Granice fizyki i eksperymentu fizycznego

Sto lat temu sytuacja w fizyce była dokładnie odwrotna od dzisiejszej. Naukowcy mieli w rękach wyniki sprawdzonych eksperymentów, wielokrotnie powtarzanych, których jednak często nie dało się wytłumaczyć za pomocą istniejących teorii fizycznych. Doświadczenie wyraźnie poprzedziło teorię. Teoretycy musieli wziąć się do pracy.

Bilans obecnie przechyla się na korzyść teoretyków, których modele bardzo różnią się od tego, co wynika z możliwych eksperymentów, takich jak teoria strun. I wydaje się, że w fizyce jest coraz więcej nierozwiązanych problemów (1).

1. Najważniejsze współczesne kierunki i problemy fizyki - wizualizacja

Znany polski fizyk, prof. Andrzej Staruszkiewicz podczas debaty „Granice wiedzy w fizyce” w czerwcu 2010 roku w Akademii Ignatianum w Krakowie powiedział: „Dziedzina wiedzy ogromnie się rozrosła w ciągu ostatniego stulecia, ale pole ignorancji rozrosło się jeszcze bardziej. (...) Odkrycie ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej są monumentalnymi osiągnięciami myśli ludzkiej, porównywalnymi z osiągnięciami Newtona, ale prowadzą do pytania o związek między obiema strukturami, pytania, którego skala złożoności jest po prostu szokująca . W tej sytuacji naturalnie pojawiają się pytania: czy możemy to zrobić? Czy nasza determinacja i wola dotarcia do prawdy będą współmierne do trudności, jakie napotykamy?”

Eksperymentalny ślepy zaułek

Od kilku miesięcy w świecie fizyki panuje więcej kontrowersji niż zwykle. W czasopiśmie Nature George Ellis i Joseph Silk opublikowali artykuł w obronie integralności fizyki, krytykując tych, którzy coraz chętniej odkładają eksperymenty mające na celu sprawdzenie najnowszych teorii kosmologicznych na jakąś przyszłą datę. Muszą charakteryzować się „wystarczającą elegancją” i wartością wyjaśniającą. „To łamie wielowiekową tradycję naukową, wedle której wiedza naukowa jest wiedzą potwierdzoną empirycznie” – grzmią naukowcy. Fakty wyraźnie wskazują na „eksperymentalny ślepy zaułek” współczesnej fizyki.

Najnowsze teorie na temat natury i budowy świata i Wszechświata z reguły nie mogą zostać zweryfikowane za pomocą eksperymentów dostępnych ludzkości.

Odkrywając bozon Higgsa, naukowcy „ukończyli” Model Standardowy. Jednak świat fizyki jest daleki od zadowolenia. Wiemy o wszystkich kwarkach i leptonach, ale nie mamy pojęcia, jak pogodzić to z teorią grawitacji Einsteina. Nie wiemy, jak połączyć mechanikę kwantową z grawitacją, aby stworzyć hipotetyczną teorię grawitacji kwantowej. Nie wiemy również, czym był Wielki Wybuch (ani czy naprawdę miał miejsce!). (2).

Obecnie, jak nazywają to fizycy klasyczni, kolejnym krokiem po Modelu Standardowym jest supersymetria, która przewiduje, że każda znana nam cząstka elementarna ma „partnera”.

Podwaja to całkowitą liczbę elementów budulcowych materii, ale teoria doskonale wpisuje się w równania matematyczne i, co ważne, daje szansę na rozwikłanie zagadki kosmicznej ciemnej materii. Pozostaje tylko czekać na wyniki eksperymentów w Wielkim Zderzaczu Hadronów, które potwierdzą istnienie cząstek supersymetrycznych.

