Odpovede Na Najväčšie Výzvy Vedy: Ako ďaleko Sme Prišli? - Alternatívny Pohľad

Obsah:

Odpovede Na Najväčšie Výzvy Vedy: Ako ďaleko Sme Prišli? - Alternatívny Pohľad
Odpovede Na Najväčšie Výzvy Vedy: Ako ďaleko Sme Prišli? - Alternatívny Pohľad

Video: Odpovede Na Najväčšie Výzvy Vedy: Ako ďaleko Sme Prišli? - Alternatívny Pohľad

Video: Odpovede Na Najväčšie Výzvy Vedy: Ako ďaleko Sme Prišli? - Alternatívny Pohľad
Video: Výzva na tvorivé napísanie mena ALEX 2024, Marec
Anonim

O povahe samotného vesmíru nie je veľa známe. Je to zvedavosť spojená s ľuďmi, ktorá vedie k hľadaniu odpovedí na tieto otázky, čo vedie vedu vpred. Už sme nazhromaždili neuveriteľné množstvo vedomostí a úspechy našich dvoch vedúcich teórií - teórie kvantového poľa, ktorá opisuje štandardný model, a všeobecnej relativity, ktorá opisuje gravitáciu - ukazujú, ako ďaleko sme sa dostali k pochopeniu samotnej reality.

Mnoho ľudí je pesimistických ohľadom nášho súčasného úsilia a budúcich plánov na vyriešenie veľkých kozmických tajomstiev, ktoré nás dnes zmätia. Naše najlepšie hypotézy pre novú fyziku vrátane supersymetrie, ďalších rozmerov, techniky farieb, teórie strún a ďalších sa doteraz nepodarilo získať žiadne experimentálne potvrdenie. To však neznamená, že fyzika je v kríze. To znamená, že všetko je presne také, ako by malo byť: fyzika hovorí pravdu o vesmíre. Naše ďalšie kroky nám ukážu, ako dobre sme si vypočuli.

Najväčšie tajomstvá vesmíru

Pred sto rokmi boli najväčšími otázkami, ktoré sme mohli položiť, niektoré mimoriadne dôležité existenčné hádanky, ako napríklad:

  • Aké sú najmenšie zložky látky?
  • Sú naše teórie prírodných síl skutočne zásadné alebo je potrebné hlbšie porozumenie?
  • Aký veľký je vesmír?
  • Náš vesmír vždy existoval alebo sa objavil v určitom okamihu v minulosti?
  • Ako hviezdy žiaria?

V tom čase tieto tajomstvá obsadili mysle najväčších ľudí. Mnohí si ani nemysleli, že na ne možno odpovedať. Vyžadovali najmä investíciu tak zdanlivo obrovských zdrojov, že sa navrhovalo, aby sme sa jednoducho uspokojili s tým, čo sme v tom čase vedeli, a využívali tieto znalosti na rozvoj spoločnosti.

To sme samozrejme neurobili. Investovanie do spoločnosti je nesmierne dôležité, ale rovnako dôležité je posunúť hranice známych. Vďaka novým objavom a metódam výskumu sme dokázali získať tieto odpovede:

  • Atómy sú tvorené subatomickými časticami, z ktorých mnohé sú rozdelené na ešte menšie zložky; teraz poznáme celý štandardný model.
  • Naše klasické teórie boli nahradené kvantovými teóriami, ktoré kombinujú štyri základné sily: silné jadrové, elektromagnetické, slabé jadrové a gravitačné sily.
  • Pozorovateľný vesmír prekračuje 46,1 miliárd svetelných rokov vo všetkých smeroch; pozorovateľný vesmír môže byť oveľa väčší alebo nekonečný.
  • Od udalosti známej ako Veľký tresk, ktorá porodila vesmír, ktorý poznáme, uplynulo 13,8 miliárd rokov. Predchádzala mu inflačná éra na dobu neurčitú.
  • Hviezdy žiaria vďaka fyzike jadrovej fúzie, ktorá premieňa hmotu na energiu podľa Einsteinovho vzorca E = mc2.

A predsa len prehĺbilo vedecké tajomstvá, ktoré nás obklopujú. So všetkým, čo vieme o základných časticiach, sme si istí, že vo vesmíre musí byť veľa ďalších vecí, ktoré nám stále nie sú známe. Nemôžeme vysvetliť zjavnú prítomnosť temnej hmoty, nerozumieme temnej energii a nevieme, prečo sa vesmír týmto spôsobom rozširuje a nie inak.

Propagačné video:

Nevieme, prečo sú častice také masívne ako sú; prečo je vesmír ohromený hmotou, nie antihmotou; prečo majú neutrína hmotnosť? Nevieme, či je protón stabilný, či sa niekedy rozpadne, alebo či je gravitácia kvantovou silou prírody. A hoci vieme, že inflácii predchádzal Veľký tresk, nevieme, či samotná inflácia začala alebo bola večná.

Môžu ľudia vyriešiť tieto hádanky? Mohli by experimenty, ktoré môžeme urobiť so súčasnou alebo budúcou technológiou, vrhnúť svetlo na tieto základné tajomstvá?

