Takmörk eðlisfræði og líkamlegra tilrauna

Fyrir hundrað árum síðan var ástandið í eðlisfræði nákvæmlega öfugt við nútímann. Í höndum vísindamanna voru niðurstöður sannaðra tilrauna sem voru endurteknar margsinnis, sem þó var oft ekki hægt að útskýra með fyrirliggjandi eðlisfræðikenningum. Reynslan var greinilega á undan kenningum. Fræðifræðingar urðu að fara að vinna.

Eins og er, hallast jafnvægið að kenningasmiðum sem eru mjög ólík því sem sést í mögulegum tilraunum eins og strengjafræði. Og svo virðist sem það séu fleiri og fleiri óleyst vandamál í eðlisfræði (1).

1. Mikilvægustu nútíma stefnur og vandamál í eðlisfræði - sjónræn

Hinn frægi pólski eðlisfræðingur, prof. Andrzej Staruszkiewicz í "Takmörk þekkingar í eðlisfræði" umræðunni í júní 2010 í Ignatianum Academy í Krakow sagði: „Þekkingarsviðið hefur vaxið gríðarlega á síðustu öld, en þekkingarsviðið hefur vaxið enn meira. (...) Uppgötvun almennrar afstæðiskenningar og skammtafræði eru stórkostleg afrek mannlegrar hugsunar, sambærileg við þau sem Newton gerði, en þau leiða til spurningarinnar um tengslin á milli mannvirkjanna tveggja, spurningar sem flækjustig er einfaldlega átakanlegt. Við þessar aðstæður vakna eðlilega spurningar: getum við gert þetta? Mun einbeitni okkar og vilji til að komast til botns í sannleikann vera í samræmi við þá erfiðleika sem við stöndum frammi fyrir?“

Pattstaða í tilraunaskyni

Í nokkra mánuði hefur heimur eðlisfræðinnar verið annasamari en venjulega með meiri deilum. Í tímaritinu Nature birtu George Ellis og Joseph Silk grein til varnar heiðarleika eðlisfræðinnar þar sem þeir gagnrýndu þá sem eru sífellt tilbúnir til að fresta tilraunum til að prófa nýjustu heimsfræðikenningarnar til óákveðins „á morgun“. Þau ættu að einkennast af "nægilegum glæsileika" og skýringargildi. „Þetta brýtur hina aldagömlu vísindahefð að vísindaþekking sé reynslusönnuð þekking,“ þruma vísindamenn. Staðreyndirnar sýna glöggt „tilraunavandamálið“ í nútíma eðlisfræði.

Nýjustu kenningar um eðli og uppbyggingu heimsins og alheimsins, að jafnaði, er ekki hægt að sannreyna með tilraunum sem mannkynið stendur til boða.

Með því að uppgötva Higgs bóseininn hafa vísindamenn "klárað" staðlaða líkanið. Hins vegar er eðlisfræðiheimurinn langt frá því að vera ánægður. Við vitum um alla kvarka og leptóna en höfum ekki hugmynd um hvernig við getum samræmt þetta við þyngdaraflkenningu Einsteins. Við vitum ekki hvernig á að sameina skammtafræði og þyngdarafl til að búa til ímyndaða kenningu um skammtaþyngdarafl. Við vitum heldur ekki hvað Miklihvellur er (eða hvort hann gerðist í raun!) (2).

Í augnablikinu, við skulum kalla það klassíska eðlisfræðinga, er næsta skref á eftir staðlaða líkaninu ofursamhverfa, sem spáir því að sérhver frumeindi sem við vitum um eigi sér „félaga“.

Þetta tvöfaldar heildarfjölda byggingareininga efnis, en kenningin passar fullkomlega inn í stærðfræðilegu jöfnurnar og, mikilvægur, býður upp á tækifæri til að afhjúpa leyndardóm kosmísks hulduefnis. Það er aðeins að bíða eftir niðurstöðum tilrauna á Large Hadron Collider, sem mun staðfesta tilvist ofursamhverfa agna.

