Mipaka ya fizikia na majaribio ya kimwili

Miaka mia moja iliyopita, hali katika fizikia ilikuwa kinyume kabisa na leo. Katika mikono ya wanasayansi kulikuwa na matokeo ya majaribio yaliyothibitishwa, yaliyorudiwa mara nyingi, ambayo, hata hivyo, mara nyingi haikuweza kuelezewa kwa kutumia nadharia zilizopo za kimwili. Uzoefu ulitangulia wazi nadharia. Wananadharia walipaswa kufanya kazi.

Hivi sasa, usawa unaelekezwa kwa wananadharia ambao modeli zao ni tofauti sana na kile kinachoonekana kutoka kwa majaribio yanayowezekana kama vile nadharia ya kamba. Na inaonekana kwamba kuna matatizo zaidi na zaidi ambayo hayajatatuliwa katika fizikia (1).

1. Mwelekeo muhimu zaidi wa kisasa na matatizo katika fizikia - taswira

Mwanafizikia maarufu wa Kipolishi, Prof. Andrzej Staruszkiewicz wakati wa mjadala wa "Mipaka ya Maarifa katika Fizikia" mnamo Juni 2010 katika Chuo cha Ignatianum huko Krakow alisema: "Uwanja wa maarifa umekua sana katika karne iliyopita, lakini uwanja wa ujinga umekua zaidi. (…) Ugunduzi wa uhusiano wa jumla na mechanics ya quantum ni mafanikio makubwa ya mawazo ya mwanadamu, yanalinganishwa na yale ya Newton, lakini yanaongoza kwa swali la uhusiano kati ya miundo miwili, swali ambalo ukubwa wa utata ni wa kushangaza tu. Katika hali hii, maswali hutokea kwa kawaida: tunaweza kufanya hivyo? Je, azimio na nia yetu ya kupata ukweli italingana na magumu tunayokabili?”

Mkwamo wa majaribio

Kwa miezi kadhaa sasa, ulimwengu wa fizikia umekuwa na shughuli nyingi kuliko kawaida na mabishano zaidi. Katika jarida la Nature, George Ellis na Joseph Silk walichapisha nakala ya kutetea uadilifu wa fizikia, wakiwakosoa wale ambao wanazidi kuwa tayari kuahirisha majaribio ili kujaribu nadharia za hivi karibuni za ulimwengu hadi "kesho" isiyo na kikomo. Wanapaswa kuwa na sifa ya "umaridadi wa kutosha" na thamani ya maelezo. "Hii inavunja utamaduni wa kisayansi wa karne nyingi kwamba maarifa ya kisayansi ni maarifa yaliyothibitishwa kwa nguvu," wanasayansi wananguruma. Ukweli unaonyesha wazi "mgogoro wa majaribio" katika fizikia ya kisasa.

Nadharia za hivi punde kuhusu asili na muundo wa ulimwengu na Ulimwengu, kama sheria, haziwezi kuthibitishwa na majaribio yanayopatikana kwa wanadamu.

Kwa kugundua kifua cha Higgs, wanasayansi "wamekamilisha" Mfano wa Kawaida. Walakini, ulimwengu wa fizikia haujaridhika. Tunajua kuhusu quarks na leptons zote, lakini hatujui jinsi ya kupatanisha hii na nadharia ya Einstein ya mvuto. Hatujui jinsi ya kuchanganya mechanics ya quantum na mvuto ili kuunda nadharia dhahania ya mvuto wa quantum. Pia hatujui Big Bang ni nini (au ikiwa kweli ilitokea!) (2).

Kwa sasa, hebu tuite wanafizikia wa classical, hatua inayofuata baada ya Standard Model ni supersymmetry, ambayo inatabiri kwamba kila chembe ya msingi inayojulikana kwetu ina "mpenzi".

Hii huongeza maradufu jumla ya idadi ya vizuizi vya ujenzi wa mada, lakini nadharia inafaa kabisa katika milinganyo ya hisabati na, muhimu zaidi, inatoa fursa ya kufunua fumbo la maada ya giza ya ulimwengu. Inabakia tu kusubiri matokeo ya majaribio kwenye Collider Kubwa ya Hadron, ambayo itathibitisha kuwepo kwa chembe za supersymmetric.

