Odgovori Na Največje Izzive Znanosti: Kako Daleč Smo Prišli? - Alternativni Pogled

Kazalo:

Odgovori Na Največje Izzive Znanosti: Kako Daleč Smo Prišli? - Alternativni Pogled
Odgovori Na Največje Izzive Znanosti: Kako Daleč Smo Prišli? - Alternativni Pogled

Video: Odgovori Na Največje Izzive Znanosti: Kako Daleč Smo Prišli? - Alternativni Pogled

Video: Odgovori Na Največje Izzive Znanosti: Kako Daleč Smo Prišli? - Alternativni Pogled
Video: Ovih 6 Vrata Nikada Ne Bi Trebalo Da Otvaramo 2024, Marec
Anonim

Veliko narave vesolja ni znano. Znanost, ki je lastna ljudem, vodi k iskanju odgovorov na ta vprašanja, ki vodi znanost naprej. Zbrali smo že neverjetno količino znanja in uspehi naših dveh vodilnih teorij - kvantne teorije polja, ki opisuje standardni model, in splošna relativnost, ki opisuje gravitacijo - kažejo, kako daleč smo prišli do razumevanja same resničnosti.

Mnogi ljudje so pesimistični glede naših trenutnih prizadevanj in prihodnjih načrtov za razrešitev velikih kozmičnih skrivnosti, ki nas danes mučijo. Naše najboljše hipoteze o novi fiziki, vključno s superimetrijo, dodatnimi dimenzijami, tehnicolorjem, teorijo strun in drugimi, doslej še niso mogle dobiti nobene eksperimentalne potrditve. Toda to ne pomeni, da je fizika v krizi. To pomeni, da je vse točno tako, kot mora biti: fizika govori resnico o vesolju. Naslednji koraki nam bodo pokazali, kako dobro smo poslušali.

Največje skrivnosti vesolja

Pred stoletjem so bila največja vprašanja, ki smo jih lahko zastavili, nekaj izjemno pomembnih eksistencialnih ugank, kot so:

  • Katere snovi so najmanjše?
  • So naše teorije o naravnih silah resnično temeljne ali je potrebno globlje razumevanje?
  • Kako veliko je vesolje?
  • Ali je vesolje vedno obstajalo ali se je v določenem trenutku pojavilo?
  • Kako svetijo zvezde?

Takrat so te skrivnosti zasedale misli največjih ljudi. Mnogi sploh niso pomislili, da bi jim lahko odgovorili. Zlasti so zahtevali naložbo tako na videz ogromnih virov, da je bilo predlagano, da se preprosto zadovoljimo s tistim, kar smo takrat vedeli, in to znanje uporabimo za razvoj družbe.

Seveda tega nismo storili. Vlaganje v družbo je izjemno pomembno, vendar je prav tako pomembno potisniti meje znanega. Zahvaljujoč novim odkritjem in raziskovalnim metodam smo lahko dobili naslednje odgovore:

  • Atome sestavljajo subatomski delci, od katerih se mnogi razdelijo na še manjše sestavine; zdaj poznamo celoten standardni model.
  • Naše klasične teorije so bile nadomeščene s kvantnimi, ki združujejo štiri temeljne sile: močne jedrske, elektromagnetne, šibke jedrske in gravitacijske sile.
  • Vesolje, ki ga lahko opazujemo, v vseh smereh obsega 46,1 milijarde svetlobnih let; opazovano vesolje je lahko veliko večje ali neskončno.
  • Poteklo je 13,8 milijarde let od dogodka, znanega kot Veliki prasak, ki je ustvaril vesolje, ki ga poznamo. Pred njo je bilo inflacijsko obdobje za nedoločen čas.
  • Zvezde svetijo zaradi fizike jedrske fuzije, ki pretvori snov v energijo po Einsteinovi formuli E = mc2.

In vendar je le še poglobilo znanstvene skrivnosti, ki nas obdajajo. Z vsem, kar vemo o temeljnih delcih, smo prepričani, da mora biti v vesolju še veliko drugih stvari, ki nam še niso znane. Ne moremo razložiti navidezne prisotnosti temne snovi, ne razumemo temne energije in ne vemo, zakaj se vesolje širi na ta način in ne drugače.

Promocijski video:

Ne vemo, zakaj so delci tako masivni, kot so; zakaj je vesolje preplavljena materija, ne antimaterija; zakaj imajo nevtrini maso. Ne vemo, ali je proton stabilen, če bo kdaj razpadel ali je gravitacija kvantna sila narave. In čeprav vemo, da je bila inflacija pred velikim praskom, ne vemo, ali se je inflacija začela ali je bila večna.

Lahko človek reši te uganke? Bi lahko poskusi, ki jih lahko izvedemo s sedanjo ali prihodnjo tehnologijo, osvetlili te temeljne skrivnosti?

