우리가 어디로 잘못 갔습니까?

물리학은 불쾌한 막다른 골목에 있습니다. 비록 최근에 힉스 입자로 보완된 자체 표준 모델이 있지만 이러한 모든 발전은 현대의 위대한 신비, 암흑 에너지, 암흑 물질, 중력, 물질-반물질 비대칭, 심지어 중성미자 진동을 설명하는 데 거의 도움이 되지 않습니다.

로베르토 웅거와 리 스몰린

리 스몰린, 노벨상을 위한 진지한 후보자 중 한 명으로 수년 동안 언급되어 온 저명한 물리학자, 최근 철학자 로베르토 운게렘, "단일 우주와 시간의 현실"이라는 책. 그 책에서 저자들은 각자의 학문적 관점에서 현대 물리학의 혼란스러운 상태를 분석합니다. "과학은 실험적 검증과 부정 가능성의 영역을 벗어나면 실패합니다." 그들은 물리학자들에게 시간을 거슬러 올라가 새로운 시작을 찾도록 촉구합니다.

그들의 제안은 매우 구체적입니다. 예를 들어 Smolin과 Unger는 우리가 개념으로 돌아가기를 원합니다. 하나의 우주. 이유는 간단합니다 - 우리는 단 하나의 우주를 경험하고 그 중 하나는 과학적으로 조사할 수 있는 반면, 복수의 존재에 대한 주장은 경험적으로 검증할 수 없습니다.. Smolin과 Unger가 수용하고자 하는 또 다른 가정은 다음과 같습니다. 시간의 현실이론가들에게 현실과 그 변형의 본질에서 벗어날 기회를 주지 않기 위해서입니다. 그리고 마지막으로 저자들은 수학에 대한 열정을 억제할 것을 촉구합니다. 수학은 "아름답고" 우아한 모델로 실제로 경험하고 가능한 세계에서 벗어나 있습니다. 실험적으로 확인.

"수학적 아름다움"을 아는 사람 끈 이론, 후자는 위의 가정에서 비판을 쉽게 인식합니다. 그러나 문제는 더 일반적입니다. 오늘날 많은 진술과 출판물은 물리학이 막다른 골목에 이르렀다고 믿습니다. 많은 연구자들이 인정합니다.

따라서 Smolin과 Unger는 혼자가 아닙니다. 몇 달 전 "네이처"에서 조지 엘리스 i 조셉 실크 에 대한 기사를 발표했습니다. 물리학의 무결성 보호다양한 "유행" 우주론을 시험하기 위해 무기한 "내일" 실험으로 미루는 경향이 있는 사람들을 비판함으로써. 그것들은 "충분한 우아함"과 설명적 가치를 특징으로 해야 합니다. “이것은 과학적 지식이 지식이라는 수세기 전의 과학적 전통을 깨뜨립니다. 경험적으로 확인된과학자들은 상기시킵니다. 사실은 현대 물리학의 "실험적 교착 상태"를 분명히 보여줍니다.. 세계와 우주의 본질과 구조에 대한 최신 이론은 원칙적으로 인류가 이용할 수 있는 실험으로 확인할 수 없습니다.

초대칭 입자 유사체 - 시각화

힉스 입자를 발견함으로써 과학자들은 "달성"했습니다. 표준 모델. 그러나 물리학의 세계는 만족스럽지 않습니다. 우리는 모든 쿼크와 경입자에 대해 알고 있지만 이것을 아인슈타인의 중력 이론과 조화시키는 방법을 모릅니다. 우리는 양자 역학을 중력과 결합하여 일관된 양자 중력 이론을 만드는 방법을 모릅니다. 우리는 또한 빅뱅이 무엇인지(또는 실제로 빅뱅이 있었는지) 모릅니다.

현재, 그것을 주류 물리학자라고 부르자. 그들은 표준 모델 이후의 다음 단계를 본다. 초대칭 (SUSY), 우리에게 알려진 모든 소립자는 대칭적인 "짝"을 가지고 있다고 예측합니다. 이것은 물질을 구성하는 총 블록 수를 두 배로 늘렸지만 이론은 수학 방정식에 완벽하게 들어맞았고, 중요하게는 우주 암흑 물질의 신비를 풀 수 있는 기회를 제공했습니다. 초대칭 입자의 존재를 확인할 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider) 실험 결과를 기다리는 일만 남았습니다.

