Atbildes Uz Zinātnes Lielākajiem Izaicinājumiem: Cik Tālu Mēs Esam Nonākuši? - Alternatīvs Skats

Satura rādītājs:

Atbildes Uz Zinātnes Lielākajiem Izaicinājumiem: Cik Tālu Mēs Esam Nonākuši? - Alternatīvs Skats
Atbildes Uz Zinātnes Lielākajiem Izaicinājumiem: Cik Tālu Mēs Esam Nonākuši? - Alternatīvs Skats

Video: Atbildes Uz Zinātnes Lielākajiem Izaicinājumiem: Cik Tālu Mēs Esam Nonākuši? - Alternatīvs Skats

Video: Atbildes Uz Zinātnes Lielākajiem Izaicinājumiem: Cik Tālu Mēs Esam Nonākuši? - Alternatīvs Skats
Video: Vadim Makeev - Семантика для циников 2024, Marts
Anonim

Par paša Visuma dabu nav daudz zināms. Cilvēkiem raksturīgā zinātkāre, kas liek meklēt atbildes uz šiem jautājumiem, virza zinātni uz priekšu. Mēs jau esam uzkrājuši neticami daudz zināšanu, un mūsu divu vadošo teoriju panākumi - kvantu lauka teorija, kas apraksta standarta modeli, un vispārējā relativitāte, kas apraksta smagumu - parāda, cik tālu mēs esam nonākuši, lai izprastu pašu realitāti.

Daudzi cilvēki ir pesimistiski noskaņoti par mūsu pašreizējiem centieniem un nākotnes plāniem, lai atrisinātu lielos kosmiskos noslēpumus, kas mūs mūs satrauc. Mūsu labākās jaunās fizikas hipotēzes, ieskaitot supersimetriju, papildu dimensijas, tehnisko krāsu, stīgu teoriju un citas, līdz šim nav spējušas iegūt eksperimentālu apstiprinājumu. Bet tas nenozīmē, ka fizika ir krīzes stāvoklī. Tas nozīmē, ka viss ir tieši tā, kā tam vajadzētu būt: fizika stāsta patiesību par Visumu. Nākamie mūsu soļi parādīs, cik labi mēs klausījāmies.

Visuma lielākie noslēpumi

Pirms gadsimta lielākie jautājumi, kurus mēs varētu uzdot, ietvēra dažas ārkārtīgi svarīgas eksistenciālas mīklas, piemēram:

  • Kādas ir mazākās matērijas sastāvdaļas?
  • Vai mūsu teorijas par dabas spēkiem patiešām ir fundamentālas, vai ir nepieciešama dziļāka izpratne?
  • Cik liels ir Visums?
  • Vai mūsu Visums vienmēr ir pastāvējis, vai tas parādījās noteiktā brīdī pagātnē?
  • Kā mirdz zvaigznes?

Tajā laikā šie noslēpumi aizņēma lielāko cilvēku prātus. Daudzi pat neiedomājās, ka uz viņiem varētu atbildēt. Īpaši viņiem bija nepieciešami tik šķietami milzīgu resursu ieguldījumi, ka tika ieteikts mums vienkārši būt apmierinātiem ar tolaik zināmo un izmantot šīs zināšanas sabiedrības attīstībai.

Protams, mēs to nedarījām. Ieguldījums sabiedrībā ir ārkārtīgi svarīgs, taču tikpat svarīgi ir virzīt zināmo robežas. Pateicoties jauniem atklājumiem un pētījumu metodēm, mēs varējām saņemt šādas atbildes:

  • Atomus veido subatomiskas daļiņas, no kurām daudzas ir sadalītas vēl mazākās sastāvdaļās; tagad mēs zinām visu standarta modeli.
  • Mūsu klasiskās teorijas ir aizstājušas ar kvantu teorijām, apvienojot četrus pamata spēkus: spēcīgus kodolieroču, elektromagnētiskos, vājos kodolieroču un gravitācijas spēkus.
  • Novērojamā Visuma virzieni visos virzienos ir 46,1 miljards gaismas gadu; novērojamais Visums var būt daudz lielāks vai bezgalīgs.
  • Ir pagājuši 13,8 miljardi gadu kopš notikuma, kas pazīstams kā Lielais sprādziens, kurš dzemdēja mums zināmo Visumu. Pirms tam notika inflācijas laikmets uz nenoteiktu laiku.
  • Zvaigznes mirdz, pateicoties kodolsintēzes fizikai, pārvēršot enerģiju enerģijā pēc Einšteina formulas E = mc2.

Un tomēr, tas tikai padziļināja zinātniskos noslēpumus, kas mūs ieskauj. Ar visu to, ko mēs zinām par pamata daļiņām, mēs esam pārliecināti, ka Visumā ir jābūt daudzām citām lietām, kuras mums joprojām nav zināmas. Mēs nevaram izskaidrot acīmredzamo tumšās matērijas klātbūtni, mēs nesaprotam tumšo enerģiju, un mēs nezinām, kāpēc Visums paplašinās tieši tā un ne savādāk.

Reklāmas video:

Mēs nezinām, kāpēc daļiņas ir tik masīvas kā tās; kāpēc Visumu nomāc matērija, nevis antimateriāls; kāpēc neitrīnos ir masa. Mēs nezinām, vai protons ir stabils, vai tas kādreiz sabruks, vai gravitācija ir dabas kvantu spēks. Un, kaut arī mēs zinām, ka pirms inflācijas notika lielais sprādziens, mēs nezinām, vai pati inflācija sākās vai bija mūžīga.

Vai cilvēki var atrisināt šīs mīklas? Vai eksperimenti, ko varam veikt ar pašreizējām vai nākotnes tehnoloģijām, varētu atklāt šos pamatnoslēpumus?

Image
Image

Ir iespējams atbildēt uz pirmo jautājumu; mēs nezinām, kādus noslēpumus daba glabā, kamēr mēs to neredzam. Atbilde uz otro jautājumu ir nepārprotami jā. Pat ja katra teorija, ko mēs kādreiz esam izvirzījuši par to, kas pārsniedz zināmā robežas - standarta modeli un vispārējo relativitāti - ir 100% nepareiza, ir milzīgs informācijas daudzums, ko var iegūt, veicot eksperimentus, kurus plānojam sākt nākamreiz. paaudzes. Nebūvēt visas šīs instalācijas būtu milzīgi muļķīgi, pat ja tie apstiprina murgaino scenāriju, no kura daļiņu fiziķi baidījās daudzus gadus.

Dzirdot par daļiņu paātrinātāju, jūs droši vien iedomājaties visus šos jaunos atklājumus, kas mūs sagaida ar augstākām enerģijām. Jaunu daļiņu, jaunu spēku, jaunu mijiedarbību vai pat pilnīgi jaunu fizikas nozaru solījums ir tas, ko teorētiķiem patīk apmānīt, pat ja eksperiments pēc eksperimenta notiek nepareizi un šos solījumus netur.

Tam ir labs iemesls: lielākā daļa ideju, kas varētu rasties fizikā, jau ir izslēgti vai stipri ierobežoti ar datiem, kas mums jau ir. Ja vēlaties atklāt jaunu daļiņu, lauku, mijiedarbību vai parādību, jums nevajadzētu postulēt kaut ko tādu, kas nav savienojams ar to, ko mēs jau noteikti zinām. Protams, mēs varētu izdarīt pieņēmumus, kas vēlāk izrādīsies nepareizi, taču pašiem datiem ir jābūt saskaņā ar jebkuru jaunu teoriju.

