ფიზიკისა და ფიზიკური ექსპერიმენტის საზღვრები

ასი წლის წინ ფიზიკაში ზუსტად საპირისპირო სიტუაცია იყო დღევანდელი. მეცნიერთა ხელში იყო დადასტურებული ექსპერიმენტების შედეგები, რომლებიც არაერთხელ განმეორდა, რაც, თუმცა, ხშირად ვერ აიხსნებოდა არსებული ფიზიკური თეორიების გამოყენებით. გამოცდილება აშკარად წინ უძღოდა თეორიას. თეორეტიკოსებს მოუწიათ მუშაობა.

ამჟამად, ბალანსი იხრება თეორეტიკოსებისკენ, რომელთა მოდელები ძალიან განსხვავდება იმ შესაძლო ექსპერიმენტებისგან, როგორიცაა სიმების თეორია. და როგორც ჩანს, ფიზიკაში სულ უფრო მეტი გადაუჭრელი პრობლემაა (1).

1. ყველაზე მნიშვნელოვანი თანამედროვე ტენდენციები და პრობლემები ფიზიკაში - ვიზუალიზაცია

ცნობილი პოლონელი ფიზიკოსი, პროფ. ანდჟეი სტარუსკევიჩმა 2010 წლის ივნისში, კრაკოვში, იგნატიანუმის აკადემიაში დებატების დროს "ცოდნის საზღვრები ფიზიკაში" თქვა: „ცოდნის სფერო უზომოდ გაიზარდა გასულ საუკუნეში, მაგრამ უმეცრების სფერო კიდევ უფრო გაიზარდა. (...) ზოგადი ფარდობითობისა და კვანტური მექანიკის აღმოჩენა ადამიანური აზროვნების მონუმენტური მიღწევებია, რომლებიც შედარებულია ნიუტონის მიღწევებთან, მაგრამ ისინი მივყავართ ორ სტრუქტურას შორის ურთიერთობის საკითხამდე, კითხვა, რომლის სირთულის მასშტაბები უბრალოდ შოკისმომგვრელია. ამ სიტუაციაში ბუნებრივად ჩნდება კითხვები: შეგვიძლია ამის გაკეთება? იქნება თუ არა ჩვენი მონდომება და ნება, მივაღწიოთ სიმართლის სიღრმეს?“

ექსპერიმენტული ჩიხი

უკვე რამდენიმე თვეა, ფიზიკის სამყარო ჩვეულებრივზე მეტად დატვირთულია მეტი წინააღმდეგობით. ჟურნალ Nature-ში ჯორჯ ელისმა და ჯოზეფ სილკმა გამოაქვეყნეს სტატია ფიზიკის მთლიანობის დასაცავად, სადაც აკრიტიკებდნენ მათ, ვინც სულ უფრო მზად არის გადადოს ექსპერიმენტები უახლესი კოსმოლოგიური თეორიების გამოსაცდელად განუსაზღვრელი „ხვალისთვის“. ისინი უნდა გამოირჩეოდნენ „საკმარისი ელეგანტურობით“ და ახსნა-განმარტებით. „ეს არღვევს მრავალსაუკუნოვან სამეცნიერო ტრადიციას, რომ მეცნიერული ცოდნა ემპირიულად დადასტურებული ცოდნაა“, - ჭექა-ქუხილს მეცნიერები. ფაქტები ნათლად აჩვენებს თანამედროვე ფიზიკაში არსებულ „ექსპერიმენტულ ჩიხს“.

უახლესი თეორიები სამყაროსა და სამყაროს ბუნებისა და სტრუქტურის შესახებ, როგორც წესი, კაცობრიობისთვის ხელმისაწვდომი ექსპერიმენტებით ვერ დადასტურდება.

ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენით მეცნიერებმა „დაასრულეს“ სტანდარტული მოდელი. თუმცა, ფიზიკის სამყარო შორს არის კმაყოფილი. ჩვენ ვიცით ყველა კვარკისა და ლეპტონის შესახებ, მაგრამ წარმოდგენა არ გვაქვს, როგორ შევადაროთ ეს აინშტაინის გრავიტაციის თეორიას. ჩვენ არ ვიცით როგორ გავაერთიანოთ კვანტური მექანიკა გრავიტაციასთან, რათა შევქმნათ კვანტური გრავიტაციის ჰიპოთეტური თეორია. ჩვენ ასევე არ ვიცით რა არის დიდი აფეთქება (ან მოხდა თუ არა ეს სინამდვილეში!) (2).

ამჟამად, მოდით ვუწოდოთ მას კლასიკური ფიზიკოსები, შემდეგი ნაბიჯი სტანდარტული მოდელის შემდეგ არის სუპერსიმეტრია, რომელიც პროგნოზირებს, რომ ჩვენთვის ცნობილ ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს ჰყავს „პარტნიორი“.

ეს აორმაგებს მატერიის სამშენებლო ბლოკების მთლიან რაოდენობას, მაგრამ თეორია იდეალურად ჯდება მათემატიკურ განტოლებებში და, რაც მთავარია, იძლევა შანსს ამოხსნას კოსმოსური ბნელი მატერიის საიდუმლო. რჩება მხოლოდ დიდი ადრონული კოლაიდერის ექსპერიმენტების შედეგების მოლოდინი, რომელიც დაადასტურებს სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების არსებობას.

თუმცა ჟენევიდან მსგავსი აღმოჩენები ჯერ არ ისმის. რა თქმა უნდა, ეს მხოლოდ დასაწყისია LHC-ის ახალი ვერსიისა, ორჯერ მეტი ზემოქმედების ენერგიით (ბოლო შეკეთებისა და განახლების შემდეგ). რამდენიმე თვეში ისინი სუპერსიმეტრიის აღსანიშნავად შამპანურის საცობებს ისვრიან. თუმცა, ეს რომ არ მომხდარიყო, ბევრი ფიზიკოსი თვლის, რომ სუპერსიმეტრიული თეორიები თანდათან უნდა მოიხსნას, ისევე როგორც სუპერსიმეტრია, რომელიც დაფუძნებულია სუპერსიმეტრიაზე. რადგან თუ დიდი კოლაიდერი არ ადასტურებს ამ თეორიებს, მაშინ რა?

