantes poden cambiarse. Isto terá un impacto real no estudo da natureza da luz e atopará aplicacións prácticas, por exemplo, en comunicacións ópticas seguras. Desde a década de 80, os físicos preguntáronse como se moven as partículas só en dúas dimensións do espazo tridimensional. Descubriron que entón estaríamos lidando con moitos fenómenos pouco comúns, incluíndo partículas cuxos valores cuánticos serían fraccións. Agora probouse pola luz. Isto é moi interesante, pero significa que aínda hai que actualizar moitas teorías. E este é só o comezo da conexión con novos descubrimentos que achegan a fermentación á física.

Hai un ano apareceu nos medios información que os físicos da Universidade de Cornell confirmaron no seu experimento. Efecto Zeno cuántico – a posibilidade de deter un sistema cuántico só realizando observacións continuas. Leva o nome do filósofo grego que afirmou que o movemento é unha ilusión imposible na realidade. A conexión do pensamento antigo coa física moderna é o traballo Baidyanatha Misri i George Sudarshan da Universidade de Texas, que describiu este paradoxo en 1977. David Wineland, un físico estadounidense e premio Nobel de física, con quen falou MT en novembro de 2012, fixo a primeira observación experimental do efecto Zeno, pero os científicos non estaban de acordo se o seu experimento confirmase a existencia do fenómeno.

Visualización do experimento Wheeler

O ano pasado fixo un novo descubrimento Mukund Vengalattorequen, xunto co seu equipo de investigación, realizou un experimento no laboratorio de ultrafrío da Universidade de Cornell. Os científicos crearon e arrefriaron un gas duns mil millóns de átomos de rubidio nunha cámara de baleiro e suspenderon a masa entre os raios láser. Os átomos organizáronse e formaron un sistema reticular: comportáronse coma se estivesen nun corpo cristalino. En tempo moi frío, podían moverse dun lugar a outro a moi pouca velocidade. Os físicos observáronos ao microscopio e ilumináronos cun sistema de imaxe láser para que puidesen velos. Cando o láser estaba apagado ou a baixa intensidade, os átomos tunelaban libremente, pero a medida que o raio láser se facía máis brillante e as medicións facíanse con máis frecuencia, a taxa de penetración caeu drasticamente.

Vengalattore resumiu o seu experimento do seguinte xeito: "Agora temos unha oportunidade única de controlar a dinámica cuántica unicamente a través da observación". Os pensadores "idealistas", de Zeno a Berkeley, foron ridiculizados na "era da razón", tiñan razón en que os obxectos existen só porque os miramos?

Recentemente, moitas veces apareceron varias anomalías e inconsistencias coas teorías (aparentemente) que se estabilizaron ao longo dos anos. Outro exemplo provén das observacións astronómicas: hai uns meses descubriuse que o universo se expande máis rápido do que suxiren os modelos físicos coñecidos. Segundo un artigo da Nature de abril de 2016, as medicións dos científicos da Universidade Johns Hopkins foron un 8% máis altas do esperado pola física moderna. Os científicos utilizaron un novo método análise das chamadas velas estándar, é dicir. as fontes de luz considéranse estables. De novo, os comentarios da comunidade científica din que estes resultados apuntan a un grave problema coas teorías actuais.

Un dos máis destacados físicos modernos, John Archibald Wheeler, propuxo unha versión espacial do experimento de dobre fenda coñecido naquel momento. No seu deseño mental, a luz dun quásar, a mil millóns de anos luz de distancia, pasa por dous lados opostos da galaxia. Se os observadores observan cada un destes camiños por separado, verán fotóns. Se ambos á vez, verán a onda. En consecuencia Sam o acto de observar cambia a natureza da luzque deixou o quásar hai mil millóns de anos.

Segundo Wheeler, o anterior demostra que o universo non pode existir nun sentido físico, polo menos no sentido no que estamos afeitos a entender "un estado físico". Tampouco puido pasar no pasado, ata que... fixemos unha medida. Así, a nosa dimensión actual inflúe no pasado. Así, coas nosas observacións, deteccións e medicións, damos forma aos acontecementos do pasado, no tempo, ata... o inicio do Universo!

Remata a resolución do holograma

A física do burato negro parece indicar, como polo menos algúns modelos matemáticos suxiren, que o noso universo non é o que nos din os nosos sentidos, é dicir, tridimensional (a cuarta dimensión, o tempo, está informada pola mente). A realidade que nos rodea pode ser holograma é unha proxección dun plano afastado esencialmente bidimensional. Se esta imaxe do universo é correcta, a ilusión da natureza tridimensional do espazo-tempo pódese disipar tan pronto como as ferramentas de investigación á nosa disposición sexan axeitadamente sensibles. Craig Hogan, profesor de física do Fermilab que leva anos dedicado a estudar a estrutura fundamental do universo, suxire que se acaba de alcanzar este nivel. Se o universo é un holograma, quizais chegamos aos límites da resolución da realidade. Algúns físicos avanzan na intrigante hipótese de que o espazo-tempo no que vivimos non é, en definitiva, continuo, senón que, como unha imaxe nunha fotografía dixital, no seu nivel máis básico está composto por algún tipo de "gran" ou "píxel". Se é así, a nosa realidade debe ter algún tipo de "resolución" final. Así interpretaron algúns investigadores o "ruído" que apareceu nos resultados do detector de ondas gravitacionais Geo600 hai uns anos.

