Fizika va fizik eksperimentning chegaralari

Bundan yuz yil muqaddam fizikadagi vaziyat bugungi kunning mutlaqo aksi edi. Olimlarning qo'lida ko'p marta takrorlangan tasdiqlangan tajribalar natijalari bor edi, ammo ularni ko'pincha mavjud fizikaviy nazariyalar yordamida tushuntirib bo'lmaydi. Tajriba nazariyadan oldin paydo bo'lgan. Nazariychilar ishga kirishishlari kerak edi.

Hozirgi vaqtda muvozanat modellari simlar nazariyasi kabi mumkin bo'lgan tajribalardan ko'rinadiganidan juda farq qiladigan nazariyotchilarga moyil. Va fizikada hal qilinmagan muammolar ko'payib borayotganga o'xshaydi (1).

1. Fizikaning eng muhim zamonaviy yo'nalishlari va muammolari - vizualizatsiya

Polshaning mashhur fizigi prof. Anjey Starushkevich 2010 yil iyun oyida Krakovdagi Ignatianum akademiyasida "Fizika bo'yicha bilimlarning chegaralari" debatida shunday dedi: “Oʻtgan asrda bilim maydoni nihoyatda oʻsdi, ammo jaholat maydoni yanada oʻsdi. (...) Umumiy nisbiylik nazariyasi va kvant mexanikasi kashfiyoti inson tafakkurining monumental yutuqlari boʻlib, uni Nyutonnikiga qiyoslash mumkin, ammo ular ikki tuzilma oʻrtasidagi munosabatlar haqidagi savolga olib keladi, bu savolning murakkablik koʻlami shunchaki hayratlanarli. Bunday vaziyatda tabiiy ravishda savollar tug'iladi: buni qila olamizmi? Haqiqatning tubiga yetishga bo‘lgan qat’iyatimiz va irodamiz boshimizdagi qiyinchiliklarga mos keladimi?”

Eksperimental turg'unlik

Bir necha oydirki, fizika olami odatdagidan ko'ra ko'proq tortishuvlar bilan gavjum. Jorj Ellis va Jozef Silk “Nature” jurnalida fizika yaxlitligini himoya qiluvchi maqola chop etib, so‘nggi kosmologik nazariyalarni sinab ko‘rish uchun tajribalarni noma’lum “ertaga” kechiktirishga tobora ko‘proq tayyor bo‘layotganlarni tanqid qilishdi. Ular "etarli nafislik" va tushuntirish qiymati bilan ajralib turishi kerak. "Bu ko'p asrlik ilmiy an'anani buzadi, bu ilmiy bilim empirik tarzda tasdiqlangan bilimdir", deb momaqaldiroq olimlar. Faktlar zamonaviy fizikadagi “eksperimental boshi berk ko‘cha”ni yaqqol ko‘rsatib turibdi.

Dunyo va koinotning tabiati va tuzilishi haqidagi so'nggi nazariyalarni, qoida tariqasida, insoniyat uchun mavjud bo'lgan tajribalar bilan tasdiqlab bo'lmaydi.

Xiggs bozonini kashf qilish orqali olimlar standart modelni “yakunladilar”. Biroq, fizika dunyosi qoniqarli emas. Biz barcha kvarklar va leptonlar haqida bilamiz, lekin buni Eynshteynning tortishish nazariyasi bilan qanday qilib muvofiqlashtirishni bilmaymiz. Biz kvant gravitatsiyasining faraziy nazariyasini yaratish uchun kvant mexanikasini tortishish kuchi bilan qanday birlashtirishni bilmaymiz. Shuningdek, biz Katta portlash nima ekanligini bilmaymiz (yoki bu haqiqatan ham sodir bo'lganmi!) (2).

Hozir buni klassik fiziklar deylik, Standart Modeldan keyingi qadam bizga ma'lum bo'lgan har bir elementar zarrachaning "sherigi" borligini bashorat qiluvchi supersimmetriyadir.

Bu materiyaning qurilish bloklarining umumiy sonini ikki baravar oshiradi, ammo nazariya matematik tenglamalarga juda mos keladi va eng muhimi, kosmik qorong'u materiyaning sirini ochish imkoniyatini beradi. Faqat supersimmetrik zarralar mavjudligini tasdiqlaydigan Katta adron kollayderidagi tajribalar natijalarini kutishgina qoladi.