Walakini, hakuna uvumbuzi kama huo ambao umesikika kutoka Geneva. Bila shaka, hii ni mwanzo tu wa toleo jipya la LHC, na nishati ya athari mara mbili (baada ya kukarabati na kuboresha hivi karibuni). Katika miezi michache, wanaweza kuwa na risasi corks champagne katika sherehe ya supersymmetry. Walakini, ikiwa hii haikutokea, wanafizikia wengi wanaamini kwamba nadharia za supersymmetric zingelazimika kuondolewa hatua kwa hatua, na vile vile safu ya juu, ambayo inategemea ulinganifu. Kwa sababu ikiwa Collider Kubwa haidhibitishi nadharia hizi, basi nini?

Hata hivyo, kuna baadhi ya wanasayansi ambao hawafikiri hivyo. Kwa sababu nadharia ya supersymmetry ni "nzuri sana kuwa mbaya."

Kwa hivyo, wanakusudia kutathmini upya milinganyo yao ili kuthibitisha kwamba wingi wa chembechembe za ulinganifu wa juu ziko nje ya safu ya LHC. Wananadharia wako sahihi sana. Mifano zao ni nzuri katika kueleza matukio ambayo yanaweza kupimwa na kuthibitishwa kwa majaribio. Kwa hivyo mtu anaweza kuuliza kwa nini tunapaswa kuwatenga maendeleo ya nadharia hizo ambazo sisi (bado) hatuwezi kuzijua kwa nguvu. Je, hii ni njia ya busara na ya kisayansi?

ulimwengu kutoka kwa chochote

Sayansi ya asili, hasa fizikia, imeegemezwa kwenye uasilia, yaani, kwenye imani kwamba tunaweza kueleza kila kitu kwa kutumia nguvu za asili. Kazi ya sayansi imepunguzwa kwa kuzingatia uhusiano kati ya idadi tofauti ambayo inaelezea matukio au baadhi ya miundo iliyopo katika asili. Fizikia haishughulikii matatizo ambayo hayawezi kuelezewa kihisabati, ambayo hayawezi kurudiwa. Hii ni, kati ya mambo mengine, sababu ya mafanikio yake. Maelezo ya hisabati yanayotumika kuiga matukio asilia yamethibitika kuwa na ufanisi mkubwa. Mafanikio ya sayansi ya asili yalisababisha jumla zao za kifalsafa. Miongozo kama vile falsafa ya mekanika au uyakinifu wa kisayansi iliundwa, ambayo ilihamisha matokeo ya sayansi asilia, iliyopatikana kabla ya mwisho wa karne ya XNUMX, kwenye uwanja wa falsafa.

Ilionekana kuwa tunaweza kujua ulimwengu wote, kwamba kuna uamuzi kamili katika maumbile, kwa sababu tunaweza kuamua jinsi sayari zitasonga katika mamilioni ya miaka, au jinsi zilivyosonga mamilioni ya miaka iliyopita. Mafanikio haya yalizua kiburi ambacho kilimaliza akili ya mwanadamu. Kwa kiasi kikubwa, uasilia wa mbinu huchochea maendeleo ya sayansi ya asili hata leo. Kuna, hata hivyo, baadhi ya pointi za kukata ambazo zinaonekana kuwa dalili ya mapungufu ya mbinu ya asili.

Ikiwa Ulimwengu ni mdogo kwa kiasi na uliibuka "bila chochote" (3), bila kukiuka sheria za uhifadhi wa nishati, kwa mfano, kama mabadiliko, basi haipaswi kuwa na mabadiliko ndani yake. Wakati huo huo, tunawaangalia. Kujaribu kusuluhisha shida hii kwa msingi wa fizikia ya quantum, tunafikia hitimisho kwamba ni mwangalizi tu anayefahamu uwezekano wa uwepo wa ulimwengu kama huo. Ndio maana tunashangaa kwa nini ile tunayoishi iliundwa kutoka kwa ulimwengu mwingi tofauti. Kwa hivyo tunafikia hitimisho kwamba tu wakati mtu alionekana Duniani, ulimwengu - kama tunavyoona - kweli "ukawa" ...

Vipimo vinaathiri vipi matukio yaliyotokea miaka bilioni iliyopita?

4. Majaribio ya gurudumu - taswira

Mmoja wa wanafizikia wa kisasa, John Archibald Wheeler, alipendekeza toleo la anga la majaribio maarufu ya mpasuko mara mbili. Katika muundo wake wa kiakili, nuru kutoka kwa quasar, umbali wa miaka nuru bilioni moja kutoka kwetu, husafiri pande mbili zinazopingana za galaksi (4). Waangalizi wakichunguza kila moja ya njia hizi kando, wataona fotoni. Ikiwa wote wawili mara moja, wataona wimbi. Kwa hivyo kitendo chenyewe cha kutazama kinabadilisha asili ya nuru iliyoacha quasar miaka bilioni iliyopita!