Para probar esta hipótese inusual, Craig Hogan e o seu equipo desenvolveron o interferómetro máis preciso do mundo, chamado Holómetro Hoganque debería darnos a medida máis precisa da esencia mesma do espazo-tempo. O experimento, co nome en clave Fermilab E-990, non é un dos moitos outros. Pretende demostrar a natureza cuántica do propio espazo e a presenza do que os científicos denominan "ruído holográfico". O holómetro consta de dous interferómetros lado a lado que envían raios láser dun quilovatio a un dispositivo que os divide en dous feixes perpendiculares de 40 metros. Son reflectidos e volven ao punto de separación, creando flutuacións no brillo dos raios de luz. Se provocan un certo movemento no dispositivo de división, entón isto será unha evidencia da vibración do propio espazo.

Desde o punto de vista da física cuántica, podería xurdir sen razón. calquera número de universos. Acabamos neste en concreto, que tiña que cumprir unha serie de condicións sutís para que unha persoa vivise nel. Despois falamos mundo antrópico. Para un crente, un universo antrópico creado por Deus é suficiente. A cosmovisión materialista non acepta isto e asume que hai moitos universos ou que o universo actual é só unha etapa da evolución infinita do multiverso.

Autor da versión moderna Hipóteses do universo como simulación (un concepto relacionado co holograma) é un teórico Niklas Bostrum. Afirma que a realidade que percibimos é só unha simulación da que non somos conscientes. O científico suxeriu que se é posible crear unha simulación fiable dunha civilización enteira ou mesmo do universo enteiro usando unha computadora suficientemente potente, e as persoas simuladas poden experimentar conciencia, é moi probable que haxa un gran número de tales criaturas. . simulacións creadas por civilizacións avanzadas - e vivimos nunha delas, en algo semellante á "Matrix".

O tempo non é infinito

Entón, quizais sexa hora de romper paradigmas? A súa desacreditación non é nada especialmente novo na historia da ciencia e da física. Despois de todo, foi posible subverter o xeocentrismo, a noción do espazo como etapa inactiva e tempo universal, dende a crenza de que o Universo é estático, dende a crenza na crueldade da medida...

paradigma local xa non está tan ben informado, pero tamén está morto. Erwin Schrödinger e outros creadores da mecánica cuántica decatáronse de que antes do acto de medición, o noso fotón, como o famoso gato colocado nunha caixa, aínda non está nun determinado estado, estando polarizado vertical e horizontalmente ao mesmo tempo. Que pode pasar se colocamos dous fotóns entrelazados moi afastados e examinamos o seu estado por separado? Agora sabemos que se o fotón A está polarizado horizontalmente, entón o fotón B debe estar polarizado verticalmente, aínda que o colocásemos mil millóns de anos luz antes. Ambas partículas non teñen un estado exacto previo á medición, pero despois de abrir unha das caixas, a outra inmediatamente "sabe" que propiedade debe asumir. Trátase dunha comunicación extraordinaria que ten lugar fóra do tempo e do espazo. Segundo a nova teoría do enredo, a localidade xa non é unha certeza, e dúas partículas aparentemente separadas poden comportarse como marco de referencia, ignorando detalles como a distancia.

Dado que a ciencia trata con diferentes paradigmas, por que non debería romper as visións fixas que persisten na mente dos físicos e que se repiten nos círculos de investigación? Quizais sexa a mencionada supersimetría, quizais a crenza na existencia de enerxía escura e materia, ou quizais a idea do Big Bang e a expansión do Universo?

Ata agora, a opinión predominante foi que o universo está a expandirse a un ritmo cada vez maior e probablemente continuará facéndoo indefinidamente. Porén, hai algúns físicos que sinalaron que a teoría da expansión eterna do universo, e especialmente a súa conclusión de que o tempo é infinito, presenta un problema para calcular a probabilidade de que ocorra un evento. Algúns científicos argumentan que nos próximos 5 millóns de anos probablemente se esgotará o tempo debido a algún tipo de catástrofe.

Físico Rafael Busso da Universidade de California e os seus compañeiros publicaron un artigo en arXiv.org no que explican que nun universo eterno, ata os acontecementos máis incribles sucederán tarde ou cedo -e ademais, sucederán. un número infinito de veces. Dado que a probabilidade defínese en termos do número relativo de eventos, non ten sentido indicar ningunha probabilidade na eternidade, xa que cada evento será igualmente probable. "A inflación perpetua ten consecuencias profundas", escribe Busso. "Calquera evento que teña unha probabilidade distinta de cero de ocorrer ocorrerá infinitas veces, a maioría das veces en rexións remotas que nunca estiveron en contacto". Isto socava a base das predicións probabilísticas en experimentos locais: se un número infinito de observadores en todo o universo gañan a lotería, entón en que base se pode dicir que é improbable gañar a lotería? Por suposto, tamén hai infinitos non gañadores, pero en que sentido hai máis?