Jednak z Genewy nie słyszano jeszcze nic o takich odkryciach. Oczywiście to dopiero początek nowej wersji LHC, o dwukrotnie większej energii zderzenia (po ostatnich naprawach i modernizacjach). Za kilka miesięcy być może będą strzelać do korków od szampana, aby uczcić supersymetrię. Gdyby jednak tak się nie stało, wielu fizyków uważa, że ​​teorie supersymetryczne musiałyby być stopniowo wycofywane, podobnie jak superstruna, która opiera się na supersymetrii. Bo jeśli Wielki Zderzacz nie potwierdzi tych teorii, to co wtedy?

Są jednak naukowcy, którzy tak nie uważają. Ponieważ teoria supersymetrii jest zbyt „piękna, aby była błędna”.

Zamierzają więc ponownie ocenić swoje równania, aby udowodnić, że masy cząstek supersymetrycznych są po prostu poza zakresem LHC. Teoretycy mają dużo racji. Ich modele dobrze wyjaśniają zjawiska, które można zmierzyć i przetestować eksperymentalnie. Można zatem zapytać, dlaczego mielibyśmy wykluczać rozwój teorii, których nie możemy (jeszcze) poznać empirycznie. Czy jest to rozsądne i naukowe podejście?

Wszechświat z niczego

Nauki przyrodnicze, zwłaszcza fizyka, opierają się na naturalizmie, czyli przekonaniu, że wszystko można wyjaśnić za pomocą sił natury. Zadanie nauki sprowadza się do rozważenia zależności pomiędzy różnymi wielkościami opisującymi zjawiska lub pewne struktury występujące w przyrodzie. Fizyka nie zajmuje się problemami, których nie da się opisać matematycznie, których nie da się powtórzyć. Między innymi z tego wynika jego sukces. Opis matematyczny stosowany do modelowania zjawisk naturalnych okazał się niezwykle skuteczny. Osiągnięcia nauk przyrodniczych zaowocowały ich filozoficznymi uogólnieniami. Powstały kierunki takie jak filozofia mechanistyczna czy materializm naukowy, które przeniosły na grunt filozofii wyniki nauk przyrodniczych uzyskane przed końcem XX wieku.

Wydawało się, że możemy poznać cały świat, że w przyrodzie panuje zupełny determinizm, bo możemy określić, jak planety będą się poruszać za miliony lat lub jak poruszały się miliony lat temu. Osiągnięcia te zrodziły dumę, która absolutyzowała ludzki umysł. Naturalizm metodologiczny w decydującym stopniu stymuluje współczesny rozwój nauk przyrodniczych. Istnieją jednak pewne punkty graniczne, które wydają się wskazywać na ograniczenia metodologii naturalistycznej.

Jeśli Wszechświat ma ograniczoną objętość i powstał „z niczego” (3), nie naruszając praw zachowania energii, na przykład w drodze fluktuacji, to nie powinno być w nim żadnych zmian. W międzyczasie je obserwujemy. Próbując rozwiązać ten problem na gruncie fizyki kwantowej dochodzimy do wniosku, że tylko świadomy obserwator urzeczywistnia możliwość istnienia takiego świata. Dlatego zastanawiamy się, dlaczego ten konkretny, w którym żyjemy, został stworzony z wielu różnych wszechświatów. Dochodzimy więc do wniosku, że dopiero gdy na Ziemi pojawił się człowiek, świat – jak obserwujemy – naprawdę „stał się”…

Jak pomiary wpływają na wydarzenia, które miały miejsce miliard lat temu?

4. Eksperyment Wheelera - wizualizacja

Jeden ze współczesnych fizyków, John Archibald Wheeler, zaproponował kosmiczną wersję słynnego eksperymentu z podwójną szczeliną. Zgodnie z jego mentalną konstrukcją światło kwazara oddalonego o miliard lat świetlnych wędruje wzdłuż dwóch przeciwnych stron galaktyki (4). Jeśli obserwatorzy będą obserwować każdą z tych ścieżek osobno, dostrzegą fotony. Jeśli oba na raz, zobaczą falę. Zatem sam akt obserwacji zmienia naturę światła, które opuściło kwazar miliard lat temu!