Kwa Wheeler, hapo juu inathibitisha kwamba ulimwengu hauwezi kuwepo kwa maana ya kimwili, angalau kwa maana ambayo tumezoea kuelewa "hali ya kimwili." Haiwezi pia kutokea huko nyuma, hadi ... tumechukua kipimo. Kwa hivyo, mwelekeo wetu wa sasa unaathiri zamani. Kwa uchunguzi wetu, ugunduzi na vipimo, tunatengeneza matukio ya zamani, ndani ya wakati, hadi ... mwanzo wa Ulimwengu!

Neil Turk wa Taasisi ya Perimeter katika Waterloo, Kanada, alisema katika toleo la Julai la New Scientist kwamba “hatuwezi kuelewa tunachopata. Nadharia inakuwa ngumu zaidi na ya kisasa zaidi. Tunajitupa kwenye tatizo la nyanja zinazofuatana, vipimo na ulinganifu, hata kwa ufunguo, lakini hatuwezi kueleza mambo rahisi zaidi.” Wanafizikia wengi bila shaka wanakerwa na ukweli kwamba safari za kiakili za wananadharia wa kisasa, kama vile mazingatio yaliyo hapo juu au nadharia ya msuko wa juu, hazina uhusiano wowote na majaribio yanayofanywa sasa katika maabara, na hakuna njia ya kuyajaribu kwa majaribio.

Katika ulimwengu wa quantum, unahitaji kuangalia pana

Kama mshindi wa Tuzo ya Nobel Richard Feynman alivyowahi kusema, hakuna mtu anayeelewa ulimwengu wa quantum. Tofauti na ulimwengu mzuri wa zamani wa Newtonian, ambayo mwingiliano wa miili miwili na raia fulani huhesabiwa na equations, katika mechanics ya quantum tuna equations ambazo hazifuatii sana, lakini ni matokeo ya tabia ya ajabu inayozingatiwa katika majaribio. Vitu vya fizikia ya quantum sio lazima kuhusishwa na kitu chochote cha "kimwili", na tabia zao ni kikoa cha nafasi ya abstract ya pande nyingi inayoitwa nafasi ya Hilbert.

Kuna mabadiliko yaliyoelezwa na mlinganyo wa Schrödinger, lakini kwa nini hasa haijulikani. Je, hii inaweza kubadilishwa? Je, inawezekana hata kupata sheria za quantum kutoka kwa kanuni za fizikia, kama sheria na kanuni kadhaa, kwa mfano, kuhusu harakati za miili katika anga ya nje, zilitokana na kanuni za Newton? Wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Pavia nchini Italia Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella na Paolo Perinotti wanasema kwamba hata matukio ya kiasi ambayo ni kinyume kabisa na akili ya kawaida yanaweza kugunduliwa katika majaribio yanayoweza kupimika. Unachohitaji ni mtazamo sahihi - Labda kutokuelewana kwa athari za quantum ni kwa sababu ya mtazamo wa kutosha juu yao. Kulingana na wanasayansi waliotajwa katika New Scientist, majaribio yenye maana na yanayoweza kupimika katika mechanics ya quantum lazima yatimize masharti kadhaa. Hii ni:

• sababu - matukio ya baadaye hayawezi kuathiri matukio ya zamani;
• kutofautisha - inasema lazima tuweze kujitenga kutoka kwa kila mmoja kama tofauti;
• muundo - ikiwa tunajua hatua zote za mchakato, tunajua mchakato mzima;
• kubana - kuna njia za kuhamisha habari muhimu kuhusu chip bila kuhamisha chip nzima;
• tomografia - ikiwa tuna mfumo unaojumuisha sehemu nyingi, takwimu za vipimo kwa sehemu zinatosha kufichua hali ya mfumo mzima.

Waitaliano wanataka kupanua kanuni zao za utakaso, mtazamo mpana zaidi, na kufanya majaribio ya maana ili kujumuisha kutoweza kutenduliwa kwa matukio ya halijoto na kanuni ya ukuaji wa entropy, ambayo haiwavutii wanafizikia. Labda hapa, pia, uchunguzi na vipimo vinaathiriwa na mabaki ya mtazamo ambao ni finyu sana kuelewa mfumo mzima. "Ukweli wa kimsingi wa nadharia ya quantum ni kwamba mabadiliko ya kelele, yasiyoweza kutenduliwa yanaweza kubadilishwa kwa kuongeza mpangilio mpya wa maelezo," mwanasayansi wa Italia Giulio Ciribella katika mahojiano na New Scientist.

