Физик ба физик туршилтын хязгаар

Зуун жилийн өмнө физикийн нөхцөл байдал одоогийнхоос яг эсрэгээрээ байсан. Эрдэмтдийн гарт олон удаа давтагдсан батлагдсан туршилтуудын үр дүн байсан боловч одоо байгаа физик онолыг ашиглан тайлбарлах боломжгүй байдаг. Туршлага нь онолын өмнө илт байсан. Онолчид ажилдаа орох ёстой байсан.

Одоогийн байдлаар тэнцвэрт байдал нь утаснуудын онол гэх мэт боломжит туршилтуудаас харагдаж байгаа загвараас тэс өөр онолчдод чиглэж байна. Физикт шийдэгдээгүй асуудлууд улам олон болж байх шиг байна (1).

1. Физикийн орчин үеийн хамгийн чухал чиг хандлага, асуудлууд - дүрслэл

Польшийн нэрт физикч, проф. Анжей Старушкевич 2010 оны XNUMX-р сард Краков дахь Игнатианум академид болсон "Физикийн мэдлэгийн хязгаар" мэтгэлцээний үеэр: “Өнгөрсөн зуунд мэдлэгийн талбар асар их өссөн, харин мунхгийн талбар улам бүр өссөн. (...) Харьцангуйн ерөнхий онол ба квант механикийн нээлт нь хүн төрөлхтний сэтгэлгээний гайхамшигт ололт бөгөөд Ньютонтой харьцуулж болохуйц, гэхдээ тэдгээр нь хоёр бүтцийн хоорондын хамаарлын тухай асуултад хүргэж, нарийн төвөгтэй байдлын цар хүрээ нь ердөө л цочирдмоор юм. Ийм нөхцөлд асуултууд аяндаа гарч ирдэг: бид үүнийг хийж чадах уу? Үнэний ёроолд хүрэх бидний тууштай байдал, хүсэл эрмэлзэл бидний өмнө тулгарсан хүндрэлтэй дүйцэх болов уу?"

Туршилтын мухардмал байдал

Хэдэн сарын турш физикийн ертөнц ердийнхөөс илүү их маргаантай, завгүй байна. "Nature" сэтгүүлд Жорж Эллис, Жозеф Силк нар физикийн нэгдмэл байдлыг хамгаалах нийтлэл нийтэлж, хамгийн сүүлийн үеийн сансар судлалын онолыг шалгах туршилтыг тодорхойгүй "маргааш" хүртэл хойшлуулахад улам бүр бэлэн байгаа хүмүүсийг шүүмжилсэн байна. Тэдгээр нь "хангалттай дэгжин" болон тайлбарлах үнэ цэнээр тодорхойлогддог байх ёстой. "Энэ нь шинжлэх ухааны мэдлэг бол туршилтаар батлагдсан мэдлэг гэсэн олон зуун жилийн шинжлэх ухааны уламжлалыг эвдэж байна" гэж эрдэмтэд аянга хашгирч байна. Орчин үеийн физикийн "туршилтын мухардал"-ыг баримтууд тодорхой харуулж байна.

Дэлхий ба Орчлон ертөнцийн мөн чанар, бүтцийн талаархи хамгийн сүүлийн үеийн онолууд нь дүрмээр бол хүн төрөлхтөнд байгаа туршилтаар батлагдах боломжгүй юм.

Эрдэмтэд Хиггсийн бозоныг нээсэнээрээ Стандарт загварыг "дуусгасан". Гэсэн хэдий ч физикийн ертөнц сэтгэл хангалуун бус байна. Бид бүх кварк, лептонуудын талаар мэддэг боловч үүнийг Эйнштейний таталцлын онолтой хэрхэн уялдуулах талаар ямар ч ойлголтгүй байна. Бид квант механикийг таталцлын хүчинтэй хэрхэн хослуулж, квант таталцлын таамаглалын онолыг бий болгохыг мэдэхгүй байна. Бид бас Big Bang гэж юу болохыг мэдэхгүй (эсвэл үнэхээр болсон уу!) (2).

Одоогийн байдлаар үүнийг сонгодог физикчид гэж нэрлэе, Стандарт загвараас хойшхи дараагийн алхам нь супер тэгш хэм бөгөөд бидэнд мэдэгдэж байгаа элементийн бөөмс бүр "хамтрагчтай" гэж таамаглаж байна.

Энэ нь материйн барилгын блокуудын нийт тоог хоёр дахин ихэсгэдэг боловч онол нь математикийн тэгшитгэлд бүрэн нийцэж, хамгийн чухал нь сансрын харанхуй материйн нууцыг тайлах боломжийг олгодог. Хэт тэгш хэмтэй тоосонцор байгааг батлах Том Адрон Коллайдер дээр хийсэн туршилтын үр дүнг хүлээх л үлдлээ.

Гэсэн хэдий ч Женевээс ийм нээлт хараахан сонсогдоогүй байна. Мэдээжийн хэрэг, энэ нь LHC-ийн шинэ хувилбарын эхлэл бөгөөд нөлөөллийн энерги нь хоёр дахин их (саяхан засвар, шинэчлэлт хийсний дараа). Хэдэн сарын дараа тэд супер тэгш хэмийн баярыг тэмдэглэж шампанскийн бөглөө буудаж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч, хэрэв ийм зүйл болоогүй бол олон физикчид хэт тэгш хэмийн онолыг, мөн хэт тэгш хэм дээр суурилсан супер утаснаас аажмаар татгалзах шаардлагатай гэж үздэг. Учир нь хэрэв том мөргөлдүүлэгч эдгээр онолыг батлахгүй бол яах вэ?