თუმცა, არიან მეცნიერები, რომლებიც ასე არ ფიქრობენ. იმიტომ რომ სუპერსიმეტრიის თეორია ზედმეტად „მშვენიერია იმისთვის, რომ მცდარი იყოს“.

ამიტომ, ისინი აპირებენ გადააფასონ თავიანთი განტოლებები, რათა დაამტკიცონ, რომ სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების მასები უბრალოდ LHC-ის დიაპაზონის მიღმაა. თეორეტიკოსები ძალიან მართლები არიან. მათი მოდელები კარგად ხსნიან ფენომენებს, რომელთა გაზომვა და შემოწმება შესაძლებელია ექსპერიმენტულად. ამიტომ შეიძლება ვინმემ იკითხოს, რატომ უნდა გამოვრიცხოთ იმ თეორიების განვითარება, რომლებიც ჩვენ (ჯერ) ემპირიულად არ ვიცით. არის ეს გონივრული და მეცნიერული მიდგომა?

სამყარო არაფრისგან

საბუნებისმეტყველო მეცნიერებები, განსაკუთრებით ფიზიკა, დაფუძნებულია ნატურალიზმზე, ანუ რწმენაზე, რომ ჩვენ შეგვიძლია ყველაფერი ავხსნათ ბუნების ძალების გამოყენებით. მეცნიერების ამოცანა მცირდება იმით, რომ განიხილოს ურთიერთობა სხვადასხვა სიდიდეებს შორის, რომლებიც აღწერს ფენომენებს ან ბუნებაში არსებულ ზოგიერთ სტრუქტურას. ფიზიკა არ ეხება პრობლემებს, რომელთა აღწერა შეუძლებელია მათემატიკურად, რომელთა განმეორებაც შეუძლებელია. ეს არის, სხვა საკითხებთან ერთად, მისი წარმატების მიზეზი. ბუნებრივი მოვლენების მოდელირებისთვის გამოყენებული მათემატიკური აღწერა ძალზე ეფექტური აღმოჩნდა. საბუნებისმეტყველო მეცნიერების მიღწევებმა გამოიწვია მათი ფილოსოფიური განზოგადება. შეიქმნა მიმართულებები, როგორიცაა მექანიკური ფილოსოფია ან სამეცნიერო მატერიალიზმი, რომლებმაც XNUMX საუკუნის ბოლომდე მოპოვებული საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების შედეგები გადაიტანეს ფილოსოფიის სფეროში.

ჩანდა, რომ ჩვენ შეგვეძლო ვიცოდეთ მთელი სამყარო, რომ ბუნებაში არის სრული დეტერმინიზმი, რადგან ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ, როგორ გადაადგილდებიან პლანეტები მილიონობით წლის შემდეგ, ან როგორ მოძრაობდნენ ისინი მილიონობით წლის წინ. ამ მიღწევებმა წარმოშვა სიამაყე, რომელიც აბსოლუტირებდა ადამიანის გონებას. მეთოდოლოგიური ნატურალიზმი გადამწყვეტი ზომით ასტიმულირებს საბუნებისმეტყველო მეცნიერების განვითარებას დღესაც. თუმცა, არსებობს რამდენიმე ათვლის წერტილი, რომელიც, როგორც ჩანს, მიუთითებს ნატურალისტური მეთოდოლოგიის შეზღუდვებზე.

თუ სამყარო შეზღუდულია მოცულობით და წარმოიშვა "არაფრისგან" (3), ენერგიის შენარჩუნების კანონების დარღვევის გარეშე, მაგალითად, როგორც რყევა, მაშინ მასში ცვლილებები არ უნდა მოხდეს. ამასობაში ჩვენ მათ ვაკვირდებით. კვანტური ფიზიკის საფუძველზე ამ პრობლემის გადაჭრას ვცდილობთ, მივდივართ დასკვნამდე, რომ მხოლოდ ცნობიერი დამკვირვებელი ახდენს ასეთი სამყაროს არსებობის შესაძლებლობას აქტუალიზებას. სწორედ ამიტომ გვაინტერესებს, რატომ შეიქმნა ის, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ, მრავალი განსხვავებული სამყაროსგან. ასე რომ, ჩვენ მივდივართ დასკვნამდე, რომ მხოლოდ მაშინ, როდესაც ადამიანი გამოჩნდა დედამიწაზე, სამყარო - როგორც ჩვენ ვაკვირდებით - ნამდვილად "გადაიქცა" ...

როგორ მოქმედებს გაზომვები მილიარდი წლის წინ მომხდარ მოვლენებზე?

4. უილერის ექსპერიმენტი - ვიზუალიზაცია

ერთ-ერთმა თანამედროვე ფიზიკოსმა ჯონ არჩიბალდ უილერმა შემოგვთავაზა ცნობილი ორმაგი ჭრილობის ექსპერიმენტის კოსმოსური ვერსია. მისი გონებრივი დიზაინის მიხედვით, კვაზარის სინათლე, რომელიც ჩვენგან მილიარდი სინათლის წლის მანძილზეა, მოძრაობს გალაქტიკის ორ საპირისპირო მხარეს (4). თუ დამკვირვებლები თითოეულ ამ ბილიკს ცალ-ცალკე დააკვირდებიან, ისინი ფოტონებს დაინახავენ. თუ ორივე ერთდროულად დაინახავს ტალღას. ასე რომ, თვით დაკვირვების აქტი ცვლის სინათლის ბუნებას, რომელმაც დატოვა კვაზარი მილიარდი წლის წინ!

