Межы фізікі і фізічнага эксперыменту

Сто гадоў таму сітуацыя ў фізіцы была супрацьлеглая сённяшняй. У руках навукоўцаў былі вынікі правераных эксперыментаў, якія шмат разоў паўтараліся, якія, аднак, часта немагчыма было растлумачыць з дапамогай існуючых фізічных тэорый. Досвед відавочна папярэднічаў тэорыі. Тэарэтыкам прыйшлося прыступіць да працы.

У наш час чара шаляў схіляецца да тэарэтыкаў, чые мадэлі моцна адрозніваюцца ад таго, што відаць з магчымых эксперыментаў, такіх як тэорыі струн. І здаецца, што нявырашаных задач у фізіцы становіцца ўсё больш і больш (1).

1. Найважнейшыя сучасныя напрамкі і праблемы фізікі - візуалізацыя

Вядомы польскі фізік, праф. Анджэй Старушкевіч падчас дэбатаў “Мяжы пазнання ў фізіцы” ў чэрвені 2010 года ў Акадэміі Ігнатыянума ў Кракаве сказаў: «Вобласць ведаў надзвычай вырасла за апошняе стагоддзе, але вобласць невуцтва вырасла яшчэ больш. (…) Адкрыццё агульнай тэорыі адноснасці і квантавай механікі - гэта манументальныя дасягненні чалавечай думкі, параўнальныя з дасягненнямі Ньютана, але яны прыводзяць да пытання аб узаемасувязі паміж двума структурамі, пытанні, шкала складанасці якога проста шакіруе. У гэтай сітуацыі натуральна ўзнікаюць пытанні: ці зможам мы гэта зрабіць? Ці апынуцца наша рашучасць і воля дакапацца да ісціны сувымернымі з цяжкасцямі, з якімі мы сутыкнуліся?

Эксперыментальны тупік

Вось ужо некалькі месяцаў мір фізікі ажыўлены спрэчкамі больш, чым звычайна. У часопісе Nature Джордж Эліс і Джозэф Сілкоў апублікавалі артыкул у абарону цэласнасці фізікі, крытыкуючы тых, хто ўсё часцей гатовы адкласці на нявызначаны "заўтра" эксперыменты па праверцы найноўшых касмалагічных тэорый. Яны павінны характарызавацца "дастатковай элегантнасцю" і тлумачальнай каштоўнасцю. «Гэта ламае шматвяковую навуковую традыцыю, паводле якой навуковыя веды – гэта эмпірычнаму даказаныя веды», – грымяць навукоўцы. Факты ясна паказваюць "эксперыментальны тупік" у сучаснай фізіцы.

Самыя апошнія тэорыі аб прыродзе і будынку свету і Сусвету, як правіла, не паддаюцца праверцы даступнымі чалавецтву эксперыментамі.

Адкрыўшы базон Хігса, навукоўцы «завяршылі» Стандартную мадэль. Аднак свет фізікі далёка не задаволены. Мы ведаем пра ўсе кваркі і лептоны, але паняцця не маем, як сумясціць гэта з тэорыяй гравітацыі Эйнштэйна. Мы не ведаем, як аб'яднаць квантавую механіку з гравітацыяй, каб стварыць гіпатэтычную тэорыю квантавай гравітацыі. Мы таксама не ведаем, што такое Вялікі выбух (і ці быў ён на самой справе!) (2).

У наш час, назавем гэта класічнымі фізікамі, наступным крокам пасля Стандартнай мадэлі з'яўляецца суперсіметрыя, якая прадказвае, што ў кожнай вядомай нам элементарнай часціцы ёсць "партнёр".

Гэта падвойвае агульная колькасць будаўнічых блокаў матэрыі, але тэорыя выдатна ўпісваецца ў матэматычныя раўнанні і, што важна, дае шанец разгадаць таямніцу касмічнай цёмнай матэрыі. Застаецца толькі дачакацца вынікаў эксперыментаў на Вялікім адронным калайдары, якія пацвердзяць існаванне суперсіметрычных часціц.

