Физика және физикалық эксперименттің шектері

Жүз жыл бұрын физикадағы жағдай бүгінгі күнге мүлдем қарама-қайшы болды. Ғалымдардың қолында бірнеше рет қайталанатын дәлелденген эксперименттердің нәтижелері болды, бірақ олар жиі қолданыстағы физикалық теорияларды қолдана отырып түсіндірілмеді. Тәжірибе теориядан бұрын болғаны анық. Теоретиктер жұмысқа кірісу керек болды.

Қазіргі уақытта тепе-теңдік модельдері жолдар теориясы сияқты ықтимал эксперименттерден көрінетіннен мүлдем өзгеше болатын теоретиктерге сүйенеді. Ал физикада шешілмеген мәселелер көбейіп бара жатқан сияқты (1).

1. Физикадағы ең маңызды заманауи тенденциялар мен мәселелер – визуализация

Атақты поляк физигі, проф. Анджей Старушкевич 2010 жылы маусымда Краковтағы Игнатианум академиясында «Физикадағы білімнің шектері» дебатында былай деді: «Өткен ғасырда білім өрісі орасан зор өсті, бірақ надандық өрісі одан да кеңейді. (...) Жалпы салыстырмалылық пен кванттық механиканың ашылуы адам ойының монументалды жетістігі болып табылады, оны Ньютонмен салыстыруға болады, бірақ олар екі құрылым арасындағы қарым-қатынас мәселесіне әкеледі, күрделілік ауқымы жай ғана таң қалдырады. Бұл жағдайда, әрине, сұрақтар туындайды: біз мұны істей аламыз ба? Біздің шындықтың түбіне жетуге деген жігеріміз бен ерік-жігеріміз басымыздан өткен қиындықтарға сай бола ма?».

Эксперименттік тұрақсыздық

Бірнеше ай бойы физика әлемі әдеттегіден көбірек қайшылықтарға толы болды. Nature журналында Джордж Эллис пен Джозеф Силк физиканың тұтастығын қорғайтын мақала жариялап, соңғы космологиялық теорияларды сынау үшін эксперименттерді белгісіз «ертеңге» қалдыруға барған сайын дайын адамдарды сынады. Олар «жеткілікті талғампаздықпен» және түсіндірмелі құндылығымен сипатталуы керек. «Бұл ғылыми білім эмпирикалық түрде дәлелденген білім болып табылатын ғасырлар бойы қалыптасқан ғылыми дәстүрді бұзады», - дейді ғалымдар. Фактілер қазіргі физикадағы «эксперименттік тығырықты» анық көрсетеді.

Әлемнің және Әлемнің табиғаты мен құрылымы туралы соңғы теорияларды, әдетте, адамзатқа қол жетімді эксперименттермен тексеру мүмкін емес.

Хиггс бозонын ашу арқылы ғалымдар Стандартты үлгіні «аяқтады». Дегенмен, физика әлемі қанағаттанарлық емес. Біз барлық кварктар мен лептондар туралы білеміз, бірақ мұны Эйнштейннің гравитация теориясымен қалай үйлестіруге болатынын білмейміз. Біз кванттық гравитацияның гипотетикалық теориясын жасау үшін кванттық механиканы гравитациямен қалай біріктіру керектігін білмейміз. Біз сондай-ақ Үлкен жарылыс не екенін білмейміз (немесе ол шынымен болған ба!) (2).

Қазіргі уақытта оны классикалық физиктер деп атаймыз, Стандартты модельден кейінгі келесі қадам бізге белгілі әрбір элементар бөлшектің «серігі» бар деп болжайтын суперсимметрия болып табылады.

Бұл материяның құрылыс блоктарының жалпы санын екі есе арттырады, бірақ теория математикалық теңдеулерге өте жақсы сәйкес келеді және, ең бастысы, ғарыштық қараңғы материяның құпиясын ашуға мүмкіндік береді. Тек суперсимметриялық бөлшектердің бар екенін растайтын Үлкен адрон коллайдеріндегі эксперименттердің нәтижелерін күту ғана қалды.