Biroq, Jenevada bunday kashfiyotlar hali eshitilmagan. Albatta, bu LHC ning yangi versiyasining boshlanishi bo'lib, ta'sir energiyasi ikki baravar ko'p (yaqinda ta'mirlash va yangilashdan keyin). Bir necha oy ichida ular supersimmetriyani nishonlash uchun shampan vinolarini otishlari mumkin. Ammo, agar bu sodir bo'lmaganda, ko'plab fiziklarning fikricha, supersimmetrik nazariyalarni, shuningdek, supersimmetriyaga asoslangan superstringni asta-sekin bekor qilish kerak edi. Chunki agar Katta Kollayder bu nazariyalarni tasdiqlamasa, unda nima bo'ladi?

Biroq, bunday fikrda bo'lmagan olimlar ham bor. Chunki supersimmetriya nazariyasi “xato qilish uchun juda chiroyli”.

Shuning uchun ular supersimmetrik zarrachalarning massalari LHC diapazonidan tashqarida ekanligini isbotlash uchun tenglamalarini qayta ko'rib chiqish niyatida. Nazariychilar juda to'g'ri. Ularning modellari eksperimental tarzda o'lchanadigan va tekshirilishi mumkin bo'lgan hodisalarni tushuntirishda yaxshi. Shuning uchun biz (hali) empirik tarzda bila olmaydigan nazariyalarning rivojlanishini nima uchun istisno qilishimiz kerakligi haqida savol tug'ilishi mumkin. Bu oqilona va ilmiy yondashuvmi?

hech narsadan koinot

Tabiiy fanlar, xususan, fizika fani naturalizmga, ya’ni tabiat kuchlari yordamida hamma narsani tushuntirib bera olamiz, degan e’tiqodga asoslanadi. Fanning vazifasi tabiatda mavjud bo'lgan hodisalar yoki ba'zi tuzilmalarni tavsiflovchi turli miqdorlar o'rtasidagi munosabatni ko'rib chiqishdan iborat. Fizika matematik tarzda tasvirlab bo‘lmaydigan, takrorlab bo‘lmaydigan masalalar bilan shug‘ullanmaydi. Bu, boshqa narsalar qatorida, uning muvaffaqiyatining sababi. Tabiat hodisalarini modellashtirishda qo‘llaniladigan matematik tavsif juda samarali ekanligi isbotlangan. Tabiatshunoslik yutuqlari ularni falsafiy umumlashtirishga olib keldi. Mexanistik falsafa yoki ilmiy materializm kabi yo'nalishlar yaratildi, ular XNUMX asr oxirigacha olingan tabiiy fanlar natijalarini falsafa sohasiga o'tkazdi.

Biz butun dunyoni bilishimiz mumkin edi, tabiatda to'liq determinizm bor, chunki biz sayyoralar millionlab yillar ichida qanday harakat qilishini yoki millionlab yillar oldin qanday harakat qilganligini aniqlashimiz mumkin edi. Bu yutuqlar inson ongini mutlaqlashtirgan g'ururni keltirib chiqardi. Hal qiluvchi darajada metodologik naturalizm bugungi kunda ham tabiatshunoslikning rivojlanishini rag'batlantirmoqda. Biroq, tabiatshunoslik metodologiyasining cheklovlarini ko'rsatadigan ba'zi chegara nuqtalari mavjud.

Agar koinot hajmi cheklangan bo'lsa va energiyaning saqlanish qonunlarini buzmasdan, masalan, tebranish sifatida "yo'qdan" paydo bo'lgan bo'lsa, unda unda hech qanday o'zgarishlar bo'lmasligi kerak. Ayni paytda biz ularni kuzatmoqdamiz. Ushbu muammoni kvant fizikasi asosida hal qilishga urinib, biz shunday xulosaga kelamizki, faqat ongli kuzatuvchi bunday dunyoning mavjudligini amalga oshiradi. Shuning uchun biz yashayotgan o'ziga xos koinot nima uchun turli xil koinotlardan yaratilganiga hayron bo'lamiz. Shunday qilib, biz inson Yerda paydo bo'lgandagina, dunyo - biz kuzatganimizdek - haqiqatan ham "bo'ldi" degan xulosaga keldik ...

O'lchovlar milliard yil oldin sodir bo'lgan voqealarga qanday ta'sir qiladi?

4. Wheeler tajribasi - vizualizatsiya

Zamonaviy fiziklardan biri Jon Archibald Uiler mashhur ikki yoriq tajribasining kosmik versiyasini taklif qildi. Uning aqliy dizaynida bizdan milliard yorug'lik yili uzoqlikdagi kvazardan keladigan yorug'lik galaktikaning ikki qarama-qarshi tomoni bo'ylab tarqaladi (4). Agar kuzatuvchilar ushbu yo'llarning har birini alohida kuzatsalar, ular fotonlarni ko'radilar. Agar ikkalasi bir vaqtning o'zida to'lqinni ko'radilar. Shunday qilib, kuzatishning o'zi bir milliard yil oldin kvazarni tark etgan yorug'likning tabiatini o'zgartiradi!