Аднак з Жэневы аб такіх адкрыццях пакуль нічога не чуваць. Вядома, гэтае толькі пачатак новай версіі ВАК, з падвоенай энергіяй сутыкнення (пасля нядаўняга рамонту і мадэрнізацыі). Праз некалькі месяцаў яны могуць страляць коркамі з-пад шампанскага ў гонар суперсіметрыі. Аднак калі б гэтага не адбылося, шматлікія фізікі лічаць, што суперсіметрычныя тэорыі павінны былі б паступова адбірацца, як і суперструна, у аснове якой ляжыць суперсіметрыя. Таму што, калі Вялікі калайдэр не пацвердзіць гэтыя тэорыі, што тады?

Аднак ёсць і некаторыя вучоныя, якія так не лічаць. Таму што тэорыя суперсіметрыі занадта "прыгожая, каб быць няслушнай".

Таму яны маюць намер пераацаніць свае раўнанні, каб даказаць, што масы суперсіметрычных часціц проста знаходзяцца за межамі дыяпазону LHC. Тэарэтыкі вельмі маюць рацыю. Іх мадэлі добра тлумачаць з'явы, якія можна вымераць і праверыць эксперыментальна. Таму можна спытаць, чаму мы павінны выключаць развіццё тых тэорый, якія мы (пакуль) не можам пазнаць па-эмпірычнаму. Ці з'яўляецца гэта разумным і навуковым падыходам?

Сусвет з нічога

Натуральныя навукі, асабліва фізіка, заснаваны на натуралізме, т. е. на веры ў тое, што мы можам растлумачыць усё з дапамогай сіл прыроды. Задача навукі зводзіцца да разгляду сувязі паміж рознымі велічынямі, якія апісваюць з'явы ці некаторыя структуры, якія існуюць у прыродзе. Фізіка не займаецца праблемамі, якія нельга апісаць матэматычна, якія нельга паўтарыць. Гэта, сярод іншага, прычына яе поспеху. Матэматычнае апісанне, выкарыстанае для мадэлявання прыродных з'яў, аказалася надзвычай эфектыўным. Дасягненні прыродазнаўства выліліся ў іх філасофскія абагульненні. Былі створаны такія напрамкі, як механістычная філасофія ці навуковы матэрыялізм, якія перанеслі вынікі прыродазнаўчых навук, атрыманыя да канца XNUMX стагоддзі, у вобласць філасофіі.

Здавалася, што мы можам ведаць увесь свет, што ў прыродзе існуе поўны дэтэрмінізм, таму што мы можам вызначыць, як планеты будуць рухацца праз мільёны год, ці як яны рухаліся мільёны год таму. Гэтыя дасягненні спарадзілі гонар, якая абсалютызавала чалавечы розум. У вырашальнай ступені метадалагічны натуралізм стымулюе развіццё прыродазнаўства і сёння. Ёсць, аднак, некаторыя кропкі адсечкі, якія, здаецца, сведчаць аб абмежаваннях натуралістычнай метадалогіі.

Калі Сусвет абмежаваны ў аб'ёме і ўзнік «з нічога» (3), не парушаючы законаў захавання энергіі, напрыклад як флуктуацыя, то ў ім не павінна быць змен. Тым часам мы назіраем за імі. Спрабуючы вырашыць гэтую праблему на аснове квантавай фізікі, мы прыходзім да высновы, што толькі свядомы назіральнік актуалізуе магчымасць існавання такога свету. Вось чаму мы задаемся пытаннем, чаму тая канкрэтная, у якой мы жывем, была створана са мноства розных сусветаў. Вось і прыходзім да высновы, што толькі калі на Зямлі з'явіўся чалавек, мір - як мы назіраем - сапраўды "стаў"…

Як вымярэнні ўплываюць на падзеі, якія адбыліся мільярд гадоў таму?

4. Эксперымент Уілера - візуалізацыя

Адзін з сучасных фізікаў, Джон Арчыбальд Уілер, прапанаваў касмічную версію знакамітага эксперыменту з двума шчылінамі. У яго разумовай канструкцыі святло ад квазара, выдаленага ад нас на мільярд светлавых гадоў, праходзіць па двух процілеглым бакам галактыкі (4). Калі назіральнікі будуць назіраць кожны з гэтых шляхоў асобна, яны ўбачаць фатоны. Калі абодва адразу, то яны ўбачаць хвалю. Так што сам акт назірання мяняе прыроду святла, які пакінуў квазар мільярд гадоў таму!