Kwa bahati mbaya, wakosoaji wanasema, "kusafisha" kwa majaribio na mtazamo mpana zaidi wa kipimo kunaweza kusababisha nadharia ya ulimwengu nyingi ambayo matokeo yoyote yanawezekana na ambayo wanasayansi, wakifikiria kuwa wanapima mkondo sahihi wa matukio, "chagua" tu. mwendelezo fulani kwa kuzipima.

5. Mikono ya muda kwa namna ya mikono ya saa

Hakuna wakati?

Wazo la kinachojulikana kama Mishale ya wakati (5) ilianzishwa mnamo 1927 na mwanasayansi wa anga wa Uingereza Arthur Eddington. Mshale huu unaonyesha wakati, ambayo daima inapita katika mwelekeo mmoja, yaani kutoka zamani hadi siku zijazo, na mchakato huu hauwezi kuachwa. Stephen Hawking, katika kitabu chake A Brief History of Time, aliandika kwamba ugonjwa huongezeka kadri wakati unavyoongezeka kwa sababu tunapima wakati katika mwelekeo ambao ugonjwa huongezeka. Hii inamaanisha kuwa tuna chaguo - tunaweza, kwa mfano, kwanza kuona vipande vya glasi vilivyovunjika vilivyotawanyika kwenye sakafu, kisha wakati glasi inaanguka sakafuni, kisha glasi angani, na mwishowe mikononi mwa mtu. mtu aliyeishikilia. Hakuna sheria ya kisayansi kwamba "mshale wa kisaikolojia wa wakati" lazima uende kwa mwelekeo sawa na mshale wa thermodynamic, na entropy ya mfumo huongezeka. Hata hivyo, wanasayansi wengi wanaamini kwamba ni hivyo kwa sababu mabadiliko yenye nguvu hutokea katika ubongo wa binadamu, sawa na yale tunayoona katika asili. Ubongo una nguvu ya kutenda, kuchunguza na kufikiria, kwa sababu "injini" ya binadamu huchoma chakula cha mafuta na, kama injini ya mwako wa ndani, mchakato huu hauwezi kutenduliwa.

Hata hivyo, kuna matukio wakati, wakati wa kudumisha mwelekeo huo wa mshale wa kisaikolojia wa wakati, entropy wote huongezeka na hupungua katika mifumo tofauti. Kwa mfano, wakati wa kuhifadhi data kwenye kumbukumbu ya kompyuta. Moduli za kumbukumbu kwenye mashine huenda kutoka kwa hali isiyopangwa hadi mpangilio wa uandishi wa diski. Kwa hivyo, entropy kwenye kompyuta imepunguzwa. Hata hivyo, mwanafizikia yeyote atasema kwamba kutoka kwa mtazamo wa ulimwengu kwa ujumla - inakua, kwa sababu inachukua nishati kuandika kwenye diski, na nishati hii inatolewa kwa namna ya joto inayozalishwa na mashine. Kwa hiyo kuna upinzani mdogo wa "kisaikolojia" kwa sheria zilizowekwa za fizikia. Ni vigumu kwetu kuzingatia kwamba kile kinachotoka kwa kelele kutoka kwa shabiki ni muhimu zaidi kuliko kurekodi kazi au thamani nyingine katika kumbukumbu. Je, ikiwa mtu ataandika kwenye Kompyuta yake hoja ambayo itaboresha fizikia ya kisasa, nadharia ya nguvu iliyounganishwa, au Nadharia ya Kila kitu? Ingekuwa vigumu kwetu kukubali wazo la kwamba, licha ya hayo, machafuko ya jumla katika ulimwengu yameongezeka.