Uiler uchun yuqoridagilar koinot jismoniy ma’noda, hech bo‘lmaganda biz “fizik holat”ni tushunishga odatlangan ma’noda mavjud bo‘la olmasligini isbotlaydi. Bu o‘tmishda ham bo‘lishi mumkin emas, toki... o‘lchov o‘tkazmagunimizcha. Shunday qilib, bizning hozirgi o'lchamimiz o'tmishga ta'sir qiladi. Kuzatishlarimiz, aniqlashlarimiz va o'lchovlarimiz bilan biz o'tmishdagi voqealarni chuqur vaqt ichida, koinotning boshlanishigacha ... shakllantiramiz!

Kanadaning Vaterloo shahridagi Perimetr instituti xodimi Nil Turk New Scientist jurnalining iyul oyidagi sonida “biz topganimizni tushuna olmaymiz. Nazariya tobora murakkab va takomillashib bormoqda. Biz o'zimizni ketma-ket maydonlar, o'lchamlar va simmetriyalar bilan, hatto kalit bilan ham muammoga duchor qilamiz, lekin biz eng oddiy faktlarni tushuntira olmaymiz. Yuqoridagi mulohazalar yoki superstring nazariyasi kabi zamonaviy nazariyotchilarning aqliy sayohatlari hozirda laboratoriyalarda olib borilayotgan tajribalarga hech qanday aloqasi yo‘qligi va ularni eksperimental tarzda sinab ko‘rishning imkoni yo‘qligi ko‘pchilik fiziklarni shubhasiz bezovta qiladi.

Kvant dunyosida siz kengroq qarashingiz kerak

Nobel mukofoti sovrindori Richard Feynman aytganidek, hech kim kvant olamini tushunmaydi. Ikki jismning ma'lum massalarga ega bo'lgan o'zaro ta'siri tenglamalar bilan hisoblangan eski Nyuton dunyosidan farqli o'laroq, kvant mexanikasida bizda tenglamalar mavjud bo'lib, ular unchalik ko'p emas, balki tajribalarda kuzatilgan g'alati xatti-harakatlarning natijasidir. Kvant fizikasi ob'ektlari hech qanday "fizik" bilan bog'lanishi shart emas va ularning xatti-harakati Gilbert fazosi deb ataladigan mavhum ko'p o'lchovli fazoning domenidir.

Shredinger tenglamasi tomonidan tasvirlangan o'zgarishlar mavjud, ammo nima uchun aniq noma'lum. Buni o'zgartirish mumkinmi? Kvant qonunlarini fizika tamoyillaridan chiqarish mumkinmi, chunki o'nlab qonun va tamoyillar, masalan, jismlarning kosmosdagi harakati Nyuton tamoyillaridan kelib chiqqan? Italiyaning Pavia universiteti olimlari Giakomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella va Paolo Perinottilar hatto sog'lom fikrga aniq zid bo'lgan kvant hodisalarini ham o'lchash mumkin bo'lgan tajribalarda aniqlash mumkinligini ta'kidlaydilar. Sizga kerak bo'lgan yagona narsa - to'g'ri nuqtai nazar - Ehtimol, kvant effektlarini noto'g'ri tushunish ularga etarlicha keng ko'rilmaganligi bilan bog'liq. New Scientist jurnalida yuqorida tilga olingan olimlarning fikriga ko'ra, kvant mexanikasidagi mazmunli va o'lchanadigan tajribalar bir nechta shartlarga javob berishi kerak. Bu:

• nedensellik - kelajakdagi voqealar o'tgan voqealarga ta'sir qila olmaydi;
• ajralib turishi - biz bir-birimizdan alohida ajrata olishimiz kerakligini ta'kidlaydi;
• tarkibi - jarayonning barcha bosqichlarini bilsak, butun jarayonni bilamiz;
• siqilish - butun chipni o'tkazmasdan chip haqidagi muhim ma'lumotlarni uzatish usullari mavjud;
• tomografiya - agar bizda ko'p qismlardan iborat tizim mavjud bo'lsa, qismlar bo'yicha o'lchovlar statistikasi butun tizimning holatini ochish uchun etarli.