Engar slíkar uppgötvanir hafa þó enn heyrst frá Genf. Auðvitað er þetta aðeins byrjunin á nýrri útgáfu af LHC, með tvöfaldri höggorku (eftir nýlega viðgerð og uppfærslu). Eftir nokkra mánuði gætu þeir verið að skjóta kampavínstappa til að fagna ofursamhverfu. Hins vegar, ef það gerðist ekki, telja margir eðlisfræðingar að smám saman þyrfti að draga ofursamhverfar kenningar til baka, sem og ofurstrenginn sem byggir á ofursamhverfu. Vegna þess að ef Large Collider staðfestir ekki þessar kenningar, hvað þá?

Hins vegar eru sumir vísindamenn sem telja það ekki. Vegna þess að kenningin um ofursamhverfu er of "falleg til að hafa rangt fyrir sér."

Þess vegna ætla þeir að endurmeta jöfnur sínar til að sanna að massi ofursamhverfa agna sé einfaldlega utan marka LHC. Það er mjög rétt hjá fræðimönnum. Líkön þeirra eru góð í að útskýra fyrirbæri sem hægt er að mæla og sannreyna með tilraunum. Því má spyrja hvers vegna við ættum að útiloka þróun þeirra kenninga sem við (enn) getum ekki vitað af reynslu. Er þetta skynsamleg og vísindaleg nálgun?

alheimurinn úr engu

Náttúruvísindin, sérstaklega eðlisfræðin, byggja á náttúruhyggju, það er að segja á þeirri trú að við getum útskýrt allt með náttúruöflunum. Verkefni vísinda minnkar við að íhuga sambandið milli ýmissa stærða sem lýsa fyrirbærum eða einhverra mannvirkja sem eru til í náttúrunni. Eðlisfræðin fjallar ekki um vandamál sem ekki er hægt að lýsa stærðfræðilega, sem ekki er hægt að endurtaka. Þetta er meðal annars ástæðan fyrir velgengni þess. Stærðfræðilega lýsingin sem notuð er til að móta náttúrufyrirbæri hefur reynst afar áhrifarík. Afrek náttúruvísinda leiddu til heimspekilegra alhæfinga þeirra. Leiðbeiningar eins og vélræn heimspeki eða vísindaleg efnishyggja voru búnar til, sem færðu niðurstöður náttúruvísinda, sem fengust fyrir lok XNUMX. aldar, yfir á sviði heimspeki.

Það virtist sem við gætum þekkt allan heiminn, að það er algjör determinism í náttúrunni, vegna þess að við getum ákvarðað hvernig pláneturnar munu hreyfast eftir milljónir ára, eða hvernig þær hreyfðust fyrir milljónum ára. Þessi afrek ollu stolti sem gjörbreytti mannshuganum. Að afgerandi mæli örvar aðferðafræðileg náttúruhyggja þróun náttúruvísinda enn þann dag í dag. Það eru þó nokkrir punktar sem virðast vera til marks um takmarkanir náttúrufræðilegrar aðferðafræði.

Ef alheimurinn er takmarkaður að rúmmáli og spratt upp „úr engu“ (3), án þess að brjóta lög um varðveislu orku, til dæmis sem sveiflu, þá ættu engar breytingar að verða á honum. Í millitíðinni fylgjumst við með þeim. Með því að reyna að leysa þetta vandamál á grundvelli skammtaeðlisfræðinnar komumst við að þeirri niðurstöðu að aðeins meðvitaður áhorfandi gerir sér grein fyrir möguleikanum á tilvist slíks heims. Þess vegna veltum við því fyrir okkur hvers vegna sá tiltekni sem við búum í var skapaður úr mörgum mismunandi alheimum. Þannig að við komumst að þeirri niðurstöðu að aðeins þegar manneskja birtist á jörðinni varð heimurinn - eins og við fylgjumst með - raunverulega ...

Hvaða áhrif hafa mælingar á atburði sem gerðust fyrir milljarði ára?