Nyuma mnamo 1967, equation ya Wheeler-DeWitt ilionekana, ambayo ilifuata wakati huo kama vile haipo. Ilikuwa ni jaribio la kuchanganya kimahesabu mawazo ya mechanics ya quantum na uhusiano wa jumla, hatua kuelekea nadharia ya mvuto wa quantum, i.e. Nadharia ya Kila kitu inayotamaniwa na wanasayansi wote. Haikuwa hadi 1983 ambapo wanafizikia Don Page na William Wutters walitoa maelezo kwamba tatizo la wakati lingeweza kuepukwa kwa kutumia dhana ya msongamano wa quantum. Kwa mujibu wa dhana yao, tu mali ya mfumo ulioelezwa tayari unaweza kupimwa. Kutoka kwa mtazamo wa hisabati, pendekezo hili lilimaanisha kuwa saa haifanyi kazi kwa kutengwa na mfumo na huanza tu wakati inapoingizwa na ulimwengu fulani. Walakini, ikiwa mtu angetutazama kutoka kwa ulimwengu mwingine, angetuona kama vitu vilivyosimama, na kuwasili kwao tu kwetu kungesababisha msongamano wa kiasi na kutufanya tuhisi kupita kwa wakati.

Dhana hii iliunda msingi wa kazi ya wanasayansi kutoka taasisi ya utafiti huko Turin, Italia. Mwanafizikia Marco Genovese aliamua kujenga mfano ambao unazingatia maalum ya msongamano wa quantum. Iliwezekana kuunda tena athari ya mwili inayoonyesha usahihi wa hoja hii. Mfano wa Ulimwengu umeundwa, unaojumuisha fotoni mbili.

Jozi moja ilielekezwa - wima polarized, na nyingine kwa usawa. Hali yao ya quantum, na kwa hiyo polarization yao, basi hugunduliwa na mfululizo wa detectors. Inatokea kwamba mpaka uchunguzi ambao hatimaye huamua sura ya kumbukumbu inafikiwa, picha za picha ziko katika superposition ya classical quantum, i.e. zilielekezwa kwa wima na kwa usawa. Hii ina maana kwamba mtazamaji anayesoma saa huamua msongamano wa quantum unaoathiri ulimwengu ambao anakuwa sehemu yake. Mtazamaji kama huyo basi anaweza kutambua mgawanyiko wa picha zinazofuatana kulingana na uwezekano wa quantum.

Wazo hili linajaribu sana kwa sababu linaelezea shida nyingi, lakini kwa kawaida husababisha hitaji la "mtazamaji bora" ambaye angekuwa juu ya maamuzi yote na angedhibiti kila kitu kwa ujumla.

6. Multiverse - Visualization

Tunachozingatia na kile tunachokiona kama "wakati" kwa kweli ni matokeo ya mabadiliko ya kimataifa yanayopimika katika ulimwengu unaotuzunguka. Tunapoingia ndani zaidi katika ulimwengu wa atomi, protoni na fotoni, tunagundua kuwa dhana ya wakati inakuwa ndogo na isiyo muhimu. Kulingana na wanasayansi, saa inayoongozana nasi kila siku, kutoka kwa mtazamo wa kimwili, haina kupima kifungu chake, lakini inatusaidia kupanga maisha yetu. Kwa wale waliozoea dhana za Newtonian za wakati wa ulimwengu wote na unaojumuisha wote, dhana hizi ni za kushangaza. Lakini sio tu wanamapokeo wa kisayansi hawakubali. Mwanafizikia mashuhuri wa nadharia Lee Smolin, aliyetajwa hapo awali na sisi kama mmoja wa washindi wanaowezekana wa Tuzo la Nobel la mwaka huu, anaamini kwamba wakati upo na ni kweli kabisa. Mara moja - kama wanafizikia wengi - alisema kuwa wakati ni udanganyifu wa kibinafsi.

Sasa, katika kitabu chake Reborn Time, anachukua mtazamo tofauti kabisa wa fizikia na kukosoa nadharia maarufu ya kamba katika jumuiya ya kisayansi. Kulingana na yeye, anuwai haipo (6) kwa sababu tunaishi katika ulimwengu mmoja na kwa wakati mmoja. Anaamini kwamba wakati ni wa umuhimu mkubwa na kwamba uzoefu wetu wa ukweli wa wakati huu sio udanganyifu, lakini ufunguo wa kuelewa asili ya msingi ya ukweli.

Entropy zero

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) na Andreas Winter walielezea matokeo yao mwaka wa 2009 katika jarida la Physical Review E, ambayo ilionyesha kuwa vitu vinapata usawa, yaani, hali ya usambazaji sawa wa nishati, kwa kuingia katika majimbo ya quantum entanglement na yao. mazingira. Mnamo 2012, Tony Short alithibitisha kuwa msongamano husababisha usawa wa wakati. Wakati kitu kinapoingiliana na mazingira, kama vile wakati chembechembe kwenye kikombe cha kahawa zinapogongana na hewa, habari kuhusu sifa zao "huvuja" nje na kuwa "hawai" katika mazingira yote. Kupotea kwa habari kunasababisha hali ya kahawa kudorora, hata hali ya usafi wa chumba kizima ikiendelea kubadilika. Kulingana na Popescu, hali yake huacha kubadilika kwa wakati.