უილერისთვის ზემოაღნიშნული ადასტურებს, რომ სამყარო არ შეიძლება იარსებოს ფიზიკური გაგებით, ყოველ შემთხვევაში იმ გაგებით, რომლითაც ჩვენ მიჩვეულები ვართ „ფიზიკური მდგომარეობის“ გაგებას. არც წარსულში შეიძლება მომხდარიყო, სანამ... არ გავზომავთ. ამრიგად, ჩვენი დღევანდელი განზომილება გავლენას ახდენს წარსულზე. ჩვენი დაკვირვებით, აღმოჩენებითა და გაზომვებით, ჩვენ ვაყალიბებთ წარსულის მოვლენებს, დროში ღრმად, სამყაროს დასაწყისამდე!

ნილ ტურკმა ვატერლოოში, კანადა, პერიმეტრის ინსტიტუტიდან, New Scientist-ის ივლისის ნომერში თქვა, რომ „ჩვენ ვერ გავიგეთ რას ვიპოვით. თეორია უფრო და უფრო რთული და დახვეწილი ხდება. ჩვენ თავს ვყრით პრობლემაში თანმიმდევრული ველებით, განზომილებებითა და სიმეტრიით, თუნდაც გასაღებით, მაგრამ უმარტივეს ფაქტებს ვერ ავხსნით“. ბევრ ფიზიკოსს აშკარად აღიზიანებს ის ფაქტი, რომ თანამედროვე თეორეტიკოსების გონებრივი მოგზაურობა, როგორიცაა ზემოაღნიშნული მოსაზრებები ან სუპერსიმების თეორია, არაფერ შუაშია ექსპერიმენტებთან, რომლებიც ამჟამად ტარდება ლაბორატორიებში და არ არსებობს მათი ექსპერიმენტული ტესტირების საშუალება.

კვანტურ სამყაროში უფრო ფართოდ უნდა გამოიყურებოდე

როგორც ერთხელ თქვა ნობელის პრემიის ლაურეატმა რიჩარდ ფეინმანმა, არავის ესმის კვანტური სამყარო. ძველი კარგი ნიუტონის სამყაროსგან განსხვავებით, რომელშიც ორი სხეულის ურთიერთქმედება გარკვეულ მასებთან გამოითვლება განტოლებებით, კვანტურ მექანიკაში გვაქვს განტოლებები, რომლებიდანაც ისინი არც თუ ისე ბევრი მოჰყვება, მაგრამ ექსპერიმენტებში დაფიქსირებული უცნაური ქცევის შედეგია. კვანტური ფიზიკის ობიექტები არ უნდა იყოს დაკავშირებული რაიმე „ფიზიკურთან“ და მათი ქცევა არის აბსტრაქტული მრავალგანზომილებიანი სივრცის სფერო, რომელსაც ჰილბერტის სივრცე ჰქვია.

არის ცვლილებები აღწერილი შროდინგერის განტოლებით, მაგრამ ზუსტად რატომ უცნობია. ამის შეცვლა შეიძლება? შესაძლებელია თუ არა კვანტური კანონების გამოყვანა ფიზიკის პრინციპებიდან, როგორც ათობით კანონი და პრინციპი, მაგალითად, სხეულების მოძრაობას გარე სივრცეში, ნიუტონის პრინციპებიდან მომდინარეობდა? იტალიის პავიის უნივერსიტეტის მეცნიერები ჯაკომო მაურო დ'არიანო, ჯულიო ცირიბელა და პაოლო პერინოტი ამტკიცებენ, რომ კვანტური ფენომენებიც კი, რომლებიც აშკარად ეწინააღმდეგება საღ აზრს, შეიძლება გამოვლინდეს გაზომვადი ექსპერიმენტებით. ყველაფერი რაც თქვენ გჭირდებათ არის სწორი პერსპექტივა - შესაძლოა, კვანტური ეფექტების გაუგებრობა გამოწვეულია მათზე ფართო ხედვის ნაკლებობით. New Scientist-ის ზემოხსენებული მეცნიერების აზრით, კვანტურ მექანიკაში მნიშვნელოვანი და გაზომვადი ექსპერიმენტები რამდენიმე პირობას უნდა აკმაყოფილებდეს. ეს:

• მიზეზობრივი - მომავალ მოვლენებს არ შეუძლია გავლენა მოახდინოს წარსულ მოვლენებზე;
• გამორჩეულობა - აცხადებს, რომ ჩვენ უნდა შევძლოთ ერთმანეთისგან განცალკევება;
• композиция - თუ ვიცით პროცესის ყველა ეტაპი, ვიცით მთელი პროცესი;
• შეკუმშვა – არსებობს ჩიპის შესახებ მნიშვნელოვანი ინფორმაციის გადაცემის გზები მთელი ჩიპის გადაცემის გარეშე;
• ტომოგრაფია – თუ გვაქვს მრავალი ნაწილისგან შემდგარი სისტემა, ნაწილების მიხედვით გაზომვების სტატისტიკა საკმარისია მთელი სისტემის მდგომარეობის გამოსავლენად.

იტალიელებს სურთ გააფართოვონ თავიანთი განწმენდის პრინციპები, უფრო ფართო პერსპექტივა და მნიშვნელოვანი ექსპერიმენტები, რათა ასევე მოიცავდეს თერმოდინამიკური ფენომენების შეუქცევადობას და ენტროპიის ზრდის პრინციპს, რაც არ ახდენს შთაბეჭდილებას ფიზიკოსებზე. შესაძლოა, აქაც დაკვირვებებსა და გაზომვებზე გავლენას ახდენს ისეთი პერსპექტივის არტეფაქტები, რომლებიც ძალიან ვიწროა მთელი სისტემის გასაგებად. „კვანტური თეორიის ფუნდამენტური ჭეშმარიტება ის არის, რომ ხმაურიანი, შეუქცევადი ცვლილებები შეიძლება იყოს შექცევადი აღწერილობის ახალი განლაგების დამატებით“, - ამბობს იტალიელი მეცნიერი ჯულიო ცირიბელა New Scientist-თან ინტერვიუში.