4. Wheeler tilraun - sjónræn

Einn af nútíma eðlisfræðingum, John Archibald Wheeler, lagði til geimútgáfu af hinni frægu tvöföldu rifu tilraun. Í hugarhönnun hans berst ljós frá dulstirni, í milljarð ljósára fjarlægð frá okkur, meðfram tveimur gagnstæðum hliðum vetrarbrautarinnar (4). Ef áhorfendur fylgjast með hverri þessara leiða fyrir sig munu þeir sjá ljóseindir. Ef bæði í einu, munu þeir sjá ölduna. Þannig að það að skoða breytir eðli ljóssins sem fór frá dulstirninu fyrir milljarði ára!

Fyrir Wheeler sannar ofangreint að alheimurinn getur ekki verið til í líkamlegum skilningi, að minnsta kosti í þeim skilningi sem við erum vön að skilja „líkamlegt ástand“. Það getur ekki hafa gerst í fortíðinni heldur, fyrr en... við höfum tekið mælingu. Þannig hefur núverandi vídd okkar áhrif á fortíðina. Með athugunum okkar, uppgötvunum og mælingum mótum við atburði fortíðarinnar, djúpt í tíma, allt að ... upphafi alheimsins!

Neil Turk frá Perimeter Institute í Waterloo, Kanada, sagði í júlíhefti New Scientist að „við getum ekki skilið hvað við finnum. Kenningin verður sífellt flóknari og flóknari. Við hendum okkur í vandamál með sviðum, stærðum og samhverfum í röð, jafnvel með skiptilykil, en við getum ekki útskýrt einföldustu staðreyndir.“ Margir eðlisfræðingar eru augljóslega pirraðir á þeirri staðreynd að hugarferðir nútíma fræðimanna, eins og ofangreindar hugleiðingar eða ofurstrengjafræði, hafa ekkert með tilraunir sem nú eru gerðar á rannsóknarstofum að gera og það er engin leið að prófa þær með tilraunum.

Í skammtaheiminum þarftu að líta víðar

Eins og Nóbelsverðlaunahafinn Richard Feynman sagði eitt sinn, skilur enginn skammtaheiminn í raun og veru. Ólíkt gamla, góða Newtonsheiminum, þar sem víxlverkun tveggja líkama við ákveðin massa er reiknuð út með jöfnum, þá höfum við í skammtafræði jöfnur sem þær fylgja ekki svo mikið af, heldur eru þær afleiðing af undarlegri hegðun sem sést í tilraunum. Hlutir skammtaeðlisfræðinnar þurfa ekki að vera tengdir neinu „líkamlegu“ og hegðun þeirra er svið óhlutbundins fjölvíddarrýmis sem kallast Hilbert-rými.

Það eru breytingar sem lýst er með Schrödinger jöfnunni, en hvers vegna nákvæmlega er ekki vitað. Er hægt að breyta þessu? Er jafnvel hægt að leiða skammtalögmál af meginreglum eðlisfræðinnar, þar sem tugir laga og meginreglna, til dæmis, varðandi hreyfingu líkama í geimnum, voru fengnar af meginreglum Newtons? Vísindamenn frá háskólanum í Pavia á Ítalíu Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella og Paolo Perinotti halda því fram að jafnvel skammtafyrirbæri sem eru greinilega andstæð skynsemi megi greina í mælanlegum tilraunum. Allt sem þú þarft er rétt sjónarhorn - Kannski stafar misskilningur á skammtaáhrifum af ófullnægjandi sýn á þau. Samkvæmt áðurnefndum vísindamönnum í New Scientist verða þýðingarmiklar og mælanlegar tilraunir í skammtafræði að uppfylla nokkur skilyrði. Það:

• orsakasamhengi - Atburðir í framtíðinni geta ekki haft áhrif á fyrri atburði;
• aðgreinanleika - segir að við verðum að geta aðskilið hvert frá öðru sem aðskilið;
• композиция - ef við þekkjum öll stig ferlisins þekkjum við allt ferlið;
• þjöppun - það eru leiðir til að flytja mikilvægar upplýsingar um flísina án þess að þurfa að flytja alla flísina;
• sneiðmyndafræði – ef við erum með kerfi sem samanstendur af mörgum hlutum nægir tölfræði mælinga eftir hlutum til að sýna stöðu alls kerfisins.