7. Noah Linden, Sandu Popescu na Tony Short

Hali ya usafi wa chumba inapobadilika, kahawa inaweza kuacha ghafla kuchanganya na hewa na kuingia katika hali yake safi. Walakini, kuna majimbo mengi zaidi yaliyochanganywa na mazingira kuliko kuna majimbo safi yanayopatikana kwa kahawa, na kwa hivyo karibu haitokei kamwe. Kutowezekana huku kwa takwimu kunatoa hisia kwamba mshale wa wakati hauwezi kutenduliwa. Tatizo la mshale wa wakati umefichwa na mechanics ya quantum, na kuifanya kuwa vigumu kuamua asili.

Chembe ya msingi haina mali halisi ya kimwili na imedhamiriwa tu na uwezekano wa kuwa katika hali tofauti. Kwa mfano, wakati wowote, chembe inaweza kuwa na nafasi ya asilimia 50 ya kugeuka saa na asilimia 50 ya uwezekano wa kugeuka kinyume chake. Nadharia hiyo, iliyoimarishwa na uzoefu wa mwanafizikia John Bell, inasema kwamba hali ya kweli ya chembe haipo na kwamba wanaachwa kuongozwa na uwezekano.

Kisha kutokuwa na uhakika wa quantum husababisha kuchanganyikiwa. Wakati chembe mbili zinapoingiliana, haziwezi hata kufafanuliwa zenyewe, kwa kujitegemea kuendeleza uwezekano unaojulikana kama hali safi. Badala yake, huwa vijenzi vilivyonasa vya usambazaji wa uwezekano changamano zaidi ambao chembe zote mbili huelezea pamoja. Usambazaji huu unaweza kuamua, kwa mfano, ikiwa chembe zitazunguka kwa mwelekeo tofauti. Mfumo kwa ujumla uko katika hali safi, lakini hali ya chembe za mtu binafsi inahusishwa na chembe nyingine.

Kwa hivyo, wote wawili wanaweza kusafiri kwa miaka mingi ya mwanga, na mzunguko wa kila mmoja utabaki kuwa na uhusiano na mwingine.

Nadharia mpya ya mshale wa wakati inaelezea hii kama upotezaji wa habari kwa sababu ya msongamano wa quantum, ambayo hutuma kikombe cha kahawa kwa usawa na chumba kinachozunguka. Hatimaye, chumba hufikia usawa na mazingira yake, na, kwa upande wake, polepole hukaribia usawa na ulimwengu wote. Wanasayansi wa zamani ambao walisoma thermodynamics waliona mchakato huu kama utaftaji wa nishati polepole, na kuongeza entropy ya ulimwengu.

Leo, wanafizikia wanaamini kwamba habari inakuwa zaidi na zaidi kutawanyika, lakini kamwe kutoweka kabisa. Ingawa entropy huongezeka ndani ya nchi, wanaamini kuwa jumla ya entropy ya ulimwengu inabaki thabiti katika sifuri. Hata hivyo, kipengele kimoja cha mshale wa wakati bado hakijatatuliwa. Wanasayansi wanasema kwamba uwezo wa mtu kukumbuka zamani, lakini sio siku zijazo, unaweza pia kueleweka kama malezi ya uhusiano kati ya chembe zinazoingiliana. Tunaposoma ujumbe kwenye kipande cha karatasi, ubongo huwasiliana nao kupitia fotoni zinazofika machoni.

Ni kuanzia sasa tu ndipo tunaweza kukumbuka kile ambacho ujumbe huu unatuambia. Popescu anaamini kwamba nadharia mpya haielezi kwa nini hali ya awali ya ulimwengu ilikuwa mbali na usawa, na kuongeza kwamba asili ya Big Bang inapaswa kuelezewa. Watafiti wengine wameonyesha mashaka juu ya mbinu hii mpya, lakini maendeleo ya dhana hii na utaratibu mpya wa hisabati sasa husaidia kutatua matatizo ya kinadharia ya thermodynamics.

