Dove abbiamo sbagliato?

La fisica si è trovata in uno spiacevole vicolo cieco. Sebbene abbia un proprio Modello Standard, recentemente integrato dalla particella di Higgs, tutti questi progressi fanno ben poco per spiegare i grandi misteri moderni, l'energia oscura, la materia oscura, la gravità, le asimmetrie materia-antimateria e persino le oscillazioni del neutrino.

Roberto Unger e Lee Smolin

Lee Smolin, noto fisico da anni citato come uno dei seri candidati al Premio Nobel, recentemente pubblicato con il filosofo Roberto Ungerem, il libro “L'universo singolare e la realtà del tempo”. In esso gli autori analizzano, ciascuno dal punto di vista della propria disciplina, lo stato confuso della fisica moderna. "La scienza fallisce quando lascia il regno della verifica sperimentale e la possibilità della negazione", scrivono. Esortano i fisici a tornare indietro nel tempo e cercare un nuovo inizio.

Le loro offerte sono piuttosto specifiche. Smolin e Unger, ad esempio, vogliono che torniamo al concetto Un universo. Il motivo è semplice - sperimentiamo un solo universo e uno di essi può essere indagato scientificamente, mentre le affermazioni sull'esistenza della loro pluralità sono empiricamente non verificabili.. Un'altra ipotesi che Smolin e Unger si propongono di accettare è la seguente. realtà del temponon dare ai teorici la possibilità di allontanarsi dall'essenza della realtà e dalle sue trasformazioni. E, infine, gli autori esortano a frenare la passione per la matematica, che, nei suoi modelli "belli" ed eleganti, si stacca dal mondo realmente sperimentato e possibile. verificare sperimentalmente.

Chissà "bello matematico" teoria delle stringhe, quest'ultimo riconosce facilmente la sua critica nei postulati di cui sopra. Tuttavia, il problema è più generale. Molte affermazioni e pubblicazioni oggi credono che la fisica abbia raggiunto un vicolo cieco. Dobbiamo aver commesso un errore da qualche parte lungo la strada, ammettono molti ricercatori.

Quindi Smolin e Unger non sono soli. Qualche mese fa in "Natura" Giorgio Ellis i Giuseppe Seta ha pubblicato un articolo su proteggere l'integrità della fisicacriticando coloro che sono sempre più propensi a rimandare a un "domani" indefinito gli esperimenti per testare varie teorie cosmologiche "alla moda". Dovrebbero essere caratterizzati da "sufficiente eleganza" e valore esplicativo. “Questo rompe la tradizione scientifica secolare secondo cui la conoscenza scientifica è conoscenza. confermato empiricamentericordano gli scienziati. I fatti mostrano chiaramente l'"impasse sperimentale" della fisica moderna.. Le ultime teorie sulla natura e la struttura del mondo e dell'Universo, di regola, non possono essere verificate da esperimenti a disposizione dell'umanità.

Analoghi di particelle supersimmetriche - Visualizzazione

Scoprendo il bosone di Higgs, gli scienziati hanno "ottenuto" Modello standard. Tuttavia, il mondo della fisica è tutt'altro che soddisfatto. Conosciamo tutti i quark e i leptoni, ma non abbiamo idea di come conciliare questo con la teoria della gravità di Einstein. Non sappiamo come combinare la meccanica quantistica con la gravità per creare una teoria coerente della gravità quantistica. Inoltre non sappiamo cosa sia il Big Bang (o se ce ne sia stato davvero uno).

Al momento, chiamiamolo fisico mainstream, vedono il passo successivo dopo il Modello Standard supersimmetria (SUSY), che prevede che ogni particella elementare a noi nota abbia un "partner" simmetrico. Questo raddoppia il numero totale di elementi costitutivi della materia, ma la teoria si adatta perfettamente alle equazioni matematiche e, soprattutto, offre la possibilità di svelare il mistero della materia oscura cosmica. Non restava che attendere i risultati degli esperimenti al Large Hadron Collider, che confermeranno l'esistenza di particelle supersimmetriche.

Tuttavia, tali scoperte non sono ancora state ascoltate da Ginevra. Se non emerge ancora nulla di nuovo dagli esperimenti all'LHC, molti fisici ritengono che le teorie supersimmetriche dovrebbero essere ritirate in silenzio, così come sovrastrutturache si basa sulla supersimmetria. Ci sono scienziati pronti a difenderla, anche se non trova conferme sperimentali, perché la teoria SUSA è "troppo bella per essere falsa". Se necessario, intendono rivalutare le loro equazioni per dimostrare che le masse delle particelle supersimmetriche sono semplicemente al di fuori dell'intervallo dell'LHC.