Ítalir vilja útvíkka meginreglur sínar um hreinsun, víðtækara sjónarhorn og gera þýðingarmiklar tilraunir til að fela einnig í sér óafturkræfni varmafræðilegra fyrirbæra og meginregluna um óreiðuvöxt, sem vekja ekki hrifningu eðlisfræðinga. Kannski eru athuganir og mælingar hér líka fyrir áhrifum af gripum af sjónarhorni sem er of þröngt til að skilja allt kerfið. „Grundvallarsannleikur skammtafræðinnar er að hávaðasamar, óafturkræfar breytingar geta verið afturkræfar með því að bæta nýju skipulagi við lýsinguna,“ segir ítalski vísindamaðurinn Giulio Ciribella í viðtali við New Scientist.

Því miður, segja efasemdarmenn, að "hreinsun" tilrauna og víðtækara mælingarsjónarhorn gæti leitt til margra heima tilgátu þar sem hvaða niðurstaða er möguleg og þar sem vísindamenn, sem halda að þeir séu að mæla rétta atburðarásina, einfaldlega "velja" ákveðinn samfellu með því að mæla þau.

5. Tímavísar í formi klukkuvísa

Enginn tími?

Hugmyndin um hinar svokölluðu örvar tímans (5) var kynnt árið 1927 af breska stjarneðlisfræðingnum Arthur Eddington. Þessi ör gefur til kynna tíma, sem flæðir alltaf í eina átt, þ.e.a.s. frá fortíð til framtíðar, og þessu ferli er ekki hægt að snúa við. Stephen Hawking skrifaði í bók sinni A Brief History of Time að röskun aukist með tímanum vegna þess að við mælum tímann í þá átt sem röskun eykst í. Þetta myndi þýða að við höfum val - við getum til dæmis fyrst fylgst með glerbrotunum á víð og dreif á gólfið, síðan augnablikinu þegar glerið dettur á gólfið, síðan glerið í loftinu og að lokum í hendinni. þess sem heldur á því. Það er engin vísindaleg regla að "sálfræðileg ör tímans" þurfi að fara í sömu átt og varmafræðilega örin og óreiðu kerfisins eykst. Hins vegar telja margir vísindamenn að þetta sé svo vegna þess að orkubreytingar eiga sér stað í heila mannsins, svipaðar þeim sem við sjáum í náttúrunni. Heilinn hefur orku til að bregðast við, fylgjast með og rökræða, vegna þess að „vélin“ mannsins brennir eldsneytismat og eins og í brunavél er þetta ferli óafturkræft.

Hins vegar eru tilfelli þar sem óreiðu bæði eykst og minnkar í mismunandi kerfum á meðan sömu stefnu sálfræðilegrar tímaársins er haldið. Til dæmis þegar gögn eru vistuð í minni tölvu. Minniseiningarnar í vélinni fara úr óraðaðri stöðu í skrifröð á diskum. Þannig minnkar óreiðun í tölvunni. Hins vegar mun hvaða eðlisfræðingur sem er segja að frá sjónarhóli alheimsins í heild sinni - það er að vaxa, vegna þess að það þarf orku til að skrifa á disk, og þessi orka dreifist í formi hita sem myndast af vél. Þannig að það er lítil "sálfræðileg" viðnám gegn settum lögmálum eðlisfræðinnar. Það er erfitt fyrir okkur að íhuga að það sem kemur út með hávaða frá viftunni sé mikilvægara en upptaka á verki eða önnur verðmæti í minni. Hvað ef einhver skrifar á tölvuna sína röksemdafærslu sem mun kollvarpa nútíma eðlisfræði, sameinuðu kraftafræðinni eða kenningunni um allt? Það væri erfitt fyrir okkur að sætta sig við þá hugmynd að þrátt fyrir þetta hafi almenn röskun í alheiminum aukist.