Fikia kwa punje za wakati wa nafasi

Fizikia ya shimo jeusi inaonekana kuashiria, kama mifano fulani ya kihesabu inavyoonyesha, kwamba ulimwengu wetu hauko na pande tatu hata kidogo. Licha ya kile ambacho hisi zetu hutuambia, ukweli unaotuzunguka unaweza kuwa hologramu - makadirio ya ndege ya mbali ambayo kwa kweli ina pande mbili. Ikiwa picha hii ya ulimwengu ni sahihi, udanganyifu wa hali ya pande tatu za muda wa anga unaweza kuondolewa punde tu zana za utafiti tulizo nazo zinapokuwa nyeti vya kutosha. Craig Hogan, profesa wa fizikia katika Fermilab ambaye ametumia miaka mingi kusoma muundo wa msingi wa ulimwengu, anapendekeza kwamba kiwango hiki kimefikiwa.

8. Kigunduzi cha Mawimbi ya Mvuto GEO600

Ikiwa ulimwengu ni hologramu, basi labda tumefikia kikomo cha azimio la ukweli. Baadhi ya wanafizikia huendeleza dhana inayovutia kwamba muda wa angahewa tunaoishi hauendelei, lakini, kama picha ya kidijitali, katika kiwango chake cha msingi kabisa hujumuisha "nafaka" au "pikseli" fulani. Ikiwa ndivyo, ukweli wetu lazima uwe na aina fulani ya "azimio" la mwisho. Hivi ndivyo watafiti wengine walivyotafsiri "kelele" iliyoonekana kwenye matokeo ya kigunduzi cha wimbi la mvuto la GEO600 (8).

Ili kujaribu nadharia hii isiyo ya kawaida, Craig Hogan, mwanafizikia wa mawimbi ya uvutano, yeye na timu yake walitengeneza kipima sauti sahihi zaidi duniani, kiitwacho Hogan holometer, ambacho kimeundwa kupima kiini cha msingi zaidi cha muda wa anga kwa njia sahihi zaidi. Jaribio hilo, lililopewa jina la msimbo Fermilab E-990, si mojawapo ya mengine mengi. Hii inalenga kuonyesha asili ya quantum ya nafasi yenyewe na uwepo wa kile wanasayansi wanaita "kelele ya holographic".

Holometer ina interferometers mbili zilizowekwa upande kwa upande. Wanaelekeza miale ya leza ya kilowati kwenye kifaa ambacho huigawanya katika mihimili miwili ya pembeni yenye urefu wa mita 40, ambayo huakisiwa na kurudishwa kwenye sehemu iliyogawanyika, na hivyo kusababisha mabadiliko katika mwangaza wa miale ya mwanga (9). Ikiwa husababisha harakati fulani katika kifaa cha mgawanyiko, basi hii itakuwa ushahidi wa vibration ya nafasi yenyewe.

9. Uwakilishi wa mchoro wa jaribio la holografia

Changamoto kubwa ya timu ya Hogan ni kuthibitisha kuwa athari ambazo wamegundua sio tu misukosuko inayosababishwa na sababu zilizo nje ya usanidi wa majaribio, lakini ni matokeo ya mitetemo ya muda wa angani. Kwa hiyo, vioo vinavyotumiwa katika interferometer vitafananishwa na masafa ya kelele zote ndogo zinazotoka nje ya kifaa na kuchukuliwa na sensorer maalum.

Ulimwengu wa Anthropic

Ili ulimwengu na mwanadamu kuwepo ndani yake, sheria za fizikia lazima ziwe na fomu maalum, na vipengele vya kimwili lazima ziwe na maadili yaliyochaguliwa kwa usahihi ... na ni! Kwa nini?

Wacha tuanze na ukweli kwamba kuna aina nne za mwingiliano katika Ulimwengu: mvuto (kuanguka, sayari, galaksi), sumakuumeme (atomi, chembe, msuguano, elasticity, mwanga), nyuklia dhaifu (chanzo cha nishati ya nyota) na nyuklia kali ( hufunga protoni na nyutroni kwenye viini vya atomiki). Mvuto ni dhaifu mara 1039 kuliko sumaku-umeme. Ikiwa ingekuwa dhaifu kidogo, nyota zingekuwa nyepesi kuliko Jua, supernovae haiwezi kulipuka, vipengele nzito havitaunda. Ikiwa ingekuwa na nguvu kidogo, viumbe wakubwa kuliko bakteria wangepondwa, na mara nyingi nyota zingegongana, na kuharibu sayari na kujichoma haraka sana.