Дегенмен, Женевадан мұндай жаңалықтар әлі естілген жоқ. Әрине, бұл LHC жаңа нұсқасының бастамасы ғана, әсер ету энергиясы екі есе жоғары (жақында жөндеуден және жаңартудан кейін). Бірнеше айдан кейін олар суперсиметрияны тойлау үшін шампан тығындарын түсіруі мүмкін. Алайда, егер бұл орын алмаса, көптеген физиктер суперсимметриялық теориялардан, сондай-ақ суперсимметрияға негізделген супержолдан бірте-бірте бас тартуға тура келеді деп санайды. Өйткені егер Үлкен коллайдер бұл теорияларды растамаса, онда не болады?

Алайда олай ойламайтын ғалымдар да бар. Өйткені суперсимметрия теориясы тым «қате болу үшін әдемі».

Сондықтан олар суперсимметриялық бөлшектердің массаларының LHC диапазонынан тыс екенін дәлелдеу үшін теңдеулерін қайта бағалауға ниетті. Теоретиктер өте дұрыс айтады. Олардың үлгілері эксперименттік түрде өлшенетін және тексерілетін құбылыстарды жақсы түсіндіреді. Сондықтан біз эмпирикалық түрде (әлі) біле алмайтын теориялардың дамуын неге алып тастауымыз керек деген сұрақ туындауы мүмкін. Бұл ақылға қонымды және ғылыми көзқарас па?

жоқтан бар ғалам

Жаратылыстану ғылымдары, әсіресе физика натурализмге, яғни табиғат күштерін пайдалана отырып, бәрін түсіндіре аламыз деген сенімге негізделген. Ғылымның міндеті табиғатта бар құбылыстарды немесе кейбір құрылымдарды сипаттайтын әртүрлі шамалар арасындағы байланысты қарастырумен шектеледі. Физика математикалық түрде сипатталмайтын, қайталанбайтын есептерді қарастырмайды. Бұл, басқалармен қатар, оның табысқа жетуінің себебі. Табиғат құбылыстарын модельдеу үшін қолданылатын математикалық сипаттама өте тиімді болып шықты. Жаратылыстану ғылымының жетістіктері олардың философиялық қорытуларына әкелді. ХNUMX ғасырдың соңына дейін алынған жаратылыстану ғылымдарының нәтижелерін философия саласына ауыстыратын механикалық философия немесе ғылыми материализм сияқты бағыттар құрылды.

Біз бүкіл әлемді, табиғатта толық детерминизм бар екенін білуге ​​болатын сияқты көрінді, өйткені біз планеталардың миллиондаған жылдардан кейін қалай қозғалатынын немесе миллиондаған жылдар бұрын қалай қозғалғанын анықтай аламыз. Бұл жетістіктер адам санасын абсолютті ететін мақтаныш сезімін тудырды. Әдістемелік натурализм шешуші дәрежеде жаратылыстанудың бүгінгі күннің өзінде-ақ дамуын ынталандырады. Дегенмен, натуралистік әдіснаманың шектеулерін көрсететін кейбір кесу нүктелері бар.

Егер Әлем көлемі шектеулі болса және энергияның сақталу заңдарын бұзбай, мысалы, флуктуация ретінде «жоқтан» пайда болса, онда онда ешқандай өзгерістер болмауы керек. Әзірге біз оларды бақылап отырмыз. Бұл мәселені кванттық физика негізінде шешуге тырыса отырып, біз тек саналы бақылаушы ғана мұндай дүниенің болу мүмкіндігін өзекті етеді деген қорытындыға келеміз. Сондықтан біз өмір сүріп жатқан нақты әлем неліктен әртүрлі ғаламдардан жаратылған деп таң қаламыз. Осылайша, біз адам Жерде пайда болған кезде ғана әлем - біз байқағандай - шынымен де «болды» деген қорытындыға келеміз ...

Өлшемдер миллиард жыл бұрын болған оқиғаларға қалай әсер етеді?

4. Вилер эксперименті – визуализация

Заманауи физиктердің бірі Джон Арчибальд Уилер әйгілі қос саңылау тәжірибесінің ғарыштық нұсқасын ұсынды. Оның ақыл-ой жобасында бізден миллиард жарық жылы қашықтықта орналасқан квазардың жарығы галактиканың қарама-қарсы екі жағымен таралады (4). Егер бақылаушылар осы жолдардың әрқайсысын жеке бақыласа, олар фотондарды көреді. Екеуі де бір уақытта толқынды көреді. Сонымен, бақылау әрекетінің өзі миллиард жыл бұрын квазарды тастап кеткен жарықтың табиғатын өзгертеді!