Гэсэн хэдий ч тийм биш гэж үздэг эрдэмтэд байдаг. Учир нь хэт тэгш хэмийн онол нь "алдагдахааргүй үзэсгэлэнтэй".

Тиймээс тэд хэт тэгш хэмтэй бөөмсийн масс нь LHC-ийн хязгаараас гадуур байгааг батлахын тулд тэгшитгэлээ дахин үнэлэхийг зорьж байна. Онолчид маш зөв. Тэдний загварууд нь туршилтаар хэмжиж, баталгаажуулах боломжтой үзэгдлийг тайлбарлахдаа сайн. Тиймээс бидний (одоохондоо) эмпирик байдлаар мэдэхгүй байгаа онолуудын хөгжлийг яагаад үгүйсгэх ёстой гэж хэн нэгэн асууж магадгүй юм. Энэ нь үндэслэлтэй, шинжлэх ухаанч хандлага мөн үү?

орчлон ертөнц орчноос

Байгалийн шинжлэх ухаан, тэр дундаа физик нь натурализм, өөрөөр хэлбэл байгалийн хүчийг ашиглан бүх зүйлийг тайлбарлаж чадна гэсэн итгэл дээр суурилдаг. Шинжлэх ухааны даалгавар нь байгальд байдаг үзэгдэл юм уу зарим бүтцийн хоорондын хамаарлыг авч үзэх явдал юм. Физик нь математикийн хувьд тайлбарлах боломжгүй, давтагдах боломжгүй асуудлыг авч үздэггүй. Энэ нь бусад зүйлсээс гадна түүний амжилтын шалтгаан юм. Байгалийн үзэгдлийг загварчлахад ашигласан математик тодорхойлолт нь маш үр дүнтэй болох нь батлагдсан. Байгалийн шинжлэх ухааны ололт амжилт нь тэдний гүн ухааны ерөнхий дүгнэлтийг бий болгосон. Механизмын философи эсвэл шинжлэх ухааны материализм зэрэг чиглэлүүд бий болсон бөгөөд энэ нь XNUMX-р зууны төгсгөлөөс өмнө олж авсан байгалийн шинжлэх ухааны үр дүнг философийн салбарт шилжүүлсэн юм.

Гаригууд сая сая жилийн дараа хэрхэн хөдөлж, хэдэн сая жилийн өмнө хэрхэн хөдөлж байсныг бид тодорхойлж чадах учраас байгальд бүрэн детерминизм байдгийг бид бүх дэлхийг мэдэж болох юм шиг санагдсан. Эдгээр ололт амжилт нь хүний ​​оюун ухааныг үнэмлэхүй болгосон бахархлыг төрүүлсэн. Өнөөдрийг хүртэл арга зүйн натурализм нь байгалийн шинжлэх ухааны хөгжлийг тодорхой хэмжээгээр өдөөдөг. Гэсэн хэдий ч натуралист арга зүйн хязгаарлалтыг илтгэж буй зарим таслах цэгүүд байдаг.

Хэрэв орчлон ертөнц эзэлхүүнээрээ хязгаарлагдмал бөгөөд энерги хадгалагдах хуулиудыг зөрчихгүйгээр, жишээлбэл, хэлбэлзэлгүйгээр "ор ч үгүй" (3) үүссэн бол түүнд ямар ч өөрчлөлт гарах ёсгүй. Энэ хооронд бид тэднийг харж байна. Энэ асуудлыг квант физикийн үндсэн дээр шийдэхийг оролдохдоо бид зөвхөн ухамсартай ажиглагч л ийм ертөнц оршин тогтнох боломжийг бодитой болгодог гэсэн дүгнэлтэд хүрч байна. Тийм ч учраас бидний амьдарч буй энэ ертөнц яагаад олон янзын орчлон ертөнцөөс бүтээгдсэн бэ гэж гайхдаг. Тиймээс бид дэлхий дээр хүн гарч ирэхэд л бидний ажигласнаар дэлхий үнэхээр "болов" гэсэн дүгнэлтэд хүрч байна ...

Хэмжилт нь тэрбум жилийн өмнө болсон үйл явдлуудад хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

4. Wheeler туршилт - дүрслэл

Орчин үеийн физикчдийн нэг Жон Арчибалд Уилер алдарт давхар ангархай туршилтын сансрын хувилбарыг санал болгов. Түүний оюун санааны загварт биднээс тэрбум гэрлийн жилийн зайд орших квазарын гэрэл галактикийн хоёр эсрэг талд тархдаг (4). Хэрэв ажиглагчид эдгээр зам бүрийг тус тусад нь ажиглавал фотонуудыг харах болно. Хэрэв хоёулаа нэгэн зэрэг байвал тэд долгионыг харах болно. Тиймээс ажиглах үйлдэл нь тэрбум жилийн өмнө квазарыг орхисон гэрлийн мөн чанарыг өөрчилдөг!

