Mga limitasyon ng physics at pisikal na eksperimento

Isang daang taon na ang nakalilipas, ang sitwasyon sa pisika ay eksaktong kabaligtaran ng ngayon. Nasa kamay ng mga siyentipiko ang mga resulta ng napatunayang mga eksperimento na paulit-ulit na maraming beses, na, gayunpaman, kadalasan ay hindi maipaliwanag gamit ang mga umiiral na pisikal na teorya. Ang karanasan ay malinaw na nauna sa teorya. Kinailangan ng mga theorist na magtrabaho.

Sa kasalukuyan, ang balanse ay nakahilig sa mga theorist na ang mga modelo ay ibang-iba sa nakikita mula sa mga posibleng eksperimento tulad ng string theory. At tila parami nang parami ang hindi nalutas na mga problema sa pisika (1).

1. Ang pinakamahalagang modernong uso at problema sa pisika - visualization

Ang sikat na Polish physicist, prof. Sinabi ni Andrzej Staruszkiewicz sa debate na "Mga Limitasyon ng Kaalaman sa Physics" noong Hunyo 2010 sa Ignatianum Academy sa Krakow: “Ang larangan ng kaalaman ay lumago nang husto sa nakalipas na siglo, ngunit ang larangan ng kamangmangan ay lalong lumago. (…) Ang pagtuklas ng pangkalahatang relativity at quantum mechanics ay mga monumental na tagumpay ng pag-iisip ng tao, na maihahambing sa mga kay Newton, ngunit humahantong sila sa tanong ng relasyon sa pagitan ng dalawang istruktura, isang tanong na ang sukat ng pagiging kumplikado ay sadyang nakakagulat. Sa sitwasyong ito, natural na lumabas ang mga tanong: magagawa ba natin ito? Ang ating determinasyon at pagnanais na makarating sa ilalim ng katotohanan ay kaayon ng mga paghihirap na ating kinakaharap?”

Eksperimental na pagkapatas

Sa loob ng ilang buwan na ngayon, ang mundo ng pisika ay naging mas abala kaysa karaniwan na may mas maraming kontrobersya. Sa journal Nature, inilathala nina George Ellis at Joseph Silk ang isang artikulo bilang pagtatanggol sa integridad ng pisika, na pinupuna ang mga lalong handang ipagpaliban ang mga eksperimento upang subukan ang pinakabagong mga teoryang kosmolohikal hanggang sa isang walang tiyak na "bukas". Ang mga ito ay dapat na "sapat na kagandahan" at nagpapaliwanag na halaga. "Sinisira nito ang daan-daang taon nang siyentipikong tradisyon na ang siyentipikong kaalaman ay empirically proven na kaalaman," sabi ng mga siyentipiko. Ang mga katotohanan ay malinaw na nagpapakita ng "experimental impasse" sa modernong pisika.

Ang pinakabagong mga teorya tungkol sa kalikasan at istraktura ng mundo at ang Uniberso, bilang panuntunan, ay hindi mapapatunayan ng mga eksperimento na magagamit ng sangkatauhan.

Sa pamamagitan ng pagtuklas sa Higgs boson, "nakumpleto" ng mga siyentipiko ang Standard Model. Gayunpaman, ang mundo ng pisika ay malayo sa nasisiyahan. Alam namin ang tungkol sa lahat ng quark at lepton, ngunit wala kaming ideya kung paano ito ipagkasundo sa teorya ng grabidad ni Einstein. Hindi namin alam kung paano pagsamahin ang quantum mechanics sa gravity para lumikha ng hypothetical theory ng quantum gravity. Hindi rin natin alam kung ano ang Big Bang (o kung totoong nangyari ito!) Na (2).

Sa kasalukuyan, tawagin natin itong mga klasikal na pisiko, ang susunod na hakbang pagkatapos ng Pamantayang Modelo ay supersymmetry, na hinuhulaan na ang bawat elementarya na tipik na kilala natin ay may "kasosyo".

Dinodoble nito ang kabuuang bilang ng mga building blocks ng matter, ngunit ang teorya ay ganap na akma sa mga mathematical equation at, mahalaga, nag-aalok ng pagkakataong malutas ang misteryo ng cosmic dark matter. Nananatili lamang na maghintay para sa mga resulta ng mga eksperimento sa Large Hadron Collider, na magpapatunay sa pagkakaroon ng mga supersymmetric na particle.