Уилер үшін жоғарыда айтылғандар ғаламның физикалық мағынада өмір сүре алмайтынын дәлелдейді, ең болмағанда біз «физикалық күйді» түсінуге дағдыланған мағынада. Өткенде де болуы мүмкін емес, өлшегенше.... Осылайша, біздің қазіргі өлшеміміз өткенге әсер етеді. Біздің бақылауларымыз, анықтауларымыз және өлшеулеріміз арқылы біз өткен оқиғаларды, уақыттың тереңдігінде, Әлемнің басына дейін ... қалыптастырамыз!

Канаданың Ватерлоо қаласындағы Периметр институтының қызметкері Нил Турк New Scientist журналының шілде айындағы санында: «Біз не тапқанымызды түсіне алмаймыз. Теория барған сайын күрделене түседі және жетілдіріледі. Біз өзімізді дәйекті өрістермен, өлшемдермен және симметриялармен, тіпті кілтпен де проблемаға тастаймыз, бірақ біз қарапайым фактілерді түсіндіре алмаймыз ». Көптеген физиктерді қазіргі теоретиктердің жоғарыдағы ойлар немесе суперстриндік теория сияқты ақыл-ой саяхаттарының қазіргі уақытта зертханаларда жүргізіліп жатқан эксперименттерге еш қатысы жоқтығы және оларды эксперименттік түрде тексеруге мүмкіндік жоқ екендігі анық.

Кванттық әлемде сіз кеңірек қарауыңыз керек

Нобель сыйлығының лауреаты Ричард Фейнман айтқандай, кванттық әлемді шынымен ешкім түсінбейді. Белгілі бір массалары бар екі дененің өзара әрекеттесулері теңдеулер арқылы есептелетін ескі жақсы Ньютон әлемінен айырмашылығы, кванттық механикада бізде теңдеулер бар, олардан олар көп орындалмайды, бірақ эксперименттерде байқалған оғаш мінез-құлық нәтижесі болып табылады. Кванттық физика объектілері «физикалық» ешнәрсемен байланысты болуы міндетті емес және олардың мінез-құлқы Гильберт кеңістігі деп аталатын абстрактілі көп өлшемді кеңістіктің домені болып табылады.

Шредингер теңдеуі сипатталған өзгерістер бар, бірақ неге нақты белгісіз. Мұны өзгертуге бола ма? Кванттық заңдарды физика принциптерінен шығаруға болады ма, мысалы, денелердің ғарыш кеңістігіндегі қозғалысына қатысты ондаған заңдар мен принциптер Ньютонның принциптерінен алынған сияқты? Италиядағы Павиа университетінің ғалымдары Джакомо Мауро Д'Ариано, Джулио Сирибелла және Паоло Перинотти тіпті санаға анық қайшы келетін кванттық құбылыстарды өлшенетін эксперименттерде анықтауға болады деп санайды. Сізге тек дұрыс көзқарас қажет - Бәлкім, кванттық әсерлерді дұрыс түсінбеу оларға жеткіліксіз кең көзқараспен байланысты болуы мүмкін. New Scientist журналының жоғарыда аталған ғалымдарының пікірінше, кванттық механикадағы мағыналы және өлшенетін эксперименттер бірнеше шарттарға сай болуы керек. Бұл:

• себептілік - болашақ оқиғалар өткен оқиғаларға әсер ете алмайды;
• айырмашылық - біз бір-бірімізден бөлек ретінде ажырата білуіміз керек күйлерді;
• құрамы - процестің барлық кезеңдерін білсек, бүкіл процесті білеміз;
• қысу – чип туралы маңызды ақпаратты бүкіл чипті тасымалдамай-ақ беру жолдары бар;
• томография – егер бізде көптеген бөліктерден тұратын жүйе болса, бөліктер бойынша өлшемдер статистикасы бүкіл жүйенің күйін ашу үшін жеткілікті.