Dla Wheelera powyższe dowodzi, że wszechświat nie może istnieć w sensie fizycznym, a przynajmniej nie w tym sensie, w jakim zwykliśmy rozumieć „stan fizyczny”. To nie może mieć miejsca w przeszłości, dopóki... nie zrobiliśmy pomiaru. Zatem nasz obecny wymiar wpływa na przeszłość. Dzięki naszym obserwacjom, odkryciom i pomiarom kształtujemy wydarzenia z przeszłości, głęboko w czasie, aż do... początku Wszechświata!

Neil Turok z Perimeter Institute w Waterloo w Kanadzie stwierdził w lipcowym numerze New Scientist, że „nie możemy zrozumieć tego, co znajdziemy. Teoria staje się coraz bardziej złożona i wyrafinowana. Rzucamy się w problem z kolejnymi polami, wymiarami i symetriami, nawet kluczem, ale nie potrafimy wyjaśnić najprostszych faktów. Wielu fizyków wyraźnie irytuje sytuacja, w której podróże myślowe współczesnych teoretyków, takie jak powyższe rozważania czy teoria superstrun, nie mają nic wspólnego z eksperymentami przeprowadzanymi obecnie w laboratoriach i nie ma możliwości ich sprawdzenia eksperymentalnego.

W świecie kwantowym trzeba spojrzeć szerzej

Jak powiedział kiedyś laureat Nagrody Nobla Richard Feynman, nikt tak naprawdę nie rozumie świata kwantowego. W przeciwieństwie do starego, dobrego świata Newtona, w którym oddziaływania dwóch ciał o określonych masach oblicza się za pomocą równań, w mechanice kwantowej mamy równania, z których nie tyle je wyprowadzamy, ile wynikamy z dziwnego zachowania obserwowanego w eksperymentach. Obiekty fizyki kwantowej nie muszą być kojarzone z niczym „fizycznym”, a ich zachowanie jest obszarem abstrakcyjnej wielowymiarowej przestrzeni zwanej przestrzenią Hilberta.

Istnieją zmiany opisane równaniem Schrödingera, ale dlaczego dokładnie nie wiadomo. Czy można to zmienić? Czy w ogóle możliwe jest wyprowadzenie praw kwantowych z zasad fizyki, tak jak dziesiątki praw i zasad dotyczących np. ruchu ciał w przestrzeni kosmicznej wywiedziono z zasad Newtona? Naukowcy z Uniwersytetu w Pawii we Włoszech Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella i Paolo Perinotti przekonują, że nawet zjawiska kwantowe wyraźnie sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem można wykryć w mierzalnych eksperymentach. Wszystko, czego potrzebujesz, to odpowiednia perspektywa - Być może brak zrozumienia efektów kwantowych wynika z niewystarczającego szerokiego spojrzenia na nie. Zdaniem wspomnianych naukowców z New Scientist, znaczące i wymierne eksperymenty z mechaniki kwantowej muszą spełniać kilka warunków. Ten:

• przyczynowość - przyszłe wydarzenia nie mogą wpływać na wydarzenia przeszłe;
• rozróżnialność - stwierdza, że ​​musimy być w stanie oddzielić się od siebie jako odrębni;
• композиция - jeśli znamy wszystkie etapy procesu, znamy cały proces;
• kompresja – istnieją sposoby na przeniesienie ważnych informacji o chipie bez konieczności przenoszenia całego chipa;
• tomografia – jeśli mamy układ składający się z wielu części, to statystyka pomiarów według części wystarczy, aby poznać stan całego układu.

Włosi chcą rozszerzyć swoje zasady oczyszczania, szerszej perspektywy i sensownego eksperymentowania również o nieodwracalność zjawisk termodynamicznych i zasadę zwiększania entropii, co nie robi wrażenia na fizyce. Być może także tutaj na obserwacje i pomiary wpływają artefakty wynikające z perspektywy zbyt wąskiej, aby objąć cały system. „Podstawową prawdą teorii kwantowej jest to, że hałaśliwe, nieodwracalne zmiany można odwrócić, dodając do opisu nowy układ” – mówi New Scientist włoski naukowiec Giulio Ciribella.

