Odpovědi Na Největší Vědecké Výzvy: Jak Daleko Jsme Se Dostali? - Alternativní Pohled

Obsah:

Odpovědi Na Největší Vědecké Výzvy: Jak Daleko Jsme Se Dostali? - Alternativní Pohled
Odpovědi Na Největší Vědecké Výzvy: Jak Daleko Jsme Se Dostali? - Alternativní Pohled

Video: Odpovědi Na Největší Vědecké Výzvy: Jak Daleko Jsme Se Dostali? - Alternativní Pohled

Video: Odpovědi Na Největší Vědecké Výzvy: Jak Daleko Jsme Se Dostali? - Alternativní Pohled
Video: Песня планеты Сатурн, Звук Открытого Космоса, часть 2 2024, Březen
Anonim

O povaze samotného vesmíru není známo mnoho. Je to zvědavost spojená s lidmi, která vede k hledání odpovědí na tyto otázky, která vede vědu kupředu. Již jsme nashromáždili neuvěřitelné množství znalostí a úspěchy našich dvou hlavních teorií - teorie kvantového pole, která popisuje standardní model, a obecné relativity, která popisuje gravitaci - ukazují, jak daleko jsme dosáhli porozumění skutečnosti samotné.

Mnoho lidí je pesimistických ohledně našeho současného úsilí a budoucích plánů na vyřešení velkých kosmických tajemství, která nás dnes zmatují. Naše nejlepší hypotézy pro novou fyziku, včetně supersymetrie, nadměrných rozměrů, techniky, teorie strun a dalších, dosud nebyly schopny získat žádné experimentální potvrzení. To však neznamená, že fyzika je v krizi. To znamená, že všechno je přesně takové, jaké by mělo být: fyzika říká pravdu o vesmíru. Naše další kroky nám ukážou, jak dobře jsme poslouchali.

Největší tajemství vesmíru

Před sto lety největší otázky, které jsme mohli položit, zahrnovaly některé nesmírně důležité existenciální hádanky, jako například:

  • Jaké jsou nejmenší složky hmoty?
  • Jsou naše teorie přírodních sil skutečně zásadní, nebo je zapotřebí hlubší porozumění?
  • Jak velký je vesmír?
  • Existoval náš vesmír vždy, nebo se objevil v určitém okamžiku v minulosti?
  • Jak hvězdy září?

V té době tato tajemství okupovala mysl největších lidí. Mnozí si ani nemysleli, že na ně lze odpovědět. Vyžadovali zejména investici tak zdánlivě obrovských zdrojů, že bylo navrženo, abychom prostě byli spokojeni s tím, co jsme v té době věděli, a využívali tyto znalosti pro rozvoj společnosti.

To jsme samozřejmě neudělali. Investice do společnosti je nesmírně důležité, ale stejně důležité je posouvat hranice známých. Díky novým objevům a metodám výzkumu jsme získali následující odpovědi:

  • Atomy jsou tvořeny subatomickými částicemi, z nichž mnohé jsou rozděleny na ještě menší složky; nyní známe celý standardní model.
  • Naše klasické teorie byly nahrazeny kvantovými teoriemi, které kombinují čtyři základní síly: silné jaderné, elektromagnetické, slabé jaderné a gravitační síly.
  • Pozorovatelný vesmír zahrnuje 46,1 miliardy světelných let ve všech směrech; pozorovatelný vesmír může být mnohem větší nebo nekonečný.
  • Od události známé jako Velký třesk, která zrodila vesmír, který známe, uplynulo 13,8 miliardy let. Předcházela jí inflační éra na dobu neurčitou.
  • Hvězdy září díky fyzice jaderné fúze, která přeměňuje hmotu na energii podle Einsteinova vzorce E = mc2.

A přesto to jen prohloubilo vědecká tajemství, která nás obklopují. Se vším, co víme o základních částicích, jsme si jisti, že ve vesmíru musí být mnoho dalších věcí, které nám stále nejsou známy. Nemůžeme vysvětlit zjevnou přítomnost temné hmoty, nerozumíme temné energii a nevíme, proč se vesmír tímto způsobem rozšiřuje a ne jinak.

Propagační video:

Nevíme, proč jsou částice tak masivní jako jsou; proč je vesmír ohromen hmotou, nikoli antihmotou; proč mají neutrina hmotnost? Nevíme, zda je proton stabilní, jestli se někdy rozpadne, nebo zda je gravitace kvantovou silou přírody. A přestože víme, že inflaci předcházel Velký třesk, nevíme, zda inflace sama začala nebo byla věčná.

Dokážou lidé tyto hádanky vyřešit? Mohly by experimenty, které můžeme udělat se současnou nebo budoucí technologií, vrhnout světlo na tyto základní záhady?

