Füüsika ja füüsikalise katse piirid

Sada aastat tagasi oli olukord füüsikas täpselt vastupidine praegusele. Teadlaste käes olid palju kordi korratud tõestatud katsete tulemused, mida aga sageli ei suudetud olemasolevate füüsikateooriate abil seletada. Kogemus edestas selgelt teooriat. Teoreetikud pidid tööle asuma.

Praegu on tasakaal kaldumas teoreetikute poole, kelle mudelid on väga erinevad võimalike katsete, näiteks stringiteooria põhjal nähtutest. Ja tundub, et füüsikas on aina rohkem lahendamata probleeme (1).

1. Olulisemad kaasaegsed suunad ja probleemid füüsikas – visualiseerimine

Kuulus poola füüsik prof. Andrzej Staruszkiewicz ütles 2010. aasta juunis Krakowi Ignatianumi akadeemias toimunud arutelul "Füüsika teadmiste piirid": “Teadmiste valdkond on viimasel sajandil tohutult kasvanud, kuid teadmatuse valdkond on veelgi kasvanud. (…) Üldrelatiivsusteooria ja kvantmehaanika avastamine on inimmõtte monumentaalsed saavutused, mis on võrreldavad Newtoni omadega, kuid need viivad kahe struktuuri vahelise seose küsimuseni, küsimuseni, mille keerukuse ulatus on lihtsalt šokeeriv. Sellises olukorras tekivad loomulikult küsimused: kas me saame seda teha? Kas meie otsusekindlus ja tahe tõe põhjani jõuda on vastavuses meie ees seisvate raskustega?

Eksperimentaalne tupik

Juba mitu kuud on füüsikamaailmas tavapärasest rohkem vaidlusi täis. George Ellis ja Joseph Silk avaldasid ajakirjas Nature artikli füüsika terviklikkuse kaitseks, kritiseerides neid, kes on üha enam valmis uusimate kosmoloogiliste teooriate testimiseks tehtud katseid edasi lükkama määramatusse "homsesse". Neid peaks iseloomustama "piisav elegants" ja selgitav väärtus. "See murrab sajanditepikkuse teadusliku traditsiooni, et teaduslikud teadmised on empiiriliselt tõestatud teadmised," müristavad teadlased. Faktid näitavad selgelt kaasaegse füüsika "eksperimentaalset ummikseisu".

Viimaseid teooriaid maailma ja universumi olemuse ja ehituse kohta ei saa reeglina kontrollida inimkonnale kättesaadavate katsetega.

Higgsi bosoni avastamisega on teadlased "valmistanud" standardmudeli. Füüsikamaailm pole aga kaugeltki rahul. Me teame kõigist kvarkidest ja leptonitest, kuid meil pole aimugi, kuidas seda Einsteini gravitatsiooniteooriaga ühildada. Me ei tea, kuidas ühendada kvantmehaanikat gravitatsiooniga, et luua hüpoteetiline kvantgravitatsiooni teooria. Samuti ei tea me, mis on Suur Pauk (või kas see tegelikult juhtus!) (2).

Praegu, nimetagem seda klassikalisteks füüsikuteks, on standardmudeli järel järgmine samm supersümmeetria, mis ennustab, et igal meile tuntud elementaarosakel on "partner".

See kahekordistab mateeria ehitusplokkide koguarvu, kuid teooria sobib suurepäraselt matemaatiliste võrranditega ja, mis kõige tähtsam, pakub võimalust lahti harutada kosmilise tumeaine müsteerium. Jääb vaid oodata suure hadronite põrkeseadme katsete tulemusi, mis kinnitavad supersümmeetriliste osakeste olemasolu.

Genfist pole aga veel selliseid avastusi kuulda olnud. Loomulikult on see alles LHC uue versiooni algus, mille löögienergia on kaks korda suurem (pärast hiljutist remonti ja uuendamist). Mõne kuu pärast võivad nad supersümmeetriat tähistades šampanjakorke tulistada. Kui seda aga ei juhtuks, usuvad paljud füüsikud, et supersümmeetrilised teooriad ja ka supersümmeetrial põhinevad superstringid tuleks järk-järgult tagasi võtta. Sest kui Suur põrkeseade neid teooriaid ei kinnita, mis siis saab?

Siiski on mõned teadlased, kes nii ei arva. Sest supersümmeetriateooria on liiga "ilus, et olla vale".