Árið 1967 birtist Wheeler-DeWitt jöfnan, sem fylgdi því að tíminn sem slíkur er ekki til. Það var tilraun til að sameina stærðfræðilega hugmyndir skammtafræðinnar og almennrar afstæðiskenningar, skref í átt að kenningunni um skammtaþyngdarafl, þ.e. kenningin um allt sem allir vísindamenn óska ​​eftir. Það var ekki fyrr en 1983 sem eðlisfræðingarnir Don Page og William Wutters gáfu skýringar á því að hægt væri að sniðganga tímavandann með því að nota hugtakið skammtaflæði. Samkvæmt hugmyndum þeirra er aðeins hægt að mæla eiginleika þegar skilgreinds kerfis. Frá stærðfræðilegu sjónarhorni þýddi þessi tillaga að klukkan virkar ekki í einangrun frá kerfinu og byrjar aðeins þegar hún er flækt í ákveðinn alheim. Hins vegar, ef einhver horfði á okkur frá öðrum alheimi, myndu þeir sjá okkur sem kyrrstæða hluti og aðeins komu þeirra til okkar myndi valda skammtafræðiflækju og bókstaflega láta okkur líða tímann.

Þessi tilgáta var grundvöllur vinnu vísindamanna frá rannsóknarstofnun í Tórínó á Ítalíu. Eðlisfræðingurinn Marco Genovese ákvað að smíða líkan sem tekur mið af sérkennum skammtaflækju. Það var hægt að endurskapa líkamleg áhrif sem gefa til kynna réttmæti þessarar röksemdafærslu. Búið hefur verið til líkan af alheiminum sem samanstendur af tveimur ljóseindum.

Annað parið var stillt - lóðrétt skautað og hitt lárétt. Skautaástand þeirra, og þar af leiðandi skautun þeirra, er síðan greint með röð skynjara. Það kemur í ljós að þar til athuguninni sem á endanum ræður viðmiðunarrammanum er náð eru ljóseindir í klassískri skammtasamsetningu, þ.e. þau voru stillt bæði lóðrétt og lárétt. Þetta þýðir að áhorfandinn sem les klukkuna ákvarðar skammtaaflækjuna sem hefur áhrif á alheiminn sem hann verður hluti af. Slíkur athugandi getur þá skynjað skautun ljóseinda í röð út frá skammtalíkindum.

Þetta hugtak er mjög freistandi vegna þess að það útskýrir mörg vandamál, en það leiðir náttúrulega til þess að þörf sé á "ofuráheyrnarfulltrúa" sem væri ofar öllum ákvörðunarhyggjum og myndi stjórna öllu í heild.

6. Multiverse - Visualization

Það sem við fylgjumst með og það sem við huglægt skynjum sem „tíma“ er í raun afrakstur mælanlegra hnattrænna breytinga í heiminum í kringum okkur. Eftir því sem við kafum dýpra inn í heim atóma, róteinda og ljóseinda gerum við okkur grein fyrir því að hugtakið tími verður sífellt minna mikilvægt. Samkvæmt vísindamönnum mælir klukkan sem fylgir okkur á hverjum degi, frá líkamlegu sjónarhorni, ekki gang hennar heldur hjálpar okkur að skipuleggja líf okkar. Fyrir þá sem eru vanir Newtons hugmyndum um alhliða og alltumlykjandi tíma eru þessi hugtök átakanleg. En það eru ekki aðeins vísindalegir hefðarmenn sem ekki samþykkja þau. Hinn frægi fræðilegi eðlisfræðingur Lee Smolin, sem áður hefur verið nefndur af okkur sem einn mögulega nóbelsverðlaunahafa í ár, telur að tíminn sé til og sé alveg raunverulegur. Einu sinni - eins og margir eðlisfræðingar - hélt hann því fram að tíminn væri huglæg blekking.

Nú tekur hann allt aðra sýn á eðlisfræði í bók sinni Reborn Time og gagnrýnir hina vinsælu strengjakenningu í vísindasamfélaginu. Samkvæmt honum er fjölheimurinn ekki til (6) vegna þess að við lifum í sama alheimi og á sama tíma. Hann telur að tíminn sé afar mikilvægur og að upplifun okkar af veruleika líðandi stundar sé ekki blekking, heldur lykillinn að því að skilja grundvallareðli raunveruleikans.