Image
Image

Odpověď na první otázku je možná; nevíme, jaká tajemství má příroda, dokud neuvidíme. Odpověď na druhou otázku je jednoznačně ano. I když každá teorie, kterou jsme kdy vymysleli o tom, co je za hranicemi známého - standardního modelu a obecné relativity - je 100% špatná, existuje obrovské množství informací, které lze získat provedením experimentů, které plánujeme zahájit příští. generace. Nestavět všechny tyto instalace by bylo obrovské bláznovství, i když by potvrdily scénář noční můry, který se fyzici částic obávali po mnoho let.

Když uslyšíte o urychlovači částic, pravděpodobně si představíte všechny tyto nové objevy, které nás čekají při vyšších energiích. Teoretici slibují nové částice, nové síly, nové interakce nebo dokonce úplně nové sektory fyziky, i když experiment po experimentu pokazí a nedodržuje tyto sliby.

Je to pro to dobrý důvod: většina myšlenek, s nimiž se člověk ve fyzice může setkat, byla již vyloučena nebo přísně omezena údaji, které již máme. Pokud chcete objevit novou částici, pole, interakci nebo jev, neměli byste předpokládat něco, co je neslučitelné s tím, co už víme jistě. Samozřejmě bychom mohli učinit předpoklady, které by se později ukázaly jako špatné, ale samotná data musí být v souladu s jakoukoli novou teorií.

Proto největší úsilí ve fyzice nevede k novým teoriím nebo novým myšlenkám, ale k experimentům, které nám umožní překročit to, co jsme již prozkoumali. Jistě, zjištění, že Higgsův boson může být velký bzučák, ale jak silně souvisí Higgs s bosonem Z? Jaká jsou všechna tato spojení mezi těmito dvěma částicemi a ostatními ve standardním modelu? Jak snadné je vytvořit? Po vytvoření budou existovat vzájemné rozpady, které se budou lišit od rozpadu standardního Higgs plus standardního bosonu Z?

Existuje technika, která může být použita k prozkoumání tohoto: vytvořit srážku elektron-pozitron s přesnou hmotností Higgs a Z-bosonu. Místo několika desítek nebo stovek událostí, které vytvářejí Higgsovy a Z bosony, stejně jako LHC, můžete vytvořit tisíce, stovky tisíc nebo dokonce miliony z nich.

Široká veřejnost bude samozřejmě nadšení nové částice nadšena, než cokoli jiného, ale ne každý experiment je navržen tak, aby vytvořil nové částice - a nemusí to být. Některé mají za cíl prozkoumat již známou záležitost a podrobně studovat její vlastnosti. Large Electron-Positron Collider, předchůdce LHC, nikdy nenašel jednu novou základní částici. Jako experiment DESY, který srážel elektrony s protony. A stejně tak relativistický těžký iontový srážka.

Image
Image

A to se dalo očekávat; účel těchto tří srážky byl jiný. Spočívalo ve zkoumání hmoty, která skutečně existuje s bezprecedentní přesností.

Nezdá se, že by tyto experimenty potvrdily standardní model, ačkoli vše, co našli, bylo v souladu se standardním modelem. Vytvořili nové složené částice a změřili vazby mezi nimi. Byly objeveny chátrající a větvící vztahy a také jemné rozdíly mezi hmotou a antihmotou. Některé částice se chovaly jinak než jejich zrcadlové protějšky. Zdálo se, že jiní porušili symetrii zvratu času. Bylo však zjištěno, že se ostatní mísí dohromady a vytvářejí vázané stavy, o kterých jsme si ani nebyli vědomi.

Účelem dalšího velkého vědeckého experimentu není pouze hledat jednu věc nebo testovat jednu novou teorii. Musíme sbírat obrovské množství jinak nedostupných dat a nechat je, aby tato data vedla průmysl.

Samozřejmě můžeme navrhovat a budovat experimenty nebo observatoře na základě toho, co očekáváme. Ale nejlepší volbou pro budoucnost vědy bude víceúčelový stroj, který dokáže sbírat velká a různá množství dat, která by bez takových obrovských investic nebyla možná. To je důvod, proč byl Hubble tak úspěšný, proč Fermilab a LHC posunuly hranice více než kdy předtím, a proč budou nutné budoucí mise, jako je James Webb Space Telescope, budoucí observatoře třídy 30 metrů nebo budoucí srážky, pokud máme někdy odpovědět na nejzákladnější otázky od všech.

V podnikání existuje staré pořekadlo, které platí také pro vědu: „Rychleji. Je to lepší. Levnější. Vyber dva. Svět se pohybuje rychleji než kdykoli předtím. Pokud začneme šetřit a nebudeme investovat do „nejlepších“, bude to jako vzdát se.

Ilya Khel