Msongamano wa Ulimwengu uko karibu na msongamano muhimu, yaani, chini ambayo jambo hilo lingepotea haraka bila kuundwa kwa galaxi au nyota, na juu ambayo Ulimwengu ungeishi kwa muda mrefu sana. Kwa tukio la hali hiyo, usahihi wa vinavyolingana na vigezo vya Big Bang inapaswa kuwa ndani ya ± 10-60. Inhomogeneities ya awali ya Ulimwengu mchanga ilikuwa kwa kiwango cha 10-5. Ikiwa zingekuwa ndogo, galaksi hazingeundwa. Ikiwa zingekuwa kubwa zaidi, mashimo makubwa meusi yangetokea badala ya galaksi.

Ulinganifu wa chembe na antiparticles katika Ulimwengu umevunjika. Na kwa kila barini (protoni, neutroni) kuna fotoni 109. Ikiwa kungekuwa na zaidi, galaksi hazingeweza kuunda. Ikiwa kungekuwa na wachache wao, kusingekuwa na nyota. Pia, idadi ya vipimo tunayoishi inaonekana kuwa "sahihi". Miundo tata haiwezi kutokea katika vipimo viwili. Kwa zaidi ya nne (vipimo vitatu pamoja na wakati), kuwepo kwa mizunguko ya sayari thabiti na viwango vya nishati ya elektroni katika atomi inakuwa shida.

10. Mwanadamu kama kitovu cha ulimwengu

Wazo la kanuni ya anthropic ilianzishwa na Brandon Carter mnamo 1973 kwenye mkutano huko Krakow uliowekwa wakfu kwa kumbukumbu ya miaka 500 ya kuzaliwa kwa Copernicus. Kwa maneno ya jumla, inaweza kutengenezwa kwa njia ambayo Ulimwengu unaoonekana lazima utimize masharti ambayo inakutana nayo ili kuzingatiwa na sisi. Hadi sasa, kuna matoleo tofauti yake. Kanuni dhaifu ya anthropic inasema kwamba tunaweza tu kuwepo katika ulimwengu ambao hufanya kuwepo kwetu iwezekanavyo. Ikiwa maadili ya mara kwa mara yangekuwa tofauti, hatungewahi kuona hii, kwa sababu hatungekuwa hapo. Kanuni yenye nguvu ya anthropic (maelezo ya makusudi) inasema kwamba ulimwengu ni kwamba tunaweza kuwepo (10).

Kwa mtazamo wa fizikia ya quantum, idadi yoyote ya ulimwengu inaweza kutokea bila sababu. Tuliishia katika ulimwengu hususa, ambao ulipaswa kutimiza hali kadhaa za hila ili mtu aishi humo. Kisha tunazungumza juu ya ulimwengu wa anthropic. Kwa muumini, kwa mfano, ulimwengu mmoja wa anthropic ulioumbwa na Mungu unatosha. Mtazamo wa malimwengu haukubali hili na unachukulia kwamba kuna malimwengu mengi au kwamba ulimwengu wa sasa ni hatua tu katika mageuzi yasiyo na kikomo ya ulimwengu mbalimbali.

Mwandishi wa toleo la kisasa la nadharia ya ulimwengu kama simulation ni mwananadharia Niklas Boström. Kulingana na yeye, ukweli ambao tunaona ni masimulizi ambayo hatujui. Mwanasayansi alipendekeza kwamba ikiwa inawezekana kuunda simulation ya kuaminika ya ustaarabu mzima au hata ulimwengu wote kwa kutumia kompyuta yenye nguvu ya kutosha, na watu walioiga wanaweza kupata fahamu, basi kuna uwezekano mkubwa kwamba ustaarabu wa juu umeunda idadi kubwa tu. ya masimulizi kama haya, na tunaishi katika mojawapo yao katika kitu sawa na Matrix (11).

Hapa maneno "Mungu" na "Matrix" yalisemwa. Hapa tunafikia kikomo cha kuzungumza juu ya sayansi. Wengi, kutia ndani wanasayansi, wanaamini kwamba ni kwa sababu ya kutokuwa na msaada wa fizikia ya majaribio kwamba sayansi huanza kuingia katika maeneo ambayo ni kinyume na uhalisia, harufu ya metafizikia na hadithi za kisayansi. Inabakia kutumainiwa kwamba fizikia itashinda shida yake ya majaribio na tena kutafuta njia ya kufurahi kama sayansi inayoweza kuthibitishwa kwa majaribio.