სამწუხაროდ, სკეპტიკოსები ამბობენ, რომ ექსპერიმენტების „განწმენდამ“ და უფრო ფართო გაზომვის პერსპექტივამ შეიძლება გამოიწვიოს მრავალი სამყაროს ჰიპოთეზა, რომლის დროსაც შესაძლებელია ნებისმიერი შედეგი და რომლის დროსაც მეცნიერები, რომლებიც ფიქრობენ, რომ მოვლენების სწორ მიმდინარეობას ზომავენ, უბრალოდ „არჩევენ“ გარკვეული კონტინუუმი მათი გაზომვით.

5. დროის მაჩვენებლები საათის მაჩვენებლების სახით

დრო არ არის?

ეგრეთ წოდებული დროის ისრების კონცეფცია (5) შემოიღო 1927 წელს ბრიტანელმა ასტროფიზიკოსმა არტურ ედინგტონმა. ეს ისარი მიუთითებს დროს, რომელიც ყოველთვის ერთი მიმართულებით მიედინება, ანუ წარსულიდან მომავლისკენ და ამ პროცესის უკან დაბრუნება შეუძლებელია. სტივენ ჰოკინგი თავის „დროის მოკლე ისტორიაში“ წერდა, რომ აშლილობა დროთა განმავლობაში იზრდება, რადგან ჩვენ ვზომავთ დროს იმ მიმართულებით, რომლითაც აშლილობა იზრდება. ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ გვაქვს არჩევანი - ჩვენ შეგვიძლია, მაგალითად, ჯერ დავაკვირდეთ იატაკზე მიმოფანტულ გატეხილი შუშის ნაჭრებს, შემდეგ მომენტს, როდესაც ჭიქა იატაკზე ეცემა, შემდეგ მინა ჰაერში და ბოლოს ხელში. ის, ვინც მას უჭირავს. არ არსებობს მეცნიერული წესი, რომ „დროის ფსიქოლოგიური ისარი“ იმავე მიმართულებით უნდა წავიდეს, როგორც თერმოდინამიკური ისარი და იზრდება სისტემის ენტროპია. თუმცა, ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ ეს ასეა, რადგან ადამიანის ტვინში ხდება ენერგეტიკული ცვლილებები, ისეთივე, როგორიც ბუნებაშია. ტვინს აქვს მოქმედების, დაკვირვებისა და მსჯელობის ენერგია, რადგან ადამიანის „ძრავა“ წვავს საწვავს-საჭმელს და, როგორც შიდა წვის ძრავში, ეს პროცესი შეუქცევადია.

თუმცა არის შემთხვევები, როცა დროის ფსიქოლოგიური ისრის ერთი და იგივე მიმართულების შენარჩუნებისას ენტროპია იზრდება და მცირდება სხვადასხვა სისტემაში. მაგალითად, კომპიუტერის მეხსიერებაში მონაცემების შენახვისას. მეხსიერების მოდულები მანქანაში გადადიან არამოწესრიგებული მდგომარეობიდან დისკზე ჩაწერის მიმდევრობამდე. ამრიგად, კომპიუტერში ენტროპია მცირდება. თუმცა, ნებისმიერი ფიზიკოსი იტყვის, რომ მთლიანი სამყაროს თვალსაზრისით - ის იზრდება, რადგან დისკზე ჩაწერას ენერგია სჭირდება და ეს ენერგია იშლება მანქანის მიერ წარმოქმნილი სითბოს სახით. ასე რომ, ფიზიკის დადგენილ კანონებთან არის მცირე „ფსიქოლოგიური“ წინააღმდეგობა. ჩვენთვის რთულია იმის გათვალისწინება, რომ ის, რაც გამოდის ვენტილატორის ხმაურით, უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე ნაწარმოების ან სხვა მნიშვნელობის ჩაწერა მეხსიერებაში. რა მოხდება, თუ ვინმე საკუთარ კომპიუტერზე დაწერს არგუმენტს, რომელიც დაარღვევს თანამედროვე ფიზიკას, ძალების ერთიან თეორიას ან ყველაფრის თეორიას? ჩვენთვის გაგვიჭირდება იმის მიღება, რომ, ამის მიუხედავად, სამყაროში ზოგადი აშლილობა გაიზარდა.

ჯერ კიდევ 1967 წელს გამოჩნდა Wheeler-DeWitt განტოლება, საიდანაც მოჰყვა, რომ დრო, როგორც ასეთი, არ არსებობს. ეს იყო კვანტური მექანიკის და ზოგადი ფარდობითობის იდეების მათემატიკურად გაერთიანების მცდელობა, ნაბიჯი კვანტური გრავიტაციის თეორიისაკენ, ე.ი. ყველაფრის თეორია, რომელიც ყველა მეცნიერს სურს. მხოლოდ 1983 წელს ფიზიკოსებმა დონ პეიჯმა და უილიამ უოტერსმა შესთავაზეს ახსნა, რომ დროის პრობლემის გვერდის ავლა შეიძლებოდა კვანტური ჩახლართულობის კონცეფციის გამოყენებით. მათი კონცეფციის მიხედვით, შესაძლებელია მხოლოდ უკვე განსაზღვრული სისტემის თვისებების გაზომვა. მათემატიკური თვალსაზრისით, ეს წინადადება ნიშნავდა, რომ საათი არ მუშაობს სისტემისგან იზოლირებულად და იწყება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ის ჩახლართულია გარკვეულ სამყაროსთან. თუმცა, თუ ვინმე სხვა სამყაროდან შეგვხედავს, ის დაგვინახავს, ​​როგორც სტატიკური ობიექტები და მხოლოდ მათი ჩვენამდე მოსვლა გამოიწვევს კვანტურ ჩახლართვას და ფაქტიურად გვაგრძნობინებს დროის მსვლელობას.