Unha solución a este problema, explican os físicos, é asumir que se esgotará o tempo. Entón haberá un número finito de eventos, e os eventos improbables ocorrerán con menos frecuencia que os probables.

Este momento de "corte" define un conxunto de certos eventos permitidos. Entón, os físicos intentaron calcular a probabilidade de que se esgotase o tempo. Ofrécense cinco métodos diferentes de finalización de tempo. Nos dous escenarios, hai un 50 por cento de posibilidades de que isto suceda en 3,7 millóns de anos. Os outros dous teñen un 50% de posibilidades dentro de 3,3 millóns de anos. Queda moi pouco tempo no quinto escenario (tempo de Planck). Cun alto grao de probabilidade, incluso pode estar en... o segundo seguinte.

Non funcionou?

Afortunadamente, estes cálculos prevén que a maioría dos observadores son os chamados Nenos Boltzmann, emerxentes do caos das flutuacións cuánticas no universo primitivo. Como a maioría de nós non o somos, os físicos descartaron este escenario.

"O límite pódese ver como un obxecto con atributos físicos, incluída a temperatura", escriben os autores no seu artigo. "Unha vez cumprido o fin dos tempos, a materia alcanzará o equilibrio termodinámico co horizonte. Isto é semellante á descrición da materia que cae nun burato negro, feita por un observador externo.

A inflación cósmica e o multiverso

A primeira suposición é que O universo está en constante expansión ata o infinitoque é unha consecuencia da teoría xeral da relatividade e está ben confirmada por datos experimentais. A segunda suposición é que a probabilidade está baseada en frecuencia relativa de eventos. Finalmente, a terceira suposición é que se o espazo-tempo é verdadeiramente infinito, entón a única forma de determinar a probabilidade dun evento é limitar a túa atención. un subconxunto finito do multiverso infinito.

Terá sentido?

Os argumentos de Smolin e Unger, que constitúen a base deste artigo, suxiren que só podemos explorar o noso universo experimentalmente, rexeitando a noción de multiverso. Mentres, unha análise dos datos recollidos polo telescopio espacial europeo Planck revelou a presenza de anomalías que poden indicar unha interacción de longa data entre o noso universo e outro. Así, a mera observación e experimentación apuntan a outros universos.

Anomalías descubertas polo Observatorio Planck

Algúns físicos agora especulan que se hai un ser chamado Multiverso, e todos os seus universos constituíntes, xurdiron nun único Big Bang, entón podería ocorrer entre eles. colisións. Segundo a investigación do equipo do Observatorio Planck, estas colisións serían algo semellantes á colisión de dúas pompas de xabón, deixando rastros na superficie exterior dos universos que teoricamente poderían rexistrarse como anomalías na distribución da radiación de fondo de microondas. Curiosamente, os sinais rexistrados polo telescopio Planck parecen suxerir que algún tipo de Universo próximo a nós é moi diferente do noso, porque a diferenza entre o número de partículas subatómicas (barións) e de fotóns nel pode ser ata dez veces maior que ". aquí". . Isto significaría que os principios físicos subxacentes poden diferir do que coñecemos.

Os sinais detectados probablemente proveñan dunha era temperá do universo, a chamada recombinacióncando os protóns e os electróns comezaron a unirse para formar átomos de hidróxeno (a probabilidade dun sinal de fontes relativamente próximas é de aproximadamente un 30 %). A presenza destes sinais pode indicar unha intensificación do proceso de recombinación tras a colisión do noso Universo con outro, cunha densidade de materia bariónica maior.

Nunha situación na que se acumulan conxecturas contraditorias e na maioría das veces puramente teóricas, algúns científicos perden notablemente a paciencia. Así o demostra unha declaración contundente de Neil Turok, do Perimeter Institute de Waterloo, Canadá, quen, nunha entrevista de 2015 con NewScientist, estaba molesto porque "non somos capaces de dar sentido ao que estamos atopando". Engadiu: "A teoría é cada vez máis complexa e sofisticada. Lanzamos campos, medidas e simetrías sucesivas ao problema, mesmo cunha chave inglesa, pero non podemos explicar os feitos máis sinxelos. Moitos físicos están obviamente molestos polo feito de que as viaxes mentais dos teóricos modernos, como o razoamento anterior ou a teoría de supercordas, non teñen nada que ver cos experimentos que se están a realizar actualmente nos laboratorios, e non hai probas de que poidan ser probados. experimentalmente. .

É realmente un camiño sen saída e hai que saír del, como suxiren Smolin e o seu amigo o filósofo? Ou quizais estamos a falar de confusión e confusión antes dalgún tipo de descubrimento de época que pronto nos agardará?

Convidámoste a que te familiarices co tema do número en.