Gayunpaman, wala pang ganitong pagtuklas ang narinig mula sa Geneva. Siyempre, simula pa lang ito ng bagong bersyon ng LHC, na may dobleng lakas ng epekto (pagkatapos ng kamakailang pagkumpuni at pag-upgrade). Sa loob ng ilang buwan, maaari silang kumukuha ng mga champagne corks bilang pagdiriwang ng supersymmetry. Gayunpaman, kung hindi ito nangyari, naniniwala ang maraming physicist na ang mga teoryang supersymmetric ay kailangang unti-unting bawiin, gayundin ang superstring, na batay sa supersymmetry. Dahil kung hindi kinukumpirma ng Large Collider ang mga teoryang ito, ano?

Gayunpaman, may ilang mga siyentipiko na hindi ganoon ang iniisip. Dahil ang teorya ng supersymmetry ay masyadong "maganda para magkamali."

Samakatuwid, nilalayon nilang muling suriin ang kanilang mga equation upang mapatunayan na ang masa ng mga supersymmetric na particle ay nasa labas lamang ng saklaw ng LHC. Napaka tama ng mga theorist. Ang kanilang mga modelo ay mahusay sa pagpapaliwanag ng mga phenomena na maaaring masukat at ma-verify sa eksperimentong paraan. Maaaring magtanong kung bakit dapat nating ibukod ang pag-unlad ng mga teoryang iyon na hindi natin (pa) alam sa empirikal. Ito ba ay isang makatwiran at siyentipikong diskarte?

sansinukob mula sa wala

Ang mga natural na agham, lalo na ang pisika, ay nakabatay sa naturalismo, iyon ay, sa paniniwala na maipaliwanag natin ang lahat gamit ang mga puwersa ng kalikasan. Ang gawain ng agham ay binabawasan sa pagsasaalang-alang sa ugnayan sa pagitan ng iba't ibang dami na naglalarawan ng mga phenomena o ilang mga istruktura na umiiral sa kalikasan. Ang pisika ay hindi humaharap sa mga problema na hindi mailarawan sa matematika, na hindi maaaring ulitin. Ito ay, bukod sa iba pang mga bagay, ang dahilan ng tagumpay nito. Ang mathematical na paglalarawan na ginamit upang magmodelo ng mga natural na phenomena ay napatunayang napakabisa. Ang mga nagawa ng natural na agham ay nagresulta sa kanilang mga pilosopikal na paglalahat. Ang mga direksyon tulad ng mechanistic philosophy o scientific materialism ay nilikha, na naglipat ng mga resulta ng natural sciences, na nakuha bago ang katapusan ng ika-XNUMX na siglo, sa larangan ng pilosopiya.

Tila malalaman natin ang buong mundo, na mayroong kumpletong determinismo sa kalikasan, dahil matutukoy natin kung paano kikilos ang mga planeta sa milyun-milyong taon, o kung paano sila gumalaw milyun-milyong taon na ang nakalilipas. Ang mga tagumpay na ito ay nagbunga ng pagmamalaki na nagpawalang-bisa sa isip ng tao. Sa isang tiyak na lawak, ang metodolohikal na naturalismo ay nagpapasigla sa pag-unlad ng natural na agham kahit ngayon. Gayunpaman, mayroong ilang mga cut-off point na tila nagpapahiwatig ng mga limitasyon ng naturalistic na pamamaraan.

Kung ang Uniberso ay limitado sa dami at bumangon "mula sa wala" (3), nang hindi lumalabag sa mga batas ng konserbasyon ng enerhiya, halimbawa, bilang isang pagbabagu-bago, kung gayon ay hindi dapat magkaroon ng mga pagbabago dito. Samantala, pinapanood namin sila. Sinusubukang lutasin ang problemang ito sa batayan ng quantum physics, dumating tayo sa konklusyon na ang isang may malay na tagamasid lamang ang nakakatugon sa posibilidad ng pagkakaroon ng naturang mundo. Kaya naman nagtataka tayo kung bakit ang partikular na tinitirhan natin ay nilikha mula sa maraming iba't ibang uniberso. Kaya't dumating tayo sa konklusyon na kapag ang isang tao ay lumitaw sa Earth, ang mundo - tulad ng naobserbahan natin - ay talagang "naging" ...

Paano nakakaapekto ang mga sukat sa mga kaganapang nangyari isang bilyong taon na ang nakakaraan?

4. Wheeler experiment - visualization

Ang isa sa mga modernong pisiko, si John Archibald Wheeler, ay nagmungkahi ng isang bersyon ng espasyo ng sikat na double slit experiment. Sa kanyang mental na disenyo, ang liwanag mula sa isang quasar, isang bilyong light years ang layo sa atin, ay naglalakbay sa magkabilang panig ng kalawakan (4). Kung hiwalay na pagmamasid ng mga tagamasid ang bawat isa sa mga landas na ito, makikita nila ang mga photon. Kung magkasabay, makikita nila ang alon. Kaya ang mismong pagkilos ng pagmamasid ay nagbabago sa kalikasan ng liwanag na umalis sa quasar isang bilyong taon na ang nakalilipas!