Anomalia Anomalia pagana

Impressioni: è facile dirlo! Tuttavia, quando, ad esempio, i fisici riescono a mettere in orbita un muone attorno a un protone e il protone "si gonfia", allora iniziano a succedere cose strane alla fisica a noi nota. Viene creata una versione più pesante dell'atomo di idrogeno e si scopre che il nucleo, cioè il protone in un tale atomo è più grande (cioè ha un raggio maggiore) del protone "ordinario".

La fisica come la conosciamo non può spiegare questo fenomeno. Il muone, il leptone che sostituisce l'elettrone nell'atomo, dovrebbe comportarsi come un elettrone - e lo fa, ma perché questo cambiamento influisce sulla dimensione del protone? I fisici non lo capiscono. Forse potrebbero superarlo, ma... aspetta un minuto. La dimensione del protone è correlata alle attuali teorie della fisica, in particolare al Modello Standard. I teorici hanno cominciato a sfogare questa interazione inspiegabile un nuovo tipo di interazione fondamentale. Tuttavia, questa è solo una speculazione finora. Lungo la strada, sono stati condotti esperimenti con atomi di deuterio, ritenendo che un neutrone nel nucleo possa influenzare gli effetti. I protoni erano ancora più grandi con i muoni intorno che con gli elettroni.

Un'altra stranezza fisica relativamente nuova è l'esistenza emersa a seguito della ricerca degli scienziati del Trinity College di Dublino. nuova forma di luce. Una delle caratteristiche misurate della luce è il suo momento angolare. Finora si credeva che in molte forme di luce il momento angolare fosse un multiplo di La costante di Planck. Intanto il dott. Kyle Ballantine e professore Paolo Eastham i John Donegan scoperto una forma di luce in cui il momento angolare di ciascun fotone è metà della costante di Planck.

Questa straordinaria scoperta mostra che anche le proprietà di base della luce che pensavamo fossero costanti possono essere modificate. Ciò avrà un impatto reale sullo studio della natura della luce e troverà applicazioni pratiche, ad esempio, nelle comunicazioni ottiche sicure. Dagli anni '80, i fisici si sono chiesti come le particelle si muovano solo in due dimensioni dello spazio tridimensionale. Hanno scoperto che avremmo quindi a che fare con molti fenomeni insoliti, comprese le particelle i cui valori quantistici sarebbero frazioni. Ora è stato dimostrato per la luce. Questo è molto interessante, ma significa che molte teorie devono ancora essere aggiornate. E questo è solo l'inizio del collegamento con nuove scoperte che portano la fermentazione alla fisica.

Un anno fa, sui media sono apparse informazioni che i fisici della Cornell University hanno confermato nel loro esperimento. Effetto Zeno Quantistico – la possibilità di fermare un sistema quantistico solo conducendo continue osservazioni. Prende il nome dall'antico filosofo greco che sosteneva che il movimento è un'illusione impossibile nella realtà. La connessione del pensiero antico con la fisica moderna è il lavoro Baidyanatha Egitto i Giorgio Sudarshan dell'Università del Texas, che ha descritto questo paradosso nel 1977. David Wineland, un fisico americano e vincitore del premio Nobel per la fisica, con il quale MT ha parlato nel novembre 2012, ha fatto la prima osservazione sperimentale dell'effetto Zeno, ma gli scienziati non erano d'accordo se il suo esperimento confermasse l'esistenza del fenomeno.

Visualizzazione dell'esperimento di Wheeler

L'anno scorso ha fatto una nuova scoperta Mukund Vengal attoreche, insieme al suo gruppo di ricerca, ha condotto un esperimento presso il laboratorio ultrafreddo della Cornell University. Gli scienziati hanno creato e raffreddato un gas di circa un miliardo di atomi di rubidio in una camera a vuoto e sospeso la massa tra i raggi laser. Gli atomi si sono organizzati e hanno formato un sistema reticolare: si sono comportati come se fossero in un corpo cristallino. Con tempo molto freddo, potevano spostarsi da un posto all'altro a velocità molto bassa. I fisici li hanno osservati al microscopio e li hanno illuminati con un sistema di imaging laser in modo che potessero vederli. Quando il laser era spento oa bassa intensità, gli atomi scorrevano liberamente, ma quando il raggio laser diventava più luminoso e le misurazioni venivano eseguite più frequentemente, tasso di penetrazione è diminuito drasticamente.