Entropy núll

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) og Andreas Winter lýstu niðurstöðum sínum árið 2009 í tímaritinu Physical Review E, sem sýndi að hlutir ná jafnvægi, þ. umhverfi. Árið 2012 sannaði Tony Short að flækja veldur endanlegum tímajafnvægi. Þegar hlutur hefur samskipti við umhverfið, eins og þegar agnir í kaffibolla rekast á loft, "leka" upplýsingar um eiginleika hans út og verða "óljósar" um allt umhverfið. Upplýsingatap veldur því að ástand kaffisins staðnar, jafnvel þótt hreinlætisástand alls herbergisins haldi áfram að breytast. Að sögn Popescu hættir ástand hennar að breytast með tímanum.

7. Noah Linden, Sandu Popescu og Tony Short

Þegar hreinlætisástand herbergisins breytist getur kaffið skyndilega hætt að blandast loftinu og farið í sitt eigið hreina ástand. Hins vegar eru mun fleiri ríki í bland við umhverfið en það eru hrein ríki í boði fyrir kaffi og eiga sér því nánast aldrei stað. Þessi tölfræðilega ósennileiki gefur til kynna að örin tímans sé óafturkræf. Vandamál örvar tímans er óskýrt af skammtafræði, sem gerir það erfitt að ákvarða eðli.

Frumefnisögn hefur ekki nákvæma eðliseiginleika og ræðst aðeins af líkum á að vera í mismunandi ástandi. Til dæmis, á hverjum tíma, gæti ögn haft 50 prósent líkur á að snúa réttsælis og 50 prósent líkur á að snúa í gagnstæða átt. Setningin, sem er styrkt af reynslu eðlisfræðingsins John Bell, segir að hið sanna ástand ögnarinnar sé ekki til og að þær séu látnar hafa líkindi að leiðarljósi.

Þá leiðir skammtaóvissa til ruglings. Þegar tvær agnir hafa víxlverkun er ekki einu sinni hægt að skilgreina þær á eigin spýtur, þróa sjálfstætt líkur þekktar sem hreint ástand. Þess í stað verða þeir flæktir þættir flóknari líkindadreifingar sem báðar agnirnar lýsa saman. Þessi dreifing getur til dæmis ákveðið hvort agnirnar snúist í gagnstæða átt. Kerfið í heild sinni er í hreinu ástandi en ástand einstakra agna tengist annarri ögn.

Þannig geta báðir ferðast með margra ljósára millibili og snúningur hvors um sig verður áfram í tengslum við hinn.

Nýja kenningin um tímaörina lýsir þessu sem tapi upplýsinga vegna skammtaflækju, sem sendir kaffibolla í jafnvægi við herbergið í kring. Að lokum nær herbergið jafnvægi við umhverfi sitt og það nálgast aftur hægt jafnvægi við restina af alheiminum. Gömlu vísindamennirnir sem rannsökuðu varmafræði litu á þetta ferli sem hægfara dreifingu orku, sem eykur óreiðu alheimsins.

Í dag telja eðlisfræðingar að upplýsingar dreifist sífellt meira, en hverfi aldrei alveg. Þótt óreiðu aukist staðbundið, telja þeir að heildaróreiða alheimsins haldist stöðug á núlli. Hins vegar er einn þáttur tímans örvar óleystur. Vísindamenn halda því fram að hæfni einstaklings til að muna fortíðina, en ekki framtíðina, megi einnig skilja sem myndun tengsla milli agna sem hafa samskipti. Þegar við lesum skilaboð á blað, hefur heilinn samskipti við þau í gegnum ljóseindir sem ná til augnanna.

Aðeins héðan í frá getum við munað hvað þessi skilaboð eru að segja okkur. Popescu telur að nýja kenningin útskýri ekki hvers vegna upphafsástand alheimsins var langt frá jafnvægi og bætir við að útskýra eigi eðli Miklahvells. Sumir vísindamenn hafa lýst efasemdum um þessa nýju nálgun, en þróun þessa hugtaks og nýr stærðfræðilegur formalismi hjálpar nú til við að leysa fræðileg vandamál varmafræðinnar.