Для Ўілера вышэйпададзенае даказвае, што Сусвет не можа існаваць у фізічным сэнсе, прынамсі, у тым сэнсе, у якім мы абвыклі разумець «фізічны стан». Такога не можа быць і ў мінулым, пакуль... мы не правялі вымярэнне. Такім чынам, нашае бягучае вымярэнне ўплывае на мінулае. Сваімі назіраннямі, выяўленнямі і вымярэннямі мы фармуем падзеі мінулага, глыбока ў часе, аж да… пачатку Сусвету!

Ніл Турак з Інстытута перыметра ў Ватэрлоо, Канада, сказаў у ліпеньскім нумары New Scientist, што «мы не можам зразумець тое, што выяўляем. Тэорыя становіцца ўсё больш і больш складанай і выдасканаленай. Мы кідаемся ў задачу з паслядоўнымі палямі, памернасцямі і сіметрыямі, нават з гаечным ключом, але не можам растлумачыць найпростыя факты». Многіх фізікаў відавочна раздражняе сітуацыя, пры якой сучасныя разумовыя падарожжа тэарэтыкаў, такія як прыведзеныя вышэй меркаванні або тэорыя суперструн, не маюць нічога агульнага з эксперыментамі, якія праводзяцца ў цяперашні час у лабараторыях, і няма магчымасці праверыць іх эксперыментальна.

У квантавым свеце трэба глядзець шырэй

Як аднойчы сказаў лаўрэат Нобелеўскай прэміі Рычард Фейнман, ніхто насамрэч не разумее квантавы свет. У адрозненне ад старога добрага ньютанаўскага свету, у якім узаемадзеянні двух целаў з пэўнымі масамі вылічаюцца раўнаннямі, у квантавай механіцы ў нас ёсць раўнанні, з якіх яны не гэтулькі выцякаюць, колькі з'яўляюцца вынікам дзіўных паводзін, назіранага ў эксперыментах. Аб'екты квантавай фізікі не павінны быць звязаныя ні з чым «фізічным», і іх паводзіны з'яўляюцца вобласцю абстрактнай шматмернай прасторы, званай гільбертавай прасторай.

Там адбываюцца змены, якія апісваюцца раўнаннем Шрэдынгера, але чаму менавіта, невядома. Ці можна гэта змяніць? Ці магчыма наогул вывесці квантавыя законы з прынцыпаў фізікі, як дзясяткі законаў і прынцыпаў, напрыклад, якія тычацца руху целаў у касмічнай прасторы, былі выведзены з прынцыпаў Ньютана? Навукоўцы з Універсітэта Павіі ў Італіі Джакама Маўра Д'Арыяна, Джуліа Чырыбела і Паола Перыноці сцвярджаюць, што нават квантавыя з'явы, якія відавочна супярэчаць разумнаму сэнсу, можна зафіксаваць у вымерных эксперыментах. Усё, што вам трэба, гэта правільная перспектыва - магчыма, неразуменне квантавых эфектаў адбываецца з-за нядосыць шырокага погляду на іх. На думку вышэйзгаданых навукоўцаў у "New Scientist", асэнсаваныя і вымерныя эксперыменты ў квантавай механіцы павінны адпавядаць некалькім умовам. Гэта:

• прычыннасць – будучыя з'явы не могуць уплываць на мінулыя падзеі;
• адрознасць – станы мы павінны ўмець аддзяляць адзін ад аднаго як асобныя;
• кампазіцыя - калі мы ведаем усе стадыі працэсу, мы ведаем увесь працэс;
• кампрэсія - існуюць спосабы перадачы важнай інфармацыі аб чыпе без неабходнасці перадачы ўсяго чыпа;
• тамаграфія – калі мы маем сістэму, якая складаецца з многіх частак, статыстыкі вымярэнняў па частках дастаткова для выяўлення стану ўсёй сістэмы.