Вийлерийн хувьд дээрх зүйл бол орчлон ертөнц биет утгаараа оршин тогтнох боломжгүй гэдгийг нотолж байна, наад зах нь бидний "биеийн төлөв" гэж ойлгож дассан утгаар нь. Өмнө нь ч ийм зүйл тохиолдсон байж болохгүй, бид хэмжилт хийх хүртэл... Тиймээс бидний одоогийн хэмжээс өнгөрсөнд нөлөөлдөг. Ажиглалт, илрүүлэлт, хэмжилтүүдээрээ бид өнгөрсөн үеийн үйл явдлуудыг цаг хугацааны гүнд, орчлон ертөнцийн эхлэл хүртэл ... хэлбэржүүлдэг!

Канадын Ватерлоо дахь Периметрийн хүрээлэнгийн ажилтан Нейл Турк New Scientist сэтгүүлийн XNUMX-р сарын дугаарт "Бид юу олсоноо ойлгохгүй байна. Онол нь улам бүр төвөгтэй, боловсронгуй болж байна. Бид эрэг чангалах түлхүүрээр ч гэсэн дараалсан талбар, хэмжээс, тэгш хэмтэй холбоотой асуудалд өөрсдийгөө оруулдаг боловч хамгийн энгийн баримтуудыг тайлбарлаж чадахгүй." Орчин үеийн онолчдын оюун санааны аялал, тухайлбал дээр дурдсан зүйлс, суперстрилийн онол нь одоогоор лабораторид хийгдэж буй туршилтуудтай ямар ч холбоогүй, туршилтаар турших ямар ч боломжгүй байгаа нь олон физикчдийг бухимдуулж байгаа нь ойлгомжтой.

Квантын ертөнцөд та илүү өргөн хүрээтэй харагдах хэрэгтэй

Нобелийн шагналт Ричард Фейнманы нэгэнтээ хэлсэнчлэн квант ертөнцийг хэн ч ойлгодоггүй. Тодорхой масстай хоёр биеийн харилцан үйлчлэлийг тэгшитгэлээр тооцдог хуучин Ньютоны ертөнцөөс ялгаатай нь квант механикт бид тийм ч их дагаж мөрддөггүй тэгшитгэлүүдтэй байдаг, гэхдээ туршилтаар ажиглагдсан хачирхалтай зан үйлийн үр дүн юм. Квантын физикийн объектууд нь ямар нэгэн "физик"-тэй холбоотой байх албагүй бөгөөд тэдний зан байдал нь Хильбертийн орон зай гэж нэрлэгддэг хийсвэр олон хэмжээст орон зайн домэйн юм.

Шрөдингерийн тэгшитгэлээр тодорхойлогдсон өөрчлөлтүүд байгаа боловч яг яагаад тодорхойгүй байна. Үүнийг өөрчилж болох уу? Сансар огторгуй дахь биеийн хөдөлгөөнтэй холбоотой олон арван хууль, зарчмуудыг Ньютоны зарчмаас гаргаж авсантай адил физикийн зарчмуудаас квант хуулиудыг гаргаж авах боломжтой юу? Италийн Павиагийн их сургуулийн эрдэмтэд Жиакомо Мауро Д'Ариано, Жулио Сирибелла, Паоло Перинотти нар хэмжигдэхүйц туршилтаар эрүүл саруул ухаанд илт харш квантын үзэгдлийг ч илрүүлж болно гэж баталж байна. Танд хэрэгтэй зүйл бол зөв хэтийн төлөв - Магадгүй квант нөлөөллийн талаар буруу ойлголттой байгаа нь тэдгээрийн талаар өргөн хүрээний үзэл бодол дутмаг байгаатай холбоотой байж болох юм. New Scientist сэтгүүлийн дээр дурдсан эрдэмтдийн үзэж байгаагаар квант механик дахь утга учиртай, хэмжигдэхүйц туршилтууд нь хэд хэдэн нөхцөлийг хангасан байх ёстой. Энэ бол:

• учир шалтгааны холбоо - ирээдүйн үйл явдал өнгөрсөн үйл явдлуудад нөлөөлж чадахгүй;
• ялгах чадвар - бид бие биенээсээ тусдаа байх ёстой гэж заасан;
• найрлага - хэрэв бид үйл явцын бүх үе шатыг мэддэг бол бүх үйл явцыг мэддэг;
• шахалт – чипийг бүхэлд нь шилжүүлэхгүйгээр чипийн талаарх чухал мэдээллийг дамжуулах арга замууд байдаг;
• томографи - Хэрэв бид олон хэсгээс бүрдсэн системтэй бол хэсгүүдийн хэмжилтийн статистик нь бүхэл системийн төлөв байдлыг харуулахад хангалттай.