Para kay Wheeler, ang nasa itaas ay nagpapatunay na ang uniberso ay hindi maaaring umiral sa pisikal na kahulugan, kahit man lang sa kahulugan kung saan nakasanayan nating maunawaan ang "isang pisikal na estado." Hindi rin naman ito maaaring mangyari sa nakaraan, hanggang sa... nakapagsukat na kami. Kaya, ang ating kasalukuyang dimensyon ay nakakaimpluwensya sa nakaraan. Sa aming mga obserbasyon, pagtuklas at pagsukat, hinuhubog namin ang mga pangyayari sa nakaraan, malalim sa panahon, hanggang sa ... simula ng Uniberso!

Sinabi ni Neil Turk ng Perimeter Institute sa Waterloo, Canada, sa isyu ng Hulyo ng New Scientist na “hindi natin mauunawaan ang ating nahanap. Ang teorya ay nagiging mas kumplikado at sopistikado. Inilalagay namin ang aming sarili sa isang problema sa sunud-sunod na mga patlang, sukat at simetriko, kahit na may isang wrench, ngunit hindi namin maipaliwanag ang pinakasimpleng mga katotohanan." Maraming physicist ang halatang naiinis sa katotohanan na ang mga paglalakbay ng kaisipan ng mga modernong teorista, tulad ng mga pagsasaalang-alang sa itaas o teorya ng superstring, ay walang kinalaman sa mga eksperimento na kasalukuyang isinasagawa sa mga laboratoryo, at walang paraan upang subukan ang mga ito sa eksperimentong paraan.

Sa quantum world, kailangan mong magmukhang mas malawak

Tulad ng sinabi ng Nobel laureate na si Richard Feynman, walang sinuman ang talagang nakakaintindi sa quantum world. Hindi tulad ng magandang lumang mundo ng Newtonian, kung saan ang mga pakikipag-ugnayan ng dalawang katawan na may ilang mga masa ay kinakalkula ng mga equation, sa quantum mechanics mayroon tayong mga equation kung saan hindi sila gaanong sinusunod, ngunit resulta ng kakaibang pag-uugali na naobserbahan sa mga eksperimento. Ang mga bagay ng quantum physics ay hindi kailangang iugnay sa anumang bagay na "pisikal", at ang kanilang pag-uugali ay isang domain ng abstract na multi-dimensional na espasyo na tinatawag na Hilbert space.

May mga pagbabagong inilarawan ng Schrödinger equation, ngunit bakit hindi alam ang eksaktong dahilan. Maaari ba itong baguhin? Posible bang makakuha ng mga quantum law mula sa mga prinsipyo ng physics, dahil dose-dosenang mga batas at prinsipyo, halimbawa, tungkol sa paggalaw ng mga katawan sa kalawakan, ay nagmula sa mga prinsipyo ni Newton? Ang mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Pavia sa Italya na sina Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella at Paolo Perinotti ay nagtalo na kahit na ang mga quantum phenomena na malinaw na salungat sa sentido komun ay maaaring makita sa masusukat na mga eksperimento. Ang kailangan mo lang ay ang tamang pananaw - Marahil ang hindi pagkakaunawaan ng mga quantum effect ay dahil sa hindi sapat na malawak na pagtingin sa mga ito. Ayon sa mga nabanggit na siyentipiko sa New Scientist, ang makabuluhan at masusukat na mga eksperimento sa quantum mechanics ay dapat matugunan ang ilang kundisyon. Ito ay:

• sanhi - Ang mga kaganapan sa hinaharap ay hindi makakaimpluwensya sa mga nakaraang kaganapan;
• kakayahang makilala - nagsasaad na dapat tayong maghiwalay sa isa't isa bilang hiwalay;
• композиция - kung alam natin ang lahat ng mga yugto ng proseso, alam natin ang buong proseso;
• pag-compress – may mga paraan upang ilipat ang mahalagang impormasyon tungkol sa chip nang hindi kinakailangang ilipat ang buong chip;
• tomography – kung mayroon tayong sistema na binubuo ng maraming bahagi, ang mga istatistika ng mga sukat sa pamamagitan ng mga bahagi ay sapat upang ipakita ang estado ng buong sistema.

Nais ng mga Italyano na palawakin ang kanilang mga prinsipyo ng purification, mas malawak na pananaw, at paggawa ng mga makabuluhang eksperimento upang isama rin ang irreversibility ng thermodynamic phenomena at ang prinsipyo ng entropy growth, na hindi nakakabilib sa mga physicist. Marahil dito, masyadong, ang mga obserbasyon at mga sukat ay apektado ng mga artifact ng isang pananaw na masyadong makitid upang maunawaan ang buong sistema. "Ang pangunahing katotohanan ng quantum theory ay ang maingay, hindi maibabalik na mga pagbabago ay maaaring gawing baligtad sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang bagong layout sa paglalarawan," sabi ng siyentipikong Italyano na si Giulio Ciribella sa isang pakikipanayam sa New Scientist.

