Ֆիզիկայի և ֆիզիկական փորձի սահմանները

Հարյուր տարի առաջ ֆիզիկայի իրավիճակը ճիշտ հակառակն էր, ինչ այսօր է: Գիտնականներն իրենց ձեռքում ունեին բազմիցս կրկնվող ապացուցված փորձերի արդյունքները, որոնք, սակայն, հաճախ հնարավոր չէր բացատրել գոյություն ունեցող ֆիզիկական տեսությունների միջոցով: Փորձը ակնհայտորեն նախորդել է տեսությանը: Տեսաբանները պետք է գործի անցնեին։

Հավասարակշռությունը ներկայումս թեքվում է դեպի տեսաբաններ, որոնց մոդելները շատ տարբեր են այն հնարավոր փորձերից, ինչպիսին է լարերի տեսությունը: Եվ թվում է, թե ֆիզիկայում գնալով ավելանում են չլուծված խնդիրներ (1):

1. Ֆիզիկայի ամենակարևոր ժամանակակից միտումներն ու խնդիրները՝ վիզուալիզացիա

Հայտնի լեհ ֆիզիկոս, պրոֆ. Անջեյ Ստարուշկևիչը 2010 թվականի հունիսին Կրակովի Իգնատիանում ակադեմիայում «Գիտելիքի սահմանները ֆիզիկայում» բանավեճի ժամանակ ասաց. «Գիտելիքի ոլորտը ահռելիորեն աճել է վերջին հարյուրամյակի ընթացքում, բայց տգիտության դաշտն էլ ավելի է աճել: (...) Հարաբերականության ընդհանուր տեսության և քվանտային մեխանիկայի հայտնաբերումը մարդկային մտքի մոնումենտալ նվաճումներ են, որոնք համեմատելի են Նյուտոնի նվաճումների հետ, բայց դրանք հանգեցնում են երկու կառույցների միջև փոխհարաբերությունների հարցին, մի հարց, որի բարդության մասշտաբը պարզապես ցնցող է։ . Այս իրավիճակում բնականաբար հարցեր են ծագում՝ կարո՞ղ ենք դա անել։ Ճշմարտությանը հասնելու մեր վճռականությունն ու կամքը համարժեք կլինի՞ մեր առջեւ ծառացած դժվարություններին»։

Փորձարարական փակուղի

Արդեն մի քանի ամիս է, ինչ ֆիզիկայի աշխարհը սովորականից ավելի հակասական է: Nature ամսագրում Ջորջ Էլիսը և Ջոզեֆ Սիլքը հոդված են հրապարակել՝ պաշտպանելով ֆիզիկայի ամբողջականությունը՝ քննադատելով նրանց, ովքեր ավելի ու ավելի են պատրաստ հետաձգել փորձերը՝ վերջին տիեզերաբանական տեսությունները փորձարկելու համար մինչև ապագայում: Դրանք պետք է բնութագրվեն «բավարար նրբագեղությամբ» և բացատրական արժեքով։ «Սա խախտում է դարավոր գիտական ​​ավանդույթը, ըստ որի գիտական ​​գիտելիքը էմպիրիկորեն ապացուցված գիտելիք է»,- որոտում են գիտնականները։ Փաստերը հստակ ցույց են տալիս ժամանակակից ֆիզիկայի «փորձարարական փակուղին»։

Աշխարհի և Տիեզերքի բնության և կառուցվածքի մասին վերջին տեսությունները, որպես կանոն, չեն կարող ստուգվել մարդկությանը հասանելի փորձերով։

Հայտնաբերելով Հիգսի բոզոնը՝ գիտնականները «ավարտեցին» Ստանդարտ մոդելը։ Այնուամենայնիվ, ֆիզիկայի աշխարհը դեռ բավարարված չէ: Մենք գիտենք բոլոր քվարկների և լեպտոնների մասին, բայց մենք գաղափար չունենք, թե ինչպես կարելի է դա հաշտեցնել Էյնշտեյնի ձգողության տեսության հետ: Մենք չգիտենք, թե ինչպես համատեղել քվանտային մեխանիկան գրավիտացիայի հետ՝ ստեղծելու քվանտային գրավիտացիայի հիպոթետիկ տեսություն: Մենք նաև չգիտենք, թե ինչ է եղել Մեծ պայթյունը (կամ արդյոք այն իսկապես տեղի է ունեցել): (2).

Ներկայումս, ինչպես դասական ֆիզիկոսներն են անվանում այն, Ստանդարտ մոդելից հետո հաջորդ քայլը գերհամաչափությունն է, որը կանխատեսում է, որ մեզ հայտնի յուրաքանչյուր տարրական մասնիկ ունի «գործընկեր»։

Սա կրկնապատկում է նյութի շինանյութերի ընդհանուր թիվը, սակայն տեսությունը հիանալի տեղավորվում է մաթեմատիկական հավասարումների մեջ և, որ կարևոր է, հնարավորություն է տալիս բացահայտել տիեզերական մութ նյութի առեղծվածը: Մնում է միայն սպասել Մեծ հադրոնային կոլայդերում իրականացված փորձերի արդյունքներին, որոնք կհաստատեն գերսիմետրիկ մասնիկների գոյությունը։