Niestety, zdaniem sceptyków, „oczyszczenie” eksperymentów i szersza perspektywa pomiarowa mogą doprowadzić do hipotezy wielu światów, w której każdy wynik jest możliwy i w której naukowcy, myśląc, że mierzą prawidłowy przebieg zdarzeń, po prostu „wybierają” pewne kontinuum, mierząc je.

5. Wskazówki czasu w formie wskazówek zegara

Brak czasu?

Koncepcja tzw. Strzałek Czasu (5) została wprowadzona w 1927 roku przez brytyjskiego astrofizyka Arthura Eddingtona. Strzałka ta wskazuje na czas, który zawsze płynie w jednym kierunku, czyli od przeszłości do przyszłości, i procesu tego nie da się odwrócić. Stephen Hawking w swojej Krótkiej historii czasu napisał, że nieporządek narasta z czasem, ponieważ czas mierzymy w kierunku, w którym narasta nieporządek. Oznaczałoby to, że mamy wybór – moglibyśmy np. najpierw zaobserwować rozrzucone na podłodze odłamki potłuczonego szkła, potem moment, w którym szkło spada na podłogę, potem szkło w powietrzu, a na końcu osobę trzymającą je w ręce. Nie ma naukowej reguły mówiącej, że „psychologiczna strzałka czasu” musi poruszać się w tym samym kierunku co strzałka termodynamiczna, a entropia układu wzrasta. Wielu naukowców uważa jednak, że dzieje się tak dlatego, że w mózgu człowieka zachodzą zmiany energetyczne, podobne do tych, które obserwujemy w przyrodzie. Mózg ma energię do działania, obserwacji i rozumowania, ponieważ ludzki „silnik” spala paliwo i żywność i podobnie jak silnik spalinowy, proces ten jest nieodwracalny.

Istnieją jednak przypadki, gdy przy zachowaniu tego samego kierunku psychologicznej strzałki czasu entropia zarówno rośnie, jak i maleje w różnych systemach. Na przykład podczas zapisywania danych w pamięci komputera. Moduły pamięci w urządzeniu przechodzą ze stanu nieuporządkowanego do kolejności zapisu na dysku. W ten sposób entropia w komputerze jest zmniejszona. Jednak każdy fizyk powie, że z punktu widzenia wszechświata jako całości - rośnie, bo do zapisu na dysku potrzebna jest energia, a ta energia jest rozpraszana w postaci ciepła wytwarzanego przez maszynę. Istnieje więc mały „psychologiczny” opór wobec ustalonych praw fizyki. Trudno nam uznać, że to, co wydobywa się z szumem wentylatora, jest ważniejsze niż utrwalenie utworu lub innej wartości w pamięci. Co by było, gdyby ktoś napisał na swoim komputerze argument, który zrewolucjonizowałby współczesną fizykę, teorię zunifikowanej siły lub Teorię Wszystkiego? Trudno byłoby nam zaakceptować pogląd, że pomimo tego ogólny chaos we Wszechświecie wzrósł.

Już w 1967 roku pojawiło się równanie Wheelera-DeWitta, z którego wynikało, że czas jako taki nie istnieje. Była to próba matematycznego połączenia idei mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności, krok w stronę teorii grawitacji kwantowej, czyli tzw. Teoria Wszystkiego pożądana przez wszystkich naukowców. Dopiero w 1983 roku fizycy Don Page i William Wootters zaproponowali wyjaśnienie, że problem czasu można obejść, korzystając z koncepcji splątania kwantowego. Zgodnie z ich koncepcją można mierzyć jedynie właściwości już zdefiniowanego układu. Z matematycznego punktu widzenia propozycja ta oznaczała, że ​​zegary odizolowane od układu nie działały i uruchamiały się dopiero wtedy, gdy zostały splątane z określonym wszechświatem. Gdyby jednak ktoś spojrzał na nas z innego wszechświata, zobaczyłby nas jako obiekty statyczne i dopiero ich przybycie do nas spowodowałoby splątanie kwantowe i dosłownie dałoby nam odczuć upływ czasu.