Италичууд цэвэршүүлэх зарчмуудаа өргөжүүлж, илүү өргөн хүрээтэй харах, утга учиртай туршилт хийхдээ термодинамик үзэгдлүүдийн эргэлт буцалтгүй байдал, энтропийн өсөлтийн зарчмыг багтаахыг хүсч байгаа нь физикчдэд сэтгэгдэл төрүүлэхгүй байна. Магадгүй энд ч гэсэн ажиглалт, хэмжилтэд бүхэл бүтэн системийг ойлгоход хэтэрхий нарийссан хэтийн төлөвийн олдворууд нөлөөлж магадгүй юм. Италийн эрдэмтэн Жулио Сирибелла "New Scientist" сэтгүүлд өгсөн ярилцлагадаа "Квантын онолын үндсэн үнэн бол шуугиантай, эргэлт буцалтгүй өөрчлөлтийг тайлбарт шинэ зохион байгуулалт нэмснээр буцаах боломжтой" гэж хэлжээ.

Харамсалтай нь туршилтыг "цэвэрлэх" болон хэмжилтийн хэтийн төлөвийг илүү өргөн хүрээнд авч үзэх нь аливаа үр дүнд хүрэх боломжтой олон ертөнцийн таамаглалыг бий болгож, эрдэмтэд үйл явдлын зөв замыг хэмжиж байна гэж бодоод зүгээр л "сонгодог" таамаглалыг эргэлзэгчид хэлж байна. тэдгээрийг хэмжих замаар тодорхой тасралтгүй .

5. Цагийн зүүний хэлбэртэй цагийн зүү

Цаг байхгүй юу?

Цаг хугацааны сум (5) хэмээх ойлголтыг 1927 онд Британийн астрофизикч Артур Эддингтон анхлан нэвтрүүлсэн. Энэ сум нь цаг хугацааг заадаг бөгөөд энэ нь үргэлж нэг чиглэлд, өөрөөр хэлбэл өнгөрсөн үеэс ирээдүй рүү урсдаг бөгөөд энэ үйл явцыг буцаах боломжгүй юм. Стивен Хокинг "Цаг хугацааны товч түүх" номондоо бид цаг хугацааг эмх замбараагүй байдал нэмэгдэх чиглэлд хэмждэг учраас цаг хугацаа өнгөрөх тусам эмх замбараагүй байдал нэмэгддэг гэж бичжээ. Энэ нь бидэнд сонголт байгаа гэсэн үг юм - жишээлбэл, бид эхлээд хагарсан шилний хэсгүүдийг шалан дээр тарааж, дараа нь шил шалан дээр унах агшин, дараа нь шил агаарт, эцэст нь хүний ​​гарт байгааг харж болно. барьж байгаа хүн. "Цаг хугацааны сэтгэл зүйн сум" нь термодинамик сумтай нэг чиглэлд явах ёстой гэсэн шинжлэх ухааны дүрэм байдаггүй бөгөөд системийн энтропи нэмэгддэг. Гэсэн хэдий ч олон эрдэмтэд байгальд бидний ажиглаж буй өөрчлөлттэй адил хүний ​​тархинд энергийн өөрчлөлтүүд тохиолддог учраас ийм болсон гэж олон эрдэмтэд үздэг. Хүний "хөдөлгүүр" түлш-хүнсийг шатаадаг бөгөөд дотоод шаталтат хөдөлгүүртэй адил энэ үйл явц эргэлт буцалтгүй явагддаг тул тархи нь үйлдэл хийх, ажиглах, бодох энергитэй байдаг.

Гэсэн хэдий ч цаг хугацааны сэтгэлзүйн сумны нэг чиглэлийг хадгалахын зэрэгцээ янз бүрийн системд энтропи нэмэгдэж, буурах тохиолдол байдаг. Жишээлбэл, компьютерийн санах ойд өгөгдөл хадгалах үед. Машин дахь санах ойн модулиуд нь дараалалгүй төлөвөөс дискний бичих дараалалд шилждэг. Тиймээс компьютер дахь энтропи багасна. Гэсэн хэдий ч ямар ч физикч бүхэлдээ орчлон ертөнцийн үүднээс авч үзвэл энэ нь өсөн нэмэгдэж байна, учир нь диск рүү бичихэд эрчим хүч шаардагддаг бөгөөд энэ энерги нь машинаас үүссэн дулаан хэлбэрээр тархдаг. Тиймээс физикийн тогтсон хуулиудад бага зэрэг "сэтгэл зүйн" эсэргүүцэл байдаг. Сэнсний чимээ шуугианаас үүдэлтэй зүйл нь санах ойд ажил эсвэл бусад үнэ цэнийг бүртгэхээс илүү чухал гэж үзэх нь бидний хувьд хэцүү байдаг. Хэрэв хэн нэгэн нь орчин үеийн физик, нэгдмэл хүчний онол эсвэл бүх зүйлийн онолыг үгүйсгэх аргументыг компьютер дээрээ бичвэл яах вэ? Гэсэн хэдий ч орчлон ертөнцийн ерөнхий эмх замбараагүй байдал нэмэгдсэн гэсэн санааг хүлээн зөвшөөрөхөд бидэнд хэцүү байх болно.