그러나 그러한 발견은 아직 제네바에서 듣지 못했습니다. LHC 실험에서 여전히 새로운 것이 나오지 않는다면, 많은 물리학자들은 초대칭 이론이 조용히 철회되어야 한다고 믿고 있습니다. 상부 구조이는 초대칭에 기반을 두고 있습니다. SUSA 이론은 "거짓되기에는 너무 아름답기" 때문에 실험적 확인을 찾지 못하더라도 그것을 옹호할 준비가 된 과학자들이 있습니다. 필요한 경우 초대칭 입자 질량이 단순히 LHC 범위 밖에 있음을 증명하기 위해 방정식을 재평가할 계획입니다.

변칙 이교도 변칙

인상 - 말하기 쉽습니다! 그러나 예를 들어 물리학자들이 양성자 주위의 궤도에 뮤온을 넣는 데 성공하고 양성자가 "부풀어 오르면" 우리에게 알려진 물리학에 이상한 일이 일어나기 시작합니다. 무거운 버전의 수소 원자가 생성되고 핵, 즉 그러한 원자의 양성자는 "일반적인" 양성자보다 더 큽니다(즉, 더 큰 반경을 가짐).

우리가 알고 있는 물리학은 이 현상을 설명할 수 없습니다. 원자의 전자를 대체하는 렙톤인 뮤온은 전자처럼 행동해야 합니다. 그러면 그렇게 됩니다. 하지만 이러한 변화가 양성자의 크기에 영향을 미치는 이유는 무엇입니까? 물리학자들은 이것을 이해하지 못합니다. 극복할 수 있을지 모르지만... 잠시만요. 양성자의 크기는 현재의 물리 이론, 특히 표준 모델과 관련이 있습니다. 이론가들은 이 설명할 수 없는 상호작용을 분출하기 시작했습니다. 새로운 종류의 근본적인 상호작용. 그러나 이것은 어디까지나 추측일 뿐입니다. 그 과정에서 핵의 중성자가 효과에 영향을 줄 수 있다고 믿고 중수소 원자로 실험이 수행되었습니다. 양성자는 전자보다 주위에 뮤온이 있을 때 훨씬 더 컸습니다.

또 다른 비교적 새로운 물리적 기이함은 트리니티 칼리지 더블린(Trinity College Dublin)의 과학자들의 연구 결과로 나타난 존재입니다. 새로운 형태의 빛. 빛의 측정된 특성 중 하나는 각운동량입니다. 지금까지 많은 형태의 빛에서 각운동량은 의 배수라고 믿어졌습니다. 플랑크 상수. 한편, 박사. 카일 발렌타인 그리고 교수 폴 이스트햄 i 존 도니건 각 광자의 각운동량이 플랑크 상수의 절반인 빛의 형태를 발견했습니다.

이 놀라운 발견은 우리가 불변하다고 생각했던 빛의 기본 속성도 변할 수 있음을 보여줍니다. 이것은 빛의 성질 연구에 실질적인 영향을 미치고 보안 광통신과 같은 실용적인 응용 분야를 찾을 것입니다. 80년대부터 물리학자들은 입자가 XNUMX차원 공간의 XNUMX차원에서만 움직일 때 어떻게 행동하는지 궁금해했습니다. 그들은 양자 값이 분수가 될 입자를 포함하여 많은 비정상적인 현상을 다룰 것임을 발견했습니다. 이제 빛에 대해 입증되었습니다. 이것은 매우 흥미롭지 만 많은 이론이 여전히 업데이트되어야 함을 의미합니다. 그리고 이것은 발효를 물리학으로 가져오는 새로운 발견과의 연결의 시작일 뿐입니다.