Итальяндықтар өздерінің тазарту принциптерін кеңейтуді, перспективаны кеңейтуді және термодинамикалық құбылыстардың қайтымсыздығын және физиктерді таң қалдырмайтын энтропияның өсу принципін қамтитын мағыналы эксперименттер жасағысы келеді. Мүмкін, мұнда да бақылаулар мен өлшемдерге бүкіл жүйені түсіну үшін тым тар перспективаның артефактілері әсер етеді. Итальяндық ғалым Джулио Сирибелла New Scientist-ке берген сұхбатында: «Кванттық теорияның негізгі ақиқаты мынада, шулы, қайтымсыз өзгерістерді сипаттамаға жаңа макет қосу арқылы қайтымды етуге болады», - дейді.

Өкінішке орай, скептиктердің пікірінше, эксперименттерді «тазалау» және өлшеудің кеңірек перспективасы кез келген нәтижеге қол жеткізуге болатын және ғалымдар оқиғалардың дұрыс барысын өлшеп жатыр деп ойлап, жай ғана «таңдайтын» көп дүниелік гипотезаға әкелуі мүмкін. оларды өлшеу арқылы белгілі бір континуум.

5. Сағат тілі түріндегі уақыт тілі

Уақыт жоқ?

Уақыт жебелері (5) деп аталатын ұғымды 1927 жылы британдық астрофизик Артур Эддингтон енгізді. Бұл көрсеткі уақытты көрсетеді, ол әрқашан бір бағытта, яғни өткеннен болашаққа қарай ағады және бұл процесті кері қайтару мүмкін емес. Стивен Хокинг өзінің «Уақыттың қысқаша тарихы» еңбегінде тәртіпсіздік уақыт өткен сайын артады, өйткені біз уақытты тәртіпсіздік күшейетін бағытта өлшейміз деп жазды. Бұл бізде таңдау бар екенін білдіреді - мысалы, біз алдымен еденге шашылған сынған әйнек бөліктерін, содан кейін әйнек еденге құлаған сәтін, содан кейін әйнек ауада, ең соңында қолымызда. оны ұстап тұрған адамның. «Уақыттың психологиялық жебесі» термодинамикалық жебемен бір бағытта жүруі керек және жүйенің энтропиясы артады деген ғылыми ереже жоқ. Дегенмен, көптеген ғалымдар мұны адам миында біз табиғатта байқайтын өзгерістерге ұқсас энергетикалық өзгерістердің пайда болуынан деп санайды. Мидың әрекет етуге, бақылауға және пайымдауға энергиясы бар, өйткені адамның «қозғалтқышы» отын-азық-түлікті жағады және ішкі жану қозғалтқышындағы сияқты бұл процесс қайтымсыз.

Дегенмен, уақыттың психологиялық көрсеткісінің бір бағытын сақтай отырып, энтропия әртүрлі жүйелерде артып, төмендейтін жағдайлар бар. Мысалы, деректерді компьютер жадында сақтау кезінде. Құрылғыдағы жад модульдері реттелмеген күйден дискіге жазу ретіне ауысады. Осылайша, компьютердегі энтропия азаяды. Дегенмен, кез келген физик айтатын болады, жалпы ғалам тұрғысынан - ол өсіп келеді, өйткені дискіге жазу үшін энергия қажет және бұл энергия машина шығаратын жылу түрінде таралады. Демек, физиканың қалыптасқан заңдарына шағын «психологиялық» қарсылық бар. Бізге желдеткіштен шыққан шу жұмысты немесе басқа мәнді жадқа жазудан маңыздырақ деп санау қиын. Егер біреу өз компьютеріне қазіргі физиканы, біртұтас күш теориясын немесе «Барлық теорияны» жоққа шығаратын дәлел жазса ше? Осыған қарамастан ғаламдағы жалпы тәртіпсіздік күшейді деген пікірді қабылдау бізге қиын болар еді.