Hipoteza ta stała się podstawą pracy naukowców z instytutu badawczego w Turynie we Włoszech. Fizyk Marco Genovese postanowił zbudować model uwzględniający specyfikę splątania kwantowego. Udało się odtworzyć efekt fizyczny wskazujący na słuszność tego rozumowania. Powstał model Wszechświata składający się z dwóch fotonów.

Jedna para była zorientowana - spolaryzowana pionowo, a druga poziomo. Ich stan kwantowy, a co za tym idzie ich polaryzacja, jest następnie wykrywany przez szereg detektorów. Okazuje się, że do momentu osiągnięcia obserwacji, która ostatecznie wyznacza układ odniesienia, fotony znajdują się w klasycznej superpozycji kwantowej, tj. były zorientowane zarówno w pionie, jak iw poziomie. Oznacza to, że obserwator czytający zegar określa splątanie kwantowe, które wpływa na wszechświat, którego staje się częścią. Taki obserwator jest wtedy w stanie dostrzec polaryzację kolejnych fotonów na podstawie prawdopodobieństwa kwantowego.

Koncepcja ta jest bardzo kusząca, ponieważ wyjaśnia wiele problemów, ale w naturalny sposób prowadzi do potrzeby posiadania „superobserwatora”, który byłby ponad wszelkimi determinizmami i kontrolował wszystko jako całość.

6. Wieloświat – Wizualizacja

To, co obserwujemy i co subiektywnie postrzegamy jako „czas”, tak naprawdę jest wytworem mierzalnych, globalnych zmian w otaczającym nas świecie. W miarę zagłębiania się w świat atomów, protonów i fotonów zdajemy sobie sprawę, że pojęcie czasu staje się coraz mniej istotne. Według naukowców zegar, który towarzyszy nam na co dzień, z fizycznego punktu widzenia nie odmierza jego upływu, ale pomaga nam uporządkować nasze życie. Dla osób przyzwyczajonych do Newtonowskiej koncepcji czasu uniwersalnego i wszechobejmującego, koncepcje te są szokiem. Ale nie tylko tradycjonaliści naukowi ich nie akceptują. Wybitny fizyk teoretyczny Lee Smolin, wymieniany już przez nas jako jeden z potencjalnych laureatów tegorocznej Nagrody Nobla, wierzy, że czas istnieje i jest całkiem realny. Dawno, dawno temu – podobnie jak wielu fizyków – twierdził, że czas jest subiektywną iluzją.

Teraz w swojej książce Reborn Time prezentuje zupełnie odmienne spojrzenie na fizykę i krytykuje popularną w środowisku naukowym teorię strun. Według niego wieloświat nie istnieje (6), ponieważ żyjemy w tym samym wszechświecie i w tym samym czasie. Uważa, że ​​czas jest najważniejszy i że nasze doświadczenie realności chwili obecnej nie jest iluzją, ale kluczem do zrozumienia fundamentalnej natury rzeczywistości.

Entropia zerowa

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) i Andreas Winter opisali swoje odkrycia z 2009 roku w czasopiśmie Physical Review E, z których wynika, że ​​obiekty osiągają równowagę, czyli stan równomiernego rozkładu energii, wchodząc w stany splątania kwantowego z ich otoczeniem. W 2012 roku Tony Short udowodnił, że splątanie zapewnia spokój w skończonym czasie. Kiedy obiekt wchodzi w interakcję z otoczeniem, na przykład gdy cząsteczki w filiżance kawy zderzają się z powietrzem, informacja o jego właściwościach wycieka i staje się rozproszona po całym otoczeniu. Utrata informacji powoduje stagnację kawy, mimo że czystość całego pomieszczenia stale się zmienia. Zdaniem Popescu jej stan z biegiem czasu przestaje się zmieniać.