Seetõttu kavatsevad nad oma võrrandid ümber hinnata, et tõestada, et supersümmeetriliste osakeste massid on lihtsalt väljaspool LHC vahemikku. Teoreetikutel on väga õigus. Nende mudelid suudavad hästi seletada nähtusi, mida saab eksperimentaalselt mõõta ja kontrollida. Seetõttu võib küsida, miks peaksime välistama nende teooriate arengu, mida me (veel) empiiriliselt teada ei saa. Kas see on mõistlik ja teaduslik lähenemine?

universum eimillestki

Loodusteadused, eriti füüsika, põhinevad naturalismil ehk usul, et saame kõike seletada loodusjõudude abil. Teaduse ülesanne taandub erinevate nähtusi või mõningaid looduses eksisteerivaid struktuure kirjeldavate suuruste vaheliste seoste käsitlemisele. Füüsika ei tegele probleemidega, mida ei saa matemaatiliselt kirjeldada, mida ei saa korrata. See on muu hulgas selle edu põhjus. Loodusnähtuste modelleerimiseks kasutatav matemaatiline kirjeldus on osutunud äärmiselt tõhusaks. Loodusteaduste saavutused tõid kaasa nende filosoofilised üldistused. Loodi sellised suunad nagu mehhaaniline filosoofia või teaduslik materialism, mis kandsid loodusteaduste tulemused, mis saadi enne XNUMX sajandi lõppu, filosoofia valdkonda.

Tundus, et me saame tunda kogu maailma, et looduses on täielik determinism, sest me saame määrata, kuidas planeedid liiguvad miljonite aastate pärast või kuidas nad liikusid miljoneid aastaid tagasi. Need saavutused tekitasid uhkuse, mis absolutiseeris inimmõistuse. Metodoloogiline naturalism ergutab otsustaval määral loodusteaduse arengut tänapäevalgi. Siiski on mõned piiripunktid, mis näivad viitavat naturalistliku metoodika piirangutele.

Kui universum on mahult piiratud ja tekkis "millestki" (3), energia jäävuse seadusi rikkumata, näiteks kõikumisena, siis ei tohiks selles muutusi olla. Vahepeal me jälgime neid. Püüdes seda ülesannet kvantfüüsika põhjal lahendada, jõuame järeldusele, et sellise maailma olemasolu võimalikkust aktualiseerib ainult teadlik vaatleja. Seetõttu imestame, miks see konkreetne maailm, milles me elame, loodi paljudest erinevatest universumitest. Seega jõuame järeldusele, et alles siis, kui inimene Maale ilmus, sai maailm – nagu me vaatleme – tõesti “muutus” ...

Kuidas mõjutavad mõõtmised sündmusi, mis juhtusid miljard aastat tagasi?

4. Wheeleri eksperiment – ​​visualiseerimine

Üks kaasaegseid füüsikuid, John Archibald Wheeler, pakkus välja kuulsa topeltpiluga eksperimendi kosmoseversiooni. Tema vaimses plaanis liigub meist miljardi valgusaasta kaugusel asuva kvasari valgus mööda galaktika kahte vastaskülge (4). Kui vaatlejad jälgivad kõiki neid teid eraldi, näevad nad footoneid. Kui mõlemad korraga, näevad nad lainet. Nii et juba vaatlemine muudab miljard aastat tagasi kvasarilt lahkunud valguse olemust!

Wheeleri jaoks tõestab eeltoodu, et universum ei saa eksisteerida füüsilises mõttes, vähemalt selles mõttes, milles me oleme harjunud mõistma "füüsilist olekut". Seda ei saanud juhtuda ka minevikus, enne kui... oleme mõõtu võtnud. Seega mõjutab meie praegune mõõde minevikku. Oma vaatluste, tuvastamiste ja mõõtmistega kujundame minevikusündmusi, sügaval ajas kuni ... universumi alguseni!

Neil Turk Kanadas Waterloos asuvast Perimeter Institute'ist ütles New Scientisti juulinumbris, et "me ei saa aru, mida me leiame. Teooria muutub järjest keerukamaks ja rafineeritumaks. Me paneme end probleemile järjestikuste väljade, mõõtmete ja sümmeetriatega, isegi mutrivõtmega, kuid me ei suuda seletada kõige lihtsamaid fakte. Paljusid füüsikuid ärritab ilmselgelt tõsiasi, et tänapäeva teoreetikute mõtterännakud, nagu ülaltoodud kaalutlused või superstringiteooria, ei ole praegu laborites läbiviidavate katsetega kuidagi seotud ja neid pole võimalik katseliselt testida.