ეს ჰიპოთეზა დაედო საფუძვლად იტალიის ტურინის კვლევითი ინსტიტუტის მეცნიერთა მუშაობას. ფიზიკოსმა მარკო ჯენოვეზემ გადაწყვიტა შეექმნა მოდელი, რომელიც ითვალისწინებს კვანტური ჩახლართულობის სპეციფიკას. შესაძლებელი იყო ფიზიკური ეფექტის ხელახლა შექმნა, რომელიც მიუთითებს ამ მსჯელობის სისწორეზე. შეიქმნა სამყაროს მოდელი, რომელიც შედგება ორი ფოტონისაგან.

ერთი წყვილი იყო ორიენტირებული - ვერტიკალურად პოლარიზებული, ხოლო მეორე ჰორიზონტალურად. მათი კვანტური მდგომარეობა და, შესაბამისად, მათი პოლარიზაცია, შემდეგ გამოვლინდება დეტექტორების სერიით. გამოდის, რომ სანამ დაკვირვება, რომელიც საბოლოოდ განსაზღვრავს საცნობარო ჩარჩოს, არ მივაღწევთ, ფოტონები კლასიკურ კვანტურ სუპერპოზიციაში არიან, ე.ი. ისინი ორიენტირებული იყვნენ როგორც ვერტიკალურად, ასევე ჰორიზონტალურად. ეს ნიშნავს, რომ დამკვირვებელი, რომელიც კითხულობს საათს, განსაზღვრავს კვანტურ ჩახლართვას, რომელიც გავლენას ახდენს სამყაროზე, რომლის ნაწილიც ის ხდება. ასეთ დამკვირვებელს შეუძლია აღიქვას თანმიმდევრული ფოტონების პოლარიზაცია კვანტური ალბათობის საფუძველზე.

ეს კონცეფცია ძალიან მაცდურია, რადგან ბევრ პრობლემას ხსნის, მაგრამ ბუნებრივად იწვევს „სუპერ დამკვირვებლის“ მოთხოვნილებას, რომელიც ყველა დეტერმინიზმზე მაღლა იქნებოდა და ყველაფერს მთლიანობაში გააკონტროლებდა.

6. მულტივერსია - ვიზუალიზაცია

რასაც ჩვენ ვაკვირდებით და რასაც სუბიექტურად აღვიქვამთ, როგორც „დროს“, სინამდვილეში არის ჩვენს ირგვლივ სამყაროში გაზომვადი გლობალური ცვლილებების პროდუქტი. რაც უფრო ღრმად ჩავუღრმავდებით ატომების, პროტონებისა და ფოტონების სამყაროს, ვაცნობიერებთ, რომ დროის კონცეფცია სულ უფრო და უფრო ნაკლებად მნიშვნელოვანი ხდება. მეცნიერთა აზრით, საათი, რომელიც ყოველდღიურად გვახლავს, ფიზიკური თვალსაზრისით, არ ზომავს მის გავლას, არამედ გვეხმარება ჩვენი ცხოვრების ორგანიზებაში. მათთვის, ვინც მიჩვეულია უნივერსალური და ყოვლისმომცველი დროის ნიუტონის ცნებებს, ეს ცნებები შოკისმომგვრელია. მაგრამ არა მხოლოდ მეცნიერი ტრადიციონალისტები არ იღებენ მათ. გამოჩენილი თეორიული ფიზიკოსი ლი სმოლინი, რომელიც ადრე ჩვენ მიერ იყო ნახსენები, როგორც წლევანდელი ნობელის პრემიის ერთ-ერთი შესაძლო გამარჯვებული, თვლის, რომ დრო არსებობს და საკმაოდ რეალურია. ერთხელ - როგორც ბევრი ფიზიკოსი - ის ამტკიცებდა, რომ დრო სუბიექტური ილუზიაა.

ახლა, თავის წიგნში Reborn Time, ის სრულიად განსხვავებულ ხედვას უყურებს ფიზიკას და აკრიტიკებს სიმების პოპულარულ თეორიას სამეცნიერო საზოგადოებაში. მისი თქმით, მულტი სამყარო არ არსებობს (6), რადგან ჩვენ ვცხოვრობთ ერთ სამყაროში და ამავე დროს. მას მიაჩნია, რომ დროს უდიდესი მნიშვნელობა აქვს და რომ ჩვენი გამოცდილება დღევანდელი მომენტის რეალობის შესახებ არ არის ილუზია, არამედ რეალობის ფუნდამენტური ბუნების გაგების გასაღები.

ენტროპია ნულოვანი

სანდუ პოპესკუმ, ტონი შორტმა, ნოა ლინდენმა (7) და ანდრეას ვინტერმა აღწერეს თავიანთი დასკვნები 2009 წელს ჟურნალში Physical Review E, რომელიც აჩვენა, რომ ობიექტები წონასწორობას, ანუ ენერგიის ერთგვაროვან განაწილების მდგომარეობას აღწევენ კვანტური ჩახლართული მდგომარეობებით მათთან შეყვანით. შემოგარენი. 2012 წელს ტონი შორტმა დაამტკიცა, რომ ჩახლართულობა იწვევს სასრულ დროის სიმშვიდეს. როდესაც ობიექტი ურთიერთქმედებს გარემოსთან, მაგალითად, როდესაც ფინჯანი ყავის ნაწილაკები ჰაერს ეჯახება, ინფორმაცია მათი თვისებების შესახებ „გაჟონავს“ გარედან და „ბუნდოვანი“ ხდება მთელ გარემოში. ინფორმაციის დაკარგვა იწვევს ყავის მდგომარეობის სტაგნაციას, მიუხედავად იმისა, რომ მთელი ოთახის სისუფთავის მდგომარეობა კვლავ იცვლება. პოპესკუს თქმით, მისი მდგომარეობა დროთა განმავლობაში წყვეტს ცვლილებას.