7. Noah Linden, Sandu Popescu i Tony Short

W miarę zmiany czystości pomieszczenia kawa może nagle przestać mieszać się z powietrzem i wejść w swój własny, czysty stan. Jednak stany zmieszane ze środowiskiem są znacznie liczniejsze niż stany czyste dostępne kawie i dlatego prawie nigdy nie występują. To statystyczne nieprawdopodobieństwo sprawia wrażenie, że strzałka czasu jest nieodwracalna. Problem strzałki czasu jest zamazany przez mechanikę kwantową, co utrudnia określenie jej natury.

Cząstka elementarna nie ma precyzyjnych właściwości fizycznych i wyznacza się ją jedynie na podstawie prawdopodobieństwa przebywania w różnych stanach. Na przykład w dowolnym momencie cząstka może mieć 50% szans na obrót w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara i 50% szans na obrót w przeciwnym kierunku. Twierdzenie, poparte doświadczeniem fizyka Johna Bella, stwierdza, że ​​prawdziwy stan cząstki nie istnieje i pozostaje kierować się prawdopodobieństwem.

Niepewność kwantowa prowadzi wówczas do zamieszania. Kiedy dwie cząstki oddziałują, nie można ich nawet zdefiniować samodzielnie, niezależnie rozwijając prawdopodobieństwa zwane stanem czystym. Zamiast tego stają się splątanymi składnikami bardziej złożonego rozkładu prawdopodobieństwa, który obie cząstki opisują razem. Rozkład ten może na przykład decydować o tym, czy cząstki będą wirować w przeciwnym kierunku. Układ jako całość jest w stanie czystym, ale stan poszczególnych cząstek jest powiązany z inną cząstką.

Zatem obie mogłyby oddalić się od siebie o wiele lat świetlnych, a rotacja każdej z nich pozostałaby ze sobą skorelowana.

Nowa teoria strzałki czasu opisuje to jako utratę informacji w wyniku splątania kwantowego, które doprowadza filiżankę kawy do równowagi z otaczającym ją pomieszczeniem. Ostatecznie pomieszczenie osiąga równowagę ze środowiskiem zewnętrznym, które z kolei powoli zbliża się do równowagi z resztą wszechświata. Dawni naukowcy zajmujący się termodynamiką postrzegali ten proces jako stopniowe rozpraszanie energii, zwiększające entropię Wszechświata.

Fizycy uważają dziś, że informacja ulega coraz większemu rozproszeniu, ale nigdy nie znika całkowicie. Chociaż entropia rośnie lokalnie, uważają, że ogólna entropia wszechświata pozostaje stała i wynosi zero. Jednak jeden aspekt strzałki czasu pozostaje nierozwiązany. Naukowcy argumentują, że zdolność człowieka do zapamiętywania przeszłości, ale nie przyszłości, można również rozumieć jako tworzenie relacji między oddziałującymi cząsteczkami. Kiedy czytamy wiadomość na kartce papieru, mózg komunikuje się z nią za pomocą fotonów docierających do oczu.

Dopiero od tego momentu możemy sobie przypomnieć, co mówi nam to przesłanie. Popescu uważa, że ​​nowa teoria nie wyjaśnia, dlaczego początkowy stan Wszechświata był daleki od równowagi, dodając, że należy wyjaśnić naturę Wielkiego Wybuchu. Niektórzy badacze wyrazili wątpliwości co do tego nowego podejścia, ale rozwój tej koncepcji i nowy formalizm matematyczny pomaga obecnie w rozwiązywaniu teoretycznych problemów termodynamiki.