1967 онд Wheeler-DeWitt тэгшитгэл гарч ирсэн бөгөөд үүнээс үүдэн ийм цаг хугацаа байдаггүй. Энэ нь квант механик ба харьцангуйн ерөнхий онолын санааг математикийн хувьд нэгтгэх оролдлого, квант таталцлын онол руу чиглэсэн алхам, i.e. Бүх эрдэмтдийн хүсч буй бүх зүйлийн онол. 1983 он хүртэл физикч Дон Пейж, Уильям Вуттерс нар квант орооцолдох ойлголтыг ашиглан цаг хугацааны асуудлыг тойрч гарах боломжтой гэсэн тайлбарыг санал болгов. Тэдний үзэл баримтлалын дагуу аль хэдийн тодорхойлогдсон системийн шинж чанарыг л хэмжиж болно. Математикийн үүднээс авч үзвэл энэ санал нь цаг нь системээс тусгаарлагдмал байдлаар ажилладаггүй бөгөөд зөвхөн тодорхой ертөнцтэй орооцолдсон үед л эхэлдэг гэсэн үг юм. Гэсэн хэдий ч, хэрэв хэн нэгэн биднийг өөр орчлон ертөнцөөс харвал тэд биднийг хөдөлгөөнгүй биет гэж харах бөгөөд зөвхөн тэдний ирснээр л квантын орооцолдол үүсч, цаг хугацаа өнгөрөхийг шууд утгаар нь мэдрэх болно.

Энэхүү таамаглал нь Италийн Турин хотын эрдэм шинжилгээний хүрээлэнгийн эрдэмтдийн ажлын үндэс болсон юм. Физикч Марко Женовезе квантын орооцолдлын онцлогийг харгалзан үзсэн загвар бүтээхээр шийджээ. Энэ үндэслэлийн зөвийг харуулсан физик эффектийг дахин бий болгох боломжтой байв. Хоёр фотоноос бүрдсэн орчлон ертөнцийн загварыг бүтээжээ.

Нэг хос нь чиглэсэн - босоо туйлширсан, нөгөө нь хэвтээ. Дараа нь тэдгээрийн квант төлөв байдал, улмаар туйлшралыг хэд хэдэн детектороор илрүүлдэг. Эцсийн эцэст лавлагааны хүрээг тодорхойлдог ажиглалтад хүрэх хүртэл фотонууд сонгодог квант суперпозицияд байдаг, жишээлбэл. тэдгээр нь босоо болон хэвтээ чиглэлд чиглэгддэг. Энэ нь цагийг уншиж буй ажиглагч нь түүний нэг хэсэг болох орчлон ертөнцөд нөлөөлж буй квантын ээдрээг тодорхойлдог гэсэн үг юм. Ийм ажиглагч дараа нь квант магадлал дээр үндэслэн дараалсан фотонуудын туйлшралыг мэдрэх чадвартай болно.

Энэ үзэл баримтлал нь олон асуудлыг тайлбарлаж байгаа учраас маш сонирхолтой боловч бүх детерминизмаас дээгүүр байж, бүх зүйлийг бүхэлд нь хянах "супер ажиглагч" хэрэгцээг бий болгодог.

6. Multiverse - Дүрслэл

Бидний ажиглаж байгаа болон субьектив байдлаар "цаг хугацаа" гэж ойлгодог зүйл нь үнэндээ бидний эргэн тойрон дахь дэлхийн хэмжигдэхүйц өөрчлөлтүүдийн үр дүн юм. Бид атом, протон, фотонуудын ертөнцийг гүнзгийрүүлэн судлах тусам цаг хугацааны тухай ойлголт улам бүр багасч байгааг ойлгодог. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар өдөр бүр биднийг дагалддаг цаг нь бие махбодийн үүднээс авч үзвэл түүний гарцыг хэмждэггүй, харин бидний амьдралыг цэгцлэхэд тусалдаг. Ньютоны бүх нийтийн болон бүх зүйлийг хамарсан цаг хугацааны үзэл баримтлалд дассан хүмүүсийн хувьд эдгээр ойлголтууд үнэхээр цочирдмоор юм. Гэхдээ зөвхөн шинжлэх ухааны уламжлалчид ч тэднийг хүлээн зөвшөөрдөггүй. Энэ жилийн Нобелийн шагналыг хүртэх магадлалтай хүмүүсийн нэг гэж бидний өмнө дурдсан нэрт онолын физикч Ли Смолин цаг хугацаа байдаг бөгөөд үнэхээр бодитой гэж үзэж байна. Нэгэн удаа тэрээр олон физикчдийн нэгэн адил цаг хугацаа бол субъектив хуурмаг зүйл гэж маргаж байсан.

Одоо тэрээр "Дахин төрсөн цаг" номондоо физикийн талаар огт өөр өнцгөөс харж, шинжлэх ухааны нийгэмд алдартай утаснуудын онолыг шүүмжилжээ. Түүний хэлснээр олон ертөнц байдаггүй (6) учир нь бид нэг орчлонд, нэгэн зэрэг амьдардаг. Тэрээр цаг хугацаа бол хамгийн чухал бөгөөд бидний өнөөгийн бодит байдлын талаарх туршлага нь хуурмаг зүйл биш, харин бодит байдлын үндсэн мөн чанарыг ойлгох түлхүүр гэж тэр үздэг.