Італьянцы жадаюць пашырыць свае прынцыпы ачысткі, шырэйшай далягляды і правядзенні асэнсаваных эксперыментаў, улучыўшы ў іх таксама незваротнасць тэрмадынамічных з'яў і прынцып узрастання энтрапіі, якія не ўражваюць фізікаў. Магчыма, і тут на назіранні і вымярэнні ўплываюць артэфакты перспектывы - занадта вузкай, каб зразумець усю сістэму. "Фундаментальная ісціна квантавай тэорыі заключаецца ў тым, што поўныя шуму незваротныя змены можна зрабіць зварачальнымі, дадаўшы да апісання новы макет", – кажа адзін італьянскі навуковец Джуліё Чырыбэла ў інтэрв'ю New Scientist.

На жаль, кажуць скептыкі, «ачышчэнне» эксперыментаў і шырэйшая перспектыва вымярэння могуць прывесці да гіпотэзы множнасці светаў, у якой магчымы любы вынік і ў якой навукоўцы, думаючы, што вымяраюць правільны ход падзей, проста «выбіраюць пэўны кантынуум па іх вымярэнні.

5. Стрэлкі часу ў выглядзе стрэлак гадзіннікаў

Няма часу?

Паняцце аб так званым Стрэлы часу (5) былі ўведзены ў 1927 годзе брытанскім астрафізікам Артурам Эдынгтанам. Гэтая стрэлка паказвае на час, які заўсёды цячэ ў адным кірунку, т. е. з мінулага ў будучыню, і гэты працэс нельга павярнуць назад. Стывен Хокінга ў сваёй «Кароткай гісторыі часу» пісаў, што бязладзіца павялічваецца з часам, таму што мы вымяраем час у тым кірунку, у якім павялічваецца беспарадак. Гэта азначала б, што ў нас ёсць выбар - мы можам, напрыклад, спачатку назіраць аскепкі разбітага шкла, раскіданыя па падлозе, затым момант, калі шкло падае на падлогу, затым шкло ў паветры і, нарэшце, у руцэ чалавек, які трымае яго. Не існуе навуковага правіла, паводле якога «псіхалагічная страла часу» павінна ісці ў тым жа кірунку, што і тэрмадынамічная страла, і энтрапія сістэмы павялічваецца. Аднак многія навукоўцы лічаць, што гэта так таму, што ў мозгу чалавека адбываюцца энергетычныя змены, падобныя да тых, што мы назіраем у прыродзе. У мозгу ёсць энергія дзейнічаць, назіраць і разважаць, таму што чалавечы рухавік спальвае паліва-ежу і, як і ў рухавіку ўнутранага згарання, гэты працэс незваротны.

Аднак бываюць выпадкі, калі пры захаванні аднаго і таго ж кірунку псіхалагічнай стралы часу энтрапія як павялічваецца, так і памяншаецца ў розных сістэмах. Напрыклад, пры захаванні дадзеных у памяці кампутара. Модулі памяці ў машыне пераходзяць з неўпарадкаванага стану ў парадак запісу на дыск. Такім чынам, энтрапія ў кампутары змяншаецца. Аднак любы фізік скажа, што з пункту гледжання Сусвету ў цэлым - яна расце, таму што для запісу на дыск патрэбна энергія, і гэтая энергія рассейваецца ў выглядзе цяпла, які выдаткоўваецца машынай. Так з'яўляецца невялікі "псіхалагічны" супраціў устаноўленым законам фізікі. Нам цяжка лічыць, што тое, што выходзіць з шумам ад вентылятара, важней, чым запіс твора ці іншай каштоўнасці ў памяць. А што, калі нехта напіша на сваім ПК аргумент, які пераверне сучасную фізіку, тэорыю аб'яднання ўзаемадзеянняў або Тэорыю ўсяго? Нам было б цяжка прыняць думку, што, нягледзячы на ​​??гэта, агульны беспарадак у Сусвеце павялічыўся.

Яшчэ ў 1967 годзе з'явілася раўнанне Уілера-ДэВітта, з якога вынікала, што часу як такога не існуе. Гэта была спроба матэматычна аб'яднаць ідэі квантавай механікі і агульнай тэорыі адноснасці, крок да тэорыі квантавай гравітацыі, г.зн. жаданай усімі навукоўцамі Тэорыі Усяго. Толькі ў 1983 годзе фізікі Дон Пэйдж і Уільям Вутэрс прапанавалі тлумачэнне таго, што праблему часу можна абысці, выкарыстоўваючы канцэпцыю квантавай заблытанасці. Згодна з іх канцэпцыяй, можна вымераць толькі ўласцівасці ўжо пэўнай сістэмы. З матэматычнага пункта гледжання гэтая прапанова азначала, што гадзіны ў адрыве ад сістэмы не працуюць і запускаюцца толькі тады, калі яны заблытаныя з вызначанага сусвету. Аднак калі б хтосьці зірнуў на нас з іншага сусвету, ён убачыў бы нас як статычныя аб'екты, і толькі іх прыбыццё да нас выклікала б квантавую заблытанасць і літаральна прымусіла б нас адчуць плынь часу.