Kvantmaailmas tuleb vaadata laiemalt

Nagu Nobeli preemia laureaat Richard Feynman kunagi ütles, ei mõista kvantmaailma tegelikult keegi. Erinevalt vanast heast Newtoni maailmast, kus kahe teatud massiga keha vastastikmõju arvutatakse võrrandite abil, on kvantmehaanikas meil võrrandid, millest need mitte niivõrd ei tulene, vaid on eksperimentides täheldatud kummalise käitumise tulemus. Kvantfüüsika objekte ei pea seostama millegi "füüsikalisega" ja nende käitumine on abstraktse mitmemõõtmelise ruumi pärusmaa, mida nimetatakse Hilberti ruumiks.

Schrödingeri võrrandiga kirjeldatud muutusi on, kuid miks täpselt, pole teada. Kas seda saab muuta? Kas füüsika põhimõtetest on üldse võimalik tuletada kvantseadusi, kuna kümned seadused ja põhimõtted, mis puudutavad näiteks kehade liikumist kosmoses, tuletati Newtoni põhimõtetest? Itaalia Pavia ülikooli teadlased Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella ja Paolo Perinotti väidavad, et mõõdetavates katsetes on võimalik tuvastada isegi terve mõistusega selgelt vastuolus olevaid kvantnähtusi. Kõik, mida vajate, on õige vaatenurk - Võib-olla on kvantefektide väärarusaamine tingitud nende ebapiisavalt laiaulatuslikust nägemusest. New Scientisti eelmainitud teadlaste sõnul peavad kvantmehaanika sisukad ja mõõdetavad katsed vastama mitmele tingimusele. See on:

• põhjuslikkus - tulevikusündmused ei saa mõjutada minevikusündmusi;
• eristatavus - olekuid, mida peame suutma üksteisest eraldiseisvana eraldada;
• композиция - kui teame protsessi kõiki etappe, siis teame kogu protsessi;
• kokkusurumine – on olemas võimalused kiibi kohta olulise teabe edastamiseks ilma kogu kiipi ülekandmiseta;
• tomograafia – kui meil on süsteem, mis koosneb paljudest osadest, siis piisab osade kaupa mõõtmiste statistikast, et paljastada kogu süsteemi olek.

Itaallased tahavad laiendada oma puhastamise, laiema vaatenurga ja mõtestatud eksperimenteerimise põhimõtteid, et hõlmata ka termodünaamiliste nähtuste pöördumatust ja entroopia kasvu põhimõtet, mis füüsikutele muljet ei avalda. Võib-olla mõjutavad ka siin vaatlusi ja mõõtmisi vaatenurga artefaktid, mis on liiga kitsad, et kogu süsteemist aru saada. "Kvantteooria põhitõde on see, et mürarikkaid, pöördumatuid muudatusi saab muuta tagasipööratavateks, lisades kirjeldusele uue kujunduse," ütleb Itaalia teadlane Giulio Ciribella intervjuus New Scientistile.

Kahjuks väidavad skeptikud, et katsete "puhastamine" ja laiem mõõtmisperspektiiv võib viia mitut maailmu hõlmava hüpoteesini, mille puhul on võimalik mis tahes tulemus ja mille puhul teadlased, arvates, et nad mõõdavad sündmuste õiget kulgu, lihtsalt "valivad" teatud kontiinum, mõõtes neid.

5. Ajaosutid kellaosuti kujul

Pole aega?

Niinimetatud aja noolte (5) mõiste võttis 1927. aastal kasutusele Briti astrofüüsik Arthur Eddington. See nool näitab aega, mis voolab alati ühes suunas, st minevikust tulevikku, ja seda protsessi ei saa tagasi pöörata. Stephen Hawking kirjutas oma teoses A Brief History of Time, et häire suureneb aja jooksul, kuna me mõõdame aega selles suunas, milles häire suureneb. See tähendaks, et meil on valikuvõimalus – saame näiteks esmalt jälgida põrandale laiali puistatud klaasikilde, seejärel hetke, mil klaas põrandale kukub, siis klaas õhus ja lõpuks klaasikilde käes. isik, kes seda hoiab. Pole olemas teaduslikku reeglit, et "psühholoogiline ajanool" peab minema termodünaamilise noolega samas suunas ja süsteemi entroopia suureneb. Paljud teadlased aga usuvad, et see on nii sellepärast, et inimese ajus toimuvad energeetilised muutused, mis on sarnased nendega, mida me looduses jälgime. Ajul on energiat tegutsemiseks, vaatlemiseks ja arutlemiseks, sest inimese "mootor" põletab kütust-toitu ja nagu sisepõlemismootoris, on see protsess pöördumatu.