Энтропи тэг

Санду Попеску, Тони Шорт, Ноа Линден (7), Андреас Уинтер нар 2009 онд Физик тойм E сэтгүүлд олж мэдсэн зүйлээ тайлбарласан бөгөөд энэ нь объектууд нь квант орооцолдох төлөвт орсноор тэнцвэрт байдал, өөрөөр хэлбэл энергийн жигд тархалтын төлөвт хүрдэг болохыг харуулсан. хүрээлэн буй орчин. 2012 онд Тони Шорт орооцолдох нь хязгаарлагдмал цаг хугацааны тэнцвэрт байдлыг бий болгодог гэдгийг баталсан. Аливаа объект хүрээлэн буй орчинтой харьцах үед, тухайлбал аяга кофены хэсгүүд агаартай мөргөлдөх үед тэдгээрийн шинж чанарын тухай мэдээлэл гадагшаа "алдагдаж", хүрээлэн буй орчинд "бүдгэрсэн" болно. Мэдээлэл алдагдах нь бүх өрөөний цэвэр байдлын байдал өөрчлөгдсөөр байгаа ч кофены төлөв байдал зогсонги байдалд хүргэдэг. Попескугийн хэлснээр түүний биеийн байдал цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөхөө больсон.

7. Ноа Линден, Санду Попеску, Тони Шорт нар

Өрөөний цэвэр байдлын төлөв өөрчлөгдөхөд кофе нь агаартай холилдохоо больж, өөрийн цэвэр байдалд орж болно. Гэсэн хэдий ч кофены цэвэр төлөв байдлаас хавьгүй илүү байгаль орчинтой холилдсон мужууд байдаг тул бараг хэзээ ч тохиолддоггүй. Энэхүү статистикийн магадлал нь цаг хугацааны сум эргэлт буцалтгүй мэт сэтгэгдэл төрүүлдэг. Цаг хугацааны сумтай холбоотой асуудлыг квант механикаар бүдгэрүүлж, мөн чанарыг тодорхойлоход хэцүү болгодог.

Энгийн бөөмс нь яг физик шинж чанартай байдаггүй бөгөөд зөвхөн өөр өөр төлөвт байх магадлалаар тодорхойлогддог. Жишээлбэл, ямар ч үед бөөмс цагийн зүүний дагуу эргэх 50 хувь, эсрэг чиглэлд эргэх магадлал 50 хувь байж болно. Физикч Жон Беллийн туршлагаар бататгасан теорем нь бөөмийн жинхэнэ төлөв байхгүй бөгөөд тэдгээрийг магадлалаар удирдуулахаар үлдээдэг гэж заасан.

Дараа нь квант тодорхойгүй байдал нь төөрөгдөлд хүргэдэг. Хоёр бөөм харилцан үйлчлэлцэх үед тэдгээрийг бие даан тодорхойлох боломжгүй, цэвэр төлөв гэж нэрлэгддэг магадлалыг бие даан хөгжүүлдэг. Үүний оронд тэдгээр нь хоёр бөөмс хамтдаа дүрсэлсэн илүү төвөгтэй магадлалын тархалтын орооцолдсон бүрэлдэхүүн хэсэг болж хувирдаг. Энэ хуваарилалт нь жишээ нь бөөмсүүд эсрэг чиглэлд эргэх эсэхийг шийдэж чадна. Систем бүхэлдээ цэвэр төлөвт байгаа боловч бие даасан бөөмсийн төлөв нь өөр бөөмстэй холбоотой байдаг.

Тиймээс хоёулаа олон гэрлийн жилийн зайтай явах боломжтой бөгөөд тус бүрийн эргэлт нь нөгөөгөөсөө хамааралтай хэвээр байх болно.

Цаг хугацааны сумны шинэ онол нь квант орооцолдсоны улмаас мэдээлэл алдагдаж, аяга кофег эргэн тойрныхоо өрөөтэй тэнцвэржүүлж өгдөг гэж тайлбарладаг. Эцсийн эцэст өрөө нь хүрээлэн буй орчинтойгоо тэнцвэрт байдалд хүрдэг бөгөөд энэ нь эргээд орчлон ертөнцийн бусад хэсгүүдтэй аажмаар тэнцвэрт байдалд ойртдог. Термодинамикийг судалж байсан эртний эрдэмтэд энэ үйл явцыг эрчим хүчний аажмаар сарниж, орчлон ертөнцийн энтропи нэмэгддэг гэж үздэг.

Өнөөдөр физикчид мэдээлэл улам бүр тархай бутархай болдог ч хэзээ ч бүрмөсөн алга болдоггүй гэж үздэг. Хэдийгээр энтропи орон нутгийн хэмжээнд нэмэгдэж байгаа ч орчлон ертөнцийн нийт энтропи тэг түвшинд тогтмол хэвээр байна гэж тэд үздэг. Гэсэн хэдий ч цаг хугацааны сумны нэг тал нь шийдэгдээгүй хэвээр байна. Эрдэмтэд хүний ​​ирээдүйг биш харин өнгөрсөн үеийг санах чадварыг харилцан үйлчлэгч хэсгүүдийн хоорондын харилцаа холбоо гэж ойлгож болно гэж үздэг. Бид цаасан дээрх мессежийг уншихад тархи нь нүдэнд хүрэх фотонуудын тусламжтайгаар түүнтэй холбогддог.