Tāpēc fizikā vislielākās pūles tiek veltītas nevis jaunām teorijām vai jaunām idejām, bet eksperimentiem, kas ļaus mums pāriet ārpus tā, ko mēs jau esam izpētījuši. Protams, atrast Higsa bozonu varētu būt liela rosība, bet cik spēcīgi Higss ir saistīts ar Z bozonu? Kādi ir visi šie savienojumi starp šīm divām daļiņām un citām standarta modelī? Cik viegli ir tos izveidot? Pēc izveidošanas, vai būs savstarpēji samazinājumi, kas atšķirsies no standarta Higsa plus standarta Z bozona sabrukšanas?

Ir paņēmiens, ko var izmantot, lai to izmeklētu: radīt elektronu-pozitronu sadursmi ar precīzu Higsa un Z-boza masu. Dažu desmitu vai simtu notikumu vietā, kas rada Higsa un Z bozonus, kā to dara LHC, jūs varat izveidot tūkstošiem, simtiem tūkstošu vai pat miljonus no tiem.

Protams, plaša sabiedrība būs satraukti par jaunas daļiņas atrašanu nekā jebkas cits, taču ne katrs eksperiments ir paredzēts jaunu daļiņu radīšanai - un tam tam nav jābūt. Daži no tiem ir domāti, lai izpētītu mums jau zināmo lietu un sīki izpētītu tās īpašības. Lielais elektronu-pozitronu sadurējs, LHC priekštecis, nekad nav atradis nevienu jaunu pamata daļiņu. Tāpat kā DESY eksperiments, kurā elektroni sadūrās ar protoniem. Un tāpat notiek relativistiskais smago jonu sadursme.

Image
Image

Un tas bija gaidāms; šo trīs sadursmju mērķis bija atšķirīgs. Tas sastāvēja no matērijas izpētes, kas patiešām pastāv ar nepieredzētu precizitāti.

Neizskatās, ka šie eksperimenti tikai apstiprināja standarta modeli, lai gan viss, ko viņi atrada, bija saskaņā ar standarta modeli. Viņi izveidoja jaunas saliktas daļiņas un izmērīja saites starp tām. Tika atklātas sabrukšanas un sazarotās attiecības, kā arī smalkās atšķirības starp matēriju un antimatēriju. Dažas daļiņas izturējās savādāk nekā viņu spoguļa kolēģi. Likās, ka citi lauza laika maiņas simetriju. Tomēr tika konstatēts, ka citi sajaucas, radot saistītus stāvokļus, par kuriem mēs pat nezinājām.

Nākamā lielā zinātniskā eksperimenta mērķis nav vienkārši meklēt vienu lietu vai pārbaudīt vienu jaunu teoriju. Mums jāapkopo milzīgs komplekts, kas citādi nav pieejams, un jāļauj šiem datiem vadīt nozari.

Protams, mēs varam plānot un veidot eksperimentus vai observatorijas, pamatojoties uz to, ko mēs sagaidām. Bet labākā izvēle zinātnes nākotnei būs daudzfunkcionāla mašīna, kas var savākt lielu un daudzveidīgu datu daudzumu, kas nebūtu iespējams bez tik lielām investīcijām. Tas ir iemesls, kāpēc Habls ir guvis tik panākumus, kāpēc Fermilab un LHC ir pavirzījušas robežas tālāk nekā jebkad agrāk un kāpēc būs vajadzīgas turpmākas misijas, piemēram, Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, nākotnes 30 metru klases observatorijas vai nākamie sadursmju veicēji, ja mēs kādreiz atbildēsim uz fundamentālāko jautājumi no visiem.

Uzņēmējdarbībā ir vecs sakāmvārds, kas attiecas arī uz zinātni: “Ātrāk. Tas ir labāk. Lētāk. Izvēlieties divus. Pasaule virzās ātrāk nekā jebkad agrāk. Ja mēs sāksim taupīt un neieguldīsim “labākajos”, tas būs kā atteikšanās.

Iļja Khel