Siiski on juhtumeid, kus psühholoogilise aja noole sama suuna hoidmisel entroopia erinevates süsteemides nii suureneb kui ka väheneb. Näiteks andmete salvestamisel arvuti mällu. Masina mälumoodulid lähevad järjestamata olekust ketta kirjutamise järjekorda. Seega väheneb entroopia arvutis. Iga füüsik aga ütleb, et universumi kui terviku seisukohalt – see kasvab, sest kettale kirjutamiseks kulub energiat ja see energia hajub masina tekitatud soojusena. Seega on olemas väike "psühholoogiline" vastupanu kehtestatud füüsikaseadustele. Meil on raske arvestada, et see, mis ventilaatori müraga välja tuleb, on olulisem kui teose või muu väärtuse mällu jäädvustamine. Mis siis, kui keegi kirjutab oma arvutisse argumendi, mis lükkab ümber kaasaegse füüsika, ühtse jõu teooria või kõige teooria? Meil oleks raske leppida mõttega, et vaatamata sellele on üldine korralagedus universumis suurenenud.

Aastal 1967 ilmus Wheeler-DeWitti võrrand, millest järeldub, et aega kui sellist ei eksisteeri. See oli katse ühendada matemaatiliselt kvantmehaanika ja üldrelatiivsusteooria ideed, samm kvantgravitatsiooni teooria poole, s.o. Kõige teooria, mida kõik teadlased soovivad. Alles 1983. aastal pakkusid füüsikud Don Page ja William Wutters selgitust, et ajaprobleemist saab mööda hiilida, kasutades kvantpõimumise kontseptsiooni. Nende kontseptsiooni järgi saab mõõta ainult juba määratletud süsteemi omadusi. Matemaatilisest vaatenurgast tähendas see ettepanek, et kell ei tööta süsteemist isoleeritult ja käivitub ainult siis, kui see on teatud universumiga mässitud. Kui aga keegi vaataks meid teisest universumist, näeks ta meid staatiliste objektidena ja ainult nende saabumine meie juurde põhjustaks kvantpõimumise ja paneks meid sõna otseses mõttes tunnetama aja möödumist.

See hüpotees oli Itaalias Torinos asuva uurimisinstituudi teadlaste töö aluseks. Füüsik Marco Genovese otsustas ehitada mudeli, mis võtab arvesse kvantpõimumise eripära. Selle arutluse õigsusele viitav füüsiline efekt oli võimalik uuesti luua. Loodud on Universumi mudel, mis koosneb kahest footonist.

Üks paar oli orienteeritud - vertikaalselt polariseeritud ja teine ​​horisontaalselt. Nende kvantseisund ja seega ka polarisatsioon tuvastatakse seejärel detektorite seeriaga. Selgub, et kuni vaatluseni, mis lõppkokkuvõttes võrdlusraami määrab, on footonid klassikalises kvantsuperpositsioonis, s.t. need olid orienteeritud nii vertikaalselt kui ka horisontaalselt. See tähendab, et kella lugev vaatleja määrab kvantpõimumise, mis mõjutab universumit, mille osaks ta saab. Selline vaatleja suudab seejärel kvanttõenäosuse alusel tajuda järjestikuste footonite polarisatsiooni.

See kontseptsioon on väga ahvatlev, sest see seletab paljusid probleeme, kuid loomulikult viib see vajaduseni "supervaatleja" järele, kes oleks üle kõigist determinismidest ja kontrolliks kõike tervikuna.