Энэ зурвас бидэнд юу хэлж байгааг одооноос л бид санаж чадна. Попеску шинэ онол нь орчлон ертөнцийн анхны төлөв яагаад тэнцвэрт байдлаас хол байсныг тайлбарлаагүй гэж үзэж байгаа бөгөөд Их тэсрэлтийн мөн чанарыг тайлбарлах хэрэгтэй гэж нэмж хэлэв. Зарим судлаачид энэхүү шинэ хандлагын талаар эргэлзэж байгаагаа илэрхийлж байсан ч энэхүү үзэл баримтлал болон шинэ математик формализмыг боловсруулах нь термодинамикийн онолын асуудлыг шийдвэрлэхэд тусалж байна.

Орон зай-цаг хугацааны үр тарианд хүр

Хар нүхний физик нь манай орчлон ертөнц огт гурван хэмжээст биш гэдгийг зарим математик загварууд харуулж байгаа юм шиг санагддаг. Бидний мэдрэхүй бидэнд хэлж байгаа зүйлийг үл харгалзан, бидний эргэн тойрон дахь бодит байдал нь голограмм байж болох юм, энэ нь үнэндээ хоёр хэмжээст алс холын хавтгайн проекц юм. Хэрэв орчлон ертөнцийн энэ дүр зураг зөв бол бидний мэдэлд байгаа судалгааны хэрэгслүүд хангалттай мэдрэмжтэй болмогц орон зай-цаг хугацааны гурван хэмжээст мөн чанарын хуурмаг байдал арилах болно. Фермилабын физикийн профессор Крейг Хоган орчлон ертөнцийн үндсэн бүтцийг судлахад олон жил зарцуулсан бөгөөд энэ түвшинд дөнгөж хүрсэн гэж үзэж байна.

8. GEO600 Таталцлын долгион илрүүлэгч

Хэрэв орчлон ертөнц бол голограмм бол бид бодит байдлын нарийвчлалын хязгаарт дөнгөж хүрсэн байх. Зарим физикчид бидний амьдарч буй орон зай нь эцсийн дүндээ тасралтгүй үргэлжилдэггүй, харин дижитал гэрэл зураг шиг хамгийн энгийн түвшиндээ тодорхой "мөхлөг" эсвэл "пиксел"-ээс бүрддэг гэсэн сонирхолтой таамаглал дэвшүүлдэг. Хэрэв тийм бол бидний бодит байдал ямар нэгэн эцсийн "шийдвэр"-тэй байх ёстой. Зарим судлаачид GEO600 таталцлын долгион илрүүлэгчийн үр дүнд гарч ирсэн "дуу чимээ"-ийг ингэж тайлбарласан байна (8).

Энэхүү ер бусын таамаглалыг шалгахын тулд таталцлын долгионы физикч Крэйг Хоган болон түүний багийнхан дэлхийн хамгийн нарийвчлалтай интерферометрийг бүтээсэн бөгөөд энэ нь орон зай цаг хугацааны хамгийн үндсэн мөн чанарыг хамгийн үнэн зөвөөр хэмжихэд зориулагдсан Хоган голометр гэж нэрлэгддэг. Фермилаб Е-990 код нэртэй туршилт нь бусад олон туршилтын нэг биш юм. Энэ нь сансар огторгуйн квант шинж чанар болон эрдэмтдийн "голограф шуугиан" гэж нэрлэдэг зүйл байгааг харуулах зорилготой юм.

Голометр нь зэрэгцээ байрлуулсан хоёр интерферометрээс бүрдэнэ. Тэд нэг киловаттын лазер туяаг 40 метрийн урттай хоёр перпендикуляр туяа болгон хуваах төхөөрөмж рүү чиглүүлж, тусгаж, хуваагдах цэг рүү буцаж ирснээр гэрлийн цацрагийн хурцадмал байдлын хэлбэлзэл үүсгэдэг (9). Хэрэв тэд хуваах төхөөрөмжид тодорхой хөдөлгөөн үүсгэдэг бол энэ нь орон зайн чичиргээний нотолгоо болно.

9. Голограф туршилтын график дүрслэл

Хоганы багийн хамгийн том сорилт бол тэдний олж илрүүлсэн нөлөөлөл нь зөвхөн туршилтын байгууламжаас гадуурх хүчин зүйлсийн нөлөөлөл биш, харин орон зай-цаг хугацааны чичиргээний үр дүн гэдгийг батлах явдал юм. Тиймээс интерферометрт ашигласан толь нь төхөөрөмжийн гаднаас ирж буй бүх жижиг дуу чимээний давтамжтай синхрончлогдон, тусгай мэдрэгчээр хүлээн авах болно.

Антропик ертөнц

Дэлхий болон хүн тэнд оршин тогтнохын тулд физикийн хуулиуд нь маш тодорхой хэлбэртэй байх ёстой бөгөөд физик тогтмолууд нь нарийн сонгосон утгатай байх ёстой ... мөн тийм! Яагаад?

Орчлон ертөнцөд таталцлын (уналт, гараг, галактик), цахилгаан соронзон (атом, бөөмс, үрэлт, уян хатан чанар, гэрэл), сул цөмийн (оддын энергийн эх үүсвэр) болон хүчтэй цөмийн ( протон ба нейтроныг атомын цөмд холбодог). Таталцал нь цахилгаан соронзоноос 1039 дахин сул юм. Хэрэв энэ нь арай сул байсан бол одод нарнаас хөнгөн, хэт шинэ одууд тэсрэлтгүй, хүнд элементүүд үүсэхгүй байх байсан. Хэрэв энэ нь арай илүү хүчтэй байсан бол нянгаас том амьтад дарагдаж, одод байнга мөргөлдөж, гарагуудыг сүйтгэж, өөрсдийгөө хэт хурдан шатаах байсан.

