Съдържание:

Отговори на най-големите предизвикателства на науката: Докъде стигнахме? - Алтернативен изглед
Отговори на най-големите предизвикателства на науката: Докъде стигнахме? - Алтернативен изглед

Видео: Отговори на най-големите предизвикателства на науката: Докъде стигнахме? - Алтернативен изглед

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
Видео: Ангел Бэби Новые серии - Игра окончена (29 серия) Поучительные мультики для детей 2023, Януари
Anonim

Много е неизвестно за природата на самата Вселена. Любопитството, присъщо на хората, водещо до търсенето на отговори на тези въпроси, е тласъкът на науката напред. Вече сме натрупали невероятен обем знания, а успехите на нашите две водещи теории - квантовата теория на полето, която описва Стандартния модел, и общата относителност, която описва гравитацията - показват докъде сме стигнали в разбирането на самата реалност.

Много хора песимистично гледат на нашите настоящи усилия и бъдещи планове за разрешаване на големите космически мистерии, които ни смущават днес. Най-добрите ни хипотези за нова физика, включително суперсиметрия, допълнителни измерения, техникалор, теория на струните и други, не успяха да получат експериментално потвърждение досега. Но това не означава, че физиката е в криза. Това означава, че всичко е точно както трябва да бъде: физиката казва истината за Вселената. Следващите ни стъпки ще ни покажат колко добре сме слушали.

Най-големите мистерии на Вселената

Преди век най-големите въпроси, които бихме могли да зададем, включваха някои изключително важни екзистенциални загадки като:

  • Кои са най-малките съставки на материята?
  • Наистина ли фундаментални са нашите теории за силите на природата или е необходимо по-дълбоко разбиране?
  • Колко голяма е Вселената?
  • Винаги ли е съществувала нашата Вселена или се е появила в определен момент в миналото?
  • Как свети звездите?

По онова време тези мистерии окупираха умовете на най-великите хора. Мнозина дори не си помислиха, че могат да им се отговори. По-специално те поискаха инвестиция от толкова на пръв поглед огромни ресурси, че беше предложено просто да се задоволят с това, което познавахме по това време и да използваме тези знания за развитието на обществото.

Разбира се, не го направихме. Инвестирането в обществото е изключително важно, но е също толкова важно да се разширят границите на познатото. Благодарение на новите открития и методи на изследване успяхме да получим следните отговори:

  • Атомите са съставени от субатомни частици, много от които са подразделени на още по-малки съставки; сега знаем целия стандартен модел.
  • Класическите ни теории са заменени от квантови, обединяващи четири основни сили: силна ядрена, електромагнитна, слаба ядрена и гравитационна сили.
  • Наблюдаваната Вселена обхваща 46,1 милиарда светлинни години във всички посоки; наблюдаваната Вселена може да бъде много по-голяма или безкрайна.
  • Изминаха 13,8 милиарда години от събитието, известно като Големия взрив, родило вселената, която познаваме. Тя беше предшествана от инфлационна ера с неопределено време.
  • Звездите блестят благодарение на физиката на ядрения синтез, превръщайки материята в енергия по формулата на Айнщайн E = mc2.

И въпреки това, само задълбочи научните мистерии, които ни заобикалят. С всичко, което знаем за фундаменталните частици, ние сме сигурни, че във Вселената трябва да има много други неща, които все още не са ни известни. Не можем да обясним видимото присъствие на тъмна материя, не разбираме тъмна енергия и не знаем защо Вселената се разширява по този начин, а не по друг начин.

Промоционално видео:

Не знаем защо частиците са толкова масивни, колкото са; защо Вселената е затрупана от материя, а не от антиматерия; защо неутрино имат маса. Не знаем дали протона е стабилен, дали някога ще се разпадне или гравитацията е квантова сила на природата. И въпреки че знаем, че инфлацията е била предшествана от Големия взрив, не знаем дали самата инфлация е започнала или е била вечна.

Може ли хората да решават тези загадки? Може ли експериментите, които можем да направим с настоящи или бъдещи технологии, да хвърлят светлина върху тези основни мистерии?