6. Multiversum – visualiseerimine

See, mida me vaatleme ja mida me subjektiivselt "ajana" tajume, on tegelikult meid ümbritsevas maailmas toimuvate mõõdetavate globaalsete muutuste tulemus. Aatomite, prootonite ja footonite maailma süvenedes mõistame, et aja mõiste muutub üha vähem oluliseks. Teadlaste sõnul ei mõõda meid iga päev füüsilisest vaatepunktist saatev kell selle läbimist, vaid aitab meil oma elu korraldada. Neile, kes on harjunud newtoni universaalse ja kõikehõlmava aja kontseptsioonidega, on need mõisted šokeerivad. Kuid mitte ainult teaduslikud traditsionalistid ei aktsepteeri neid. Silmapaistev teoreetiline füüsik Lee Smolin, keda me varem mainisime kui üht tänavust Nobeli preemia võimalikku laureaati, usub, et aeg on olemas ja üsna reaalne. Kunagi – nagu paljud füüsikud – väitis ta, et aeg on subjektiivne illusioon.

Nüüd võtab ta oma raamatus "Reborn Time" füüsikast hoopis teistsuguse vaate ja kritiseerib teadusringkondades populaarset stringiteooriat. Tema sõnul pole multiversumit olemas (6), sest me elame samas universumis ja samal ajal. Ta usub, et aeg on ülimalt tähtis ja et meie kogemus praeguse hetke reaalsusest ei ole illusioon, vaid võti reaalsuse fundamentaalse olemuse mõistmiseks.

Entroopia null

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) ja Andreas Winter kirjeldasid 2009. aastal ajakirjas Physical Review E oma leide, mis näitasid, et objektid saavutavad tasakaalu, st energia ühtlase jaotuse oleku, sisenedes omaga kvantpõimumise olekusse. ümbrus. 2012. aastal tõestas Tony Short, et takerdumine põhjustab piiratud aja tasakaalu. Kui objekt suhtleb keskkonnaga, näiteks kui kohvitassi osakesed põrkuvad kokku õhuga, "lekib" teave nende omaduste kohta väljapoole ja muutub kogu keskkonnas "häguseks". Teabe kadumine põhjustab kohvi oleku soiku, isegi kui kogu ruumi puhtus muutub pidevalt. Popescu sõnul lakkab tema seisund aja jooksul muutumast.

7. Noah Linden, Sandu Popescu ja Tony Short

Kui ruumi puhtusaste muutub, võib kohv ootamatult õhuga segunemise lõpetada ja minna puhtasse olekusse. Siiski on keskkonnaga segatud olekuid palju rohkem kui puhtaid kohvi olekuid ja seetõttu ei esine seda peaaegu kunagi. See statistiline ebatõenäosus jätab mulje, et aja nool on pöördumatu. Aja noole probleemi hägustab kvantmehaanika, muutes looduse määramise keeruliseks.

Elementaarosakel ei ole täpseid füüsikalisi omadusi ja selle määrab ainult erinevates olekutes viibimise tõenäosus. Näiteks võib osakesel igal ajahetkel olla 50 protsenti päripäeva ja 50 protsenti vastupidises suunas. Teoreem, mida kinnitab füüsik John Belli kogemus, väidab, et osakese tegelikku olekut ei eksisteeri ja need jäetakse juhinduma tõenäosusest.

Siis tekitab kvantmääramatus segadust. Kui kaks osakest interakteeruvad, ei saa neid isegi iseseisvalt määratleda, iseseisvalt arendades tõenäosusi, mida nimetatakse puhtaks olekuks. Selle asemel muutuvad nad keerukama tõenäosusjaotuse osadeks, mida mõlemad osakesed koos kirjeldavad. See jaotus võib näiteks otsustada, kas osakesed pöörlevad vastupidises suunas. Süsteem tervikuna on puhtas olekus, kuid üksikute osakeste olek on seotud mõne teise osakesega.

Seega võivad mõlemad liikuda üksteisest paljude valgusaastate kaugusel ja kummagi pöörlemine jääb teisega korrelatsiooniks.

Uus ajanoole teooria kirjeldab seda kui kvantpõimumise tõttu tekkinud teabe kadu, mis saadab tassi kohvi ümbritseva ruumiga tasakaalu. Lõpuks saavutab ruum oma keskkonnaga tasakaalu ja see omakorda läheneb aeglaselt tasakaalule ülejäänud universumiga. Termodünaamikat uurinud vanad teadlased pidasid seda protsessi energia järkjärguliseks hajumiseks, mis suurendab universumi entroopiat.