Гэта гіпотэза лягла ў аснову працы вучоных з навукова-даследчага інстытута ў Турыне, Італія. Фізік Марка Дженовезе вырашыў пабудаваць мадэль, якая ўлічвае спецыфіку квантавай заблытанасці. Атрымалася ўзнавіць фізічны эфект, які паказвае на правільнасць гэтай развагі. Створана мадэль Сусвету, якая складаецца з двух фатонаў.

Адна пара была арыентавана - вертыкальна палярызавана, а іншая гарызантальна. Іх квантавы стан і, такім чынам, іх палярызацыя затым выяўляюцца серыяй дэтэктараў. Атрымліваецца, што да таго часу, пакуль не дасягнута назіранне, якое ў канчатковым выніку вызначае сістэму адліку, фатоны знаходзяцца ў класічнай квантавай суперпазіцыі, г.зн. яны былі арыентаваны як вертыкальна, так і гарызантальна. Гэта азначае, што назіральнік, які счытвае паказанні гадзін, вызначае квантавую заблытанасць, якая ўплывае на Сусвет, часткай якой ён становіцца. Затым такі назіральнік здольны ўспрымаць палярызацыю паслядоўных фатонаў на аснове квантавай верагоднасці.

Гэтая канцэпцыя вельмі павабная, паколькі тлумачыць многія праблемы, але натуральным чынам прыводзіць да неабходнасці «звышназіральніка», які быў бы вышэй за ўсіх дэтэрмінізмаў і кантраляваў бы ўсё ў цэлым.

6. Мультысусвет – візуалізацыя

Тое, што мы назіраем і што мы суб'ектыўна ўспрымаем як «час», насамрэч з'яўляецца прадуктам вымерных глабальных змен у свеце вакол нас. Па меры таго, як мы паглыбляемся ў свет атамаў, пратонаў і фатонаў, мы разумеем, што паняцце часу становіцца ўсё менш і менш важным. На думку навукоўцаў, гадзіннік, які суправаджае нас кожны дзень, з фізічнага пункту гледжання не вымярае яго праходжанне, а дапамагае нам арганізаваць наша жыццё. Для тых, хто прывык да ньютонаўскіх канцэпцый універсальнага і ўсёабдымнага часу, гэтыя канцэпцыі выклікаюць шок. Але не толькі навуковыя традыцыяналісты іх не прымаюць. Выбітны фізік-тэарэтык Лі Смолін, раней згаданы намі як адзін з магчымых лаўрэатаў Нобелеўскай прэміі гэтага года, лічыць, што час існуе і цалкам рэальна. Калісьці - як і многія фізікі - ён сцвярджаў, што час - гэта суб'ектыўная ілюзія.

Цяпер у сваёй кнізе «Reborn Time» ён выкладае зусім іншы погляд на фізіку і крытыкуе папулярную ў навуковай супольнасці тэорыю струн. Паводле яго слоў, мультысусвет не існуе (6), таму што мы жывем у адным сусвеце і ў адзін і той жа час. Ён лічыць, што час мае першараднае значэнне і што нашае перажыванне рэальнасці цяперашняга моманту — не ілюзія, а ключ да разумення фундаментальнай прыроды рэальнасці.

