Odgovori Na Najveće Izazove Znanosti: Koliko Smo Daleko Stigli? - Alternativni Prikaz

Sadržaj:

Odgovori Na Najveće Izazove Znanosti: Koliko Smo Daleko Stigli? - Alternativni Prikaz
Odgovori Na Najveće Izazove Znanosti: Koliko Smo Daleko Stigli? - Alternativni Prikaz

Video: Odgovori Na Najveće Izazove Znanosti: Koliko Smo Daleko Stigli? - Alternativni Prikaz

Video: Odgovori Na Najveće Izazove Znanosti: Koliko Smo Daleko Stigli? - Alternativni Prikaz
Video: Laž Biblijskih razmera|Video koji preti da bude obrisan|Da li bi Isus slavio Božić 2024, Ožujak
Anonim

Mnogo se ne zna o prirodi samog svemira. Znanost koja je svojstvena ljudima, vodi do traženja odgovora na ta pitanja, pokreće znanost naprijed. Već smo nakupili nevjerojatnu količinu znanja, a uspjesi dviju vodećih teorija - kvantna teorija polja koja opisuje Standardni model, i opća relativnost, koja opisuje gravitaciju - pokazuju koliko smo daleko došli u razumijevanju same stvarnosti.

Mnogi su pesimistični u pogledu naših trenutnih napora i budućih planova za rješavanje velikih kozmičkih misterija koje nas danas zbunjuju. Naše najbolje hipoteze za novu fiziku, uključujući supersimetriju, dodatne dimenzije, tehnikolore, teoriju struna i druge, do sada nisu uspjeli dobiti eksperimentalnu potvrdu. Ali to ne znači da je fizika u krizi. To znači da je sve točno onako kako treba biti: fizika govori istinu o svemiru. Sljedeći koraci pokazat će nam koliko smo dobro slušali.

Najveće misterije svemira

Prije jednog stoljeća, najveća pitanja koja smo mogli postaviti bila su nekoliko izuzetno važnih egzistencijalnih zagonetki kao što su:

  • Koji su najmanji sastojci materije?
  • Jesu li naše teorije o prirodnim silama doista temeljne ili je potrebno dublje razumijevanje?
  • Koliki je svemir?
  • Je li naš Univerzum uvijek postojao ili se pojavio u određenom trenutku u prošlosti?
  • Kako zvijezde sjaje?

U to su vrijeme te misterije okupirale umove najvećih ljudi. Mnogi nisu ni pomislili da im se može odgovoriti. Konkretno, zahtijevala su ulaganja tako naizgled ogromnih resursa da nam je sugerisano da se jednostavno zadovoljimo onim što smo u to vrijeme znali i koristeći to znanje za razvoj društva.

Naravno, to nismo učinili. Ulaganje u društvo izuzetno je važno, ali jednako je važno pomaknuti granice poznatog. Zahvaljujući novim otkrićima i istraživačkim metodama, uspjeli smo dobiti sljedeće odgovore:

  • Atomi se sastoje od subatomskih čestica, od kojih su mnoge podijeljene u još manje sastavne dijelove; sada znamo cijeli standardni model.
  • Naše klasične teorije zamijenjene su kvantnim, kombinirajući četiri temeljne sile: jaku nuklearnu, elektromagnetsku, slabu nuklearnu i gravitacijsku silu.
  • Promatrani svemir obuhvaća 46,1 milijardu svjetlosnih godina u svim smjerovima; promatrani svemir može biti mnogo veći ili beskonačan.
  • Prošlo je 13,8 milijardi godina od događaja poznatog kao Veliki prasak koji je stvorio svemir kakav poznajemo. Njoj je prethodilo inflacijsko razdoblje neodređenog trajanja.
  • Zvijezde sjaje zahvaljujući fizici nuklearne fuzije, pretvarajući materiju u energiju prema Einsteinovoj formuli E = mc2.

Pa ipak, samo je produbio znanstvene misterije koje nas okružuju. Sa svime što znamo o temeljnim česticama, sigurni smo da u Svemiru mora biti još mnogo stvari koje su nam još nepoznate. Ne možemo objasniti prividnu prisutnost tamne materije, ne razumijemo tamnu energiju i ne znamo zašto se svemir širi na ovaj način, a ne na neki drugi način.

Promotivni video:

Ne znamo zašto su čestice jednako masivne; zašto je Svemir preplavljen materijom, a ne antimaterijom; zašto neutrini imaju masu. Ne znamo je li proton stabilan, hoće li ikada propadati ili je gravitacija kvantna sila prirode. I iako znamo da je inflaciji prethodio Veliki prasak, ne znamo je li sama inflacija započela ili je bila vječna.

Mogu li ljudi riješiti ove zagonetke? Mogu li eksperimenti s trenutnom ili budućom tehnologijom rasvijetliti ove temeljne misterije?