Tänapäeval usuvad füüsikud, et teave hajub üha enam, kuid ei kao kunagi täielikult. Kuigi entroopia lokaalselt suureneb, usuvad nad, et universumi koguentroopia jääb konstantseks nulliks. Üks aja noole aspekt jääb aga lahendamata. Teadlased väidavad, et inimese võimet mäletada minevikku, kuid mitte tulevikku, võib mõista ka kui suhete teket interakteeruvate osakeste vahel. Kui loeme paberilt sõnumit, suhtleb aju sellega silmadeni jõudvate footonite kaudu.

Alles nüüdsest saame meeles pidada, mida see sõnum meile räägib. Popescu usub, et uus teooria ei selgita, miks universumi algseis oli tasakaalust kaugel, lisades, et Suure Paugu olemust tuleks selgitada. Mõned teadlased on väljendanud kahtlust selle uue lähenemisviisi suhtes, kuid selle kontseptsiooni väljatöötamine ja uus matemaatiline formalism aitab nüüd lahendada termodünaamika teoreetilisi probleeme.

Sirutage aegruumi terakeste poole

Musta augu füüsika näib osutavat, nagu mõned matemaatilised mudelid viitavad, et meie universum ei ole üldse kolmemõõtmeline. Vaatamata sellele, mida meie meeled meile ütlevad, võib meid ümbritsev reaalsus olla hologramm – kauge tasapinna projektsioon, tegelikult kahemõõtmeline. Kui see pilt universumist on õige, võib illusioon aegruumi kolmemõõtmelisusest hajutada niipea, kui meie käsutuses olevad uurimisvahendid muutuvad piisavalt tundlikuks. Fermilabi füüsikaprofessor Craig Hogan, kes on aastaid uurinud universumi põhistruktuuri, viitab sellele, et see tase on just saavutatud.

8. GEO600 gravitatsioonilaine detektor

Kui universum on hologramm, siis võib-olla oleme just jõudnud reaalsuse eraldusvõime piiridesse. Mõned füüsikud propageerivad intrigeerivat hüpoteesi, et aegruum, milles me elame, ei ole lõppkokkuvõttes pidev, vaid nagu digifotogi, koosneb see oma algtasemel teatud "terakestest" või "pikslitest". Kui jah, siis peab meie reaalsusel olema mingisugune lõplik "resolutsioon". Nii tõlgendasid mõned teadlased gravitatsioonilainedetektori GEO600 tulemustes ilmnenud "müra" (8).

Selle erakordse hüpoteesi kontrollimiseks töötas gravitatsioonilainete füüsik Craig Hogan koos oma meeskonnaga välja maailma kõige täpsema interferomeetri, mida nimetatakse Hogani holomeetriks, mis on mõeldud aegruumi kõige elementaarsema olemuse mõõtmiseks kõige täpsemal viisil. Katse, koodnimega Fermilab E-990, ei ole üks paljudest teistest. Selle eesmärk on demonstreerida ruumi enda kvantloomust ja selle olemasolu, mida teadlased nimetavad "holograafiliseks müraks".

Holomeeter koosneb kahest kõrvuti asetsevast interferomeetrist. Need suunavad ühe kilovatise laserkiire seadmele, mis jagab need kaheks risti asetsevaks 40 meetri pikkuseks kiireks, mis peegelduvad tagasi jaotuspunkti, tekitades valguskiirte heleduse kõikumisi (9). Kui need põhjustavad jaotusseadmes teatud liikumise, on see tõend ruumi enda vibratsioonist.

9. Holograafilise eksperimendi graafiline esitus

Hogani meeskonna suurim väljakutse on tõestada, et nende avastatud mõjud ei ole ainult eksperimentaalsest seadistusest väljapoole jäävate tegurite põhjustatud häired, vaid aegruumi vibratsiooni tulemus. Seetõttu sünkroniseeritakse interferomeetris kasutatavad peeglid kõigi väiksemate mürade sagedustega, mis tulevad väljastpoolt seadet ja mida tuvastavad spetsiaalsed andurid.

Antroopiline universum

Selleks, et maailm ja inimene selles eksisteeriksid, peavad füüsikaseadustel olema väga konkreetne vorm ja füüsikalistel konstantidel peavad olema täpselt valitud väärtused ... ja nad on! Miks?