Сонау 1967 жылы Уилер-ДеУитт теңдеуі пайда болды, одан кейін мұндай уақыт жоқ. Бұл кванттық механика мен жалпы салыстырмалық теориясының идеяларын математикалық түрде біріктіру әрекеті, кванттық гравитация теориясына жасалған қадам, т.б. Барлық ғалымдар қалаған «Барлық теория». Тек 1983 жылы ғана физиктер Дон Пейдж пен Уильям Вуттерс кванттық түйісу тұжырымдамасы арқылы уақыт мәселесін айналып өтуге болатынын түсіндірді. Олардың концепциясы бойынша бұрыннан анықталған жүйенің қасиеттерін ғана өлшеуге болады. Математикалық тұрғыдан алғанда, бұл ұсыныс сағаттың жүйеден оқшау жұмыс істемейтінін және белгілі бір ғаламмен араласқан кезде ғана іске қосылатынын білдірді. Алайда, егер біреу бізге басқа ғаламнан қараса, олар бізді статикалық нысандар ретінде көреді және тек олардың бізге келуі кванттық шиеленісті тудырады және бізге уақыттың өтуін сездіреді.

Бұл гипотеза Италияның Турин қаласындағы ғылыми-зерттеу институты ғалымдарының жұмысына негіз болды. Физик Марко Геновезе кванттық шиеленістің ерекшеліктерін ескеретін модель құруға шешім қабылдады. Бұл пайымдаудың дұрыстығын көрсететін физикалық әсерді қайта жасау мүмкін болды. Екі фотоннан тұратын Әлемнің моделі жасалды.

Бір жұп бағдарланған - тігінен поляризацияланған, ал екіншісі көлденең. Содан кейін олардың кванттық күйі, демек, олардың поляризациясы детекторлар қатарымен анықталады. Анықталғандай, ең соңында анықтамалық жүйені анықтайтын бақылауға жеткенше, фотондар классикалық кванттық суперпозицияда болады, яғни. олар тігінен де, көлденеңінен де бағытталды. Бұл сағатты оқитын бақылаушы ол бөлігі болатын ғаламға әсер ететін кванттық шиеленісті анықтайды дегенді білдіреді. Мұндай бақылаушы кванттық ықтималдыққа негізделген дәйекті фотондардың поляризациясын қабылдай алады.

Бұл концепция өте тартымды, өйткені ол көптеген мәселелерді түсіндіреді, бірақ ол барлық детерминизмдерден жоғары болатын және тұтастай барлығын басқаратын «супер бақылаушының» қажеттілігіне әкеледі.

6. Multiverse - Визуализация

Біз байқайтын және субъективті түрде «уақыт» ретінде қабылдайтын нәрсе іс жүзінде бізді қоршаған әлемдегі өлшенетін жаһандық өзгерістердің жемісі болып табылады. Атомдар, протондар және фотондар әлеміне тереңірек үңілсек, уақыт ұғымының маңыздылығы азайып бара жатқанын түсінеміз. Ғалымдардың пікірінше, бізбен күнделікті бірге жүретін сағат физикалық тұрғыдан алғанда, оның өтуін өлшемейді, бірақ өмірімізді ұйымдастыруға көмектеседі. Ньютондық әмбебап және барлығын қамтитын уақыт концепцияларына үйренген адамдар үшін бұл түсініктер таң қалдырады. Бірақ оларды тек ғылыми дәстүршілер ғана қабылдамайды. Бұрын біз биылғы Нобель сыйлығының ықтимал лауреаттарының бірі ретінде атаған көрнекті физик-теоретик Ли Смолин уақыт бар және өте нақты деп санайды. Бірде - көптеген физиктер сияқты - ол уақыт субъективті иллюзия екенін дәлелдеді.

Енді ол «Қайта туылған уақыт» кітабында физикаға мүлдем басқаша көзқараспен қарайды және ғылыми ортада танымал жіптер теориясын сынға алады. Оның ойынша, біз бір ғаламда және бір уақытта өмір сүретіндіктен, көпәлем жоқ (6). Ол уақыт өте маңызды деп санайды және біздің қазіргі сәттегі шындықты тәжірибеміз елес емес, шындықтың негізгі табиғатын түсінудің кілті болып табылады.