Սակայն նման բացահայտումների մասին Ժնեւից դեռեւս ոչինչ չի լսվել։ Իհարկե, սա LHC-ի նոր տարբերակի միայն սկիզբն է՝ կրկնակի բախման էներգիայով (վերջին վերանորոգումից և արդիականացումից հետո): Մի քանի ամսից նրանք կարող են շամպայնի խցաններ նկարահանել՝ նշելու գերհամաչափությունը: Այնուամենայնիվ, եթե դա տեղի չունենա, շատ ֆիզիկոսներ կարծում են, որ սուպերսիմետրիկ տեսությունները պետք է աստիճանաբար հանվեն, ինչպես գերլարը, որը հիմնված է գերհամաչափության վրա: Որովհետև եթե Մեծ Բախիչը չհաստատի այս տեսությունները, ապա ի՞նչ:

Այնուամենայնիվ, կան որոշ գիտնականներ, ովքեր այդպես չեն կարծում։ Քանի որ գերհամաչափության տեսությունը չափազանց «գեղեցիկ է սխալ լինելու համար»։

Այսպիսով, նրանք մտադիր են վերագնահատել իրենց հավասարումները՝ ապացուցելու համար, որ սուպերսիմետրիկ մասնիկների զանգվածները պարզապես LHC-ի տիրույթից դուրս են: Տեսաբանները շատ ճիշտ են. Նրանց մոդելները լավ են բացատրում այն ​​երևույթները, որոնք կարող են չափվել և փորձարկվել: Հետևաբար, կարելի է հարցնել, թե ինչու պետք է բացառենք այն տեսությունների զարգացումը, որոնք մենք (դեռևս) չենք կարող էմպիրիկորեն իմանալ: Արդյո՞ք սա ողջամիտ և գիտական ​​մոտեցում է։

Տիեզերք ոչնչից

Բնական գիտությունները, հատկապես ֆիզիկան, հիմնված են նատուրալիզմի վրա, այսինքն՝ այն համոզմունքի, որ մենք կարող ենք ամեն ինչ բացատրել՝ օգտագործելով բնության ուժերը։ Գիտության խնդիրը հանգում է նրան, որ հաշվի առնի տարբեր քանակությունների փոխհարաբերությունները, որոնք նկարագրում են երևույթները կամ բնության մեջ գոյություն ունեցող որոշակի կառուցվածքները: Ֆիզիկան չի զբաղվում այնպիսի խնդիրներով, որոնք հնարավոր չէ նկարագրել մաթեմատիկորեն, որոնք չեն կարող կրկնվել։ Սա է, ի թիվս այլ բաների, դրա հաջողության պատճառը։ Բնական երևույթների մոդելավորման համար օգտագործվող մաթեմատիկական նկարագրությունը չափազանց արդյունավետ է դարձել: Բնական գիտության նվաճումները հանգեցրին նրանց փիլիսոփայական ընդհանրացմանը։ Ստեղծվեցին այնպիսի ուղղություններ, ինչպիսիք են մեխանիստական ​​փիլիսոփայությունը կամ գիտական ​​մատերիալիզմը, որոնք մինչև XNUMX-րդ դարի վերջը ձեռք բերված բնական գիտությունների արդյունքները տեղափոխեցին փիլիսոփայության ոլորտ:

Թվում էր, թե մենք կարող ենք ճանաչել ամբողջ աշխարհը, որ բնության մեջ կա լիակատար դետերմինիզմ, քանի որ մենք կարող ենք որոշել, թե ինչպես են մոլորակները շարժվելու միլիոնավոր տարիներ հետո կամ ինչպես են շարժվել միլիոնավոր տարիներ առաջ: Այս ձեռքբերումները հպարտության տեղիք տվեցին, որը բացարձակացրեց մարդկային միտքը: Մեթոդաբանական նատուրալիզմը որոշիչ չափով խթանում է այսօր բնական գիտության զարգացումը։ Այնուամենայնիվ, կան որոշ եզրային կետեր, որոնք կարծես թե ցույց են տալիս նատուրալիստական ​​մեթոդաբանության սահմանափակումները:

Եթե ​​Տիեզերքը ծավալով սահմանափակ է և առաջացել է «ոչնչից» (3), առանց խախտելու էներգիայի պահպանման օրենքները, օրինակ՝ որպես տատանում, ապա դրանում փոփոխություններ չպետք է լինեն։ Այդ ընթացքում մենք հետևում ենք նրանց։ Փորձելով լուծել այս խնդիրը քվանտային ֆիզիկայի հիման վրա՝ գալիս ենք այն եզրակացության, որ միայն գիտակից դիտորդն է ակտուալացնում նման աշխարհի գոյության հնարավորությունը։ Ահա թե ինչու մենք զարմանում ենք, թե ինչու է կոնկրետ մեկը, որտեղ մենք ապրում ենք, ստեղծվել է տարբեր տիեզերքներից: Այսպիսով, մենք գալիս ենք այն եզրակացության, որ միայն այն ժամանակ, երբ մարդը հայտնվեց Երկրի վրա, աշխարհը, ինչպես մենք նկատում ենք, իսկապես «դարձավ» ...