Sa kasamaang palad, sinasabi ng mga nag-aalinlangan, ang "paglilinis" ng mga eksperimento at isang mas malawak na pananaw ng pagsukat ay maaaring humantong sa isang hypothesis na maraming mundo kung saan posible ang anumang resulta at kung saan ang mga siyentipiko, na iniisip na sinusukat nila ang tamang kurso ng mga kaganapan, ay "pumili" lamang. isang tiyak na continuum sa pamamagitan ng pagsukat sa kanila.

5. Mga kamay ng oras sa anyo ng mga kamay ng orasan

Walang oras?

Ang konsepto ng tinatawag na Arrows of time (5) ay ipinakilala noong 1927 ng British astrophysicist na si Arthur Eddington. Ang arrow na ito ay nagpapahiwatig ng oras, na palaging dumadaloy sa isang direksyon, ibig sabihin, mula sa nakaraan hanggang sa hinaharap, at ang prosesong ito ay hindi maaaring baligtarin. Si Stephen Hawking, sa kanyang A Brief History of Time, ay sumulat na ang disorder ay tumataas sa paglipas ng panahon dahil sinusukat natin ang oras sa direksyon kung saan tumataas ang disorder. Nangangahulugan ito na mayroon tayong pagpipilian - maaari nating, halimbawa, unang pagmasdan ang mga piraso ng basag na salamin na nakakalat sa sahig, pagkatapos ay ang sandaling nahulog ang salamin sa sahig, pagkatapos ay ang baso sa hangin, at sa wakas ay nasa kamay ng ang taong may hawak nito. Walang pang-agham na tuntunin na ang "sikolohikal na arrow ng oras" ay dapat pumunta sa parehong direksyon tulad ng thermodynamic arrow, at ang entropy ng system ay tumataas. Gayunpaman, maraming mga siyentipiko ang naniniwala na ito ay nangyari dahil ang mga masiglang pagbabago ay nangyayari sa utak ng tao, katulad ng mga nakikita natin sa kalikasan. Ang utak ay may lakas upang kumilos, mag-obserba at mangatwiran, dahil ang "engine" ng tao ay nagsusunog ng gasolina-pagkain at, tulad ng sa isang panloob na makina ng pagkasunog, ang prosesong ito ay hindi maibabalik.

Gayunpaman, may mga kaso kung kailan, habang pinapanatili ang parehong direksyon ng sikolohikal na arrow ng oras, ang entropy ay parehong tumataas at bumababa sa iba't ibang mga sistema. Halimbawa, kapag nagse-save ng data sa memorya ng computer. Ang mga memory module sa makina ay napupunta mula sa unordered state hanggang sa disk write order. Kaya, ang entropy sa computer ay nabawasan. Gayunpaman, sasabihin ng sinumang physicist na mula sa punto ng view ng uniberso sa kabuuan - ito ay lumalaki, dahil nangangailangan ng enerhiya upang magsulat sa isang disk, at ang enerhiya na ito ay nawawala sa anyo ng init na nabuo ng isang makina. Kaya mayroong isang maliit na "sikolohikal" na pagtutol sa mga itinatag na batas ng pisika. Mahirap para sa amin na isaalang-alang na kung ano ang lumalabas sa ingay mula sa fan ay mas mahalaga kaysa sa pag-record ng isang gawa o iba pang halaga sa memorya. Paano kung may sumulat sa kanilang PC ng argumento na magpapabagsak sa modernong pisika, pinag-isang teorya ng puwersa, o ang Teorya ng Lahat? Mahirap para sa atin na tanggapin ang ideya na, sa kabila nito, ang pangkalahatang kaguluhan sa uniberso ay tumaas.

Noong 1967, lumitaw ang Wheeler-DeWitt equation, kung saan sinundan nito ang panahong iyon na hindi umiiral. Ito ay isang pagtatangka na mathematically pagsamahin ang mga ideya ng quantum mechanics at pangkalahatang relativity, isang hakbang patungo sa teorya ng quantum gravity, i.e. ang Teorya ng Lahat na ninanais ng lahat ng mga siyentipiko. Noong 1983 lamang nag-alok ang mga physicist na sina Don Page at William Wutters ng paliwanag na ang problema sa oras ay maaaring lampasan gamit ang konsepto ng quantum entanglement. Ayon sa kanilang konsepto, tanging ang mga katangian ng isang natukoy na sistema lamang ang maaaring masukat. Mula sa isang mathematical point of view, ang panukalang ito ay nangangahulugan na ang orasan ay hindi gumagana nang hiwalay sa system at magsisimula lamang kapag ito ay nakakabit sa isang tiyak na uniberso. Gayunpaman, kung ang isang tao ay tumingin sa amin mula sa ibang uniberso, makikita nila kami bilang mga static na bagay, at ang pagdating lamang nila sa amin ay magdudulot ng quantum entanglement at literal na magpaparamdam sa atin sa paglipas ng panahon.