7. ნოა ლინდენი, სანდუ პოპესკუ და ტონი შორტი

ოთახის სისუფთავის ცვლილებით, ყავამ შეიძლება მოულოდნელად შეწყვიტოს ჰაერთან შერევა და შევიდეს თავის სუფთა მდგომარეობაში. თუმცა, გაცილებით მეტი მდგომარეობაა გარემოსთან შერეული, ვიდრე სუფთა მდგომარეობებია ხელმისაწვდომი ყავისთვის და, შესაბამისად, თითქმის არასოდეს ხდება. ეს სტატისტიკური წარმოუდგენლობა ქმნის შთაბეჭდილებას, რომ დროის ისარი შეუქცევადია. დროის ისრის პრობლემა ბუნდოვანია კვანტური მექანიკით, რაც ართულებს ბუნების დადგენას.

ელემენტარულ ნაწილაკს არ გააჩნია ზუსტი ფიზიკური თვისებები და განისაზღვრება მხოლოდ სხვადასხვა მდგომარეობაში ყოფნის ალბათობით. მაგალითად, ნებისმიერ დროს, ნაწილაკს შეიძლება ჰქონდეს 50 პროცენტიანი შანსი საათის ისრის მიმართულებით და 50 პროცენტი საპირისპირო მიმართულებით. თეორემა, რომელიც განმტკიცებულია ფიზიკოს ჯონ ბელის გამოცდილებით, აცხადებს, რომ ნაწილაკების ნამდვილი მდგომარეობა არ არსებობს და რომ ისინი რჩებიან ალბათობით.

შემდეგ კვანტური გაურკვევლობა იწვევს დაბნეულობას. როდესაც ორი ნაწილაკი ურთიერთქმედებს, მათი დამოუკიდებლად განსაზღვრაც კი შეუძლებელია, დამოუკიდებლად ვითარდება ალბათობა, რომელიც ცნობილია როგორც სუფთა მდგომარეობა. სამაგიეროდ, ისინი გახდებიან უფრო რთული ალბათობის განაწილების ჩახლართული კომპონენტები, რომელსაც ორივე ნაწილაკი ერთად აღწერს. ამ განაწილებას შეუძლია გადაწყვიტოს, მაგალითად, ბრუნავს თუ არა ნაწილაკები საპირისპირო მიმართულებით. სისტემა მთლიანად სუფთა მდგომარეობაშია, მაგრამ ცალკეული ნაწილაკების მდგომარეობა დაკავშირებულია სხვა ნაწილაკთან.

ამრიგად, ორივეს შეუძლია ერთმანეთისგან მრავალი სინათლის წლის მანძილზე იმოგზაუროს და თითოეულის ბრუნვა მეორის კორელაციაში დარჩება.

დროის ისრის ახალი თეორია აღწერს ამას, როგორც ინფორმაციის დაკარგვას კვანტური ჩახლართულობის გამო, რაც ყავის ფინჯანს ბალანსში უგზავნის მიმდებარე ოთახს. საბოლოოდ, ოთახი აღწევს წონასწორობას თავის გარემოსთან და ის, თავის მხრივ, ნელ-ნელა უახლოვდება წონასწორობას დანარჩენ სამყაროსთან. ძველი მეცნიერები, რომლებიც სწავლობდნენ თერმოდინამიკას, განიხილავდნენ ამ პროცესს, როგორც ენერგიის თანდათანობით გაფანტვას, რაც ზრდის სამყაროს ენტროპიას.

დღეს ფიზიკოსები თვლიან, რომ ინფორმაცია სულ უფრო და უფრო იფანტება, მაგრამ ბოლომდე არასოდეს ქრება. მიუხედავად იმისა, რომ ენტროპია ადგილობრივად იზრდება, მათ მიაჩნიათ, რომ სამყაროს მთლიანი ენტროპია ნულზე მუდმივი რჩება. თუმცა დროის ისრის ერთი ასპექტი გადაუჭრელი რჩება. მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ ადამიანის უნარი გაიხსენოს წარსული, მაგრამ არა მომავალი, ასევე შეიძლება გავიგოთ, როგორც ურთიერთდამოკიდებულების ფორმირება ნაწილაკებს შორის. როდესაც ჩვენ ვკითხულობთ შეტყობინებას ფურცელზე, ტვინი ურთიერთობს მასთან თვალებში მოხვედრილი ფოტონების მეშვეობით.

მხოლოდ ამიერიდან შეგვიძლია გავიხსენოთ რას გვეუბნება ეს შეტყობინება. პოპესკუს მიაჩნია, რომ ახალი თეორია არ ხსნის, რატომ იყო სამყაროს საწყისი მდგომარეობა წონასწორობისგან შორს და დასძენს, რომ დიდი აფეთქების ბუნება უნდა აიხსნას. ზოგიერთმა მკვლევარმა გამოთქვა ეჭვი ამ ახალი მიდგომის შესახებ, მაგრამ ამ კონცეფციის შემუშავება და ახალი მათემატიკური ფორმალიზმი ახლა ეხმარება თერმოდინამიკის თეორიული ამოცანების გადაჭრას.