Энтропия нөл

Санду Попеску, Тони Шорт, Ноа Линден (7) және Андреас Уинтер 2009 жылы Physical Review E журналында өз нәтижелерін сипаттады, ол объектілердің тепе-теңдікке, яғни энергияның біркелкі таралу күйіне, олардың кванттық шиеленісу күйлеріне ену арқылы қол жеткізетінін көрсетті. орта. 2012 жылы Тони Шорт шиеленістің ақырғы уақыт тепе-теңдігін тудыратынын дәлелдеді. Нысан қоршаған ортамен өзара әрекеттескенде, мысалы, шыныаяқ кофедегі бөлшектер ауамен соқтығысқанда, олардың қасиеттері туралы ақпарат сыртқа «ағып кетеді» және бүкіл қоршаған ортада «бұлыңғыр» болады. Ақпараттың жоғалуы кофе күйінің тоқырауына әкеледі, тіпті бүкіл бөлменің тазалық күйі өзгеруде. Попескудың айтуынша, оның жағдайы уақыт өте келе өзгермейді.

7. Ноа Линден, Санду Попеску және Тони Шорт

Бөлменің тазалық күйі өзгерген кезде, кофе кенеттен ауамен араласуды тоқтатып, өзінің таза күйіне енуі мүмкін. Дегенмен, кофенің таза күйлерінен гөрі қоршаған ортамен араласқан күйлер әлдеқайда көп, сондықтан ешқашан болмайды. Бұл статистикалық ықтималдық уақыт көрсеткісі қайтымсыз деген әсер қалдырады. Уақыт көрсеткі мәселесін кванттық механика бұлыңғыр етіп, табиғатты анықтауды қиындатады.

Элементар бөлшектің нақты физикалық қасиеттері болмайды және тек әртүрлі күйде болу ықтималдығымен анықталады. Мысалы, кез келген уақытта бөлшектің сағат тілімен айналу мүмкіндігі 50% және қарама-қарсы бағытта айналу мүмкіндігі 50% болуы мүмкін. Физик Джон Беллдің тәжірибесімен нығайтылған теорема бөлшектің шынайы күйі жоқ екенін және олардың ықтималдықты басшылыққа алуына қалдыратынын айтады.

Сонда кванттық белгісіздік шатасуға әкеледі. Екі бөлшек өзара әрекеттескенде, оларды өздігінен анықтау мүмкін емес, таза күй деп аталатын тәуелсіз даму ықтималдығы. Оның орнына олар екі бөлшек бірге сипаттайтын күрделі ықтималдық үлестірімінің шиеленіскен құрамдастарына айналады. Бұл бөлу, мысалы, бөлшектердің қарама-қарсы бағытта айналуын шеше алады. Жалпы жүйе таза күйде, бірақ жеке бөлшектердің күйі басқа бөлшекпен байланысты.

Осылайша, екеуі де бір-бірінен көптеген жарық жылдарына бара алады және әрқайсысының айналуы екіншісімен байланысты болып қалады.

Уақыт көрсеткісінің жаңа теориясы мұны кванттық шиеленіске байланысты ақпараттың жоғалуы ретінде сипаттайды, ол бір кесе кофені қоршаған бөлмемен теңгерімге жібереді. Ақырында, бөлме өзінің қоршаған ортасымен тепе-теңдікке жетеді және ол, өз кезегінде, әлемнің қалған бөлігімен тепе-теңдікке баяу жақындайды. Термодинамиканы зерттеген көне ғалымдар бұл процесті энергияның біртіндеп ыдырауы, ғалам энтропиясының жоғарылауы ретінде қарастырды.

Бүгінгі таңда физиктер ақпарат барған сайын шашыраңқы болады, бірақ ешқашан толығымен жойылмайды деп санайды. Энтропия жергілікті түрде артқанымен, олар ғаламның жалпы энтропиясы нөлде тұрақты болып қалады деп есептейді. Дегенмен, уақыт жебесінің бір қыры шешілмей қалды. Ғалымдар адамның болашақты емес, өткенді есте сақтау қабілетін өзара әрекеттесетін бөлшектер арасындағы қарым-қатынастардың қалыптасуы деп те түсінуге болады деп санайды. Біз қағаз парағындағы хабарламаны оқығанда, ми онымен көзге түсетін фотондар арқылы байланысады.

Тек қазірден бастап бұл хабардың бізге не айтып тұрғанын есте сақтай аламыз. Попеску жаңа теория ғаламның бастапқы күйі неліктен тепе-теңдіктен алыс болғанын түсіндірмейді деп санайды және Үлкен жарылыстың табиғатын түсіндіру керек деп қосты. Кейбір зерттеушілер бұл жаңа көзқарасқа күмән келтірді, бірақ бұл тұжырымдаманың және жаңа математикалық формализмнің дамуы қазір термодинамиканың теориялық мәселелерін шешуге көмектеседі.