Ang hypothesis na ito ang naging batayan ng gawain ng mga siyentipiko mula sa isang research institute sa Turin, Italy. Nagpasya ang physicist na si Marco Genovese na bumuo ng isang modelo na isinasaalang-alang ang mga detalye ng quantum entanglement. Posibleng muling likhain ang isang pisikal na epekto na nagpapahiwatig ng kawastuhan ng pangangatwiran na ito. Isang modelo ng Uniberso ang nalikha, na binubuo ng dalawang photon.

Ang isang pares ay nakatuon - patayo na polarized, at ang isa ay pahalang. Ang kanilang quantum state, at samakatuwid ang kanilang polariseysyon, ay makikita ng isang serye ng mga detector. Lumalabas na hanggang sa maabot ang obserbasyon na sa huli ay tumutukoy sa frame of reference, ang mga photon ay nasa isang classical na quantum superposition, i.e. sila ay nakatuon sa parehong patayo at pahalang. Nangangahulugan ito na tinutukoy ng nagmamasid na nagbabasa ng orasan ang quantum entanglement na nakakaapekto sa uniberso kung saan siya naging bahagi. Ang nasabing isang tagamasid ay magagawang maramdaman ang polariseysyon ng mga sunud-sunod na photon batay sa posibilidad ng dami.

Ang konseptong ito ay lubhang nakatutukso dahil nagpapaliwanag ito ng maraming problema, ngunit natural itong humahantong sa pangangailangan para sa isang "super-observer" na higit sa lahat ng mga determinismo at makokontrol ang lahat sa kabuuan.

6. Multiverse - Visualization

Kung ano ang ating namamasid at kung ano ang ating pinaniniwalaan bilang "oras" ay sa katunayan ay produkto ng masusukat na mga pandaigdigang pagbabago sa mundo sa paligid natin. Sa mas malalim na pag-aaral natin sa mundo ng mga atom, proton at photon, napagtanto natin na ang konsepto ng oras ay nagiging hindi gaanong mahalaga. Ayon sa mga siyentipiko, ang orasan na kasama natin araw-araw, mula sa pisikal na pananaw, ay hindi sinusukat ang pagpasa nito, ngunit tumutulong sa atin na ayusin ang ating buhay. Para sa mga nakasanayan sa Newtonian na mga konsepto ng unibersal at lahat-ng-lahat ng panahon, ang mga konseptong ito ay nakakagulat. Ngunit hindi lamang mga siyentipikong tradisyonalista ang hindi tumatanggap sa kanila. Ang kilalang theoretical physicist na si Lee Smolin, na binanggit namin dati bilang isa sa mga posibleng nanalo ng Nobel Prize ngayong taon, ay naniniwala na ang oras ay umiiral at ito ay tunay. Minsan - tulad ng maraming physicist - nagtalo siya na ang oras ay isang subjective na ilusyon.

Ngayon, sa kanyang aklat na Reborn Time, kumuha siya ng ganap na naiibang pananaw sa pisika at pinupuna ang tanyag na teorya ng string sa komunidad na pang-agham. Ayon sa kanya, ang multiverse ay hindi umiiral (6) dahil nakatira tayo sa parehong uniberso at sa parehong oras. Naniniwala siya na ang oras ay pinakamahalaga at ang ating karanasan sa katotohanan ng kasalukuyang sandali ay hindi isang ilusyon, ngunit ang susi sa pag-unawa sa pangunahing katangian ng katotohanan.

Entropy zero

Inilarawan nina Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) at Andreas Winter ang kanilang mga natuklasan noong 2009 sa journal Physical Review E, na nagpakita na ang mga bagay ay nakakamit ng equilibrium, ibig sabihin, isang estado ng pare-parehong pamamahagi ng enerhiya, sa pamamagitan ng pagpasok ng mga estado ng quantum entanglement sa kanilang paligid. Noong 2012, pinatunayan ni Tony Short na ang pagkakasalubong ay nagdudulot ng finite time equanimity. Kapag ang isang bagay ay nakikipag-ugnayan sa kapaligiran, tulad ng kapag ang mga particle sa isang tasa ng kape ay bumangga sa hangin, ang impormasyon tungkol sa kanilang mga katangian ay "tumagas" palabas at nagiging "blur" sa buong kapaligiran. Ang pagkawala ng impormasyon ay nagiging sanhi ng pag-stagnate ng estado ng kape, kahit na ang estado ng kalinisan ng buong silid ay patuloy na nagbabago. Ayon kay Popescu, ang kanyang kalagayan ay hindi na nagbabago sa paglipas ng panahon.