მიაღწიეთ სივრცე-დროის მარცვლებს

როგორც ჩანს, შავი ხვრელის ფიზიკა მიუთითებს, როგორც ზოგიერთი მათემატიკური მოდელი გვთავაზობს, რომ ჩვენი სამყარო საერთოდ არ არის სამგანზომილებიანი. მიუხედავად იმისა, რასაც ჩვენი გრძნობები გვეუბნებიან, რეალობა ჩვენს ირგვლივ შეიძლება იყოს ჰოლოგრამა - შორეული სიბრტყის პროექცია, რომელიც რეალურად ორგანზომილებიანია. თუ სამყაროს ეს სურათი სწორია, სივრცე-დროის სამგანზომილებიანი ბუნების ილუზია შეიძლება გაქრეს, როგორც კი ჩვენს ხელთ არსებული კვლევის ინსტრუმენტები ადეკვატურად მგრძნობიარე გახდება. კრეიგ ჰოგანი, ფერმილაბის ფიზიკის პროფესორი, რომელიც წლების განმავლობაში სწავლობდა სამყაროს ფუნდამენტურ სტრუქტურას, ვარაუდობს, რომ ამ დონეს ახლახან მიაღწიეს.

8. GEO600 გრავიტაციული ტალღების დეტექტორი

თუ სამყარო ჰოლოგრამაა, მაშინ შესაძლოა ჩვენ ახლახან მივაღწიეთ რეალობის გარჩევადობის საზღვრებს. ზოგიერთი ფიზიკოსი გამოთქვამს დამაინტრიგებელ ჰიპოთეზას, რომ სივრცე-დრო, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ, საბოლოოდ არ არის უწყვეტი, მაგრამ, ციფრული ფოტოსურათის მსგავსად, მის ყველაზე საბაზისო დონეზე შედგება გარკვეული „მარცვლებისგან“ ან „პიქსელებისგან“. თუ ასეა, ჩვენს რეალობას უნდა ჰქონდეს რაღაც საბოლოო „გადაწყვეტა“. ასე განმარტა ზოგიერთმა მკვლევარმა "ხმაური", რომელიც გამოჩნდა GEO600 გრავიტაციული ტალღის დეტექტორის შედეგებში (8).

ამ არაჩვეულებრივი ჰიპოთეზის შესამოწმებლად, გრავიტაციული ტალღების ფიზიკოსმა კრეიგ ჰოგანმა და მისმა გუნდმა შეიმუშავეს მსოფლიოში ყველაზე ზუსტი ინტერფერომეტრი, სახელად ჰოგანის ჰოლომეტრი, რომელიც შექმნილია სივრცე-დროის ყველაზე ძირითადი არსის გასაზომად. ექსპერიმენტი, სახელწოდებით Fermilab E-990, არ არის ერთ-ერთი სხვა მრავალთაგანი. ეს მიზნად ისახავს თავად კოსმოსის კვანტური ბუნების დემონსტრირებას და იმ არსებობის არსებობას, რასაც მეცნიერები უწოდებენ "ჰოლოგრაფიულ ხმაურს".

ჰოლომეტრი შედგება ორი ინტერფერომეტრისაგან, რომლებიც ერთმანეთის გვერდით არის განთავსებული. ისინი მიმართავენ ერთ კილოვატ ლაზერის სხივს მოწყობილობაზე, რომელიც ყოფს მათ ორ პერპენდიკულარულ სხივად 40 მეტრის სიგრძით, რომლებიც აირეკლება და ბრუნდება გაყოფის წერტილში, რაც ქმნის სინათლის სხივების სიკაშკაშეს რყევებს (9). თუ ისინი იწვევენ გარკვეულ მოძრაობას გაყოფის მოწყობილობაში, მაშინ ეს იქნება თვით სივრცის ვიბრაციის მტკიცებულება.

9. ჰოლოგრაფიული ექსპერიმენტის გრაფიკული წარმოდგენა

ჰოგანის გუნდის ყველაზე დიდი გამოწვევაა დაამტკიცოს, რომ მათ მიერ აღმოჩენილი ეფექტები არ არის მხოლოდ ექსპერიმენტული წყობის მიღმა ფაქტორებით გამოწვეული, არამედ სივრცე-დროის ვიბრაციების შედეგი. ამრიგად, ინტერფერომეტრში გამოყენებული სარკეები იქნება სინქრონიზებული ყველა უმცირესი ხმაურის სიხშირეებთან, რომლებიც მოდის მოწყობილობის გარედან და აირჩევიან სპეციალური სენსორებით.

ანთროპული სამყარო

იმისათვის, რომ სამყარო და ადამიანი არსებობდეს მასში, ფიზიკის კანონებს უნდა ჰქონდეს ძალიან სპეციფიკური ფორმა, ხოლო ფიზიკურ მუდმივებს უნდა ჰქონდეთ ზუსტად შერჩეული მნიშვნელობები ... და ისინიც არიან! რატომ?

დავიწყოთ იმით, რომ სამყაროში არსებობს ოთხი სახის ურთიერთქმედება: გრავიტაციული (დაცემა, პლანეტები, გალაქტიკები), ელექტრომაგნიტური (ატომები, ნაწილაკები, ხახუნი, ელასტიურობა, სინათლე), სუსტი ბირთვული (ვარსკვლავური ენერგიის წყარო) და ძლიერი ბირთვული ( აკავშირებს პროტონებსა და ნეიტრონებს ატომის ბირთვებში). გრავიტაცია ელექტრომაგნიზმზე 1039-ჯერ სუსტია. ცოტა სუსტი რომ ყოფილიყო, ვარსკვლავები მზეზე მსუბუქი იქნებოდნენ, სუპერნოვა არ აფეთქდებოდა, მძიმე ელემენტები არ წარმოიქმნებოდა. ცოტა უფრო ძლიერიც რომ ყოფილიყო, ბაქტერიებზე დიდი არსებები დაიმსხვრევდნენ და ვარსკვლავები ხშირად შეეჯახებოდნენ, ანადგურებდნენ პლანეტებს და ძალიან სწრაფად იწვებოდნენ თავს.