Vengalattore ha riassunto il suo esperimento come segue: "Ora abbiamo un'opportunità unica di controllare la dinamica quantistica esclusivamente attraverso l'osservazione". I pensatori "idealisti", da Zeno a Berkeley, erano ridicolizzati nell'"età della ragione", avevano ragione che gli oggetti esistono solo perché li guardiamo?

Di recente sono spesso comparse varie anomalie e incongruenze con le teorie (apparentemente) che si sono stabilizzate negli anni. Un altro esempio viene dalle osservazioni astronomiche: alcuni mesi fa si è scoperto che l'universo si sta espandendo più velocemente di quanto suggeriscano i modelli fisici conosciuti. Secondo un articolo di Nature dell'aprile 2016, le misurazioni degli scienziati della Johns Hopkins University erano dell'8% superiori a quanto previsto dalla fisica moderna. Gli scienziati hanno utilizzato un nuovo metodo analisi delle cosiddette candele standard, cioè. le sorgenti luminose sono considerate stabili. Ancora una volta, i commenti della comunità scientifica affermano che questi risultati indicano un serio problema con le teorie attuali.

Uno degli eccezionali fisici moderni, John Archibald Wheeler, propose una versione spaziale dell'esperimento della doppia fenditura conosciuto all'epoca. Nel suo progetto mentale, la luce di un quasar, distante un miliardo di anni luce, attraversa due lati opposti della galassia. Se gli osservatori osservano ciascuno di questi percorsi separatamente, vedranno i fotoni. Se entrambi contemporaneamente, vedranno l'onda. Quindi Sam l'atto di osservare cambia la natura della luceche ha lasciato il quasar un miliardo di anni fa.

Secondo Wheeler, quanto sopra dimostra che l'universo non può esistere in senso fisico, almeno non nel senso in cui siamo abituati a intendere "uno stato fisico". Non può essere successo neanche in passato, finché... non abbiamo preso una misurazione. Pertanto, la nostra dimensione attuale influenza il passato. Quindi, con le nostre osservazioni, rilevamenti e misurazioni, diamo forma agli eventi del passato, indietro nel tempo, fino... all'inizio dell'Universo!

La risoluzione dell'ologramma termina

La fisica dei buchi neri sembra indicare, come suggeriscono almeno alcuni modelli matematici, che il nostro universo non è ciò che i nostri sensi ci dicono di essere, cioè tridimensionale (la quarta dimensione, il tempo, è informata dalla mente). La realtà che ci circonda potrebbe essere ologramma è una proiezione di un piano lontano essenzialmente bidimensionale. Se questa immagine dell'universo è corretta, l'illusione della tridimensionalità dello spaziotempo potrà essere dissipata non appena gli strumenti di ricerca a nostra disposizione diventeranno adeguatamente sensibili. Craig Hogan, un professore di fisica al Fermilab che ha trascorso anni a studiare la struttura fondamentale dell'universo, suggerisce che questo livello è appena stato raggiunto. Se l'universo è un ologramma, forse abbiamo raggiunto i limiti della risoluzione della realtà. Alcuni fisici hanno avanzato l'interessante ipotesi che lo spazio-tempo in cui viviamo non sia in definitiva continuo, ma, come un'immagine in una fotografia digitale, al suo livello più elementare sia costituito da una sorta di "grana" o "pixel". Se è così, la nostra realtà deve avere una sorta di "risoluzione" finale. È così che alcuni ricercatori hanno interpretato il “rumore” apparso nei risultati del rivelatore di onde gravitazionali Geo600 alcuni anni fa.

Per testare questa insolita ipotesi, Craig Hogan e il suo team hanno sviluppato l'interferometro più accurato al mondo, chiamato Olometro di Hoganche dovrebbe darci la misura più accurata dell'essenza stessa dello spazio-tempo. L'esperimento, nome in codice Fermilab E-990, non è uno dei tanti altri. Mira a dimostrare la natura quantistica dello spazio stesso e la presenza di ciò che gli scienziati chiamano "rumore olografico". L'olometro è costituito da due interferometri affiancati che inviano raggi laser da un kilowatt a un dispositivo che li divide in due fasci perpendicolari di 40 metri. Vengono riflesse e riportate al punto di separazione, creando fluttuazioni nella luminosità dei raggi luminosi. Se causano un certo movimento nel dispositivo di divisione, questo sarà la prova della vibrazione dello spazio stesso.

Dal punto di vista della fisica quantistica, potrebbe sorgere senza una ragione. qualsiasi numero di universi. Ci siamo trovati in questo particolare, che doveva soddisfare una serie di condizioni sottili affinché una persona potesse viverci. Parliamo poi di mondo antropico. Per un credente basta un universo antropico creato da Dio. La visione materialistica del mondo non lo accetta e presume che ci siano molti universi o che l'universo attuale sia solo uno stadio nell'evoluzione infinita del multiverso.