7. Noah Linden, Sandu Popescu at Tony Short

Habang nagbabago ang estado ng kalinisan ng silid, ang kape ay maaaring biglang tumigil sa paghahalo sa hangin at pumasok sa sarili nitong dalisay na estado. Gayunpaman, mas marami ang mga estado na inihalo sa kapaligiran kaysa sa mga purong estado na magagamit sa kape, at samakatuwid ay halos hindi nangyayari. Ang istatistikal na kawalan ng posibilidad na ito ay nagbibigay ng impresyon na ang arrow ng oras ay hindi na maibabalik. Ang problema ng arrow ng oras ay malabo ng quantum mechanics, na nagpapahirap sa pagtukoy ng kalikasan.

Ang elementary particle ay walang eksaktong pisikal na katangian at natutukoy lamang sa pamamagitan ng posibilidad na nasa iba't ibang estado. Halimbawa, sa anumang oras, ang isang butil ay maaaring magkaroon ng 50 porsiyentong pagkakataong umikot pakanan at 50 porsiyentong pagkakataong lumiko sa tapat na direksyon. Ang theorem, na pinalakas ng karanasan ng physicist na si John Bell, ay nagsasaad na ang tunay na estado ng particle ay hindi umiiral at na sila ay naiwan na magabayan ng probabilidad.

Pagkatapos ang kawalan ng katiyakan ng kabuuan ay humahantong sa pagkalito. Kapag nag-interact ang dalawang particle, hindi rin sila matukoy sa kanilang sarili, nakapag-iisa na nagkakaroon ng mga probabilidad na kilala bilang isang purong estado. Sa halip, nagiging gusot ang mga ito na bahagi ng isang mas kumplikadong pamamahagi ng probabilidad na inilalarawan ng parehong mga particle nang magkasama. Ang pamamahagi na ito ay maaaring magpasya, halimbawa, kung ang mga particle ay iikot sa tapat na direksyon. Ang sistema sa kabuuan ay nasa isang purong estado, ngunit ang estado ng mga indibidwal na particle ay nauugnay sa isa pang particle.

Kaya, parehong maaaring maglakbay ng maraming light-years na pagitan, at ang pag-ikot ng bawat isa ay mananatiling nakakaugnay sa isa pa.

Ang bagong teorya ng arrow ng oras ay naglalarawan nito bilang pagkawala ng impormasyon dahil sa quantum entanglement, na nagpapadala ng isang tasa ng kape sa balanse sa nakapalibot na silid. Sa kalaunan, ang silid ay umabot sa ekwilibriyo kasama ang kapaligiran nito, at ito naman, ay dahan-dahang lumalapit sa ekwilibriyo kasama ang natitirang bahagi ng sansinukob. Ang mga lumang siyentipiko na nag-aral ng thermodynamics ay tiningnan ang prosesong ito bilang isang unti-unting pagwawaldas ng enerhiya, na nagpapataas ng entropy ng uniberso.

Ngayon, naniniwala ang mga physicist na ang impormasyon ay nagiging mas nakakalat, ngunit hindi kailanman ganap na nawawala. Bagama't lokal na tumataas ang entropy, naniniwala sila na ang kabuuang entropy ng uniberso ay nananatiling pare-pareho sa zero. Gayunpaman, ang isang aspeto ng arrow ng oras ay nananatiling hindi nalutas. Nagtatalo ang mga siyentipiko na ang kakayahan ng isang tao na matandaan ang nakaraan, ngunit hindi ang hinaharap, ay maaari ding maunawaan bilang pagbuo ng mga relasyon sa pagitan ng mga partikulo na nakikipag-ugnayan. Kapag nagbabasa tayo ng mensahe sa isang piraso ng papel, ang utak ay nakikipag-ugnayan dito sa pamamagitan ng mga photon na umaabot sa mga mata.

Mula ngayon lamang natin maaalala kung ano ang sinasabi sa atin ng mensaheng ito. Naniniwala si Popescu na ang bagong teorya ay hindi nagpapaliwanag kung bakit ang unang estado ng uniberso ay malayo sa ekwilibriyo, idinagdag na ang kalikasan ng Big Bang ay dapat ipaliwanag. Ang ilang mga mananaliksik ay nagpahayag ng mga pagdududa tungkol sa bagong diskarte na ito, ngunit ang pagbuo ng konseptong ito at isang bagong mathematical formalism ay nakakatulong na ngayon upang malutas ang mga teoretikal na problema ng thermodynamics.