Image
Image

Odpoveď na prvú otázku je možná; nevieme, aké tajomstvá má príroda, kým neuvidíme. Odpoveď na druhú otázku je jednoznačne áno. Aj keď je každá teória, o ktorej sme kedy hovorili, čo je za hranicami známeho - štandardný model a všeobecná relativita - 100%, je zlé, existuje obrovské množstvo informácií, ktoré možno získať vykonaním experimentov, ktoré plánujeme uskutočniť ďalej. generácie. Nestavať všetky tieto inštalácie by bolo obrovské hlúposť, aj keď by potvrdili scenár nočnej mory, ktorú sa fyzici častíc obávali už mnoho rokov.

Keď počujete o urýchľovači častíc, pravdepodobne si predstavujete všetky tieto nové objavy, ktoré nás čakajú pri vyšších energiách. Teoretici sľubujú nové častice, nové sily, nové interakcie alebo dokonca úplne nové sektory fyziky, čo sa teoretici páčia, aj keď experiment po experimente pokazí a nedodržiava tieto sľuby.

Existuje na to dobrý dôvod: väčšina myšlienok, s ktorými sa človek môže vo fyzike stretnúť, už bola údajmi, ktoré už máme, vylúčené alebo prísne obmedzené. Ak chcete objaviť novú časticu, pole, interakciu alebo jav, nemali by ste predpokladať niečo, čo je nezlučiteľné s tým, čo už vieme s istotou. Samozrejme by sme mohli urobiť predpoklady, ktoré by sa neskôr ukázali ako nesprávne, ale samotné údaje musia súhlasiť s každou novou teóriou.

Preto najväčšie úsilie vo fyzike nespočíva v nových teóriách alebo nových nápadoch, ale v pokusoch, ktoré nám umožnia posunúť sa ďalej od toho, čo sme už skúmali. Iste, zistenie, že Higgsov bozón by mohol byť veľký bzučiak, ale ako silne súvisí Higgs s bozónom Z? Aké sú všetky tieto prepojenia medzi týmito dvoma časticami a ostatnými v štandardnom modeli? Aké ľahké je ich vytvorenie? Po vytvorení sa vyskytnú vzájomné rozpady, ktoré sa budú líšiť od rozpadu štandardného Higgs plus štandardný bozón Z?

Na vyšetrenie existuje technika, ktorá môže byť použitá: vytvorte elektrón-pozitrónovú zrážku s presnou hmotnosťou Higgsovho a Z-bozónu. Namiesto niekoľkých desiatok alebo stoviek udalostí, ktoré vytvárajú bozóny Higgs a Z, ako to robí LHC, môžete ich vytvoriť tisíce, stovky tisíc alebo dokonca milióny.

Široká verejnosť bude samozrejme nadšená hľadaním novej častice ako čokoľvek iné, ale nie každý experiment je určený na vytvorenie nových častíc - a nemusí to tak byť. Niektoré sú určené na skúmanie vecí, ktoré sú nám známe, a na podrobné štúdium jeho vlastností. Veľký elektrón-pozitrónový urýchľovač, predchodca LHC, nikdy nenašiel jedinú novú základnú časticu. Rovnako ako experiment DESY, ktorý zrážal elektróny s protónmi. A rovnako aj relativistický zrážač ťažkých iónov.

Image
Image

A to sa malo očakávať; Účel týchto troch zrážok bol odlišný. Spočívalo to v objavovaní skutočnosti, ktorá skutočne existuje s bezprecedentnou presnosťou.

Nezdá sa, že by tieto experimenty potvrdili štandardný model, hoci všetko, čo našli, bolo v súlade so štandardným modelom. Vytvorili nové zložené častice a zmerali väzby medzi nimi. Objavili sa rozpadové a vetviace vzťahy, ako aj jemné rozdiely medzi hmotou a antihmotou. Niektoré častice sa správali inak ako ich zrkadlové náprotivky. Zdá sa, že iní narušili symetriu zvratu času. Zistilo sa však, že iní sa zmiešajú a vytvárajú viazané stavy, o ktorých sme ani nevedeli.

Účelom nasledujúceho veľkého vedeckého experimentu nie je len hľadať jednu vec alebo testovať jednu novú teóriu. Musíme zhromaždiť obrovské množstvo inak nedostupných údajov a nechať ich viesť priemysel.

Samozrejme, môžeme navrhnúť a postaviť experimenty alebo observatóriá na základe toho, čo očakávame. Avšak najlepšou voľbou pre budúcnosť vedy bude viacúčelový stroj, ktorý dokáže zhromažďovať veľké a rôznorodé množstvo údajov, ktoré by bez takýchto obrovských investícií nebolo možné. Preto bol Hubble taký úspešný, prečo Fermilab a LHC posunuli hranice ďalej ako kedykoľvek predtým a prečo budú potrebné budúce misie, ako napríklad James Webb Space Telescope, budúce observatóriá triedy 30 alebo budúci kolízi, ak máme odpovedať na najzákladnejšie otázky od všetkých.

V podnikaní existuje staré príslovie, ktoré sa vzťahuje aj na vedu: „Rýchlejšie. Je to lepšie. Lacnejšie. Vyber dva. Svet sa pohybuje rýchlejšie ako kedykoľvek predtým. Ak začneme šetriť a nebudeme investovať do „najlepších“, bude to ako vzdať sa.

Ilja Khel