On ens hem equivocat?

La física s'ha trobat en un carreró sense sortida desagradable. Tot i que té el seu propi Model Estàndard, recentment complementat per la partícula de Higgs, tots aquests avenços ajuden poc a explicar els grans misteris moderns, l'energia fosca, la matèria fosca, la gravetat, les asimetries matèria-antimatèria i fins i tot les oscil·lacions de neutrins.

Roberto Unger i Lee Smolin

Lee Smolin, un conegut físic que s'ha esmentat des de fa anys com un dels candidats seriosos al Premi Nobel, publicat recentment amb el filòsof Roberto Ungerem, el llibre “L'univers singular i la realitat del temps”. En ella, els autors analitzen, cadascun des del punt de vista de la seva disciplina, l'estat confús de la física moderna. "La ciència fracassa quan abandona l'àmbit de la verificació experimental i la possibilitat de la negació", escriuen. Insten els físics a retrocedir en el temps i buscar un nou començament.

Les seves ofertes són força concretes. Smolin i Unger, per exemple, volen que tornem al concepte Un univers. La raó és senzilla - només experimentem un univers, i un d'ells es pot investigar científicament, mentre que les afirmacions de l'existència de la seva pluralitat són empíricament no verificables.. Una altra hipòtesi que Smolin i Unger proposen acceptar és la següent. realitat del tempsno donar l'oportunitat als teòrics d'allunyar-se de l'essència de la realitat i les seves transformacions. I, finalment, els autors insten a frenar la passió per les matemàtiques, que, en els seus models "bells" i elegants, trenca amb el món realment experimentat i possible. comprovar experimentalment.

Qui sap "belles matemàtiques" teoria de cordes, aquest últim reconeix fàcilment la seva crítica en els postulats anteriors. Tanmateix, el problema és més general. Moltes declaracions i publicacions avui creuen que la física ha arribat a un carreró sense sortida. Hem d'haver comès un error en algun lloc del camí, admeten molts investigadors.

Així que Smolin i Unger no estan sols. Fa uns mesos a "Natura" George Ellis i Josep Silk va publicar un article sobre protegir la integritat de la físicacriticant aquells que cada cop estan més inclinats a posposar a un "demà" indefinit experiments per provar diverses teories cosmològiques "de moda". Haurien de caracteritzar-se per una "elegància suficient" i un valor explicatiu. “Això trenca la tradició científica centenària que el coneixement científic és coneixement. confirmat empíricamentrecorden els científics. Els fets mostren clarament el "atzucac experimental" de la física moderna.. Les últimes teories sobre la naturalesa i l'estructura del món i de l'Univers, per regla general, no es poden verificar mitjançant experiments disponibles per a la humanitat.

Anàlegs de partícules supersimètriques - Visualització

En descobrir el bosó de Higgs, els científics han "aconseguit" Model estàndard. Tanmateix, el món de la física està lluny d'estar satisfet. Sabem de tots els quarks i leptons, però no tenim ni idea de com conciliar-ho amb la teoria de la gravetat d'Einstein. No sabem com combinar la mecànica quàntica amb la gravetat per crear una teoria coherent de la gravetat quàntica. Tampoc sabem què és el Big Bang (o si realment n'hi va haver).

En l'actualitat, anomenem-ne els físics convencionals, veuen el següent pas després del model estàndard a supersimetria (SUSY), que prediu que cada partícula elemental coneguda per nosaltres té un "partner" simètric. Això duplica el nombre total de blocs de construcció de la matèria, però la teoria encaixa perfectament en les equacions matemàtiques i, sobretot, ofereix l'oportunitat de desentranyar el misteri de la matèria fosca còsmica. Només quedava esperar els resultats dels experiments al Gran Col·lisionador d'Hadrons, que confirmaran l'existència de partícules supersimètriques.

No obstant això, encara no s'han escoltat aquests descobriments des de Ginebra. Si encara no emergeix res nou dels experiments de l'LHC, molts físics creuen que les teories supersimètriques s'han de retirar en silenci, així com superestructuraque es basa en la supersimetria. Hi ha científics que estan disposats a defensar-ho, encara que no trobi la confirmació experimental, perquè la teoria SUSA és "massa bella per ser falsa". Si cal, tenen la intenció de reavaluar les seves equacions per demostrar que les masses de partícules supersimètriques simplement estan fora de l'interval de l'LHC.