XNUMX년 전, 코넬 대학의 물리학자들이 실험에서 확인한 정보가 미디어에 실렸습니다. 양자 제노 효과 – 지속적인 관찰을 통해서만 양자 시스템을 정지시킬 수 있는 가능성. 그것은 움직임이 현실에서 불가능한 환상이라고 주장한 고대 그리스 철학자의 이름을 따서 명명되었습니다. 현대 물리학과 고대 사고의 연결은 작업입니다 바이디아나타 이집트 i 조지 수다르샨 1977년 이 역설을 기술한 텍사스 대학의 데이비드 와인랜드, 2012년 XNUMX월 MT와 대화를 나눈 미국 물리학자이자 노벨 물리학상 수상자는 제노 효과에 대한 최초의 실험적 관찰을 했지만 과학자들은 그의 실험이 현상의 존재를 확인했는지 여부에 동의하지 않았습니다.

Wheeler 실험의 시각화

작년에 그는 새로운 발견을 했다 무쿤드 벤갈라토레그는 그의 연구팀과 함께 코넬 대학의 극저온 실험실에서 실험을 수행했습니다. 과학자들은 진공 챔버에서 약 XNUMX억 루비듐 원자의 가스를 생성 및 냉각하고 레이저 빔 사이에 질량을 매달았습니다. 원자는 격자 시스템을 구성하고 형성했습니다. 마치 결정체에 있는 것처럼 행동했습니다. 매우 추운 날씨에 그들은 매우 낮은 속도로 장소를 이동할 수 있습니다. 물리학자들은 그것들을 현미경으로 관찰하고 레이저 이미징 시스템으로 조명하여 그들이 볼 수 있도록 했습니다. 레이저를 끄거나 저강도에서는 원자가 자유롭게 터널링했지만 레이저 빔이 더 밝아지고 측정이 더 자주 수행됨에 따라 보급률이 급격히 떨어졌다.

Vengalattore는 그의 실험을 다음과 같이 요약했습니다. "이제 우리는 관찰을 통해서만 양자 역학을 제어할 수 있는 독특한 기회를 갖게 되었습니다." Zeno에서 Berkeley에 이르기까지 "이상주의적" 사상가들이 "이성의 시대"에서 조롱을 받았습니까? 그들은 우리가 보기 때문에 대상이 존재한다는 것이 옳았습니까?

최근 몇 년에 걸쳐 안정화된 (분명히) 이론과 다양한 이상과 불일치가 자주 나타났습니다. 또 다른 예는 천문학적 관찰에서 나온 것입니다. 몇 달 전에 우주가 알려진 물리적 모델이 제안하는 것보다 빠르게 팽창하고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 2016년 8월 네이처 기사에 따르면 존스 홉킨스 대학 과학자들의 측정치는 현대 물리학에서 예상한 것보다 XNUMX% 더 높았습니다. 과학자들은 새로운 방법을 사용했습니다 소위 표준 양초 분석, 즉. 광원은 안정적인 것으로 간주됩니다. 다시 말하지만, 과학계의 의견은 이러한 결과가 현재 이론의 심각한 문제를 지적한다고 말합니다.

뛰어난 현대 물리학자 중 한 명인 존 아치볼드 휠러, 당시 알려진 이중 슬릿 실험의 우주 버전을 제안했습니다. 그의 정신적 설계에서 XNUMX억 광년 떨어진 퀘이사의 빛은 은하의 반대편 두 면을 통과합니다. 관찰자가 이러한 각 경로를 개별적으로 관찰하면 광자를 볼 수 있습니다. 둘 다 동시에 있으면 파도가 보입니다. 따라서 샘 관찰하는 행위는 빛의 성질을 변화시킨다XNUMX억 년 전에 퀘이사를 떠났다.

Wheeler에 따르면, 위의 사실은 우주가 물리적 의미에서, 적어도 우리가 "물리적 상태"를 이해하는 데 익숙한 의미에서 존재할 수 없다는 것을 증명합니다. 우리가 측정을 할 때까지는 과거에도 그럴 수 없습니다. 따라서 우리의 현재 차원은 과거에 영향을 미칩니다. 따라서 우리의 관찰, 탐지 및 측정을 통해 우리는 과거의 사건을, 시간을 거슬러 올라가 우주의 시작까지 형성합니다!