Ինչպե՞ս են չափումները ազդում միլիարդ տարի առաջ տեղի ունեցած իրադարձությունների վրա:

4. Ուիլերի փորձ - վիզուալիզացիա

Ժամանակակից ֆիզիկոսներից մեկը՝ Ջոն Արչիբալդ Ուիլերը, առաջարկել է հայտնի կրկնակի ճեղքվածքով փորձի տիեզերական տարբերակը։ Նրա մտավոր կառուցվածքում միլիարդ լուսային տարի հեռավորության վրա գտնվող քվազարի լույսը շարժվում է գալակտիկայի երկու հակադիր կողմերի երկայնքով (4): Եթե ​​դիտորդները դիտարկեն այս ուղիներից յուրաքանչյուրը առանձին, նրանք կտեսնեն ֆոտոններ: Եթե ​​երկուսն էլ միանգամից, նրանք կտեսնեն ալիքը: Այսպիսով, հենց դիտարկումը փոխում է լույսի բնույթը, որը թողել է քվազարը միլիարդ տարի առաջ:

Ուիլերի համար վերը նշվածը ապացուցում է, որ տիեզերքը չի կարող գոյություն ունենալ ֆիզիկական իմաստով, առնվազն ոչ այն իմաստով, որով մենք սովոր ենք հասկանալ «ֆիզիկական վիճակը»։ Սա չի կարող լինել անցյալում, քանի դեռ... չափումներ չենք արել։ Այսպիսով, մեր ներկայիս հարթությունն ազդում է անցյալի վրա: Մեր դիտարկումներով, բացահայտումներով և չափումներով մենք ձևավորում ենք անցյալի իրադարձությունները՝ ժամանակի խորքում, ընդհուպ մինչև Տիեզերքի սկիզբը:

Կանադայի Վաթերլոոյի «Պերիմետր» ինստիտուտից Նիլ Տյուրոկը New Scientist-ի հուլիսյան համարում ասել է, որ «մենք չենք կարող հասկանալ, թե ինչ ենք գտնում: Տեսությունը դառնում է ավելի ու ավելի բարդ և բարդ: Մենք ինքներս մեզ նետում ենք հաջորդական դաշտերի, չափերի և համաչափությունների խնդրի մեջ, նույնիսկ պտուտակաբանալիով, բայց չենք կարող բացատրել ամենապարզ փաստերը»: Շատ ֆիզիկոսներ ակնհայտորեն նյարդայնացած են այն իրավիճակից, երբ ժամանակակից տեսաբանների մտավոր ճամփորդությունները, ինչպիսիք են վերոնշյալ նկատառումները կամ գերլարերի տեսությունը, ոչ մի ընդհանուր բան չունեն լաբորատորիաներում ներկայումս իրականացվող փորձերի հետ, և դրանք փորձարարական փորձարկելու հնարավորություն չկա:

Քվանտային աշխարհում դուք պետք է ավելի լայն տեսակետ ունենաք

Ինչպես մի անգամ ասել է Նոբելյան մրցանակակիր Ռիչարդ Ֆեյնմանը, ոչ ոք իրականում չի հասկանում քվանտային աշխարհը: Ի տարբերություն հին բարի Նյուտոնյան աշխարհի, որտեղ երկու մարմինների փոխազդեցությունները որոշակի զանգվածների հետ հաշվարկվում են հավասարումներով, քվանտային մեխանիկայում մենք ունենք հավասարումներ, որոնցից դրանք ոչ այնքան բխում են, որքան փորձերի ժամանակ նկատված տարօրինակ վարքագծի արդյունքը: Քվանտային ֆիզիկայի օբյեկտները պարտադիր չէ, որ կապված լինեն որևէ «ֆիզիկականի» հետ, և նրանց վարքագիծը հանդիսանում է աբստրակտ բազմաչափ տարածության շրջան, որը կոչվում է Հիլբերտի տարածություն:

Կան փոփոխություններ, որոնք նկարագրված են Շրյոդինգերի հավասարմամբ, բայց թե ինչու կոնկրետ անհայտ է: Սա կարելի՞ է փոխել։ Հնարավո՞ր է նույնիսկ քվանտային օրենքները բխեցնել ֆիզիկայի սկզբունքներից, քանի որ տասնյակ օրենքներ և սկզբունքներ, օրինակ, արտաքին տարածության մեջ մարմինների շարժման վերաբերյալ, բխում էին Նյուտոնի սկզբունքներից: Իտալիայի Պավիայի համալսարանի գիտնականներ Ջակոմո Մաուրո Դ'Արիանոն, Ջուլիո Ցիրիբելան և Պաոլո Պերինոտին պնդում են, որ նույնիսկ քվանտային երևույթները, որոնք ակնհայտորեն հակասում են ողջախոհությանը, կարող են հայտնաբերվել չափելի փորձերի ժամանակ: Ձեզ անհրաժեշտ է միայն ճիշտ տեսակետը, Թերևս քվանտային էֆեկտների ըմբռնման բացակայությունը գալիս է դրանց մասին բավականաչափ լայն տեսակետ չունենալուց: Ըստ New Scientist-ի վերոհիշյալ գիտնականների՝ քվանտային մեխանիկայի իմաստալից և չափելի փորձերը պետք է համապատասխանեն մի քանի պայմանների։ Սա.

• պատճառականություն - ապագա իրադարձությունները չեն կարող ազդել անցյալի իրադարձությունների վրա.
• տարբերակելիություն - նշում է, որ մենք պետք է կարողանանք առանձնանալ միմյանցից որպես առանձին;
• композиция - եթե մենք գիտենք գործընթացի բոլոր փուլերը, մենք գիտենք ամբողջ գործընթացը.
• սեղմում – կան չիպի մասին կարևոր տեղեկություններ փոխանցելու ուղիներ՝ առանց ամբողջ չիպը փոխանցելու.
• տոմոգրաֆիա - եթե մենք ունենք բազմաթիվ մասերից բաղկացած համակարգ, ապա ըստ մասերի չափումների վիճակագրությունը բավարար է ամբողջ համակարգի վիճակը բացահայտելու համար:

Իտալացիները ցանկանում են ընդլայնել մաքրման, ավելի լայն հեռանկարի և բովանդակալից փորձերի իրենց սկզբունքները՝ ներառելով նաև թերմոդինամիկական երևույթների անշրջելիությունը և էնտրոպիայի աճի սկզբունքը, որով ֆիզիկոսները տպավորված չեն: Թերևս այստեղ նույնպես դիտարկումների և չափումների վրա ազդում են այնպիսի տեսանկյունի արտեֆակտներ, որոնք չափազանց նեղ են՝ ամբողջ համակարգը հասկանալու համար: «Քվանտային տեսության հիմնարար ճշմարտությունն այն է, որ աղմկոտ, անդառնալի փոփոխությունները կարող են շրջելի լինել՝ նկարագրությանը նոր դասավորություն ավելացնելով», - ասում է իտալացի գիտնական Ջուլիո Ցիրիբելան New Scientist-ին:

Ցավոք, թերահավատներն ասում են, որ փորձերի «մաքրումը» և չափման ավելի լայն հեռանկարը կարող են հանգեցնել բազմաշխարհի վարկածի, որտեղ հնարավոր է ցանկացած արդյունք, և որում գիտնականները, մտածելով, որ չափում են իրադարձությունների ճիշտ ընթացքը, պարզապես «ընտրում են». որոշակի շարունակականություն՝ դրանք չափելով։

5. Ժամանակի սլաքները՝ ժամացույցի սլաքների տեսքով

Ժամանակ չկա՞

Այսպես կոչված ժամանակի սլաքների (5) հասկացությունը ներկայացվել է 1927 թվականին բրիտանացի աստղաֆիզիկոս Արթուր Էդինգթոնի կողմից։ Այս սլաքը ցույց է տալիս ժամանակը, որը միշտ հոսում է մեկ ուղղությամբ, այսինքն՝ անցյալից դեպի ապագա, և այս գործընթացը հնարավոր չէ շրջել։ Սթիվեն Հոքինգը իր «Ժամանակի համառոտ պատմություն» աշխատությունում գրել է, որ խանգարումն ավելանում է ժամանակի հետ, քանի որ մենք չափում ենք ժամանակը այն ուղղությամբ, որով անկարգությունն աճում է: Սա կնշանակի, որ մենք ունենք ընտրություն. մենք կարող ենք, օրինակ, նախ դիտել հատակին ցրված կոտրված ապակու բեկորները, ապա այն պահը, երբ ապակին ընկնում է հատակին, ապա ապակին օդում և վերջապես այն պահողին: ձեռքին։ Չկա որևէ գիտական ​​կանոն, որը սահմանում է, որ «ժամանակի հոգեբանական սլաքը» պետք է շարժվի նույն ուղղությամբ, ինչ թերմոդինամիկական սլաքը, և համակարգի էնտրոպիան մեծանա։ Այնուամենայնիվ, շատ գիտնականներ կարծում են, որ դա այդպես է, քանի որ մարդու ուղեղում տեղի են ունենում էներգետիկ փոփոխություններ, որոնք նման են բնության մեջ: Ուղեղն ունի գործելու, դիտարկելու և տրամաբանելու էներգիա, քանի որ մարդու «շարժիչը» այրում է վառելիքն ու սնունդը, և, ինչպես ներքին այրման շարժիչը, այս գործընթացը անշրջելի է:

Սակայն լինում են դեպքեր, երբ ժամանակի հոգեբանական սլաքի նույն ուղղությունը պահպանելով, տարբեր համակարգերում էնտրոպիան և՛ մեծանում է, և՛ նվազում։ Օրինակ՝ համակարգչի հիշողության մեջ տվյալները պահելիս։ Մեքենայի հիշողության մոդուլները անկանոն վիճակից անցնում են սկավառակի գրման կարգի: Այսպիսով, համակարգչում էնտրոպիան նվազում է։ Այնուամենայնիվ, ցանկացած ֆիզիկոս կասի, որ ամբողջ տիեզերքի տեսանկյունից այն աճում է, քանի որ սկավառակի վրա գրելու համար էներգիա է պահանջվում, և այդ էներգիան ցրվում է մեքենայի կողմից առաջացած ջերմության տեսքով: Այսպիսով, կա մի փոքր «հոգեբանական» դիմադրություն ֆիզիկայի հաստատված օրենքներին: Մեզ համար դժվար է համարել, որ այն, ինչ դուրս է գալիս օդափոխիչի աղմուկից, ավելի կարևոր է, քան ստեղծագործության կամ այլ արժեքի գրանցումը հիշողության մեջ։ Ի՞նչ կլիներ, եթե ինչ-որ մեկն իր ԱՀ-ում գրեր փաստարկ, որը կհեղափոխի ժամանակակից ֆիզիկան, ուժի միասնական տեսությունը կամ Ամեն ինչի տեսությունը: Մենք դժվարանում ենք ընդունել այն միտքը, որ, չնայած դրան, Տիեզերքում ընդհանուր անկարգությունն աճել է:

Դեռևս 1967 թվականին հայտնվեց Ուիլեր-Դևիթ հավասարումը, որից հետևում էր, որ ժամանակը որպես այդպիսին գոյություն չունի։ Դա քվանտային մեխանիկայի և հարաբերականության ընդհանուր տեսության գաղափարները մաթեմատիկորեն համատեղելու փորձ էր, քայլ դեպի քվանտային գրավիտացիայի տեսություն, այսինքն. ամեն ինչի տեսությունը, որը ցանկալի է բոլոր գիտնականների կողմից: Միայն 1983 թվականին ֆիզիկոսներ Դոն Փեյջը և Ուիլյամ Ուոթերսը բացատրություն առաջարկեցին, որ ժամանակի խնդիրը կարելի է շրջանցել՝ օգտագործելով քվանտային խճճվածության հայեցակարգը: Նրանց հայեցակարգի համաձայն՝ կարելի է չափել միայն արդեն սահմանված համակարգի հատկությունները։ Մաթեմատիկական տեսանկյունից այս առաջարկը նշանակում էր, որ համակարգից մեկուսացված ժամացույցները չեն աշխատում և գործարկվում են միայն այն ժամանակ, երբ դրանք խճճվել են որոշակի տիեզերքի հետ: Այնուամենայնիվ, եթե ինչ-որ մեկը մեզ նայեր այլ տիեզերքից, նա մեզ կտեսներ որպես ստատիկ օբյեկտներ, և միայն նրանց գալը մեզ մոտ կառաջացներ քվանտային խճճվածություն և բառացիորեն կստիպի մեզ զգալ ժամանակի ընթացքը:

Այս վարկածը հիմք է հանդիսացել Իտալիայի Թուրին քաղաքի հետազոտական ​​ինստիտուտի գիտնականների աշխատանքին: Ֆիզիկոս Մարկո Ջենովեզեն որոշել է մոդել կառուցել, որը հաշվի կառնի քվանտային խճճվածության առանձնահատկությունները։ Հնարավոր է եղել վերստեղծել ֆիզիկական ազդեցություն, որը ցույց է տալիս այս պատճառաբանության ճիշտությունը: Ստեղծվել է Տիեզերքի մոդել, որը բաղկացած է երկու ֆոտոնից։

Մի զույգը կողմնորոշված ​​էր՝ ուղղահայաց բևեռացված, իսկ մյուսը՝ հորիզոնական: Նրանց քվանտային վիճակը և հետևաբար բևեռացումը հայտնաբերվում է մի շարք դետեկտորների միջոցով: Ստացվում է, որ քանի դեռ չի հասել այն դիտարկմանը, որը վերջնականապես որոշում է հղման շրջանակը, ֆոտոնները գտնվում են դասական քվանտային սուպերպոզիցիայի մեջ, այսինքն. դրանք ուղղված էին ինչպես ուղղահայաց, այնպես էլ հորիզոնական: Սա նշանակում է, որ ժամացույցը կարդացող դիտորդը որոշում է քվանտային խճճվածությունը, որն ազդում է տիեզերքի վրա, որի մի մասն է նա դառնում: Այդպիսի դիտորդն այնուհետև քվանտային հավանականության հիման վրա կարողանում է ընկալել հաջորդական ֆոտոնների բևեռացումը։

Այս հայեցակարգը շատ գայթակղիչ է, քանի որ բացատրում է բազմաթիվ խնդիրներ, բայց, բնականաբար, հանգեցնում է «գերդիտորդի» անհրաժեշտությանը, ով վեր կլինի բոլոր դետերմինիզմներից և կվերահսկի ամեն ինչ որպես ամբողջություն:

6. Բազմաշխարհիկ - Վիզուալիզացիա

Այն, ինչ մենք դիտում ենք և այն, ինչ մենք սուբյեկտիվորեն ընկալում ենք որպես «ժամանակ», իրականում մեզ շրջապատող աշխարհում չափելի գլոբալ փոփոխությունների արդյունք է: Երբ մենք խորանում ենք ատոմների, պրոտոնների և ֆոտոնների աշխարհում, մենք հասկանում ենք, որ ժամանակ հասկացությունը դառնում է ավելի ու ավելի քիչ կարևոր: Ըստ գիտնականների՝ ամեն օր մեզ ուղեկցող ժամացույցը ֆիզիկական տեսանկյունից չի չափում իր անցումը, այլ օգնում է մեզ կազմակերպել մեր կյանքը։ Նրանց համար, ովքեր սովոր են Նյուտոնի համընդհանուր և համապարփակ ժամանակի հասկացություններին, այս հասկացությունները ցնցող են: Բայց դրանք միայն գիտական ​​ավանդապաշտները չեն, որ չեն ընդունում։ Ակնառու տեսական ֆիզիկոս Լի Սմոլինը, որը նախկինում մեր կողմից հիշատակվել է որպես այս տարվա Նոբելյան մրցանակի հավանական հաղթողներից մեկը, կարծում է, որ ժամանակը գոյություն ունի և միանգամայն իրական է։ Ժամանակին, ինչպես շատ ֆիզիկոսներ, նա պնդում էր, որ ժամանակը սուբյեկտիվ պատրանք է:

Այժմ նա իր «Վերածնված ժամանակ» գրքում ներկայացնում է բոլորովին այլ տեսակետ ֆիզիկայի վերաբերյալ և քննադատում է լարերի տեսությունը, որը տարածված է գիտական ​​հանրության մեջ։ Ըստ նրա՝ բազմաշխարհը գոյություն չունի (6), քանի որ մենք ապրում ենք նույն տիեզերքում և միևնույն ժամանակ։ Նա կարծում է, որ ժամանակը չափազանց կարևոր է, և որ ներկա պահի իրականության մեր փորձառությունը պատրանք չէ, այլ իրականության հիմնարար էությունը հասկանալու բանալին:

Էնտրոպիա զրո

Սանդու Պոպեսկուն, Թոնի Շորթը, Նոա Լինդենը (7) և Անդրեաս Ուինթերը նկարագրել են իրենց բացահայտումները 2009 թվականին Physical Review E ամսագրում, որը ցույց է տվել, որ առարկաները հասնում են հավասարակշռության, այսինքն՝ էներգիայի միատեսակ բաշխման վիճակի՝ մտնելով քվանտային խճճվածության վիճակներ։ իրենց շրջապատի հետ։ 2012թ.-ին Թոնի Շորթը ապացուցեց, որ խճճվածությունը վերջավոր ժամանակի մեջ բերում է հավասարություն: Երբ օբյեկտը փոխազդում է իր միջավայրի հետ, օրինակ, երբ մի բաժակ սուրճի մասնիկները բախվում են օդի հետ, դրանց հատկությունների մասին տեղեկատվությունը արտահոսում է և տարածվում ամբողջ շրջակայքում: Տեղեկատվության կորստի պատճառով սուրճը լճանում է, նույնիսկ երբ ամբողջ սենյակի մաքրությունը շարունակում է տատանվել: Պոպեսկուի խոսքով՝ նրա վիճակը ժամանակի ընթացքում դադարում է փոխվել։

7. Նոա Լինդեն, Սանդու Պոպեսկու և Թոնի Շորթ

Քանի որ սենյակի մաքրությունը փոխվում է, սուրճը կարող է հանկարծակի չխառնվել օդի հետ և մտնել իր մաքուր վիճակի մեջ: Այնուամենայնիվ, շրջակա միջավայրի հետ խառնված վիճակները շատ ավելի շատ են, քան սուրճի համար մատչելի մաքուր վիճակները, և, հետևաբար, գրեթե երբեք գոյություն չունեն: Վիճակագրական այս անհավանականությունն այնպիսի տպավորություն է թողնում, որ ժամանակի սլաքն անշրջելի է։ Ժամանակի սլաքի խնդիրը քվանտային մեխանիկայի կողմից լղոզված է, ինչը դժվարացնում է բնության որոշումը։

Տարրական մասնիկը չունի ճշգրիտ ֆիզիկական հատկություններ և որոշվում է միայն տարբեր վիճակներում գտնվելու հավանականությամբ։ Օրինակ, ցանկացած պահի, մասնիկը կարող է ունենալ 50 տոկոս հավանականություն՝ պտտվելու ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ և 50 տոկոս՝ հակառակ ուղղությամբ: Ֆիզիկոս Ջոն Բելի փորձով հաստատված թեորեմը նշում է, որ մասնիկի իրական վիճակը գոյություն չունի, և որ այն թողնում է առաջնորդվել հավանականությամբ։

Քվանտային անորոշությունն այնուհետև հանգեցնում է շփոթության: Երբ երկու մասնիկներ փոխազդում են, դրանք չեն կարող նույնիսկ ինքնուրույն սահմանվել, անկախ զարգացող հավանականություններ, որոնք հայտնի են որպես մաքուր վիճակ: Փոխարենը, նրանք դառնում են հավանականության ավելի բարդ բաշխման խճճված բաղադրիչներ, որոնք երկու մասնիկները միասին նկարագրում են: Այս բաշխումը կարող է որոշել, օրինակ, արդյոք մասնիկները կպտտվեն հակառակ ուղղությամբ: Համակարգն ամբողջությամբ գտնվում է մաքուր վիճակում, սակայն առանձին մասնիկների վիճակը կապված է մեկ այլ մասնիկի հետ։

Այսպիսով, երկուսն էլ կարող էին շատ լուսային տարիներ հեռու մնալ միմյանցից, և յուրաքանչյուրի պտույտը փոխկապակցված կմնար մյուսի հետ:

Ժամանակի տեսության նոր սլաքը դա նկարագրում է որպես տեղեկատվության կորուստ՝ քվանտային խճճվածության պատճառով, որը մի բաժակ սուրճն ուղարկում է շրջակա սենյակի հետ հավասարակշռության: Ի վերջո, սենյակը հավասարակշռության է հասնում արտաքին միջավայրի հետ, որն իր հերթին դանդաղորեն մոտենում է մնացած տիեզերքի հետ հավասարակշռությանը: Հին գիտնականները, ովքեր ուսումնասիրում էին թերմոդինամիկան, այս գործընթացը դիտարկում էին որպես էներգիայի աստիճանական ցրում, որը մեծացնում էր Տիեզերքի էնտրոպիան:

Այսօր ֆիզիկոսները կարծում են, որ տեղեկատվությունը գնալով ավելի է ցրվում, բայց երբեք ամբողջությամբ չի անհետանում: Չնայած էնտրոպիան աճում է տեղական մակարդակում, նրանք կարծում են, որ տիեզերքի ընդհանուր էնտրոպիան մնում է հաստատուն զրոյի վրա: Այնուամենայնիվ, ժամանակի սլաքի մի կողմը մնում է չլուծված: Գիտնականները պնդում են, որ անցյալը, բայց ոչ ապագան հիշելու մարդու կարողությունը կարող է ընկալվել նաև որպես փոխազդող մասնիկների միջև հարաբերությունների ձևավորում: Երբ մենք կարդում ենք հաղորդագրություն թղթի վրա, ուղեղը շփվում է դրա հետ աչքերին հասնող ֆոտոնների միջոցով:

Միայն այս պահից մենք կարող ենք հիշել, թե ինչ է մեզ ասում այս ուղերձը: Պոպեսկուն կարծում է, որ նոր տեսությունը չի բացատրում, թե ինչու է Տիեզերքի սկզբնական վիճակը հեռու էր հավասարակշռությունից՝ հավելելով, որ պետք է բացատրել Մեծ պայթյունի բնույթը։ Որոշ հետազոտողներ կասկածներ են հայտնել այս նոր մոտեցման վերաբերյալ, սակայն այս հայեցակարգի և նոր մաթեմատիկական ֆորմալիզմի զարգացումն այժմ օգնում է լուծել թերմոդինամիկայի տեսական հարցերը:

Հասնել տիեզերական ժամանակի հատիկներին

Սև խոռոչների ֆիզիկան կարծես ցույց է տալիս, ինչպես որոշ մաթեմատիկական մոդելներ են հուշում, որ մեր տիեզերքն ամենևին էլ եռաչափ չէ: Չնայած այն ամենին, ինչ մեզ ասում են մեր զգայարանները, մեզ շրջապատող իրականությունը կարող է լինել հոլոգրամ՝ հեռավոր հարթության պրոյեկցիա, որն իրականում երկչափ է: Եթե ​​Տիեզերքի այս պատկերը ճիշտ է, ապա տարած ժամանակի եռաչափ բնույթի պատրանքը կարող է ցրվել, երբ մեր տրամադրության տակ գտնվող հետազոտական ​​գործիքները դառնան համապատասխան զգայուն: Ֆերմիլաբի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Քրեյգ Հոգանը, ով տարիներ է անցկացրել՝ ուսումնասիրելով Տիեզերքի հիմնարար կառուցվածքը, ենթադրում է, որ այս մակարդակը նոր է հասել:

8. GEO600 գրավիտացիոն ալիքների դետեկտոր

Եթե ​​տիեզերքը հոլոգրամա է, ապա մենք կարող ենք հենց նոր հասել իրականության որոշման սահմաններին: Որոշ ֆիզիկոսներ առաջ են քաշել հետաքրքիր վարկած, որ տարածություն-ժամանակը, որում մենք ապրում ենք, ի վերջո շարունակական չէ, այլ, ինչպես թվային լուսանկարում պատկերված պատկերը, իր ամենահիմնական մակարդակում կազմված է որոշակի «հատիկներից» կամ «պիքսելներից»: Եթե ​​դա այդպես է, մեր իրականությունը պետք է ինչ-որ վերջնական «լուծում» ունենա։ Ահա թե ինչպես են որոշ հետազոտողներ մեկնաբանել «աղմուկը», որը հայտնվել է GEO600 գրավիտացիոն ալիքի դետեկտորի արդյունքներում (8):

Այս արտասովոր վարկածը ստուգելու համար Քրեյգ Հոգանը, գրավիտացիոն ալիքների ֆիզիկոսը, նա և իր թիմը ստեղծեցին աշխարհի ամենաճշգրիտ ինտերֆերոմետրը, որը կոչվում է Hogan Holometer, որը նախատեսված է հնարավորինս ճշգրիտ չափելու տիեզերական ժամանակի ամենահիմնական էությունը: Fermilab E-990 ծածկանունով փորձը շատ ուրիշներից չէ: Այս մեկը նպատակ ունի ցույց տալ բուն տարածության քվանտային բնույթը և այն, ինչ գիտնականներն անվանում են «հոլոգրաֆիկ աղմուկ»:

Հոլոմետրը բաղկացած է երկու ինտերֆերաչափերից, որոնք գտնվում են կողք կողքի: Նրանք մեկ կիլովատանոց լազերային ճառագայթներն ուղղում են մի սարքի, որը դրանք բաժանում է 40 մետր երկարությամբ երկու ուղղահայաց ճառագայթների, որոնք արտացոլվում են և վերադառնում բաժանման կետ՝ ստեղծելով լույսի ճառագայթների պայծառության տատանումներ (9): Եթե ​​դրանք որոշակի շարժում են առաջացնում բաժանման սարքում, ապա դա կլինի բուն տարածության թրթիռի վկայությունը:

9. Հոլոգրաֆիկ փորձի գրաֆիկական ներկայացում

Հոգանի թիմի ամենամեծ խնդիրն է ապացուցել, որ իրենց հայտնաբերած էֆեկտները պարզապես փորձարարական կազմավորումից դուրս գործոնների հետևանքով առաջացած անկարգություններ չեն, այլ տարածություն-ժամանակի թրթռումների արդյունք: Հետևաբար, ինտերֆերոմետրում օգտագործվող հայելիները կհամաժամանակացվեն սարքի դրսից եկող ամենափոքր ձայների հաճախականությունների հետ, որոնք ֆիքսված են հատուկ սենսորների միջոցով:

Անտրոպիկ տիեզերք

Որպեսզի աշխարհը և մարդը գոյություն ունենան դրանում, ֆիզիկայի օրենքները պետք է ունենան շատ հատուկ ձև, իսկ ֆիզիկական հաստատունները պետք է ունենան ճշգրիտ ընտրված արժեքներ… և դրանք կան: Ինչո՞ւ։

Սկսենք նրանից, որ Տիեզերքում կան չորս տեսակի փոխազդեցություններ՝ գրավիտացիոն (անկում, մոլորակներ, գալակտիկաներ), էլեկտրամագնիսական (ատոմներ, մասնիկներ, շփում, առաձգականություն, լույս), թույլ միջուկային (աստղային էներգիայի աղբյուր) և ուժեղ միջուկային ( կապում է պրոտոնները և նեյտրոնները ատոմային միջուկներում): Ձգողականությունը 1039 անգամ ավելի թույլ է, քան էլեկտրամագնիսականությունը: Եթե ​​այն մի փոքր ավելի թույլ լիներ, աստղերը Արեգակից ավելի թեթեւ կլինեին, գերնոր աստղերը չէին պայթի, ծանր տարրեր չէին առաջանա։ Եթե ​​այն նույնիսկ մի փոքր ավելի ուժեղ լիներ, բակտերիայից մեծ արարածները կփշրվեին, և աստղերը հաճախ կբախվեին, կկործանեին մոլորակները և շատ արագ կայրվեին:

Տիեզերքի խտությունը մոտ է կրիտիկական խտությանը, այսինքն, որից ցածր նյութը արագորեն կցրվի առանց գալակտիկաների կամ աստղերի ձևավորման, և որից վեր Տիեզերքը շատ կարճ կմնար: Նման պայմանների առաջացման համար Մեծ պայթյունի պարամետրերի համապատասխանության ճշգրտությունը պետք է լինի ±10-60 սահմաններում: Երիտասարդ Տիեզերքի սկզբնական անհամասեռությունները 10-5 սանդղակով էին: Եթե ​​դրանք ավելի փոքր լինեին, գալակտիկաները չէին առաջանա։ Եթե ​​դրանք ավելի մեծ լինեին, ապա գալակտիկաների փոխարեն հսկայական սև խոռոչներ կստեղծվեին:

Տիեզերքում մասնիկների և հակամասնիկների համաչափությունը կոտրված է։ Եվ յուրաքանչյուր բարիոնի (պրոտոն, նեյտրոն) կա 109 ֆոտոն։ Եթե ​​դրանք ավելի շատ լինեին, ապա գալակտիկաները չէին կարող առաջանալ: Եթե ​​նրանցից քիչ լինեին, աստղեր չէին լինի։ Նաև չափումների քանակը, որոնցում մենք ապրում ենք, կարծես թե «ճիշտ է»: Բարդ կառուցվածքները չեն կարող առաջանալ երկու հարթության մեջ: Չորսից ավելի (երեք չափում գումարած ժամանակ) դեպքում ատոմներում կայուն մոլորակային ուղեծրերի և էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակների առկայությունը դառնում է խնդրահարույց:

10. Մարդը որպես Տիեզերքի կենտրոն

Անթրոպիկ սկզբունքի հայեցակարգը ներկայացվել է Բրենդոն Քարթերի կողմից 1973 թվականին Կրակովում Կոպեռնիկոսի ծննդյան 500-ամյակին նվիրված համաժողովում։ Ընդհանուր առմամբ, այն կարող է ձևակերպվել այնպես, որ դիտարկելի Տիեզերքը պետք է համապատասխանի այն պայմաններին, որոնք նա բավարարում է, որպեսզի մեր կողմից դիտարկելի լինի: Դեռևս կան դրա տարբեր վարկածներ։ Անթրոպիկ թույլ սկզբունքն ասում է, որ մենք կարող ենք գոյություն ունենալ միայն մի տիեզերքում, որը հնարավոր է դարձնում մեր գոյությունը: Եթե ​​հաստատունների արժեքները տարբեր լինեին, մենք դա երբեք չէինք տեսնի, քանի որ այնտեղ չէինք լինի: Ուժեղ անտրոպիկ սկզբունքը (դիտավոր բացատրություն) ասում է, որ տիեզերքն այնպիսին է, որ մենք կարող ենք գոյություն ունենալ (10).

Քվանտային ֆիզիկայի տեսանկյունից ցանկացած թվով տիեզերք կարող է առաջանալ առանց պատճառի։ Մենք հայտնվեցինք կոնկրետ տիեզերքում, որը պետք է կատարեր մի շարք նուրբ պայմաններ, որպեսզի մարդն ապրեր դրանում։ Հետո խոսում ենք մարդաբանական աշխարհի մասին։ Հավատացյալի համար, օրինակ, Աստծո կողմից ստեղծված մեկ մարդաբանական Տիեզերքը բավական է: Մատերիալիստական ​​աշխարհայացքը չի ընդունում դա և ենթադրում է, որ կան շատ տիեզերքներ կամ որ ներկայիս տիեզերքը ընդամենը մի փուլ է մուլտիտիեզերքի անվերջանալի էվոլյուցիայի մեջ:

Տիեզերքի ժամանակակից տարբերակի՝ որպես սիմուլյացիոն վարկածի հեղինակը տեսաբան Նիկլաս Բոստրոմն է։ Նրա խոսքով, այն իրականությունը, որը մենք ընկալում ենք, ընդամենը սիմուլյացիա է, որի մասին մենք տեղյակ չենք։ Գիտնականն առաջարկել է, որ եթե բավականաչափ հզոր համակարգչի միջոցով հնարավոր է ստեղծել մի ամբողջ քաղաքակրթության կամ նույնիսկ ամբողջ տիեզերքի հուսալի մոդելավորում, և նմանակված մարդիկ կարող են գիտակցություն զգալ, ապա շատ հավանական է, որ առաջադեմ քաղաքակրթությունները ստեղծել են պարզապես մեծ թվեր: նման սիմուլյացիաների, և մենք ապրում ենք դրանցից մեկում «Մատրիցայի» նման մի բանում (11):

Այստեղ հնչեցին «Աստված» և «Մատրիցա» բառերը։ Հիմա հասել ենք գիտության մասին խոսելու սահմանին։ Շատերը, այդ թվում՝ գիտնականները, կարծում են, որ հենց փորձարարական ֆիզիկայի անօգնականության պատճառով է, որ գիտությունը սկսում է մուտք գործել ռեալիզմին հակասող ոլորտներ՝ մետաֆիզիկայի և գիտաֆանտաստիկայի հոտով: Հուսանք, որ ֆիզիկան կհաղթահարի իր էմպիրիկ ճգնաժամը և նորից ուրախանալու միջոց կգտնի որպես փորձնականորեն փորձարկվող գիտություն։