Энтрапія нуль

Санду Папеску, Тоні Шорт, Ноа Ліндэн (7) і Андрэас Вінтэр апісалі свае адкрыцці ў 2009 годзе ў часопісе Physical Review E, якія паказалі, што аб'екты дасягаюць раўнавагі, гэта значыць стану раўнамернага размеркавання энергіі, уваходзячы ў станы квантавай заблытанасці са сваім асяроддзем. У 2012 годзе Тоні Шорт даказаў, што заблытанасць выклікае спакой за канчатковы час. Калі аб'ект узаемадзейнічае з навакольным асяроддзем, напрыклад, калі часціцы ў кубку кавы сутыкаюцца з паветрам, інфармацыя аб іх уласцівасцях "прасочваецца" вонкі і становіцца "размытай" ва ўсім навакольным асяроддзі. Страта інфармацыі прыводзіць да стагнацыі стану кавы, нават калі стан чысціні ўсяго пакоя працягвае мяняцца. Па словах Папеску, яе стан з часам перастае мяняцца.

7. Ноа Ліндэн, Санду Папеску і Тоні Шорт

Па меры змены стану чысціні памяшкання кава можа раптам перастаць змешвацца з паветрам і ўвайсці ў свой уласны чысты стан. Аднак станаў, змяшаных з навакольным асяроддзем, значна больш, чым чыстых станаў, даступных кавы, і таму практычна ніколі не бывае. Гэтая статыстычная неверагоднасць стварае ўражанне, што страла часу незваротная. Праблема стралы часу размыта квантавай механікай, што абцяжарвае вызначэнне прыроды.

Элементарная часціца не мае дакладных фізічных уласцівасцей і вызначаецца толькі верагоднасцю знаходжання ў розных станах. Напрыклад, у любы момант часу часціца можа мець 50-працэнтны шанц павярнуцца па гадзіннікавай стрэлцы і 50-працэнтны шанец павярнуцца ў процілеглым напрамку. Тэарэма, падмацаваная досведам фізіка Джона Бэла, сцвярджае, што сапраўднага стану часціцы не існуе і што ім застаецца кіравацца верагоднасцю.

Тады квантавая нявызначанасць прыводзіць да блытаніны. Калі дзве часціцы ўзаемадзейнічаюць, яны нават не могуць быць вызначаны самі па сабе, незалежна развіваючы імавернасці, вядомыя як чысты стан. Замест гэтага яны становяцца заблытанымі кампанентамі больш складанага размеркавання імавернасцяў, якое абедзве часціцы апісваюць разам. Гэтае размеркаванне можа вырашыць, напрыклад, ці будуць часціцы круціцца ў процілеглым кірунку. Сістэма ў цэлым знаходзіцца ў чыстым стане, але стан асобных часціц злучана з іншай часціцай.

Такім чынам, абодва могуць падарожнічаць на шмат светлавых гадоў сябар ад сябра, і кручэнне кожнага застанецца карэляваным з іншым.

Новая тэорыя стрэлы часу апісвае гэта як страту інфармацыі з-за квантавай заблытанасці, якая накіроўвае кубак кавы ў раўнавагу з навакольным пакоем. У выніку, пакой дасягае раўнавагі з навакольным асяроддзем, а яна, у сваю чаргу, павольна набліжаецца да раўнавагі з астатняму сусвету. Старыя навукоўцы, якія вывучалі тэрмадынаміку, разглядалі гэты працэс як паступовае рассейванне энергіі, якое павялічвае энтрапію Сусвету.

Сёння фізікі лічаць, што інфармацыя становіцца ўсё больш і больш безуважлівай, але ніколі цалкам не знікае. Хоць энтрапія павялічваецца лакальна, яны лічаць, што агульная энтрапія Сусвету застаецца сталай на нулі. Аднак адзін аспект стралы часу застаецца нявырашаным. Навукоўцы сцвярджаюць, што здольнасць чалавека памятаць мінулае, але не будучыню, таксама можна разумець як фармаванне адносін паміж якія ўзаемадзейнічаюць часціцамі. Калі мы чытаем паведамленне на лісце паперы, мозг звязваецца з ім праз фатоны, якія дасягаюць вока.

Толькі з гэтага моманту мы можам узгадаць, што кажа нам гэтае паведамленне. Папеску лічыць, што новая тэорыя не тлумачыць, чаму пачатковы стан Сусвету быў далёка ад раўнавагі, дадаючы, што трэба растлумачыць прыроду Вялікага выбуху. Некаторыя даследнікі выказваюць сумневы з нагоды гэтага новага падыходу, але развіццё гэтай канцэпцыі і новага матэматычнага фармалізму зараз дапамагае вырашаць тэарэтычныя пытанні тэрмадынамікі.