Image
Image

Odgovor na prvo pitanje je moguć; ne znamo koje tajne ima priroda dok ne vidimo. Odgovor na drugo pitanje nedvosmisleno je potvrdan. Čak i ako je svaka teorija koju smo ikada iznosili o onome što je izvan granica poznatog - Standardni model i Opća relativnost - 100% pogrešna, postoji ogromna količina informacija koje se mogu dobiti izvođenjem eksperimenata koje planiramo pokrenuti sljedeće. generacija. Neizgraditi sve ove instalacije bilo bi veliko ludost, čak i ako potvrđuju scenarij noćne more od kojeg se fizičari čestica plaše dugi niz godina.

Kad čujete za akcelerator čestica, vjerojatno zamislite sva ta nova otkrića koja nas očekuju pri višim energijama. Obećanje novih čestica, novih sila, novih interakcija ili čak potpuno novih sektora fizike je ono što teoretičari vole pogriješiti, čak i ako eksperiment nakon eksperimenta pođe po zlu i ne drži ih.

Za to postoji dobar razlog: većina ideja koje možemo iznijeti iz fizike već su ili isključena ili strogo ograničena podacima koje već imamo. Ako želite otkriti novu česticu, polje, interakciju ili fenomen, ne biste trebali postulirati nešto što je nespojivo sa onim što već sigurno znamo. Naravno, mogli bismo izraditi pretpostavke koje bi se kasnije ispostavile pogrešnim, ali sami podaci moraju biti u skladu s bilo kojom novom teorijom.

Zbog toga se najveći napor u fizici ne odnosi na nove teorije ili nove ideje, već na eksperimente koji će nam omogućiti da nadiđemo ono što smo već istražili. Naravno, pronalazak Higgsovog bozona mogao bi biti velika muka, ali koliko je Higgs povezan sa Z bozonom? Koje su sve te veze između ove dvije čestice i drugih u Standardnom modelu? Koliko ih je lako stvoriti? Jednom kada se stvori, hoće li doći do međusobnih raspada koji se razlikuju od raspada standardnog Higgsa i standardnog Z bozona?

Postoji tehnika kojom se to može istražiti: stvoriti se elektronsko-pozitronski sudar s točnom masom Higgsova i Z-bozona. Umjesto nekoliko desetaka ili stotina događaja koji stvaraju Higsove i Z bozone, kao što to radi LHC, možete stvoriti tisuće, stotine tisuća ili čak milijune njih.

Naravno, šira javnost će biti više uzbuđena u pronalaženju nove čestice nego bilo što drugo, ali nije svaki eksperiment osmišljen za stvaranje novih čestica - i to ne treba biti. Neki su namijenjeni ispitivanju materije koja nam je već poznata i detaljnom proučavanju njezinih svojstava. Veliki elektronsko-pozitronski sudarač, prethodnik LHC-a, nikada nije pronašao nijednu novu temeljnu česticu. Poput eksperimenta DESY, koji je sudario elektrone s protonovima. A isto vrijedi i relativistički teški ionski sudarač.

Image
Image

A to je bilo i za očekivati; svrha ova tri sudara bila je različita. Sastojalo se u istraživanju materije koja stvarno postoji s neviđenom preciznošću.

Ne čini se da su ovi eksperimenti samo potvrdili Standardni model, iako je sve što su pronašli bilo u skladu sa standardnim modelom. Stvorili su nove sastavne čestice i izmjerili veze između njih. Otkriveni su odnosi propadanja i grananja, kao i suptilne razlike između materije i antimaterije. Neke se čestice ponašaju drugačije od svojih zrcalnih kolega. Činilo se da drugi krše simetriju preokreta vremena. Međutim, otkriveno je da se drugi miješaju stvarajući vezana stanja kojih nismo bili ni svjesni.

Svrha sljedećeg velikog znanstvenog eksperimenta nije samo traženje jedne stvari ili testiranje jedne nove teorije. Moramo prikupiti ogroman niz inače nedostupnih podataka i dopustiti da ti podaci vode industriju.

Naravno, možemo dizajnirati i graditi eksperimente ili opservatoriju na temelju onoga što očekujemo. No, najbolji izbor za budućnost znanosti bit će višenamjenski stroj koji može prikupljati velike i raznolike količine podataka što ne bi bilo moguće bez tako velikih ulaganja. Zbog toga je Hubble bio toliko uspješan, zašto su Fermilab i LHC gurnuli granice dalje nego ikad prije i zašto će biti potrebne buduće misije poput svemirskog teleskopa James Webb, budućih opservatorija klase 30 metara ili budućih sudara ako ćemo ikad odgovoriti na najvažnije pitanja od svih.

U poslu postoji stara poslovica koja se odnosi i na znanost: "Brže. To je bolje. Jeftinije. Izaberi dva. " Svijet se kreće brže nego ikad prije. Ako počnemo štedjeti i ne ulažemo u „najbolje“, to će biti poput odustajanja.

Ilya Khel