Italiyaliklar fiziklarni hayratda qoldirmaydigan termodinamik hodisalarning qaytarilmasligi va entropiya o'sishi tamoyilini o'z ichiga olgan tozalash tamoyillarini, kengroq istiqbolni va mazmunli eksperimentlarni kengaytirishni xohlashadi. Ehtimol, bu erda ham kuzatishlar va o'lchovlarga butun tizimni tushunish uchun juda tor bo'lgan istiqbolli artefaktlar ta'sir qiladi. "Kvant nazariyasining asosiy haqiqati shundaki, shovqinli, qaytarib bo'lmaydigan o'zgarishlarni tavsifga yangi tartib qo'shish orqali qaytarish mumkin", deydi italiyalik olim Giulio Ciribella New Scientist bilan suhbatda.

Afsuski, skeptiklarning ta'kidlashicha, tajribalarning "tozalanishi" va kengroq o'lchov nuqtai nazari har qanday natijaga erishish mumkin bo'lgan va olimlar voqealarning to'g'ri yo'nalishini o'lchab, shunchaki "tanlash" mumkin bo'lgan ko'p dunyo gipotezasiga olib kelishi mumkin. ularni o'lchash orqali ma'lum bir davomiylik.

5. Soat qo'llari ko'rinishidagi vaqt qo'llari

Vaqt yo'q?

Vaqt o'qlari (5) deb ataladigan tushunchani 1927 yilda ingliz astrofiziki Artur Eddington kiritgan. Bu o'q har doim bir yo'nalishda, ya'ni o'tmishdan kelajakka oqib o'tadigan vaqtni ko'rsatadi va bu jarayonni orqaga qaytarish mumkin emas. Stiven Xoking o'zining "Vaqtning qisqacha tarixi" asarida tartibsizlik vaqt o'tishi bilan kuchayadi, chunki biz vaqtni tartibsizlik kuchaygan tomonga qarab o'lchaymiz, deb yozgan. Bu bizda tanlov borligini bildiradi - masalan, biz, masalan, birinchi navbatda, erga sochilgan singan shisha bo'laklarini, so'ngra stakan erga tushgan paytni, so'ngra havodagi stakanni va nihoyat qo'lida ko'rishimiz mumkin. uni ushlab turgan odam. "Vaqtning psixologik o'qi" termodinamik o'q bilan bir xil yo'nalishda borishi kerak va tizimning entropiyasi kuchayadi, degan ilmiy qoida yo'q. Biroq, ko'pgina olimlar, bu inson miyasida biz tabiatda kuzatadigan energiya o'zgarishlari sodir bo'lganligi sababli shunday deb hisoblashadi. Miya harakat qilish, kuzatish va mulohaza yuritish uchun energiyaga ega, chunki inson "dvigatel" yoqilg'i-oziq-ovqatlarni yoqadi va ichki yonuv dvigatelidagi kabi bu jarayon qaytarib bo'lmaydi.

Biroq, vaqtning psixologik o'qining bir xil yo'nalishini saqlab qolgan holda, turli tizimlarda entropiya ham ortadi, ham kamayadi. Masalan, ma'lumotlarni kompyuter xotirasiga saqlashda. Mashinadagi xotira modullari tartibsiz holatdan diskda yozish tartibiga o'tadi. Shunday qilib, kompyuterdagi entropiya kamayadi. Biroq, har qanday fizik aytadiki, butun olam nuqtai nazaridan - u o'sib bormoqda, chunki diskka yozish uchun energiya kerak bo'ladi va bu energiya mashina tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlik shaklida tarqaladi. Shunday qilib, fizikaning o'rnatilgan qonunlariga kichik "psixologik" qarshilik mavjud. Xotirada ish yoki boshqa qiymatni yozib olishdan ko'ra, fandan shovqin bilan chiqadigan narsa muhimroq ekanligini hisobga olish biz uchun qiyin. Agar kimdir o'z shaxsiy kompyuterida zamonaviy fizikani, yagona kuchlar nazariyasini yoki hamma narsa nazariyasini bekor qiladigan argument yozsa-chi? Shunga qaramay, koinotdagi umumiy tartibsizlik kuchaygan degan fikrni qabul qilish biz uchun qiyin bo'lar edi.

1967 yilda Wheeler-DeWitt tenglamasi paydo bo'ldi, shundan kelib chiqadiki, vaqt mavjud emas. Bu kvant mexanikasi va umumiy nisbiylik g'oyalarini matematik tarzda birlashtirishga urinish, kvant tortishish nazariyasiga qadam bo'ldi, ya'ni. Barcha olimlar tomonidan orzu qilingan hamma narsa nazariyasi. Faqat 1983 yilda fiziklar Don Peyj va Uilyam Vutters kvant chigalligi tushunchasi yordamida vaqt muammosini chetlab o'tish mumkinligini tushuntirishdi. Ularning kontseptsiyasiga ko'ra, faqat allaqachon aniqlangan tizimning xususiyatlarini o'lchash mumkin. Matematik nuqtai nazardan, bu taklif soatning tizimdan ajratilgan holda ishlamasligi va faqat ma'lum bir koinot bilan chigallashganda ishga tushishini anglatardi. Biroq, agar kimdir bizga boshqa koinotdan qarasa, ular bizni statik ob'ektlar sifatida ko'radi va faqat ularning bizga kelishi kvant chigalligini keltirib chiqaradi va bizni vaqt o'tishini his qiladi.