Дабяруся да зерняў прасторы-часу

Фізіка чорных дзюр, відаць, паказвае, як мяркуюць некаторыя матэматычныя мадэлі, што наш Сусвет зусім не трохмерны. Нягледзячы на ​​тое, што кажуць нам нашы пачуцці, рэальнасць вакол нас можа быць галаграмай – праекцыяй далёкай плоскасці, насамрэч двухмернай. Калі гэтая карціна Сусвету дакладная, ілюзія трохмернай прыроды прасторы-часу можа быць развеяная, як толькі наяўныя ў нашым распараджэнні даследчыя прылады стануць адэкватна адчувальнымі. Крэйг Хоган, прафесар фізікі ў Фермілабе, які прысвяціў гады вывучэнню фундаментальнай структуры Сусвету, мяркуе, што гэты ўзровень толькі што быў дасягнуты.

8. Дэтэктар гравітацыйных хваляў GEO600

Калі сусвет - галаграма, то, магчыма, мы толькі што дасягнулі межаў дазволу рэальнасці. Некаторыя фізікі высоўваюць якая інтрыгуе гіпотэзу аб тым, што прастора-час, у якім мы жывем, не з'яўляецца ў канчатковым рахунку бесперапынным, а, падобна малюнку з лічбавай фатаграфіі, на самым базавым узроўні складаецца з вызначаных "зярнят" або "пікселяў". Калі гэта так, наша рэальнасць павінна мець нейкі канчатковы «дазвол». Менавіта так некаторыя даследнікі інтэрпрэтавалі "шум", які з'явіўся ў выніках дэтэктара гравітацыйных хваль GEO600 (8).

Каб праверыць гэтую экстраардынарную гіпотэзу, Крэйг Хоган, фізік, які займаецца хвалі гравітацыйных хваляў, ён і яго каманда распрацавалі самы дакладны ў свеце інтэрферометр, названы галаметрам Хогана, які прызначаны для найбольш дакладнага вымярэння самай базавай сутнасці прасторы-часу. Эксперымент пад кодавай назвай Fermilab E-990 не з'яўляецца адным са шматлікіх іншых. Гэты закліканы прадэманстраваць квантавую прыроду самай прасторы і наяўнасць таго, што навукоўцы завуць "галаграфічным шумам".

Галаметр складаецца з двух інтэрфераметраў, размешчаных побач. Яны накіроўваюць аднакілаватныя лазерныя прамяні на прыладу, якое расшчапляе іх на два перпендыкулярных прамяня даўжынёй 40 метраў, якія адлюстроўваюцца і вяртаюцца ў кропку падзелу, ствараючы ваганні яркасці светлавых прамянёў (9). Калі яны выклічуць вызначаны рух у прыладзе дзялення, тое гэта будзе сведчаннем вібрацыі самай прасторы.

9. Графічная выява галаграфічнага эксперыменту

Самая вялікая задача каманды Хогана - даказаць, што выяўленыя імі эфекты - гэта не проста абурэнні, выкліканыя фактарамі, якія знаходзяцца за межамі эксперыментальнай устаноўкі, а вынік вібрацый прасторы-часу. Таму выкарыстоўваныя ў інтэрферометры люстэркі будуць сінхранізаваныя з частотамі ўсіх драбнюткіх шумоў, выходных звонку прыбора, якія ўлоўліваюцца адмысловымі датчыкамі.

Антропны сусвет

Для таго каб мір і чалавек у ім існавалі, законы фізікі павінны мець суцэль пэўную форму, а фізічныя канстанты - сапраўды падабраныя значэнні… і яны ёсць! Чаму?

Пачнем з таго, што ў Сусвеце існуе чатыры тыпу ўзаемадзеянняў: гравітацыйнае (падзенне, планеты, галактыкі), электрамагнітнае (атамы, часціцы, трэнне, пругкасць, святло), слабое ядзернае (крыніца зорнай энергіі) і моцнае ядзернае (звязвае пратоны і нейтроны ў атамных ядрах). Гравітацыя ў 1039 разоў слабейшая за электрамагнетызм. Будзь яна крыху слабей, зоркі былі б лягчэй Сонца, не ўзарваліся б звышновыя, не ўтварыліся б цяжкія элементы. Калі б ён быў хоць трохі мацнейшым, істоты буйней бактэрый былі б раздушаныя, а зоркі часта сутыкаліся б, знішчаючы планеты і занадта хутка спальваючы сябе.