Autore della versione moderna Ipotesi dell'universo come simulazione (un concetto correlato dell'ologramma) è un teorico Niklas Bostrum. Afferma che la realtà che percepiamo è solo una simulazione di cui non siamo consapevoli. Lo scienziato ha suggerito che se è possibile creare una simulazione affidabile di un'intera civiltà o anche dell'intero universo utilizzando un computer sufficientemente potente e le persone simulate possono sperimentare la coscienza, è molto probabile che ci sarà un gran numero di tali creature. simulazioni create da civiltà avanzate - e noi viviamo in una di esse, in qualcosa di simile alla "Matrice".

Il tempo non è infinito

Quindi forse è il momento di rompere i paradigmi? Il loro debunking non è niente di particolarmente nuovo nella storia della scienza e della fisica. Dopotutto, è stato possibile sovvertire il geocentrismo, la nozione di spazio come palcoscenico inattivo e tempo universale, dalla convinzione che l'Universo sia statico, dalla convinzione nella spietatezza della misurazione ...

paradigma locale non è più così ben informato, ma anche lui è morto. Erwin Schrödinger e altri creatori della meccanica quantistica hanno notato che prima dell'atto della misurazione, il nostro fotone, come il famoso gatto posto in una scatola, non è ancora in un certo stato, essendo polarizzato verticalmente e orizzontalmente allo stesso tempo. Cosa potrebbe succedere se mettiamo due fotoni entangled molto distanti ed esaminiamo il loro stato separatamente? Ora sappiamo che se il fotone A è polarizzato orizzontalmente, allora il fotone B deve essere polarizzato verticalmente, anche se lo abbiamo posizionato un miliardo di anni luce prima. Entrambe le particelle non hanno uno stato esatto prima della misurazione, ma dopo aver aperto una delle scatole, l'altra "sa" immediatamente quale proprietà dovrebbe assumere. Si tratta di una comunicazione straordinaria che avviene al di fuori del tempo e dello spazio. Secondo la nuova teoria dell'entanglement, la località non è più una certezza e due particelle apparentemente separate possono comportarsi come un quadro di riferimento, ignorando dettagli come la distanza.

Dal momento che la scienza si occupa di paradigmi diversi, perché non dovrebbe abbattere le visioni fisse che persistono nelle menti dei fisici e si ripetono nei circoli di ricerca? Sarà forse la suddetta supersimmetria, forse la credenza nell'esistenza dell'energia oscura e della materia, o forse l'idea del Big Bang e dell'espansione dell'Universo?

Finora, l'opinione prevalente è stata che l'universo si sta espandendo a una velocità sempre crescente e probabilmente continuerà a farlo indefinitamente. Tuttavia, ci sono alcuni fisici che hanno notato che la teoria dell'eterna espansione dell'universo, e soprattutto la sua conclusione che il tempo è infinito, presenta un problema nel calcolo della probabilità che si verifichi un evento. Alcuni scienziati sostengono che nei prossimi 5 miliardi di anni, il tempo probabilmente scadrà a causa di una sorta di catastrofe.

Fisico Rafael Busso dell'Università della California e colleghi hanno pubblicato un articolo su arXiv.org spiegando che in un universo eterno, anche gli eventi più incredibili accadranno prima o poi - e inoltre accadranno un numero infinito di volte. Poiché la probabilità è definita in termini di numero relativo di eventi, non ha senso affermare alcuna probabilità nell'eternità, poiché ogni evento sarà ugualmente probabile. "L'inflazione perpetua ha conseguenze profonde", scrive Busso. "Qualsiasi evento che ha una probabilità di verificarsi diversa da zero si verificherà infinite volte, il più delle volte in regioni remote che non sono mai state in contatto". Questo mina le basi delle previsioni probabilistiche negli esperimenti locali: se un numero infinito di osservatori in tutto l'universo vince alla lotteria, allora su quali basi si può dire che vincere alla lotteria è improbabile? Certo, ci sono anche infiniti non vincitori, ma in che senso ce ne sono di più?

Una soluzione a questo problema, spiegano i fisici, è presumere che il tempo scada. Quindi ci sarà un numero finito di eventi e gli eventi improbabili si verificheranno meno frequentemente di quelli probabili.