Орчлон ертөнцийн нягтрал нь эгзэгтэй нягттай ойролцоо байна, өөрөөр хэлбэл, түүнээс доош галактик, од үүсэхгүйгээр бодис хурдан сарниж, түүнээс дээш орчлон ертөнц хэтэрхий удаан амьдрах байсан. Ийм нөхцөл байдал үүсэхийн тулд Big Bang-ийн параметрүүдийг тааруулах нарийвчлал нь ±10-60 байх ёстой. Залуу орчлон ертөнцийн анхны жигд бус байдал 10-5 оноотой байв. Хэрэв тэд жижиг байсан бол галактикууд үүсэхгүй. Хэрэв тэд илүү том байсан бол галактикийн оронд асар том хар нүх үүсэх байсан.

Орчлон ертөнц дэх бөөмс ба эсрэг бөөмсийн тэгш хэм эвдэрсэн. Барион бүрт (протон, нейтрон) 109 фотон байдаг. Хэрэв илүү их байсан бол галактикууд үүсч чадахгүй. Хэрэв тэд цөөхөн байсан бол од байхгүй байх байсан. Мөн бидний амьдарч буй хэмжээсүүдийн тоо "зөв" байх шиг байна. Нарийн төвөгтэй бүтэц нь хоёр хэмжээст байж болохгүй. Дөрөвөөс илүү (гурван хэмжээст дээр нэмээд цаг) гаригийн тогтвортой тойрог зам, атом дахь электронуудын энергийн түвшин байх нь асуудал үүсгэдэг.

10. Хүн бол орчлон ертөнцийн төв

Антропик зарчмын тухай ойлголтыг Брэндон Картер 1973 онд Краков хотод Коперникийн мэндэлсний 500 жилийн ойд зориулсан бага хурал дээр танилцуулсан. Ерөнхийдөө үүнийг ажиглаж болох Орчлон ертөнц бидний ажиглахын тулд хангасан нөхцөлийг хангасан байх ёстой гэж томъёолж болно. Өнөөг хүртэл түүний янз бүрийн хувилбарууд байдаг. Антропийн сул зарчим нь бидний оршин тогтнох боломжтой болсон орчлонд л оршин тогтнох боломжтой гэж заасан байдаг. Хэрэв тогтмолуудын утга өөр байсан бол бид үүнийг хэзээ ч харахгүй, учир нь бид тэнд байхгүй байх байсан. Хүчтэй антропийн зарчим (зориудын тайлбар) нь орчлон ертөнцийг бид оршин тогтнох боломжтой гэж хэлдэг (10).

Квантын физикийн үүднээс авч үзвэл ямар ч шалтгаангүйгээр ямар ч тооны орчлон ертөнц үүсч болно. Бид тодорхой нэг орчлон ертөнцөд ирсэн бөгөөд энэ нь хүн түүнд амьдрахын тулд хэд хэдэн нарийн нөхцлийг биелүүлэх ёстой байв. Дараа нь бид хүний ​​ертөнцийн тухай ярьж байна. Жишээлбэл, итгэгчдийн хувьд Бурханы бүтээсэн нэг хүний ​​ертөнц хангалттай. Материалист ертөнцийг үзэх үзэл нь үүнийг хүлээн зөвшөөрдөггүй бөгөөд олон орчлон ертөнц байдаг эсвэл одоогийн орчлон ертөнцийг зөвхөн олон ертөнцийн хязгааргүй хувьслын үе шат гэж үздэг.

Орчлон ертөнцийг загварчлах таамаглалын орчин үеийн хувилбарын зохиогч нь онолч Никлас Бострём юм. Түүний хэлснээр бидний ойлгож байгаа бодит байдал бол бидний мэдэхгүй зүгээр л нэг загварчлал юм. Хэрэв хангалттай хүчирхэг компьютер ашиглан бүхэл бүтэн соёл иргэншлийн, тэр байтугай бүх орчлон ертөнцийн найдвартай симуляцийг бий болгож, дуурайлган хийсэн хүмүүс ухамсарыг мэдрэх боломжтой бол дэвшилтэт соёл иргэншлүүд ердөө л асар их тоог бий болгосон байх магадлалтай гэж эрдэмтэн санал болгов. Ийм загварчлалын нэгд нь бид Матриц (11)-тэй төстэй зүйлээр амьдардаг.

Энд "Бурхан", "Матриц" гэсэн үгсийг хэлсэн. Энд бид шинжлэх ухааны тухай ярих хязгаарт хүрч байна. Туршилтын физикийн арчаагүй байдлаас болж шинжлэх ухаан реализмын эсрэг, метафизик, шинжлэх ухааны уран зөгнөлийн үнэртэй газар руу орж эхэлдэг гэж олон хүн, тэр дундаа эрдэмтэд үздэг. Физик эмпирик хямралаа даван туулж, туршилтаар нотлогддог шинжлэх ухаан болж дахин баярлах арга замыг олно гэж найдаж байна.