Bu gipoteza Italiyaning Turin shahridagi tadqiqot instituti olimlari ishining asosini tashkil etdi. Fizik Marko Genovese kvant chigalligining o'ziga xos xususiyatlarini hisobga olgan holda model yaratishga qaror qildi. Ushbu fikrning to'g'riligini ko'rsatadigan jismoniy effektni qayta tiklash mumkin edi. Ikki fotondan iborat koinot modeli yaratildi.

Bir juftlik yo'naltirilgan - vertikal polarizatsiyalangan, ikkinchisi esa gorizontal. Keyin ularning kvant holati va shuning uchun qutblanishi bir qator detektorlar tomonidan aniqlanadi. Ma'lum bo'lishicha, oxir-oqibatda mos yozuvlar doirasini aniqlaydigan kuzatuvga erishilgunga qadar, fotonlar klassik kvant superpozitsiyasida bo'ladi, ya'ni. ular ham vertikal, ham gorizontal yo'naltirilgan edi. Bu shuni anglatadiki, soatni o'qiyotgan kuzatuvchi o'zi a'zo bo'ladigan koinotga ta'sir qiluvchi kvant chigalligini aniqlaydi. Bunday kuzatuvchi keyinchalik kvant ehtimoli asosida ketma-ket fotonlarning qutblanishini seza oladi.

Bu kontseptsiya juda jozibali, chunki u ko'plab muammolarni tushuntiradi, lekin bu tabiiy ravishda barcha determinizmlardan ustun bo'lgan va hamma narsani bir butun sifatida boshqaradigan "super kuzatuvchi" ga ehtiyoj tug'diradi.

6. Multiverse - Vizualizatsiya

Biz kuzatayotgan va sub'ektiv ravishda "vaqt" deb qabul qilgan narsalarimiz aslida bizni o'rab turgan dunyoda o'lchanadigan global o'zgarishlarning mahsulidir. Atomlar, protonlar va fotonlar olamiga chuqurroq kirib borar ekanmiz, vaqt tushunchasining ahamiyati tobora kamayib borayotganini tushunamiz. Olimlarning fikriga ko'ra, har kuni biz bilan birga bo'lgan soat, jismoniy nuqtai nazardan, uning o'tishini o'lchamaydi, balki hayotimizni tartibga solishga yordam beradi. Nyutonning universal va hamma narsani qamrab oluvchi vaqt tushunchalariga o'rganib qolganlar uchun bu tushunchalar hayratlanarli. Ammo nafaqat ilmiy an'anachilar ularni qabul qilmaydi. Taniqli nazariyotchi fizik Li Smolin, biz bu yilgi Nobel mukofotining mumkin bo'lgan g'oliblaridan biri sifatida tilga olganmiz, vaqt bor va haqiqatdir, deb hisoblaydi. Bir marta - ko'plab fiziklar singari - u vaqt sub'ektiv illyuziya ekanligini ta'kidladi.

Endi esa o‘zining “Qayta tug‘ilgan vaqti” kitobida fizikaga mutlaqo boshqacha nuqtai nazardan qaraydi va ilmiy jamoatchilikda mashhur bo‘lgan simlar nazariyasini tanqid qiladi. Uning fikricha, ko‘p olam mavjud emas (6), chunki biz bir olamda va bir vaqtda yashayapmiz. Uning fikricha, vaqt juda muhim va bizning hozirgi zamon voqeligi haqidagi tajribamiz illyuziya emas, balki voqelikning asosiy mohiyatini tushunishning kalitidir.