Náðu í korn tímatímans

Eðlisfræði svarthols virðist gefa til kynna, eins og sum stærðfræðilíkön gefa til kynna, að alheimurinn okkar sé alls ekki þrívíður. Þrátt fyrir það sem skilningarvit okkar segja okkur, getur veruleikinn í kringum okkur verið heilmynd – vörpun á fjarlægu plani sem er í raun tvívítt. Ef þessi mynd af alheiminum er rétt er hægt að eyða tálsýninni um þrívídd eðli rúmtímans um leið og rannsóknartækin sem við höfum yfir að ráða verða nægilega næm. Craig Hogan, prófessor í eðlisfræði við Fermilab, sem hefur eytt árum saman í að rannsaka grundvallarbyggingu alheimsins, bendir til þess að þessu stigi hafi verið náð.

8. GEO600 Þyngdarbylgjuskynjari

Ef alheimurinn er heilmynd, þá höfum við kannski bara náð takmörkum raunveruleikaupplausnar. Sumir eðlisfræðingar setja fram þá forvitnilegu tilgátu að tímarúmið sem við lifum í sé ekki samfellt á endanum heldur, eins og stafræn ljósmynd, sé á grunnstigi þess byggt upp af ákveðnum „kornum“ eða „pixlum“. Ef svo er hlýtur veruleiki okkar að hafa einhvers konar endanlega "upplausn". Þannig túlkuðu sumir vísindamenn „hávaðann“ sem birtist í niðurstöðum GEO600 þyngdarbylgjuskynjarans (8).

Til að prófa þessa ótrúlegu tilgátu þróuðu Craig Hogan, þyngdarbylgjueðlisfræðingur, og teymi hans nákvæmasta interferometer heims, kallaður Hogan holometer, sem er hannaður til að mæla grunnkjarna tíma rúms á sem nákvæmastan hátt. Tilraunin, sem heitir Fermilab E-990, er ekki ein af mörgum öðrum. Þessi miðar að því að sýna fram á skammtaeðli geimsins sjálfs og nærveru þess sem vísindamenn kalla „hólógrafískt hávaða“.

Hólómetrinn samanstendur af tveimur víxlmælum sem eru staðsettir hlið við hlið. Þeir beina eins kílóvatta leysigeislum að tæki sem skiptir þeim í tvo 40 metra langa hornrétta geisla sem endurkastast og snúa aftur í klofningspunktinn og skapa sveiflur í birtu ljósgeislanna (9). Ef þeir valda ákveðinni hreyfingu í skiptingartækinu, þá mun þetta vera sönnun fyrir titringi rýmisins sjálfs.

9. Myndræn framsetning á hólógrafískri tilraun

Stærsta áskorunin fyrir teymi Hogans er að sanna að áhrifin sem þeir hafa uppgötvað eru ekki bara truflanir af völdum þátta utan tilraunauppsetningar, heldur afleiðing af titringi í rúmtíma. Þess vegna verða speglarnir sem notaðir eru í víxlamælinum samstilltir við tíðni allra minnstu hávaða sem koma utan frá tækinu og taka upp af sérstökum skynjurum.

Mannlegur alheimur

Til þess að heimurinn og maðurinn geti verið til í honum verða eðlisfræðilögmálin að hafa mjög ákveðið form og eðlisfastar verða að hafa nákvæmlega valin gildi ... og það eru þeir! Hvers vegna?

Byrjum á þeirri staðreynd að það eru fjórar tegundir af víxlverkunum í alheiminum: þyngdarafl (fall, plánetur, vetrarbrautir), rafsegulmagn (atóm, agnir, núning, mýkt, ljós), veik kjarnorka (uppspretta stjarnaorku) og sterk kjarnorka ( bindur róteindir og nifteindir í atómkjarna). Þyngdarafl er 1039 sinnum veikara en rafsegulmagn. Ef hún væri aðeins veikari væru stjörnurnar léttari en sólin, sprengistjörnur myndu ekki springa, þung frumefni myndu ekki myndast. Ef það væri jafnvel aðeins sterkara myndu verur stærri en bakteríur verða myldar niður og stjörnur myndu oft rekast á, eyðileggja plánetur og brenna sig of hratt.