Шчыльнасць Сусвету блізкая да крытычнай шчыльнасці, гэта значыць ніжэй за якую рэчыва хутка рассеялася б без адукацыі галактык або зорак, а вышэй якой Сусвет пражыў бы занадта нядоўга. Для ўзнікнення такіх умоў дакладнасць узгаднення параметраў Вялікага выбуху павінна была быць у межах ±10-60. Пачатковыя неаднароднасці маладога Сусвету былі па шкале 10/5. Калі б яны былі меншыя, галактыкі б не ўтварыліся. Калі б яны былі больш, замест галактык утварыліся б вялізныя чорныя дзіркі.

Сіметрыя часціц і антычасціц у Сусвеце парушана. А на кожны барыён (пратон, нейтрон) прыпадае 109 фатонаў. Калі б іх было больш, галактыкі не маглі б утварыцца. Калі б іх было менш, не было б зорак. Акрамя таго, колькасць вымярэнняў, у якіх мы жывем, здаецца "правільнай". Складаныя структуры не могуць узнікнуць у двух вымярэннях. Пры наяўнасці больш за чатыры (тры вымярэнні плюс час) існаванне стабільных планетарных арбіт і энергетычных узроўняў электронаў у атамах становіцца праблематычным.

10. Чалавек як цэнтр Сусвету

Паняцце антропнага прынцыпу было ўведзена Брэнданам Картэрам у 1973 годзе на канферэнцыі ў Кракаве, прысвечанай 500-годдзю з дня нараджэння Каперніка. У агульным выглядзе яго можна сфармуляваць так, што назіраны Сусвет павінен адпавядаць умовам, якім яна адказвае, каб быць назіранай намі. Да гэтага часу існуюць розныя яго версіі. Слабы антропны прынцып сцвярджае, што мы можам існаваць толькі ў сусвеце, які робіць наша існаванне магчымым. Калі б значэння канстант былі іншымі, мы б ніколі гэтага не ўбачылі, таму што нас бы там не было. Моцны антропны прынцып (наўмыснае тлумачэнне) кажа, што сусвет такі, што мы можам існаваць (10).

З пункту гледжання квантавай фізікі любая колькасць сусветаў магла ўзнікнуць без прычыны. Мы патрапілі ў пэўны сусвет, які павінен быў выканаць шэраг тонкіх умоў, каб у ім жыў чалавек. Тады мы гаворым аб антропным свеце. Для верніка, напрыклад, дастаткова аднаго антропнага Сусвету, створанага Богам. Матэрыялістычны светапогляд гэтага не прымае і мяркуе, што існуе мноства сусветаў ці што цяперашні сусвет з'яўляецца толькі стадыяй у бясконцай эвалюцыі мультысусвету.

Аўтарам сучаснай версіі гіпотэзы Сусвету як сімуляцыі з'яўляецца тэарэтык Нік Бострам (Niklas Boström). Згодна з ім, рэальнасць, якую мы ўспрымаем, з'яўляецца ўсяго толькі сімуляцыяй, якую мы не ўсведамляем. Навуковец выказаў здагадку, што калі можна стварыць пэўную сімуляцыю цэлай цывілізацыі ці нават усяго сусвету з дапамогай досыць магутнага кампутара, і змадэляваныя людзі могуць адчуваць прытомнасць, то вельмі верагодна, што развітыя цывілізацыі стварылі проста вялікую колькасць такіх сімуляцый, і мы жывем у адной з іх у нечым падобна «Матрыцы» (11).

Тут былі вымаўлены словы "Бог" і "Матрыца". Вось мы і падышлі да мяжы гутарак аб навуцы. Многія, у тым ліку і навукоўцы, лічаць, што менавіта з-за бездапаможнасці эксперыментальнай фізікі навука пачынае ўваходзіць у вобласці, якія супярэчаць рэалізму, пахнуць метафізікай і навуковай фантастыкай. Застаецца спадзявацца, што фізіка пераадолее свой эмпірычны крызіс і зноў знойдзе спосаб радавацца як эксперыментальна правяраемая навука.