홀로그램 해상도 종료

블랙홀 물리학은 최소한 일부 수학적 모델이 시사하는 것처럼 우리의 우주는 감각이 말하는 XNUMX차원이 아니라는 것을 나타내는 것 같습니다(XNUMX차원인 시간은 마음이 알려줍니다). 우리를 둘러싼 현실은 아마도 홀로그램 기본적으로 XNUMX차원 원거리 평면의 투영입니다. 우주에 대한 이 그림이 정확하다면, 우리가 마음대로 사용할 수 있는 연구 도구가 적절하게 민감해지자마자 시공간이 XNUMX차원적이라는 환상을 없앨 수 있습니다. 크레이그 호건우주의 기본 구조를 연구하는 데 수년을 보낸 Fermilab의 물리학 교수는 이 수준에 도달했다고 제안합니다. 우주가 홀로그램이라면 아마도 우리는 현실 해상도의 한계에 도달했을 것입니다. 일부 물리학자들은 우리가 살고 있는 시공간이 궁극적으로 연속적이지 않지만 디지털 사진의 이미지처럼 가장 기본적인 수준에서 일종의 "입자" 또는 "픽셀"로 구성된다는 흥미로운 가설을 발전시킵니다. 그렇다면 우리의 현실에는 일종의 최종 "해결책"이 있어야 합니다. 이것은 일부 연구자들이 몇 년 전 Geo600 중력파 탐지기의 결과에 나타난 "잡음"을 해석한 방법입니다.

이 특이한 가설을 테스트하기 위해 Craig Hogan과 그의 팀은 세계에서 가장 정확한 간섭계를 개발했습니다. 호간 홀로미터그것은 우리에게 시공간의 본질에 대한 가장 정확한 측정을 제공할 것입니다. 코드명 Fermilab E-990인 실험은 다른 많은 실험 중 하나가 아닙니다. 그것은 공간 자체의 양자적 특성과 과학자들이 "홀로그램 노이즈"라고 부르는 것의 존재를 입증하는 것을 목표로 합니다. 홀로미터는 40킬로와트의 레이저 빔을 두 개의 수직 XNUMX미터 빔으로 분할하는 장치에 보내는 XNUMX개의 병렬 간섭계로 구성됩니다. 그들은 반사되어 분리 지점으로 돌아가서 광선의 밝기에 변동을 만듭니다. 그들이 분할 장치에서 특정 움직임을 일으키면 이것은 공간 자체의 진동의 증거가 될 것입니다.

양자 물리학의 관점에서, 그것은 이유 없이 발생할 수 있습니다. 임의의 수의 우주. 우리는 사람이 살기 위해 여러 가지 미묘한 조건을 충족해야 하는 이 특별한 곳에서 우리 자신을 발견했습니다. 우리는 다음에 대해 이야기합니다. 인류의 세계. 신자에게는 신이 창조한 하나의 인류적 우주면 충분하다. 유물론적 세계관은 이를 받아들이지 않고 많은 우주가 존재하거나 현재의 우주는 다중우주의 무한진화의 한 단계일 뿐이라고 가정한다.

현대판의 저자 시뮬레이션으로서의 우주 가설 (홀로그램의 관련 개념)은 이론가 니클라스 보스트룸. 우리가 인식하는 현실은 우리가 인식하지 못하는 시뮬레이션일 뿐이라고 말합니다. 과학자는 충분히 강력한 컴퓨터를 사용하여 전체 문명 또는 전체 우주에 대한 신뢰할 수 있는 시뮬레이션을 만들 수 있고 시뮬레이션된 사람들이 의식을 경험할 수 있다면 그러한 생물이 많이 있을 가능성이 매우 높다고 제안했습니다. 고급 문명에 의해 만들어진 시뮬레이션 - 그리고 우리는 "매트릭스"와 유사한 것으로 그 중 하나에 살고 있습니다.

시간은 무한하지 않다

그렇다면 이제 패러다임을 깨야 할 때일까요? 그들의 폭로가 과학과 물리학의 역사에서 특별히 새로운 것은 아닙니다. 결국, 우주가 정적이라는 믿음에서, 측정의 무자비함에 대한 믿음에서 지구 중심주의, 비활성 단계와 우주 시간으로서의 공간의 개념을 전복시키는 것이 가능했습니다 ...