Anomalia anomalia pagana

Impressions: és fàcil de dir! Tanmateix, quan, per exemple, els físics aconsegueixen posar un muó en òrbita al voltant d'un protó i el protó "s'infla", llavors comencen a passar coses estranyes a la física que ens coneixem. Es crea una versió més pesada de l'àtom d'hidrogen i resulta que el nucli, és a dir. el protó d'aquest àtom és més gran (és a dir, té un radi més gran) que el protó "ordinari".

La física tal com la coneixem no pot explicar aquest fenomen. El muó, el leptó que substitueix l'electró de l'àtom, hauria de comportar-se com un electró, i ho fa, però per què aquest canvi afecta la mida del protó? Els físics no ho entenen. Potser ho podrien superar, però... espera un moment. La mida del protó està relacionada amb les teories físiques actuals, especialment amb el model estàndard. Els teòrics van començar a desahogar aquesta interacció inexplicable un nou tipus d'interacció fonamental. No obstant això, fins ara només són especulacions. Al llarg del camí, es van fer experiments amb àtoms de deuteri, creient que un neutró al nucli pot influir en els efectes. Els protons eren encara més grans amb muons al voltant que amb electrons.

Una altra curiositat física relativament nova és l'existència que va sorgir com a resultat de la investigació dels científics del Trinity College de Dublín. nova forma de llum. Una de les característiques mesurades de la llum és el seu moment angular. Fins ara, es creia que en moltes formes de llum, el moment angular és múltiple de La constant de Planck. Mentrestant, el Dr. Kyle Ballantine i professor Paul Eastham i John Donegan va descobrir una forma de llum en la qual el moment angular de cada fotó és la meitat de la constant de Planck.

Aquest notable descobriment mostra que fins i tot les propietats bàsiques de la llum que pensàvem que eren constants es poden canviar. Això tindrà un impacte real en l'estudi de la naturalesa de la llum i trobarà aplicacions pràctiques, per exemple, en comunicacions òptiques segures. Des de la dècada de 80, els físics s'han preguntat com es comporten les partícules quan es mouen només en dues dimensions de l'espai tridimensional. Van descobrir que llavors estaríem tractant amb molts fenòmens inusuals, incloses partícules els valors quàntics de les quals serien fraccions. Ara s'ha comprovat per a la llum. Això és molt interessant, però vol dir que moltes teories encara s'han d'actualitzar. I aquest és només el començament de la connexió amb nous descobriments que porten la fermentació a la física.

Fa un any va aparèixer als mitjans una informació que els físics de la Universitat de Cornell van confirmar en el seu experiment. Efecte Zeno quàntic – la possibilitat d'aturar un sistema quàntic només realitzant observacions contínues. Porta el nom de l'antic filòsof grec que va afirmar que el moviment és una il·lusió impossible a la realitat. La connexió del pensament antic amb la física moderna és l'obra Baidyanatha Egipte i George Sudarshan de la Universitat de Texas, que va descriure aquesta paradoxa el 1977. David Wineland, un físic nord-americà i premi Nobel de física, amb qui MT va parlar el novembre de 2012, va fer la primera observació experimental de l'efecte Zeno, però els científics no estaven d'acord si el seu experiment confirmava l'existència del fenomen.

Visualització de l'experiment Wheeler

L'any passat va fer un nou descobriment Mukund Vengalattorequi, juntament amb el seu equip d'investigació, va realitzar un experiment al laboratori d'ultrafred de la Universitat de Cornell. Els científics van crear i refredar un gas d'uns mil milions d'àtoms de rubidi en una cambra de buit i van suspendre la massa entre els raigs làser. Els àtoms es van organitzar i van formar un sistema de gelosia: es comportaven com si estiguessin en un cos cristal·lí. En temps molt fred, podien moure's d'un lloc a un altre a una velocitat molt baixa. Els físics els van observar al microscopi i els van il·luminar amb un sistema d'imatge làser perquè els poguessin veure. Quan el làser s'apagava o a baixa intensitat, els àtoms feien un túnel lliurement, però a mesura que el raig làser es feia més brillant i es prenien mesures amb més freqüència, la taxa de penetració va disminuir bruscament.

Vengalattore va resumir el seu experiment de la següent manera: "Ara tenim una oportunitat única de controlar la dinàmica quàntica només mitjançant l'observació". Els pensadors "idealistes", des de Zeno fins a Berkeley, van ser ridiculitzats a l'"era de la raó", tenien raó que els objectes només existeixen perquè els mirem?