სამყაროს სიმკვრივე უახლოვდება კრიტიკულ სიმკვრივეს, ანუ, რომლის ქვემოთაც მატერია სწრაფად გაიფანტება გალაქტიკების ან ვარსკვლავების წარმოქმნის გარეშე, და რომელზედაც სამყარო ძალიან დიდხანს იცხოვრებდა. ასეთი პირობების წარმოქმნისთვის დიდი აფეთქების პარამეტრების შესატყვისობის სიზუსტე უნდა ყოფილიყო ±10-60 ფარგლებში. ახალგაზრდა სამყაროს საწყისი არაჰომოგენურობა იყო 10-5 მასშტაბით. უფრო პატარა რომ ყოფილიყვნენ, გალაქტიკები არ წარმოიქმნებოდა. უფრო დიდი რომ ყოფილიყვნენ, გალაქტიკების ნაცვლად უზარმაზარი შავი ხვრელები წარმოიქმნებოდა.

სამყაროში ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების სიმეტრია დარღვეულია. ხოლო ყოველ ბარიონზე (პროტონზე, ნეიტრონიზე) არის 109 ფოტონი. მეტი რომ ყოფილიყო, გალაქტიკები ვერ ჩამოყალიბდებოდა. თუ ისინი ნაკლები იქნებოდა, ვარსკვლავები არ იქნებოდა. ასევე, განზომილებების რაოდენობა, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ, როგორც ჩანს, "სწორია". რთული სტრუქტურები არ შეიძლება წარმოიქმნას ორ განზომილებაში. ოთხზე მეტი (სამი განზომილება პლუს დრო), სტაბილური პლანეტარული ორბიტების არსებობა და ელექტრონების ენერგეტიკული დონეები ატომებში პრობლემატური ხდება.

10. ადამიანი, როგორც სამყაროს ცენტრი

ანთროპული პრინციპის კონცეფცია შემოიღო ბრენდონ კარტერმა 1973 წელს კრაკოვში გამართულ კონფერენციაზე, რომელიც ეძღვნებოდა კოპერნიკის დაბადებიდან 500 წლისთავს. ზოგადად, ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს ისე, რომ დაკვირვებადი სამყარო უნდა აკმაყოფილებდეს იმ პირობებს, რომლებსაც ის აკმაყოფილებს, რათა დაკვირვებული იყოს ჩვენ მიერ. აქამდე მისი სხვადასხვა ვერსია არსებობს. სუსტი ანთროპული პრინციპი ამბობს, რომ ჩვენ შეგვიძლია ვიყოთ მხოლოდ სამყაროში, რომელიც ჩვენს არსებობას შესაძლებელს ხდის. მუდმივების მნიშვნელობები რომ განსხვავებული იყოს, ამას ვერასდროს დავინახავდით, რადგან იქ არ ვიქნებოდით. ძლიერი ანთროპული პრინციპი (განზრახ ახსნა) ამბობს, რომ სამყარო ისეთია, რომ ჩვენ შეგვიძლია არსებობა (10).

კვანტური ფიზიკის თვალსაზრისით, ნებისმიერი რაოდენობის სამყარო შეიძლებოდა წარმოშობილიყო უმიზეზოდ. ჩვენ აღმოვჩნდით კონკრეტულ სამყაროში, რომელსაც უნდა შეესრულებინა მთელი რიგი დახვეწილი პირობები, რათა ადამიანმა მასში ეცხოვრა. მაშინ ჩვენ ვსაუბრობთ ანთროპიულ სამყაროზე. მორწმუნე ადამიანისთვის, მაგალითად, საკმარისია ღმერთის მიერ შექმნილი ერთი ანთროპული სამყარო. მატერიალისტური მსოფლმხედველობა ამას არ იღებს და ვარაუდობს, რომ არსებობს მრავალი სამყარო, ან რომ დღევანდელი სამყარო არის მხოლოდ ეტაპი მულტი სამყაროს უსასრულო ევოლუციაში.

სამყაროს, როგორც სიმულაციის ჰიპოთეზის თანამედროვე ვერსიის ავტორია თეორეტიკოსი ნიკლას ბოსტრომი. მისი თქმით, რეალობა, რომელსაც ჩვენ აღვიქვამთ, უბრალოდ სიმულაციაა, რომელიც ჩვენ არ ვიცით. მეცნიერი ვარაუდობს, რომ თუ შესაძლებელია მთელი ცივილიზაციის ან თუნდაც მთელი სამყაროს საიმედო სიმულაციის შექმნა საკმარისად მძლავრი კომპიუტერის გამოყენებით და სიმულირებული ადამიანები განიცდიან ცნობიერებას, მაშინ ძალიან სავარაუდოა, რომ მოწინავე ცივილიზაციებმა შექმნეს მხოლოდ დიდი რაოდენობა. ასეთი სიმულაციების შესახებ და ჩვენ ვცხოვრობთ ერთ-ერთ მათგანში მატრიცას (11) მსგავსი.

აქ ითქვა სიტყვები „ღმერთი“ და „მატრიცა“. აქ მივედით მეცნიერებაზე საუბრის ზღვარამდე. ბევრი, მათ შორის მეცნიერებიც, თვლიან, რომ სწორედ ექსპერიმენტული ფიზიკის უმწეობის გამო იწყებს მეცნიერება რეალიზმის საწინააღმდეგო სფეროებში შესვლას, მეტაფიზიკისა და სამეცნიერო ფანტასტიკის სუნი ასდის. რჩება იმედი, რომ ფიზიკა გადალახავს თავის ემპირიულ კრიზისს და კვლავ იპოვის გზას გაიხაროს, როგორც ექსპერიმენტულად შესამოწმებელი მეცნიერება.