지역 패러다임 그는 더 이상 잘 알지 못하지만 그 역시 죽었습니다. 에르빈 슈뢰딩거 그리고 양자 역학의 다른 창조자들은 측정 행위 이전에 우리의 광자가 상자에 넣어진 유명한 고양이처럼 아직 특정 상태에 있지 않아 수직 및 수평으로 동시에 편광된다는 것을 알아차렸습니다. 두 개의 얽힌 광자를 매우 멀리 떨어져 놓고 그 상태를 개별적으로 조사하면 어떻게 될까요? 이제 우리는 광자 A가 수평으로 편광된 경우 광자 B가 수직으로 편광되어야 함을 압니다. 비록 우리가 XNUMX억 광년 전에 배치했더라도 말입니다. 두 입자 모두 측정 전에 정확한 상태를 가지고 있지 않지만, 상자 중 하나를 열면 다른 하나는 그것이 어떤 속성을 가져야 하는지 즉시 "알게 됩니다". 그것은 시간과 공간의 바깥에서 일어나는 어떤 특별한 의사소통에 옵니다. 얽힘의 새로운 이론에 따르면 지역성은 더 이상 확실성이 아니며 두 개의 겉보기에 분리된 입자가 거리와 같은 세부 사항을 무시하고 기준 프레임으로 작용할 수 있습니다.

과학은 다양한 패러다임을 다루기 때문에 물리학자들의 마음 속에 남아 연구계에서 반복되는 고정된 견해를 왜 무너뜨리지 않을까요? 아마도 그것은 앞서 언급한 초대칭, 암흑 에너지와 물질의 존재에 대한 믿음, 또는 빅뱅과 우주의 팽창에 대한 생각일 것입니다.

지금까지 지배적인 견해는 우주가 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있으며 아마도 무한정 계속 팽창할 것이라는 것이었습니다. 그러나 우주의 영원한 팽창 이론, 특히 시간이 무한하다는 결론이 사건의 확률을 계산하는 데 문제가 있음을 지적한 일부 물리학자들이 있습니다. 일부 과학자들은 향후 5억 년 동안 어떤 종류의 재앙으로 인해 시간이 부족할 것이라고 주장합니다.

물리학 자 라파엘 부소 캘리포니아 대학의 동료와 동료들은 arXiv.org에 기사를 게시하여 영원한 우주에서는 가장 놀라운 사건도 조만간 일어날 것이며 또한 일어날 것이라고 설명했습니다. 무한 번. 확률은 사건의 상대적인 수로 정의되기 때문에 각 사건의 확률이 동일할 것이기 때문에 영원의 확률을 말하는 것은 의미가 없습니다. "영구적인 인플레이션은 심각한 결과를 초래합니다."라고 Busso는 씁니다. "발생할 확률이 XNUMX이 아닌 모든 사건은 한 번도 접촉한 적이 없는 외딴 지역에서 대부분 무한히 여러 번 발생할 것입니다." 이것은 지역 실험에서 확률론적 예측의 기초를 훼손합니다. 우주 전체에 걸쳐 무한한 수의 관찰자가 복권에 당첨되면 복권에 당첨될 가능성이 낮다고 말할 수 있는 근거는 무엇입니까? 물론 무승부도 무한히 많지만, 어떤 의미에서 더 많을까?

이 문제에 대한 한 가지 해결책은 시간이 다 될 것이라고 가정하는 것이라고 물리학자들은 설명합니다. 그러면 유한한 수의 사건이 있을 것이고, 있을 법하지 않은 사건은 일어날 법한 사건보다 덜 자주 발생할 것입니다.

이 "컷" 순간은 허용되는 특정 이벤트 집합을 정의합니다. 그래서 물리학자들은 시간이 다 될 확률을 계산하려고 했습니다. 다섯 가지 다른 시간 종료 방법이 제공됩니다. 두 시나리오에서 이것이 50억 년 후에 일어날 확률은 3,7%입니다. 나머지 두 개는 50억 년 이내에 3,3%의 확률을 갖게 됩니다. 다섯 번째 시나리오(플랑크 시간)에 남은 시간이 거의 없습니다. 높은 확률로 그는 ... 다음 초에있을 수도 있습니다.

작동하지 않았나요?

다행히도 이러한 계산은 대부분의 관찰자가 초기 우주의 양자 변동의 혼돈에서 나온 이른바 볼츠만 어린이라고 예측합니다. 우리 대부분은 그렇지 않기 때문에 물리학자들은 이 시나리오를 기각했습니다.