Abutin ang mga butil ng space-time

Tila ipinahihiwatig ng black hole physics, gaya ng iminumungkahi ng ilang mathematical models, na ang ating uniberso ay hindi three-dimensional. Sa kabila ng sinasabi sa atin ng ating mga pandama, ang katotohanan sa ating paligid ay maaaring isang hologram—isang projection ng isang malayong eroplano na talagang two-dimensional. Kung tama ang larawang ito ng uniberso, ang ilusyon ng three-dimensional na kalikasan ng space-time ay maaaring maalis sa sandaling maging sapat na sensitibo ang mga tool sa pagsasaliksik na magagamit natin. Si Craig Hogan, isang propesor ng physics sa Fermilab na gumugol ng mga taon sa pag-aaral ng pangunahing istraktura ng uniberso, ay nagmumungkahi na ang antas na ito ay naabot pa lamang.

8. GEO600 Gravitational Wave Detector

Kung ang uniberso ay isang hologram, marahil ay naabot na natin ang mga limitasyon ng resolusyon ng katotohanan. Ang ilang mga physicist ay nagsusulong ng nakakaintriga na hypothesis na ang space-time na tinitirhan natin ay hindi sa huli ay tuluy-tuloy, ngunit, tulad ng isang digital photograph, ay nasa pinakapangunahing antas nito na binubuo ng ilang mga "butil" o "mga pixel." Kung gayon, ang ating realidad ay dapat magkaroon ng ilang uri ng panghuling "resolution". Ito ay kung paano binibigyang kahulugan ng ilang mananaliksik ang "ingay" na lumitaw sa mga resulta ng GEO600 gravitational wave detector (8).

Upang subukan ang hindi pangkaraniwang hypothesis na ito, si Craig Hogan, isang gravitational wave physicist, siya at ang kanyang koponan ay bumuo ng pinakatumpak na interferometer sa mundo, na tinatawag na Hogan holometer, na idinisenyo upang sukatin ang pinakapangunahing kakanyahan ng space-time sa pinakatumpak na paraan. Ang eksperimento, na pinangalanang Fermilab E-990, ay hindi isa sa marami pang iba. Nilalayon nitong ipakita ang quantum nature ng space mismo at ang presensya ng tinatawag ng mga scientist na "holographic noise".

Ang holometer ay binubuo ng dalawang interferometer na magkatabi. Idinidirekta nila ang isang kilowatt laser beam sa isang device na naghahati sa kanila sa dalawang perpendicular beam na 40 metro ang haba, na makikita at ibinalik sa split point, na lumilikha ng mga pagbabago sa liwanag ng mga light beam (9). Kung nagdudulot sila ng isang tiyak na paggalaw sa aparato ng paghahati, kung gayon ito ay magiging katibayan ng panginginig ng boses ng espasyo mismo.

9. Graphic na representasyon ng holographic na eksperimento

Ang pinakamalaking hamon ng koponan ni Hogan ay patunayan na ang mga epektong natuklasan nila ay hindi lamang mga kaguluhang dulot ng mga salik sa labas ng eksperimentong pag-setup, ngunit ang resulta ng mga panginginig ng espasyo-oras. Samakatuwid, ang mga salamin na ginamit sa interferometer ay i-synchronize sa mga frequency ng lahat ng pinakamaliit na ingay na nagmumula sa labas ng device at kukunin ng mga espesyal na sensor.

Antropiko na uniberso

Upang ang mundo at ang tao ay umiral dito, ang mga batas ng pisika ay dapat magkaroon ng isang napaka-tiyak na anyo, at ang mga pisikal na pare-pareho ay dapat na may tiyak na napiling mga halaga ... at sila ay! Bakit?

Magsimula tayo sa katotohanan na mayroong apat na uri ng pakikipag-ugnayan sa Uniberso: gravitational (pagbagsak, planeta, kalawakan), electromagnetic (atom, particle, friction, elasticity, light), mahinang nuklear (pinagmulan ng stellar energy) at malakas na nuclear ( nagbubuklod sa mga proton at neutron sa atomic nuclei). Ang gravity ay 1039 beses na mas mahina kaysa sa electromagnetism. Kung ito ay medyo mahina, ang mga bituin ay magiging mas magaan kaysa sa Araw, ang mga supernova ay hindi sasabog, ang mga mabibigat na elemento ay hindi mabubuo. Kung ito ay mas malakas pa ng kaunti, ang mga nilalang na mas malaki kaysa sa bakterya ay madudurog, at ang mga bituin ay madalas na nagbabanggaan, sinisira ang mga planeta at sinusunog ang kanilang mga sarili nang napakabilis.