Image
Image

Отговорът на първия въпрос е възможен; ние не знаем какви тайни притежава природата, докато не видим. Отговорът на втория въпрос е недвусмислено да. Дори ако всяка теория, която някога сме извеждали за това, което е извън границите на познатото - Стандартен модел и Обща относителност - е грешно на 100%, има огромно количество информация, която може да бъде получена чрез извършване на експерименти, които планираме да проведем следващите. поколение. Недоизграждането на всички тези инсталации би било голяма глупост, дори ако те потвърждават сценария на кошмара, от който физиците на частици се страхуват от много години.

Когато чуете за ускорител на частици, вероятно си представяте всички тези нови открития, които ни очакват при по-високи енергии. Обещанието за нови частици, нови сили, нови взаимодействия или дори напълно нови сектори на физиката е това, което теоретиците обичат да заблуждават, дори ако експериментът след експеримент се обърка и не спазва тези обещания.

Има основателна причина за това: повечето идеи, които човек може да излезе във физиката, вече са били изключени или силно ограничени от данните, които вече имаме. Ако искате да откриете нова частица, поле, взаимодействие или явление, не трябва да постулирате нещо, което е несъвместимо с това, което вече знаем със сигурност. Разбира се, бихме могли да направим предположения, които по-късно ще се окажат грешни, но самите данни трябва да са в съответствие с всяка нова теория.

Ето защо най-големите усилия във физиката отиват не в нови теории или нови идеи, а в експерименти, които ще ни позволят да преминем отвъд това, което вече сме изследвали. Разбира се, намирането на богът на Хигс може да е голям бръм, но колко силно е свързан Хигс с Z бозона? Какви са всички тези връзки между тези две частици и други в стандартния модел? Колко лесно е да ги създадете? Веднъж създаден, ще има ли взаимни разложения, които се различават от разпадането на стандартния Хигс плюс стандартния Z бозон?

Има техника, която може да се използва за изследване на това: създаване на електронно-позитронна сблъсък с точната маса на Хигс и Z-бозон. Вместо няколко десетки или стотици събития, които създават бозоните на Хигс и Z, както прави LHC, можете да създадете хиляди, стотици хиляди или дори милиони от тях.

Разбира се, широката публика ще бъде по-развълнувана от намирането на нова частица от всичко друго, но не всеки експеримент е предназначен да създава нови частици - и това не е необходимо. Някои са предназначени да изследват вече познатата ни материя и да проучат подробно нейните свойства. Големият електронен-позитронен сблъсък, предшественик на LHC, никога не е намерил нито една нова фундаментална частица. Подобно на експеримента DESY, който сблъска електрони с протони. И това прави и релативистският тежък йонен сблъсък.

Image
Image

И това трябваше да се очаква; целта на тези три колиери беше различна. То се състоеше в изследване на материята, която наистина съществува с безпрецедентна точност.

Не изглежда, че тези експерименти просто потвърдиха Стандартния модел, въпреки че всичко, което намериха, беше в съответствие със стандартния модел. Те създадоха нови съставни частици и измериха връзките между тях. Открити са разпадни и разклоняващи се връзки, както и фини разлики между материя и антиматерия. Някои частици се държаха различно от огледалните си колеги. Други сякаш нарушаваха симетрията на обръщане на времето. Установено е обаче, че други се смесват, създавайки свързани държави, за които дори не бяхме наясно.

Целта на следващия голям научен експеримент не е просто да се търси едно нещо или да се тества една нова теория. Трябва да съберем огромен набор от иначе недостъпни данни и да оставим тези данни да ръководят индустрията.

Разбира се, можем да проектираме и изграждаме експерименти или обсерватории въз основа на това, което очакваме да намерим. Но най-добрият избор за бъдещето на науката ще бъде многоцелевата машина, която може да събира големи и разнообразни количества данни, които не биха били възможни без такава огромна инвестиция. Ето защо Хъбъл е толкова успешен, защо Фермилаб и LHC са изтласкали границите по-далеч от всякога и защо ще са необходими бъдещи мисии като космическия телескоп Джеймс Уеб, бъдещи 30-метрови обсерватории или бъдещи сблъсъци, ако някога ще отговорим на най-фундаменталните въпроси от всички.

В бизнеса има стара поговорка, която се отнася и за науката: „По-бързо. Е по-добре. По-евтино. Избери две. " Светът се движи по-бързо от всякога. Ако започнем да спестяваме и не инвестираме в „най-доброто“, това ще е като да се откажем.

Иля Кел

Популярни по теми