"경계는 온도를 포함한 물리적 속성을 가진 물체로 볼 수 있습니다."라고 저자는 논문에서 씁니다. “시간의 끝을 만난 물질은 수평선과 열역학적 평형에 도달할 것입니다. 이것은 외부 관찰자가 만든 블랙홀에 물질이 떨어지는 묘사와 비슷합니다.”

우주 인플레이션과 다중우주

첫 번째 가정은 우주는 끊임없이 무한대로 팽창한다이것은 일반 상대성 이론의 결과이며 실험 데이터에 의해 잘 확인됩니다. 두 번째 가정은 확률이 다음을 기반으로 한다는 것입니다. 상대 이벤트 빈도. 마지막으로, 세 번째 가정은 시공간이 진정으로 무한하다면 사건의 확률을 결정하는 유일한 방법은 주의를 제한하는 것입니다 무한 다중우주의 유한 부분집합.

말이 될까요?

이 기사의 기초가 되는 Smolin과 Unger의 주장은 다중우주의 개념을 거부하고 실험적으로만 우주를 탐색할 수 있다고 제안합니다. 한편, 유럽 플랑크 우주 망원경이 수집한 데이터를 분석한 결과 우리 우주와 다른 우주 사이의 오랜 상호 작용을 나타낼 수 있는 변칙성이 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 단순한 관찰과 실험은 다른 우주를 가리킵니다.

플랑크 천문대가 발견한 이상 현상

일부 물리학자들은 다중우주라고 불리는 존재가 있고 그 구성 우주 전체가 단일 빅뱅으로 존재하게 된다면 그들 사이에서 일어날 수 있다고 추측합니다. 충돌. 플랑크 천문대 팀의 연구에 따르면 이러한 충돌은 두 개의 비누 방울이 충돌하는 것과 다소 유사하여 우주 외부 표면에 흔적을 남기며 이론적으로 마이크로파 배경 복사 분포의 이상 현상으로 등록될 수 있습니다. 흥미롭게도 플랑크 망원경으로 기록된 신호는 우리와 가까운 어떤 종류의 우주가 우리와 매우 다르다는 것을 암시하는 것 같습니다. 왜냐하면 아원자 입자(중입자)와 그 안의 광자 수의 차이는 " 여기". . 이것은 근본적인 물리적 원리가 우리가 알고 있는 것과 다를 수 있음을 의미합니다.

감지된 신호는 우주의 초기 시대에서 올 가능성이 있습니다. 재조합양성자와 전자가 처음으로 합쳐져 수소 원자를 형성하기 시작했을 때(상대적으로 가까운 소스에서 오는 신호의 확률은 약 30%). 이러한 신호의 존재는 더 높은 밀도의 중입자 물질로 우리 우주가 다른 우주와 충돌한 후 재결합 과정이 강화되었음을 나타낼 수 있습니다.

모순되고 가장 흔히 순수한 이론적 추측이 축적되는 상황에서 일부 과학자들은 눈에 띄게 인내심을 잃습니다. 이것은 캐나다 워털루에 있는 Perimeter Institute의 Neil Turok이 2015년 NewScientist와의 인터뷰에서 "우리가 발견한 것을 이해할 수 없다"고 짜증을 냈던 것으로 입증됩니다. 그는 “이론은 점점 더 복잡해지고 정교해지고 있다. 우리는 렌치를 사용해도 문제에 연속적인 필드, 측정 및 대칭을 던졌지만 가장 단순한 사실을 설명할 수 없습니다. 많은 물리학자들은 위의 추론이나 초끈 이론과 같은 현대 이론가들의 정신적 여정이 현재 실험실에서 수행되고 있는 실험과 아무 관련이 없고, 테스트할 수 있다는 증거도 없다는 사실에 분명히 짜증이 납니다. 실험적으로. .

Smolin과 그의 친구 철학자가 제안한 것처럼 그것은 정말로 막다른 골목이고 그것을 빠져나올 필요가 있습니까? 아니면 곧 우리를 기다릴 획기적인 발견이 있기 전에 혼란과 혼란에 대해 이야기하고 있습니까?

에서 문제의 주제를 숙지하도록 초대합니다.