Кеңістік-уақыт түйірлеріне қол жеткізіңіз

Қара тесік физикасы, кейбір математикалық модельдер көрсеткендей, біздің ғалам үш өлшемді емес екенін көрсетеді. Біздің сезімдеріміздің айтқанына қарамастан, бізді қоршаған шындық голограмма болуы мүмкін - шын мәнінде екі өлшемді алыс жазықтықтың проекциясы. Егер ғаламның бұл суреті дұрыс болса, біздің қолымыздағы зерттеу құралдары жеткілікті сезімтал бола бастағанда, кеңістік-уақыттың үш өлшемді табиғатының елесін жоюға болады. Ғаламның іргелі құрылымын зерттеуге көп жылдар жұмсаған Фермилаб университетінің физика профессоры Крейг Хоган бұл деңгейге енді ғана жетті деп болжайды.

8. GEO600 гравитациялық толқын детекторы

Егер ғалам голограмма болса, біз шындықты ажыратудың шегіне енді ғана жеттік. Кейбір физиктер біз өмір сүріп жатқан кеңістік-уақыт түптеп келгенде үздіксіз емес, сандық фотосурет сияқты оның ең негізгі деңгейінде белгілі бір «дәндер» немесе «пиксельдерден» тұрады деген қызықты гипотезаны алға тартады. Олай болса, біздің шындықтың қандай да бір түпкілікті «шешімі» болуы керек. Кейбір зерттеушілер GEO600 гравитациялық толқын детекторының нәтижелерінде пайда болған «шуды» осылай түсіндірді (8).

Бұл ерекше гипотезаны тексеру үшін гравитациялық толқын физигі Крейг Хоган мен оның командасы ғарыштық уақыттың ең негізгі мәнін барынша дәл өлшеуге арналған Хоган голометрі деп аталатын әлемдегі ең дәл интерферометрді жасады. Fermilab E-990 кодтық атымен аталған эксперимент көптеген басқалардың бірі емес. Бұл ғарыштың кванттық табиғатын және ғалымдар «голографиялық шу» деп атайтын нәрсенің болуын көрсетуге бағытталған.

Голометр қатар қойылған екі интерферометрден тұрады. Олар бір киловатт лазер сәулелерін ұзындығы 40 метр екі перпендикуляр сәулеге бөлетін құрылғыға бағыттайды, олар шағылысады және бөліну нүктесіне қайтарылады, жарық сәулелерінің жарықтығында ауытқулар жасайды (9). Егер олар бөлу құрылғысында белгілі бір қозғалысты тудырса, онда бұл кеңістіктің дірілінің дәлелі болады.

9. Голографиялық эксперименттің графикалық көрінісі

Хоганның командасы үшін ең үлкен мәселе - олар ашқан әсерлер тек эксперименттік қондырғыдан тыс факторлардың әсерінен болатын күйзеліс емес, сонымен қатар кеңістік-уақыт тербелістерінің нәтижесі екенін дәлелдеу. Сондықтан интерферометрде қолданылатын айналар құрылғының сыртынан келетін барлық ең кішкентай шулардың жиіліктерімен синхрондалады және арнайы сенсорлар арқылы қабылданады.

Антропикалық ғалам

Дүние мен адам онда өмір сүруі үшін физика заңдары өте нақты пішінге ие болуы керек, ал физикалық тұрақтылар дәл таңдалған мәндерге ие болуы керек ... және олар! Неліктен?

Ғаламда өзара әрекеттесулердің төрт түрі бар екенінен бастайық: гравитациялық (құлау, планеталар, галактикалар), электромагниттік (атомдар, бөлшектер, үйкеліс, серпімділік, жарық), әлсіз ядролық (жұлдыздық энергия көзі) және күшті ядролық ( протондар мен нейтрондарды атом ядроларына байланыстырады). Гравитация электромагнетизмнен 1039 есе әлсіз. Егер ол сәл әлсіз болса, жұлдыздар Күннен жеңілірек болар еді, суперновалар жарылмас еді, ауыр элементтер пайда болмас еді. Егер ол одан да күштірек болса, бактериялардан үлкен тіршілік иелері жаншылып, жұлдыздар жиі соқтығысып, планеталарды қиратып, тез күйіп кетер еді.