Eðlismassi alheimsins er nálægt mikilvægum þéttleika, það er að segja undir honum myndi efni losna fljótt án myndun vetrarbrauta eða stjarna og fyrir ofan hann hefði alheimurinn lifað of lengi. Til þess að slíkar aðstæður hafi átt sér stað ætti nákvæmni þess að passa við færibreytur Miklahvells að hafa verið innan ±10-60. Upphafleg ójafnvægi hins unga alheims var á skalanum 10-5. Ef þær væru minni myndu vetrarbrautir ekki myndast. Ef þau væru stærri myndu risastór svarthol myndast í stað vetrarbrauta.

Samhverfa einda og mótagna í alheiminum er rofin. Og fyrir hvert baryón (róteind, nifteind) eru 109 ljóseindir. Ef þær væru fleiri gætu vetrarbrautir ekki myndast. Ef þeir væru færri væru engar stjörnur. Einnig virðist fjöldi vídda sem við búum í vera "rétt". Flókin mannvirki geta ekki myndast í tvívídd. Með fleiri en fjórum (þrjár víddar auk tími) verður tilvist stöðugra plánetubrauta og orkustig rafeinda í atómum erfið.

10. Maðurinn sem miðja alheimsins

Hugmyndin um mannfræðiregluna var kynnt af Brandon Carter árið 1973 á ráðstefnu í Krakow tileinkað 500 ára afmæli fæðingar Kópernikusar. Almennt séð er hægt að móta hann á þann hátt að sjáanlegi alheimurinn þarf að uppfylla skilyrðin sem hann uppfyllir til að vera fylgst með af okkur. Hingað til eru mismunandi útgáfur af því. Veika mannfræðireglan segir að við getum aðeins verið til í alheimi sem gerir tilveru okkar mögulega. Ef gildi fastanna væru öðruvísi myndum við aldrei sjá þetta, því við værum ekki þar. Hin sterka mannfræðiregla (viljandi skýring) segir að alheimurinn sé þannig að við getum verið til (10).

Frá sjónarhóli skammtaeðlisfræðinnar gætu allir alheimar hafa orðið til að ástæðulausu. Við enduðum í ákveðnum alheimi, sem þurfti að uppfylla fjölda fíngerðra skilyrða til að maður gæti lifað í honum. Þá erum við að tala um mannlífsheiminn. Fyrir trúaðan, til dæmis, nægir einn mannlegur alheimur skapaður af Guði. Hin efnislega heimsmynd tekur ekki undir þetta og gerir ráð fyrir að það séu margir alheimar eða að núverandi alheimur sé aðeins áfangi í óendanlegri þróun fjölheimsins.

Höfundur nútímaútgáfunnar af tilgátunni um alheiminn sem eftirlíkingu er fræðimaðurinn Niklas Boström. Samkvæmt honum er veruleikinn sem við skynjum bara uppgerð sem við erum ekki meðvituð um. Vísindamaðurinn lagði til að ef hægt væri að búa til áreiðanlega eftirlíkingu af heilri siðmenningu eða jafnvel öllum alheiminum með því að nota nógu öfluga tölvu, og fólkið sem líkt er eftir getur upplifað meðvitund, þá er mjög líklegt að háþróaðar siðmenningar hafi skapað bara mikinn fjölda af slíkum uppgerðum, og við búum í einni þeirra í einhverju í ætt við The Matrix (11).

Hér voru orðin „Guð“ og „Matrix“ töluð. Hér komum við að mörkum þess að tala um vísindi. Margir, þar á meðal vísindamenn, telja að það sé einmitt vegna vanmáttar tilraunaeðlisfræðinnar sem vísindin fari að fara inn á svæði sem eru andstæð raunsæi, lykta af frumspeki og vísindaskáldskap. Það er enn að vona að eðlisfræðin muni sigrast á reynslukreppu sinni og finna aftur leið til að gleðjast sem vísindi sem hægt er að sannreyna með tilraunum.