Recentment, sovint han aparegut diverses anomalies i incoherències amb les teories (aparentment) que s'han estabilitzat al llarg dels anys. Un altre exemple prové de les observacions astronòmiques: fa uns mesos va resultar que l'univers s'està expandint més ràpidament del que suggereixen els models físics coneguts. Segons un article de Nature d'abril de 2016, les mesures dels científics de la Universitat Johns Hopkins van ser un 8% més altes del que s'esperava per la física moderna. Els científics van utilitzar un nou mètode anàlisi de les anomenades espelmes estàndard, és a dir Les fonts de llum es consideren estables. De nou, els comentaris de la comunitat científica diuen que aquests resultats apunten a un problema greu amb les teories actuals.

Un dels físics moderns més destacats, John Archibald Wheeler, va proposar una versió espacial de l'experiment de doble escletxa conegut en aquell moment. En el seu disseny mental, la llum d'un quàsar, a mil milions d'anys llum de distància, passa per dos costats oposats de la galàxia. Si els observadors observen cadascun d'aquests camins per separat, veuran fotons. Si tots dos alhora, veuran l'onada. Per tant Sam l'acte d'observar canvia la naturalesa de la llumque va deixar el quàsar fa mil milions d'anys.

Segons Wheeler, l'anterior demostra que l'univers no pot existir en un sentit físic, almenys en el sentit en què estem acostumats a entendre "un estat físic". Tampoc pot ser així en el passat, fins que... hem fet una mesura. Així, la nostra dimensió actual influeix en el passat. Així doncs, amb les nostres observacions, deteccions i mesures, donem forma als esdeveniments del passat, enrere en el temps, fins a... l'inici de l'Univers!

S'acaba la resolució de l'holograma

La física del forat negre sembla indicar, com almenys alguns models matemàtics, que el nostre univers no és el que els nostres sentits ens diuen que sigui, és a dir, tridimensional (la quarta dimensió, el temps, està informada per la ment). La realitat que ens envolta pot ser holograma és una projecció d'un pla llunyà essencialment bidimensional. Si aquesta imatge de l'univers és correcta, la il·lusió de la naturalesa tridimensional de l'espai-temps es pot esvair tan bon punt les eines d'investigació a la nostra disposició siguin adequadament sensibles. Craig Hogan, un professor de física del Fermilab que porta anys estudiant l'estructura fonamental de l'univers, suggereix que s'acaba d'assolir aquest nivell. Si l'univers és un holograma, potser hem arribat als límits de la resolució de la realitat. Alguns físics avancen la intrigant hipòtesi que l'espai-temps en què vivim no és en última instància continu, sinó que, com una imatge en una fotografia digital, en el seu nivell més bàsic consisteix en algun tipus de "gran" o "píxel". Si és així, la nostra realitat ha de tenir algun tipus de "resolució" final. Així és com alguns investigadors van interpretar el "soroll" que va aparèixer en els resultats del detector d'ones gravitacionals Geo600 fa uns anys.

Per provar aquesta inusual hipòtesi, Craig Hogan i el seu equip van desenvolupar l'interferòmetre més precís del món, anomenat Hogan holòmetreque ens hauria de donar la mesura més precisa de l'essència mateixa de l'espai-temps. L'experiment, amb el nom en clau Fermilab E-990, no és un dels molts altres. Pretén demostrar la naturalesa quàntica del propi espai i la presència del que els científics anomenen "soroll hologràfic". L'holòmetre consta de dos interferòmetres l'un al costat de l'altre que envien raigs làser d'un quilowatt a un dispositiu que els divideix en dos feixos perpendiculars de 40 metres. Es reflecteixen i es retornen al punt de separació, creant fluctuacions en la brillantor dels raigs de llum. Si provoquen un cert moviment en el dispositiu de divisió, això serà una evidència de la vibració de l'espai en si.

Des del punt de vista de la física quàntica, podria sorgir sense motiu. qualsevol nombre d'univers. Ens vam trobar en aquest particular, que havia de complir una sèrie de condicions subtils perquè una persona hi visqués. Aleshores en parlem món antròpic. Per a un creient, n'hi ha prou amb un univers antròpic creat per Déu. La visió materialista del món no ho accepta i suposa que hi ha molts universos o que l'univers actual és només una etapa de l'evolució infinita del multivers.