Әлемнің тығыздығы критикалық тығыздыққа жақын, яғни оның астында галактикалар немесе жұлдыздар пайда болмай-ақ материя тез таралады, ал оның үстінде Ғалам тым ұзақ өмір сүрер еді. Мұндай жағдайлардың пайда болуы үшін Үлкен жарылыстың параметрлерін сәйкестендіру дәлдігі ±10-60 шегінде болуы керек еді. Жас Әлемнің бастапқы біртексіздігі 10-5 шкаласында болды. Егер олар кішірек болса, галактикалар пайда болмас еді. Егер олар үлкенірек болса, галактикалардың орнына үлкен қара тесіктер пайда болар еді.

Әлемдегі бөлшектер мен антибөлшектердің симметриясы бұзылған. Ал әрбір барионға (протон, нейтрон) 109 фотон келеді. Егер көп болса, галактикалар пайда бола алмас еді. Егер олардың саны аз болса, жұлдыздар болмас еді. Сондай-ақ, біз өмір сүретін өлшемдердің саны «дұрыс» сияқты. Күрделі құрылымдар екі өлшемде пайда бола алмайды. Төрттен астам (үш өлшем плюс уақыт) тұрақты планеталық орбиталардың болуы және атомдардағы электрондардың энергетикалық деңгейлері проблемаға айналады.

10. Адам ғаламның орталығы ретінде

Антропикалық принцип түсінігін Брэндон Картер 1973 жылы Краков қаласында Коперниктің туғанына 500 жыл толуына арналған конференцияда енгізді. Жалпы алғанда, оны бақыланатын Әлем біз бақылайтындай шарттарға сай болуы керек етіп тұжырымдауға болады. Осы уақытқа дейін оның әртүрлі нұсқалары бар. Әлсіз антропикалық принцип біздің өмір сүруімізді мүмкін ететін ғаламда ғана өмір сүре алатынымызды айтады. Егер тұрақты мәндердің мәндері әртүрлі болса, біз мұны ешқашан көрмес едік, өйткені біз ол жерде болмас едік. Күшті антропикалық принцип (әдейі түсіндіру) Әлемнің біз өмір сүре алатындай екенін айтады (10).

Кванттық физика тұрғысынан ғаламның кез келген саны себепсіз пайда болуы мүмкін еді. Біз белгілі бір ғаламға тап болдық, ол адамның онда өмір сүруі үшін бірқатар нәзік шарттарды орындауы керек еді. Содан кейін біз антропикалық әлем туралы айтамыз. Мүмін үшін, мысалы, Құдай жаратқан бір антропикалық ғалам жеткілікті. Материалистік дүниетаным мұны қабылдамайды және көптеген ғаламдар бар немесе қазіргі ғалам көп дүниенің шексіз эволюциясының бір сатысы ғана деп есептейді.

Әлемнің модельдеу ретіндегі гипотезасының заманауи нұсқасының авторы теоретик Никлас Бострем болып табылады. Оның ойынша, біз қабылдайтын шындық - біз білмейтін модельдеу ғана. Ғалым, егер жеткілікті қуатты компьютерді пайдалана отырып, бүкіл өркениеттің немесе тіпті бүкіл ғаламның сенімді модельдеуін жасауға болатын болса және имитацияланған адамдар сананы сезіне алатын болса, онда дамыған өркениеттер өте көп санды жасаған болуы мүмкін деп ұсынды. сияқты модельдеулердің бірі және біз олардың бірінде Матрицаға (11) ұқсас нәрседе өмір сүреміз.

Мұнда «Құдай» және «Матрица» сөздері айтылды. Міне, біз ғылым туралы айтудың шегіне жеттік. Көптеген ғалымдар, соның ішінде ғалымдар, дәл эксперименттік физиканың дәрменсіздігінен ғылым реализмге қайшы келетін, метафизика мен ғылыми фантастиканың иісі бар салаларға ене бастайды деп есептейді. Физика өзінің эмпирикалық дағдарысын жеңіп, тағы да эксперименттік түрде тексерілетін ғылым ретінде қуанудың жолын табады деп үміттену керек.