Entropiya nol

Sandu Popesku, Toni Short, Noa Linden (7) va Andreas Vinter 2009 yilda Physical Review E jurnalida o'zlarining topilmalarini tasvirlab berishdi, bu esa ob'ektlar o'z ob'ektlari bilan kvant bog'lanish holatlariga kirish orqali muvozanatga, ya'ni energiyaning bir xil taqsimlanish holatiga erishishini ko'rsatdi. atrof-muhit. 2012 yilda Toni Short chigallashish chekli vaqt muvozanatiga olib kelishini isbotladi. Ob'ekt atrof-muhit bilan o'zaro ta'sir qilganda, masalan, bir chashka qahva ichidagi zarralar havo bilan to'qnashganda, ularning xususiyatlari haqidagi ma'lumotlar tashqi tomonga "oqib chiqadi" va butun atrof-muhit bo'ylab "loyqa" bo'ladi. Axborotning yo'qolishi, butun xonaning tozalik holati o'zgarishda davom etsa ham, qahva holatining turg'unligiga olib keladi. Popeskuning so'zlariga ko'ra, uning ahvoli vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi.

7. Noa Linden, Sandu Popesku va Toni Short

Xonaning tozalik holati o'zgarganda, qahva to'satdan havo bilan aralashishni to'xtatib, o'zining sof holatiga kirishi mumkin. Biroq, kofe uchun mavjud bo'lgan sof holatlarga qaraganda atrof-muhit bilan aralashgan holatlar ko'p va shuning uchun deyarli hech qachon sodir bo'lmaydi. Ushbu statistik ehtimolsizlik vaqt o'qi qaytarib bo'lmaydigan taassurot qoldiradi. Vaqt o'qi muammosi kvant mexanikasi tomonidan xiralashgan, bu esa tabiatni aniqlashni qiyinlashtiradi.

Elementar zarracha aniq fizik xususiyatlarga ega emas va faqat turli holatda bo'lish ehtimoli bilan belgilanadi. Misol uchun, istalgan vaqtda zarrachaning soat yo'nalishi bo'yicha 50% va teskari yo'nalishda aylanish ehtimoli 50% bo'lishi mumkin. Fizik Jon Bellning tajribasi bilan mustahkamlangan teorema zarrachaning haqiqiy holati mavjud emasligini va ular ehtimollik asosida qoldirilganligini bildiradi.

Keyin kvant noaniqligi chalkashlikka olib keladi. Ikki zarracha o'zaro ta'sir qilganda, ularni mustaqil ravishda aniqlab bo'lmaydi, sof holat deb nomlanuvchi ehtimollar mustaqil ravishda rivojlanadi. Buning o'rniga ular ikkala zarracha birgalikda tasvirlaydigan murakkabroq ehtimollik taqsimotining chigallashgan tarkibiy qismlariga aylanadi. Bu taqsimot, masalan, zarrachalarning teskari yo'nalishda aylanishini hal qilishi mumkin. Butun tizim sof holatda, lekin alohida zarrachalarning holati boshqa zarracha bilan bog'liq.

Shunday qilib, ikkalasi ham bir-biridan ko'p yorug'lik yillarini bosib o'tishi mumkin va har birining aylanishi boshqasi bilan bog'liq bo'lib qoladi.

Vaqt o'qining yangi nazariyasi buni kvant chalkashliklari tufayli ma'lumotlarning yo'qolishi deb ta'riflaydi, bu esa bir chashka qahvani atrofdagi xona bilan muvozanatga yuboradi. Oxir-oqibat, xona atrof-muhit bilan muvozanatga erishadi va u o'z navbatida koinotning qolgan qismi bilan muvozanatga asta-sekin yaqinlashadi. Termodinamikani o'rgangan qadimgi olimlar bu jarayonni energiyaning asta-sekin tarqalishi, koinotning entropiyasini oshirishi deb hisoblashgan.

Bugungi kunda fiziklarning fikricha, ma'lumotlar tobora ko'proq tarqalib boradi, lekin hech qachon butunlay yo'qolmaydi. Entropiya mahalliy darajada ortib borayotgan bo'lsa-da, ular koinotning umumiy entropiyasi nolga teng bo'lib qoladi, deb hisoblashadi. Biroq, vaqt o'qining bir jihati hal qilinmagan. Olimlarning ta'kidlashicha, insonning kelajakni emas, balki o'tmishni eslab qolish qobiliyatini o'zaro ta'sir qiluvchi zarralar o'rtasidagi munosabatlarning shakllanishi deb ham tushunish mumkin. Bir varaqdagi xabarni o'qiganimizda, miya u bilan ko'zlarga yetib boradigan fotonlar orqali aloqa qiladi.

Faqat bundan buyon biz bu xabar bizga nimani aytayotganini eslay olamiz. Popeskuning fikricha, yangi nazariya koinotning boshlang‘ich holati nima uchun muvozanatdan uzoq bo‘lganini tushuntirib bera olmaydi va Katta portlashning tabiatini tushuntirish kerakligini qo‘shimcha qildi. Ba'zi tadqiqotchilar ushbu yangi yondashuvga shubha bildirdilar, ammo bu kontseptsiya va yangi matematik formalizmning rivojlanishi termodinamikaning nazariy muammolarini hal qilishga yordam beradi.