Autor de la versió moderna Hipòtesis de l'univers com a simulació (un concepte relacionat amb l'holograma) és un teòric Niklas Bostrum. Afirma que la realitat que percebem és només una simulació de la qual no som conscients. El científic va suggerir que si podeu crear una simulació fiable de tota una civilització o fins i tot de l'univers sencer amb un ordinador prou potent, i les persones simulades poden experimentar consciència, és molt probable que hi hagi un gran nombre d'aquestes criatures. simulacions creades per civilitzacions avançades, i vivim en una d'elles, en una cosa semblant a la "Matrix".

El temps no és infinit

Així que potser és hora de trencar paradigmes? La seva desmentida no és res especialment nou en la història de la ciència i la física. Al cap i a la fi, va ser possible subvertir el geocentrisme, la noció de l'espai com a etapa inactiva i temps universal, des de la creença que l'Univers és estàtic, des de la creença en la crueltat de la mesura...

paradigma local ja no està tan ben informat, però ell també és mort. Erwin Schrödinger i altres creadors de la mecànica quàntica es van adonar que abans de l'acte de mesurar, el nostre fotó, com el famós gat col·locat en una caixa, encara no es troba en un estat determinat, es troba polaritzat verticalment i horitzontalment alhora. Què podria passar si col·loquem dos fotons entrellaçats molt allunyats i examinem el seu estat per separat? Ara sabem que si el fotó A està polaritzat horitzontalment, aleshores el fotó B ha d'estar polaritzat verticalment, encara que el col·loquéssim mil milions d'anys llum abans. Ambdues partícules no tenen un estat exacte previ a la mesura, però després d'obrir una de les caixes, l'altra immediatament "sap" quina propietat hauria d'assumir. Es tracta d'una comunicació extraordinària que té lloc fora del temps i l'espai. Segons la nova teoria de l'entrellat, la localitat ja no és una certesa, i dues partícules aparentment separades poden comportar-se com a marc de referència, ignorant detalls com la distància.

Com que la ciència tracta diferents paradigmes, per què no hauria de trencar les visions fixes que persisteixen en la ment dels físics i que es repeteixen en els cercles de recerca? Potser serà l'esmentada supersimetria, potser la creença en l'existència de l'energia i la matèria fosques, o potser la idea del Big Bang i l'expansió de l'Univers?

Fins ara, l'opinió predominant ha estat que l'univers s'està expandint a un ritme cada cop més gran i probablement ho continuarà fent indefinidament. Tanmateix, hi ha alguns físics que han observat que la teoria de l'eterna expansió de l'univers, i sobretot la seva conclusió que el temps és infinit, presenta un problema per calcular la probabilitat que es produeixi un esdeveniment. Alguns científics argumenten que en els propers 5 milions d'anys, probablement el temps s'esgotarà a causa d'algun tipus de catàstrofe.

Físic Rafael Busso de la Universitat de Califòrnia i els seus col·legues van publicar un article a arXiv.org explicant que en un univers etern, fins i tot els esdeveniments més increïbles passaran tard o d'hora i, a més, passaran. un nombre infinit de vegades. Com que la probabilitat es defineix en termes del nombre relatiu d'esdeveniments, no té sentit indicar cap probabilitat a l'eternitat, ja que cada esdeveniment serà igual de probable. "La inflació perpètua té conseqüències profundes", escriu Busso. "Qualsevol esdeveniment que tingui una probabilitat diferent de zero de passar es produirà infinites vegades, la majoria de vegades en regions remotes que mai han estat en contacte". Això soscava la base de les prediccions probabilístiques en experiments locals: si un nombre infinit d'observadors a tot l'univers guanya la loteria, aleshores sobre quina base es pot dir que és poc probable que guanyi la loteria? Per descomptat, també hi ha una infinitat de no guanyadors, però en quin sentit n'hi ha més?

Una solució a aquest problema, expliquen els físics, és suposar que el temps s'acabarà. Aleshores hi haurà un nombre finit d'esdeveniments, i els esdeveniments poc probables es produiran amb menys freqüència que els probables.