Questo momento di "taglio" definisce un insieme di determinati eventi consentiti. Quindi i fisici hanno cercato di calcolare la probabilità che il tempo finisse. Vengono forniti cinque diversi metodi di fine del tempo. Nei due scenari, c'è una probabilità del 50% che ciò accada in 3,7 miliardi di anni. Gli altri due hanno una probabilità del 50% entro 3,3 miliardi di anni. Rimane davvero poco tempo nel quinto scenario (tempo di Planck). Con un alto grado di probabilità, potrebbe anche essere nel... il prossimo secondo.

Non ha funzionato?

Fortunatamente, questi calcoli prevedono che la maggior parte degli osservatori sono i cosiddetti Bambini Boltzmann, che emergono dal caos delle fluttuazioni quantistiche nell'universo primordiale. Poiché la maggior parte di noi non lo è, i fisici hanno respinto questo scenario.

"Il confine può essere visto come un oggetto con attributi fisici, inclusa la temperatura", scrivono gli autori nel loro articolo. “Dopo aver raggiunto la fine dei tempi, la materia raggiungerà l'equilibrio termodinamico con l'orizzonte. Questo è simile alla descrizione della materia che cade in un buco nero, fatta da un osservatore esterno”.

L'inflazione cosmica e il multiverso

La prima ipotesi è quella L'universo è in continua espansione all'infinitoche è una conseguenza della teoria della relatività generale ed è ben confermata da dati sperimentali. La seconda ipotesi è che la probabilità sia basata su frequenza relativa degli eventi. Infine, la terza ipotesi è che se lo spaziotempo è veramente infinito, l'unico modo per determinare la probabilità di un evento è limitare la tua attenzione un sottoinsieme finito del multiverso infinito.

Avrà senso?

Gli argomenti di Smolin e Unger, che costituiscono la base di questo articolo, suggeriscono che possiamo esplorare il nostro universo solo sperimentalmente, rifiutando la nozione di multiverso. Nel frattempo, un'analisi dei dati raccolti dal telescopio spaziale europeo Planck ha rivelato la presenza di anomalie che potrebbero indicare un'interazione di vecchia data tra il nostro universo e un altro. Pertanto, la semplice osservazione e l'esperimento indicano altri universi.

Anomalie scoperte dall'Osservatorio Planck

Alcuni fisici ora ipotizzano che se esistesse un essere chiamato Multiverso, e tutti i suoi universi costituenti, fossero nati in un unico Big Bang, allora sarebbe potuto accadere tra di loro. collisione. Secondo una ricerca del team dell'Osservatorio Planck, queste collisioni sarebbero in qualche modo simili alla collisione di due bolle di sapone, lasciando tracce sulla superficie esterna degli universi, che potrebbero essere teoricamente registrate come anomalie nella distribuzione della radiazione di fondo a microonde. È interessante notare che i segnali registrati dal telescopio Planck sembrano suggerire che una specie di Universo vicino a noi sia molto diverso dal nostro, perché la differenza tra il numero di particelle subatomiche (barioni) e di fotoni in esso contenuti può essere anche dieci volte maggiore di " qui". . Ciò significherebbe che i principi fisici sottostanti potrebbero differire da ciò che sappiamo.

I segnali rilevati probabilmente provengono da una prima era dell'universo, la cosiddetta ri combinazionequando protoni ed elettroni iniziarono a fondersi insieme per formare atomi di idrogeno (la probabilità di un segnale da sorgenti relativamente vicine è di circa il 30%). La presenza di questi segnali può indicare un'intensificazione del processo di ricombinazione dopo la collisione del nostro Universo con un altro, con una maggiore densità di materia barionica.

In una situazione in cui si accumulano congetture contraddittorie e il più delle volte puramente teoriche, alcuni scienziati perdono notevolmente la pazienza. Ciò è dimostrato da una chiara dichiarazione di Neil Turok del Perimeter Institute di Waterloo, in Canada, che, in un'intervista del 2015 con NewScientist, era infastidito dal fatto che "non siamo in grado di dare un senso a ciò che stiamo trovando". Ha aggiunto: “La teoria sta diventando sempre più complessa e sofisticata. Gettiamo al problema campi successivi, misure e simmetrie, anche con una chiave inglese, ma non riusciamo a spiegare i fatti più semplici. Molti fisici sono ovviamente infastiditi dal fatto che i viaggi mentali dei teorici moderni, come il ragionamento sopra o la teoria delle superstringhe, non hanno nulla a che fare con gli esperimenti attualmente in corso nei laboratori e non ci sono prove che possano essere testati sperimentalmente. .

È davvero un vicolo cieco ed è necessario uscirne, come suggerito da Smolin e dal suo amico filosofo? O forse stiamo parlando di confusione e confusione davanti a una sorta di scoperta epocale che presto ci attenderà?

Ti invitiamo a familiarizzare con l'argomento del problema in.