Kosmos-vaqt donalari uchun erishing

Qora tuynuk fizikasi, ba'zi matematik modellar ta'kidlaganidek, bizning koinotimiz umuman uch o'lchovli emasligini ko'rsatadi. Sezgilarimiz bizga nima desa ham, atrofimizdagi haqiqat gologramma bo'lishi mumkin - aslida ikki o'lchovli bo'lgan uzoq tekislikning proektsiyasi. Agar koinotning bu tasviri to'g'ri bo'lsa, bizning ixtiyorimizdagi tadqiqot vositalari etarli darajada sezgir bo'lishi bilanoq, fazo-vaqtning uch o'lchovli tabiati haqidagi illyuziyani yo'q qilish mumkin. Fermilab universitetining fizika professori Kreyg Xogan koinotning asosiy tuzilishini o'rganishga yillar sarflagan, bu darajaga endigina erishilgan deb taxmin qiladi.

8. GEO600 Gravitatsion to‘lqin detektori

Agar koinot gologramma bo'lsa, ehtimol biz haqiqatni aniqlash chegarasiga yetganmiz. Ba'zi fiziklar biz yashayotgan fazo-vaqt oxir-oqibat uzluksiz emas, balki raqamli fotosurat kabi eng asosiy darajada ma'lum "donalar" yoki "piksellar" dan iborat degan qiziqarli farazni ilgari suradilar. Agar shunday bo'lsa, bizning haqiqatimiz qandaydir yakuniy "qaror" ga ega bo'lishi kerak. Ba'zi tadqiqotchilar GEO600 gravitatsion to'lqin detektori (8) natijalarida paydo bo'lgan "shovqin" ni shunday izohladilar.

Gravitatsion to‘lqin fizigi Kreyg Xogan ushbu g‘ayrioddiy gipotezani sinab ko‘rish uchun u va uning jamoasi Hogan golometer deb nomlangan dunyodagi eng aniq interferometrni ishlab chiqdi va u fazo-vaqtning eng asosiy mohiyatini eng aniq usulda o‘lchash uchun mo‘ljallangan. Fermilab E-990 kod nomini olgan tajriba boshqa ko'p tajribalardan biri emas. Bu koinotning kvant tabiatini va olimlar "golografik shovqin" deb ataydigan narsaning mavjudligini ko'rsatishga qaratilgan.

Golometr yonma-yon joylashtirilgan ikkita interferometrdan iborat. Ular bir kilovattli lazer nurlarini 40 metr uzunlikdagi ikkita perpendikulyar nurlarga bo'ladigan qurilmaga yo'naltiradi, ular aks ettiriladi va bo'linish nuqtasiga qaytariladi, yorug'lik nurlarining yorqinligida dalgalanmalar hosil qiladi (9). Agar ular bo'linish moslamasida ma'lum bir harakatga sabab bo'lsa, bu kosmosning tebranishining dalili bo'ladi.

9. Golografik tajribaning grafik tasviri

Xogan jamoasining eng katta muammosi ular kashf etgan effektlar nafaqat eksperimental o'rnatishdan tashqari omillar ta'sirida yuzaga kelgan buzilishlar, balki fazo-vaqt tebranishlari natijasi ekanligini isbotlashdir. Shuning uchun interferometrda ishlatiladigan nometall qurilma tashqarisidan keladigan barcha eng kichik shovqinlarning chastotalari bilan sinxronlashtiriladi va maxsus sensorlar tomonidan qabul qilinadi.

Antropik koinot

Dunyo va inson unda mavjud bo'lishi uchun fizika qonunlari juda o'ziga xos shaklga ega bo'lishi kerak va fizik konstantalar aniq tanlangan qiymatlarga ega bo'lishi kerak ... va ular! Nega?

Keling, koinotda o'zaro ta'sirlarning to'rt turi mavjudligidan boshlaylik: tortishish (tushish, sayyoralar, galaktikalar), elektromagnit (atomlar, zarralar, ishqalanish, elastiklik, yorug'lik), zaif yadro (yulduz energiyasi manbai) va kuchli yadro ( proton va neytronlarni atom yadrolariga bog'laydi). Gravitatsiya elektromagnetizmdan 1039 marta zaifdir. Agar u biroz zaifroq bo'lganida, yulduzlar Quyoshdan engilroq bo'lar edi, o'ta yangi yulduzlar portlamas edi, og'ir elementlar paydo bo'lmaydi. Agar u biroz kuchliroq bo'lganida, bakteriyalardan kattaroq mavjudotlar ezilib, yulduzlar tez-tez to'qnashib, sayyoralarni yo'q qilib, o'zlarini juda tez yondirib yuborardilar.