Dotrzyj do ziaren czasoprzestrzeni

Fizyka czarnych dziur zdaje się wskazywać, jak sugerują niektóre modele matematyczne, że nasz Wszechświat wcale nie jest trójwymiarowy. Wbrew temu, co podpowiadają nam zmysły, otaczająca nas rzeczywistość może być hologramem – projekcją odległej płaszczyzny, która w rzeczywistości jest dwuwymiarowa. Jeśli ten obraz Wszechświata jest prawdziwy, złudzenie trójwymiarowości czasoprzestrzeni może zostać rozwiane, gdy dostępne nam instrumenty badawcze staną się odpowiednio czułe. Craig Hogan, profesor fizyki w Fermilab, który spędził lata na badaniu podstawowej struktury Wszechświata, sugeruje, że ten poziom właśnie został osiągnięty.

8. Detektor fal grawitacyjnych GEO600

Jeśli wszechświat jest hologramem, być może właśnie osiągnęliśmy granicę rozdzielczości rzeczywistości. Niektórzy fizycy wysunęli intrygującą hipotezę, że czasoprzestrzeń, w której żyjemy, nie jest ostatecznie ciągła, ale podobnie jak obraz na fotografii cyfrowej jest na najbardziej podstawowym poziomie złożona z pewnych „ziarn” lub „pikseli”. Jeśli tak jest, nasza rzeczywistość musi mieć jakieś ostateczne „rozwiązanie”. Tak niektórzy badacze interpretowali „szum”, który pojawił się w wynikach detektora fal grawitacyjnych GEO600 (8).

Aby przetestować tę niezwykłą hipotezę, Craig Hogan, fizyk zajmujący się falami grawitacyjnymi, wraz ze swoim zespołem opracował najdokładniejszy na świecie interferometr, zwany holometrem Hogana, który ma za zadanie mierzyć najbardziej podstawową istotę czasoprzestrzeni w możliwie najdokładniejszy sposób. Eksperyment o kryptonimie Fermilab E-990 nie jest jednym z wielu innych. Celem tego badania jest wykazanie kwantowej natury samej przestrzeni i obecności tego, co naukowcy nazywają „szumem holograficznym”.

Holometr składa się z dwóch interferometrów umieszczonych obok siebie. Kierują jednokilowatowe wiązki lasera do urządzenia, które dzieli je na dwie prostopadłe wiązki o długości 40 metrów, które są odbijane i powracane do punktu rozszczepienia, powodując wahania jasności wiązek światła (9). Jeśli spowodują pewien ruch w urządzeniu dzielącym, będzie to dowód na wibrację samej przestrzeni.

9. Graficzne przedstawienie eksperymentu holograficznego

Największym wyzwaniem zespołu Hogana jest udowodnienie, że odkryte przez nich efekty nie są po prostu zakłóceniami spowodowanymi czynnikami spoza układu eksperymentalnego, ale wynikiem wibracji w czasoprzestrzeni. Dlatego zwierciadła zastosowane w interferometrze będą zsynchronizowane z częstotliwościami wszelkich najdrobniejszych dźwięków dochodzących z zewnątrz urządzenia, wychwytywanymi przez specjalne czujniki.

Antropiczny wszechświat

Aby świat i człowiek w nim istniał, prawa fizyki muszą mieć bardzo specyficzną postać, a stałe fizyczne muszą mieć precyzyjnie dobrane wartości… i są! Dlaczego?

Zacznijmy od tego, że we Wszechświecie istnieją cztery rodzaje interakcji: grawitacyjne (upadek, planety, galaktyki), elektromagnetyczne (atomy, cząstki, tarcie, elastyczność, światło), słabe jądrowe (źródło energii gwiazdowej) i silne jądrowe ( wiąże protony i neutrony w jądrach atomowych). Grawitacja jest 1039 razy słabsza niż elektromagnetyzm. Gdyby była trochę słabsza, gwiazdy byłyby lżejsze od Słońca, supernowe nie eksplodowałyby i nie powstałyby ciężkie pierwiastki. Gdyby była choćby odrobinę silniejsza, stworzenia większe od bakterii zostałyby zmiażdżone, a gwiazdy często zderzałyby się, niszcząc planety i zbyt szybko się spalając.