Ang density ng Uniberso ay malapit sa kritikal na density, iyon ay, sa ibaba kung saan ang bagay ay mabilis na mawawala nang walang pagbuo ng mga kalawakan o mga bituin, at sa itaas kung saan ang Uniberso ay nabuhay nang napakatagal. Para sa paglitaw ng mga naturang kundisyon, ang katumpakan ng pagtutugma ng mga parameter ng Big Bang ay dapat nasa loob ng ±10-60. Ang mga paunang inhomogeneities ng batang Uniberso ay nasa sukat na 10-5. Kung sila ay mas maliit, ang mga kalawakan ay hindi mabubuo. Kung sila ay mas malaki, malalaking black hole ang bubuo sa halip na mga kalawakan.

Nasira ang simetrya ng mga particle at antiparticle sa Uniberso. At para sa bawat baryon (proton, neutron) mayroong 109 photon. Kung marami pa, hindi mabubuo ang mga kalawakan. Kung mas kaunti sa kanila, walang mga bituin. Gayundin, ang bilang ng mga dimensyon na ating tinitirhan ay tila "tama". Ang mga kumplikadong istruktura ay hindi maaaring lumitaw sa dalawang dimensyon. Sa higit sa apat (tatlong dimensyon at oras), ang pagkakaroon ng mga matatag na planetary orbit at mga antas ng enerhiya ng mga electron sa mga atom ay nagiging problema.

10. Ang tao bilang sentro ng sansinukob

Ang konsepto ng anthropic na prinsipyo ay ipinakilala ni Brandon Carter noong 1973 sa isang kumperensya sa Krakow na nakatuon sa ika-500 anibersaryo ng kapanganakan ni Copernicus. Sa mga pangkalahatang tuntunin, maaari itong bumalangkas sa paraang ang nakikitang Uniberso ay dapat matugunan ang mga kundisyon na natutugunan nito upang maobserbahan natin. Hanggang ngayon, may iba't ibang bersyon nito. Ang mahinang anthropic na prinsipyo ay nagsasaad na maaari lamang tayong umiral sa isang uniberso na ginagawang posible ang ating pag-iral. Kung ang mga halaga ng mga constant ay naiiba, hindi natin ito makikita, dahil wala tayo doon. Ang malakas na prinsipyo ng antropiko (sinasadyang pagpapaliwanag) ay nagsasabi na ang uniberso ay tulad na maaari tayong umiral Na (10).

Mula sa punto ng view ng quantum physics, anumang bilang ng mga uniberso ay maaaring lumitaw nang walang dahilan. Napunta tayo sa isang partikular na uniberso, na kailangang tuparin ang ilang banayad na kondisyon para mabuhay ang isang tao dito. Pagkatapos ay pinag-uusapan natin ang anthropic na mundo. Para sa isang mananampalataya, halimbawa, sapat na ang isang anthropic universe na nilikha ng Diyos. Hindi ito tinatanggap ng materyalistikong pananaw sa mundo at ipinapalagay na maraming mga uniberso o ang kasalukuyang uniberso ay isang yugto lamang sa walang katapusang ebolusyon ng multiverse.

Ang may-akda ng modernong bersyon ng hypothesis ng uniberso bilang isang simulation ay ang theorist na si Niklas Boström. Ayon sa kanya, ang realidad na ating nakikita ay isang simulation lamang na hindi natin namamalayan. Iminungkahi ng siyentipiko na kung posible na lumikha ng isang maaasahang simulation ng isang buong sibilisasyon o kahit na ang buong sansinukob gamit ang isang sapat na makapangyarihang computer, at ang mga simulate na tao ay maaaring makaranas ng kamalayan, kung gayon ito ay malamang na ang mga advanced na sibilisasyon ay lumikha lamang ng isang malaking bilang. ng naturang mga simulation, at nakatira kami sa isa sa kanila sa isang bagay na katulad ng The Matrix (11).

Dito binibigkas ang mga salitang "Diyos" at "Matrix". Narito tayo sa limitasyon ng pag-uusap tungkol sa agham. Marami, kabilang ang mga siyentipiko, ang naniniwala na dahil mismo sa kawalan ng kakayahan ng eksperimental na pisika na nagsimulang pumasok ang agham sa mga lugar na salungat sa realismo, amoy ng metaphysics at science fiction. Ito ay nananatiling inaasahan na ang pisika ay magtagumpay sa kanyang empirikal na krisis at muli ay makakahanap ng isang paraan upang magalak bilang isang eksperimental na nabe-verify na agham.