Alustame sellest, et universumis on nelja tüüpi interaktsioone: gravitatsiooniline (langemine, planeedid, galaktikad), elektromagnetiline (aatomid, osakesed, hõõrdumine, elastsus, valgus), nõrk tuuma (täheenergia allikas) ja tugev tuuma ( seob prootoneid ja neutroneid aatomituumadeks). Gravitatsioon on 1039 korda nõrgem kui elektromagnetism. Kui see oleks veidi nõrgem, oleksid tähed Päikesest kergemad, supernoovad ei plahvataks, ei tekiks raskeid elemente. Kui see oleks isegi veidi tugevam, purustataks bakteritest suuremad olendid ja tähed põrkuvad sageli kokku, hävitades planeete ja põletades end liiga kiiresti.

Universumi tihedus on lähedane kriitilisele tihedusele ehk sellest allpool hajuks aine kiiresti ilma galaktikate või tähtede tekketa ning millest kõrgemal oleks Universum liiga kaua elanud. Selliste tingimuste esinemiseks oleks pidanud Suure Paugu parameetrite sobitamise täpsus jääma vahemikku ±10–60. Noore Universumi esialgsed ebahomogeensused olid skaalal 10-5. Kui need oleksid väiksemad, ei tekiks galaktikad. Kui need oleksid suuremad, tekiksid galaktikate asemel tohutud mustad augud.

Osakeste ja antiosakeste sümmeetria Universumis on rikutud. Ja iga barüoni (prootoni, neutroni) kohta on 109 footoni. Kui neid oleks rohkem, ei saaks galaktikad tekkida. Kui neid oleks vähem, poleks staare. Samuti tundub, et dimensioonide arv, milles me elame, on "õige". Keerulised struktuurid ei saa tekkida kahes mõõtmes. Rohkem kui nelja (kolm mõõdet pluss aeg) korral muutub stabiilsete planeetide orbiitide olemasolu ja elektronide energiatasemed aatomites problemaatiliseks.

10. Inimene kui universumi keskpunkt

Antroopse printsiibi kontseptsiooni tutvustas Brandon Carter 1973. aastal Krakowis Koperniku 500. sünniaastapäevale pühendatud konverentsil. Üldiselt võib selle sõnastada nii, et vaadeldav universum peab vastama tingimustele, millele ta vastab, et meie saaksime seda vaadelda. Siiani on sellest erinevaid versioone. Nõrk antroopiline printsiip väidab, et me saame eksisteerida ainult universumis, mis teeb meie olemasolu võimalikuks. Kui konstantide väärtused oleksid erinevad, ei näeks me seda kunagi, sest meid poleks seal. Tugev antroopiline printsiip (tahtlik seletus) ütleb, et universum on selline, et me saame eksisteerida (10).

Kvantfüüsika seisukohalt võinuks ilma põhjuseta tekkida suvaline arv universumeid. Sattusime konkreetsesse universumisse, mis pidi täitma mitmeid peeneid tingimusi, et inimene saaks selles elada. Siis räägime antroopsest maailmast. Usklikule piisab näiteks ühest Jumala loodud antroopsest universumist. Materialistlik maailmavaade seda ei aktsepteeri ja eeldab, et universumeid on palju või et praegune universum on vaid üks etapp multiversumi lõpmatus arengus.

Universumi kui simulatsiooni hüpoteesi kaasaegse versiooni autor on teoreetik Niklas Boström. Tema sõnul on reaalsus, mida me tajume, vaid simulatsioon, mida me ei teadvusta. Teadlane väitis, et kui piisavalt võimsa arvuti abil on võimalik luua usaldusväärne simulatsioon tervest tsivilisatsioonist või isegi kogu universumist ja simuleeritud inimesed saavad kogeda teadvust, siis on väga tõenäoline, et arenenud tsivilisatsioonid on loonud vaid suure hulga sellistest simulatsioonidest ja me elame ühes neist milleski sarnases Maatriksiga (11).

Siin räägiti sõnad "Jumal" ja "Matrix". Siin jõuame teadusest rääkimise piirini. Paljud, sealhulgas teadlased, usuvad, et just eksperimentaalfüüsika abituse tõttu hakkab teadus sattuma realismiga vastuolus olevatele, metafüüsika ja ulme järele lõhnavatele valdkondadele. Jääb üle loota, et füüsika saab oma empiirilisest kriisist üle ja leiab taas võimaluse rõõmustada kui eksperimentaalselt kontrollitav teadus.