Gęstość Wszechświata jest bliska gęstości krytycznej, czyli poniżej której materia szybko uległaby rozproszeniu bez powstania galaktyk i gwiazd, a powyżej której Wszechświat przetrwałby zbyt krótko. Aby takie warunki zaszły, dokładność dopasowania parametrów Wielkiego Wybuchu musiała mieścić się w granicach ±10-60. Początkowe niejednorodności młodego Wszechświata były w skali 10-5. Gdyby były mniejsze, galaktyki nie powstałyby. Gdyby były większe, zamiast galaktyk utworzyłyby się ogromne czarne dziury.

Symetria cząstek i antycząstek we Wszechświecie zostaje złamana. A na każdy barion (proton, neutron) przypada 109 fotonów. Gdyby było ich więcej, galaktyki nie mogłyby powstać. Gdyby było ich mniej, nie byłoby gwiazd. Również liczba wymiarów, w których żyjemy, wydaje się „właściwa”. Złożone struktury nie mogą powstać w dwóch wymiarach. Przy więcej niż czterech (trzech wymiarach plus czas) istnienie stabilnych orbit planet i poziomów energii elektronów w atomach staje się problematyczne.

10. Człowiek jako centrum Wszechświata

Pojęcie zasady antropicznej wprowadził Brandon Carter w 1973 roku na konferencji w Krakowie poświęconej 500. rocznicy urodzin Kopernika. Najogólniej można to sformułować w ten sposób, że obserwowalny Wszechświat musi spełniać warunki jakie spełnia, aby był przez nas obserwowalny. Wciąż istnieją różne jego wersje. Słaba zasada antropiczna głosi, że możemy istnieć tylko we wszechświecie, który umożliwia nam istnienie. Gdyby wartości stałych były inne, nigdy byśmy tego nie widzieli, bo by nas tam nie było. Silna zasada antropiczna (wyjaśnienie intencjonalne) mówi, że wszechświat jest taki, że możemy istnieć (10).

Z punktu widzenia fizyki kwantowej dowolna liczba wszechświatów może powstać bez przyczyny. Znaleźliśmy się w specyficznym wszechświecie, który musiał spełnić szereg subtelnych warunków, aby człowiek mógł w nim żyć. Potem mówimy o świecie antropicznym. Wierzącemu wystarczy na przykład jeden antropiczny Wszechświat stworzony przez Boga. Materialistyczny światopogląd nie akceptuje tego i zakłada, że ​​istnieje wiele wszechświatów lub że obecny wszechświat jest jedynie etapem nieskończonej ewolucji wieloświata.

Autorem współczesnej wersji Wszechświata jako hipotezy symulacyjnej jest teoretyk Niklas Boström. Według niego rzeczywistość, którą postrzegamy, jest jedynie symulacją, której nie jesteśmy świadomi. Naukowiec zasugerował, że jeśli możliwe jest stworzenie wiarygodnej symulacji całej cywilizacji lub nawet całego wszechświata przy użyciu odpowiednio wydajnego komputera, a symulowani ludzie mogą doświadczyć świadomości, to jest bardzo prawdopodobne, że zaawansowane cywilizacje stworzyły po prostu dużą liczbę takich symulacji, a w jednej z nich żyjemy w czymś na kształt „Matrixa” (11).

Tutaj padły słowa „Bóg” i „Matrix”. Teraz dotarliśmy do kresu mówienia o nauce. Wielu, w tym naukowcy, uważa, że ​​to właśnie z powodu bezradności fizyki eksperymentalnej nauka zaczyna wkraczać w obszary zaprzeczające realizmowi, pachnące metafizyką i science fiction. Miejmy nadzieję, że fizyka przezwycięży swój empiryczny kryzys i znajdzie sposób, aby ponownie cieszyć się jako nauka sprawdzalna eksperymentalnie.