Image
Image

Odgovor na prvo vprašanje je mogoč; ne vemo, kakšne skrivnosti ima narava, dokler jih ne vidimo. Odgovor na drugo vprašanje je nedvoumno pritrdilen. Tudi če je vsaka teorija, ki smo jo kdaj predstavili o tem, kar je zunaj meja znanega - Standardni model in Splošna relativnost - stoodstotno napačna, je ogromno informacij, ki jih lahko dobimo z izvajanjem poskusov, ki jih nameravamo začeti naslednjič. generacija. Nezmogljivost vseh teh naprav bi bila velika neumnost, čeprav potrjujejo scenarij nočne more, ki se ga fiziki delcev bojijo že vrsto let.

Ko slišite za pospeševalnik delcev, si verjetno predstavljate vsa ta nova odkritja, ki nas čakajo pri višjih energijah. Obljuba novih delcev, novih sil, novih interakcij ali celo popolnoma novih sektorjev fizike je tisto, kar teoretiki radi pogrešajo, tudi če gre poizkus po poskusu narobe in teh obljub ne drži.

Za to obstaja dober razlog: večina idej, ki jih lahko zasnujemo v fiziki, je že izključenih ali močno omejenih s podatki, ki jih že imamo. Če želite odkriti nov delec, polje, interakcijo ali pojav, ne smete postulirati nečesa, kar je nezdružljivo s tistim, kar zagotovo že vemo. Seveda bi lahko dali predpostavke, ki bi se pozneje izkazale za napačne, vendar morajo biti sami podatki v skladu s katero koli novo teorijo.

Zato največji napor fizike ne gre za nove teorije ali nove ideje, temveč za eksperimente, ki nam bodo omogočili, da presežemo tisto, kar smo že raziskali. Zagotovo bi bilo iskanje Higgsovega bozona lahko hudo, toda kako močno je Higgsov povezan z Z bozonom? Kakšne so vse te povezave med tema dvema delcema in drugimi v standardnem modelu? Kako enostavno jih je ustvariti? Se bodo ustvarili medsebojni razpadi, ki se razlikujejo od razpada standardnega Higgsa in standardnega Z-bozona?

Za raziskovanje tega lahko uporabimo tehniko: ustvarimo elektronsko-pozitronski trk s točno maso Higgsovega in Z-bozona. Namesto nekaj deset ali sto dogodkov, ki ustvarjajo Higgsove in Z bozone, kot to počne LHC, lahko ustvarite na tisoče, sto tisoč ali celo milijone njih.

Seveda bo širša javnost bolj navdušena nad iskanjem novega delca kot karkoli drugega, vendar vsak poskus ni zasnovan tako, da ustvari nove delce - in tega ne bi bilo treba. Nekateri so namenjeni raziskovanju že znane snovi in podrobnemu preučevanju njenih lastnosti. Veliki elektronsko-pozitronski trkalnik, predhodnik LHC, ni nikoli našel niti enega novega temeljnega delca. Kot eksperiment DESY, ki je elektrone trčil v protone. In tako velja tudi relativistični težki ionski trkalnik.

Image
Image

In to je bilo pričakovati; namen teh treh trkalcev je bil drugačen. Sestavljeno je bilo v raziskovanju snovi, ki resnično obstaja z izjemno izjemno natančnostjo.

Ne zdi se, da so ti poskusi samo potrdili standardni model, čeprav je bilo vse, kar so našli, skladno s standardnim modelom. Ustvarili so nove sestavljene delce in izmerili vezi med njimi. Odkrita so bila razmerja propadanja in razvejanja, pa tudi tanke razlike med materijo in antimaterijo. Nekateri delci so se obnašali drugače kot zrcalni kolegi. Zdi se, da drugi kršijo simetrijo preobrata. Vendar pa je bilo ugotovljeno, da se drugi mešajo in ustvarjajo vezana stanja, ki se jih sploh nismo zavedali.

Namen naslednjega velikega znanstvenega eksperimenta ni zgolj iskanje ene stvari ali preizkušanje ene nove teorije. Zbrati moramo ogromen niz sicer nedosegljivih podatkov in pustiti, da ti podatki vodijo industrijo.

Seveda lahko oblikujemo in gradimo poskuse ali opazovalnice na podlagi tega, kar pričakujemo. Toda najboljša izbira za prihodnost znanosti bo večnamenski stroj, ki lahko zbira velike in raznolike količine podatkov, ki jih brez tako velikih naložb ne bi bilo mogoče. Zato je bil Hubble tako uspešen, zakaj sta Fermilab in LHC pomenila meje dlje kot kdaj koli prej in zakaj bodo potrebne prihodnje misije, kot je vesoljski teleskop James Webb, prihodnji opazovalniki razreda 30 metrov ali bodoči trkalci, če bomo kdaj odgovorili na najbolj temeljne vprašanja vseh.

V poslu obstaja stara poslovica, ki velja tudi za znanost: „Hitreje. Je bolje. Cenejši. Izberi dva. Svet se giblje hitreje kot kdaj koli prej. Če začnemo varčevati in ne vlagamo v najboljše, bo to kot obupa.

Ilya Khel