Aquest moment "tallat" defineix un conjunt de certs esdeveniments permesos. Així que els físics van intentar calcular la probabilitat que el temps s'acabés. Es donen cinc mètodes diferents de finalització de temps. En els dos escenaris, hi ha un 50 per cent de probabilitats que això passi en 3,7 milions d'anys. Els altres dos tenen un 50% de possibilitats en 3,3 milions d'anys. Queda molt poc temps al cinquè escenari (temps de Planck). Amb un alt grau de probabilitat, fins i tot pot estar en... el segon segon.

No va funcionar?

Afortunadament, aquests càlculs prediuen que la majoria dels observadors són els anomenats Nens Boltzmann, que sorgeixen del caos de les fluctuacions quàntiques a l'univers primerenc. Com que la majoria de nosaltres no ho som, els físics han descartat aquest escenari.

"El límit es pot veure com un objecte amb atributs físics, inclosa la temperatura", escriuen els autors al seu article. "Un cop assolit el final dels temps, la matèria arribarà a l'equilibri termodinàmic amb l'horitzó. Això és similar a la descripció de la matèria que cau en un forat negre, feta per un observador extern".

La inflació còsmica i el multivers

La primera hipòtesi és que L'univers s'expandeix constantment fins a l'infinitque és una conseqüència de la teoria general de la relativitat i està ben confirmada per dades experimentals. La segona hipòtesi és que es basa la probabilitat freqüència relativa d'esdeveniments. Finalment, la tercera hipòtesi és que si l'espai-temps és realment infinit, l'única manera de determinar la probabilitat d'un esdeveniment és limitar la vostra atenció. un subconjunt finit del multivers infinit.

Tindrà sentit?

Els arguments de Smolin i Unger, que formen la base d'aquest article, suggereixen que només podem explorar el nostre univers experimentalment, rebutjant la noció de multivers. Mentrestant, una anàlisi de les dades recollides pel telescopi espacial europeu Planck ha revelat la presència d'anomalies que poden indicar una interacció de llarga durada entre el nostre univers i un altre. Així, la mera observació i experiment apunten a altres universos.

Anomalies descobertes per l'Observatori Planck

Ara alguns físics especulen que si hi hagués un ésser anomenat Multivers, i tots els universos que els constitueixen, van néixer en un sol Big Bang, llavors podria haver passat entre ells. enfrontaments. Segons la investigació de l'equip de l'Observatori Planck, aquestes col·lisions serien una mica similars a la col·lisió de dues bombolles de sabó, deixant rastres a la superfície exterior dels universos, que teòricament es podrien registrar com a anomalies en la distribució de la radiació de fons de microones. Curiosament, els senyals enregistrats pel telescopi Planck semblen suggerir que algun tipus d'Univers proper a nosaltres és molt diferent del nostre, perquè la diferència entre el nombre de partícules subatòmiques (barions) i de fotons que hi ha pot ser fins i tot deu vegades més gran que ". aquí". . Això significaria que els principis físics subjacents poden diferir del que coneixem.

És probable que els senyals detectats provinguin d'una època primerenca de l'univers, l'anomenada recombinacióquan els protons i els electrons van començar a fusionar-se per formar àtoms d'hidrogen (la probabilitat d'un senyal de fonts relativament properes és d'uns 30%). La presència d'aquests senyals pot indicar una intensificació del procés de recombinació després de la col·lisió del nostre Univers amb un altre, amb una major densitat de matèria bariònica.

En una situació en què s'acumulen conjectures contradictòries i sovint purament teòriques, alguns científics perden notablement la paciència. Això s'evidencia amb una declaració contundent de Neil Turok, del Perimeter Institute de Waterloo, Canadà, que, en una entrevista de 2015 amb NewScientist, es va mostrar molest perquè "no som capaços de donar sentit al que estem trobant". Va afegir: "La teoria és cada cop més complexa i sofisticada. Llencem al problema successius camps, mesures i simetries, fins i tot amb una clau anglesa, però no podem explicar els fets més simples. Òbviament, a molts físics els molesta el fet que els viatges mentals dels teòrics moderns, com el raonament anterior o la teoria de les supercordes, no tenen res a veure amb els experiments que s'estan duent a terme actualment als laboratoris, i no hi ha proves que es puguin provar. experimentalment. .

És realment un carreró sense sortida i cal sortir-ne, tal com suggereixen Smolin i el seu amic el filòsof? O potser estem parlant de confusió i confusió abans d'alguna mena de descobriment que ens esperarà aviat?

Us convidem a familiaritzar-vos amb el tema del número a.