Olamning zichligi kritik zichlikka yaqin, ya'ni undan pastda materiya galaktikalar yoki yulduzlar hosil bo'lmasdan tez tarqalib ketadi va undan yuqorida koinot juda uzoq yashagan bo'lar edi. Bunday sharoitlar yuzaga kelishi uchun Katta portlash parametrlarini moslashtirish aniqligi ±10-60 oralig'ida bo'lishi kerak edi. Yosh koinotning dastlabki bir xilligi 10-5 ball shkalada edi. Agar ular kichikroq bo'lganida, galaktikalar paydo bo'lmaydi. Agar ular kattaroq bo'lganida, galaktikalar o'rniga ulkan qora tuynuklar paydo bo'lar edi.

Olamdagi zarralar va antizarralar simmetriyasi buziladi. Va har bir barion (proton, neytron) uchun 109 ta foton mavjud. Agar ko'proq bo'lsa, galaktikalar paydo bo'lmaydi. Agar ular kamroq bo'lsa, yulduzlar ham bo'lmaydi. Bundan tashqari, biz yashayotgan o'lchamlar soni "to'g'ri" ko'rinadi. Murakkab tuzilmalar ikki o'lchovda paydo bo'lishi mumkin emas. To'rtdan ortiq (uch o'lcham va vaqt) barqaror sayyora orbitalarining mavjudligi va atomlardagi elektronlarning energiya darajasi muammoli bo'lib qoladi.

10. Inson koinotning markazi sifatida

Antropik tamoyil kontseptsiyasi Brendon Karter tomonidan 1973 yilda Krakovda Kopernik tavalludining 500 yilligiga bag'ishlangan konferentsiyada kiritilgan. Umuman olganda, uni shunday shakllantirish mumkinki, kuzatilishi mumkin bo'lgan olam bizni kuzatishimiz uchun javob beradigan shartlarga javob berishi kerak. Hozirgacha uning turli xil versiyalari mavjud. Zaif antropik printsip biz faqat mavjudligimiz mumkin bo'lgan koinotda mavjud bo'lishimiz mumkinligini aytadi. Agar doimiy qiymatlar boshqacha bo'lsa, biz buni hech qachon ko'rmagan bo'lardik, chunki biz u erda bo'lmas edik. Kuchli antropik printsip (qasddan tushuntirish) koinot shundaydirki, biz mavjud bo'la olamiz (10).

Kvant fizikasi nuqtai nazaridan, har qanday miqdordagi koinotlar sababsiz paydo bo'lishi mumkin edi. Biz insonning unda yashashi uchun bir qator nozik shartlarni bajarishi kerak bo'lgan o'ziga xos koinotga tushib qoldik. Keyin biz antropik dunyo haqida gapiramiz. Mo'min uchun, masalan, Xudo tomonidan yaratilgan bitta antropik olam etarli. Materialistik dunyoqarash buni qabul qilmaydi va koinotlar ko'p yoki hozirgi koinot ko'p olamning cheksiz evolyutsiyasining faqat bosqichidir, deb taxmin qiladi.

Simulyatsiya sifatida koinot gipotezasining zamonaviy versiyasi muallifi nazariyotchi Niklas Bostryomdir. Uning so'zlariga ko'ra, biz idrok qilayotgan haqiqat biz bilmagan simulyatsiyadir. Olimning ta'kidlashicha, agar etarlicha kuchli kompyuter yordamida butun tsivilizatsiya yoki hatto butun koinotning ishonchli simulyatsiyasini yaratish mumkin bo'lsa va simulyatsiya qilingan odamlar ongni boshdan kechira olsalar, unda rivojlangan tsivilizatsiyalar juda ko'p sonni yaratgan bo'lishi mumkin. Bunday simulyatsiyalar va biz ulardan birida Matritsaga o'xshash narsada yashaymiz (11).

Bu erda "Xudo" va "Matrix" so'zlari aytildi. Bu erda biz ilm-fan haqida gapirish chegarasiga keldik. Ko'pchilik, shu jumladan olimlar, aynan eksperimental fizikaning nochorligi tufayli fan realizmga zid, metafizika va ilmiy fantastika hidli sohalarga kira boshlaydi, deb hisoblaydi. Umid qilish kerakki, fizika o'zining empirik inqirozini yengib chiqadi va yana eksperimental tekshiriladigan fan sifatida quvonish yo'lini topadi.