Onde foi que nós erramos?

A física encontrou-se em um beco sem saída desagradável. Embora tenha seu próprio Modelo Padrão, recentemente complementado pela partícula de Higgs, todos esses avanços pouco explicam os grandes mistérios modernos, energia escura, matéria escura, gravidade, assimetrias matéria-antimatéria e até oscilações de neutrinos.

Roberto Unger e Lee Smolin

Lee Smolin, um conhecido físico que há anos é apontado como um dos sérios candidatos ao Prêmio Nobel, publicado recentemente com o filósofo Roberto Ungerem, o livro “O Universo Singular e a Realidade do Tempo”. Nele, os autores analisam, cada um do ponto de vista de sua disciplina, o estado confuso da física moderna. “A ciência falha quando sai do domínio da verificação experimental e da possibilidade de negação”, escrevem eles. Eles exortam os físicos a voltar no tempo e procurar um novo começo.

Suas ofertas são bastante específicas. Smolin e Unger, por exemplo, querem que voltemos ao conceito Um universo. A razão é simples - experimentamos apenas um universo, e um deles pode ser investigado cientificamente, enquanto as alegações da existência de sua pluralidade são empiricamente inverificáveis.. Outra suposição que Smolin e Unger propõem aceitar é a seguinte. realidade do temponão dar aos teóricos a chance de fugir da essência da realidade e de suas transformações. E, por fim, os autores instam a refrear a paixão pela matemática, que, em seus modelos "belos" e elegantes, rompe com o mundo realmente vivenciado e possível. verificar experimentalmente.

Quem sabe "bela matemática" teoria das cordas, este último reconhece facilmente sua crítica nos postulados acima. No entanto, o problema é mais geral. Muitas declarações e publicações hoje acreditam que a física chegou a um beco sem saída. Devemos ter cometido um erro em algum lugar ao longo do caminho, admitem muitos pesquisadores.

Então Smolin e Unger não estão sozinhos. Alguns meses atrás em "Natureza" George Ellis i Joseph Silk publicou um artigo sobre protegendo a integridade da físicacriticando aqueles que estão cada vez mais inclinados a adiar para um "amanhã" indefinido experimentos para testar várias teorias cosmológicas "na moda". Eles devem ser caracterizados por "elegância suficiente" e valor explicativo. “Isso quebra a tradição científica secular de que conhecimento científico é conhecimento. confirmado empiricamentecientistas lembram. Os fatos mostram claramente o "impasse experimental" da física moderna.. As últimas teorias sobre a natureza e estrutura do mundo e do Universo, via de regra, não podem ser verificadas por experimentos à disposição da humanidade.

Análogos de Partículas Supersimétricas - Visualização

Ao descobrir o bóson de Higgs, os cientistas "conseguiram" Modelo padrão. No entanto, o mundo da física está longe de ser satisfeito. Sabemos sobre todos os quarks e léptons, mas não temos ideia de como conciliar isso com a teoria da gravidade de Einstein. Não sabemos como combinar a mecânica quântica com a gravidade para criar uma teoria coerente da gravidade quântica. Também não sabemos o que é o Big Bang (ou se realmente existiu um).

Atualmente, vamos chamá-lo de físicos convencionais, eles vêem o próximo passo após o Modelo Padrão em supersimetria (SUSY), que prevê que cada partícula elementar conhecida por nós tem um "parceiro" simétrico. Isso dobra o número total de blocos de construção da matéria, mas a teoria se encaixa perfeitamente nas equações matemáticas e, mais importante, oferece uma chance de desvendar o mistério da matéria escura cósmica. Restava apenas aguardar os resultados dos experimentos no Grande Colisor de Hádrons, que confirmarão a existência de partículas supersimétricas.

No entanto, tais descobertas ainda não foram ouvidas de Genebra. Se nada de novo ainda emergir dos experimentos do LHC, muitos físicos acreditam que as teorias supersimétricas devem ser retiradas silenciosamente, assim como superestruturaque se baseia na supersimetria. Há cientistas que estão prontos para defendê-la, mesmo que não encontre confirmação experimental, porque a teoria SUSA é "muito bonita para ser falsa". Se necessário, eles pretendem reavaliar suas equações para provar que as massas das partículas supersimétricas estão simplesmente fora do alcance do LHC.

Anomalia pagã

Impressões - é fácil dizer! No entanto, quando, por exemplo, os físicos conseguem colocar um múon em órbita ao redor de um próton, e o próton "incha", então coisas estranhas começam a acontecer com a física conhecida por nós. Uma versão mais pesada do átomo de hidrogênio é criada e verifica-se que o núcleo, ou seja, o próton em tal átomo é maior (ou seja, tem um raio maior) do que o próton "comum".

A física como a conhecemos não pode explicar esse fenômeno. O múon, o lépton que substitui o elétron no átomo, deve se comportar como um elétron - e se comporta, mas por que essa mudança afeta o tamanho do próton? Os físicos não entendem isso. Talvez eles pudessem superar isso, mas... espere um minuto. O tamanho do próton está relacionado às teorias físicas atuais, especialmente o Modelo Padrão. Os teóricos começaram a desabafar essa interação inexplicável um novo tipo de interação fundamental. No entanto, isso é apenas especulação até agora. Ao longo do caminho, experimentos foram realizados com átomos de deutério, acreditando que um nêutron no núcleo pode influenciar os efeitos. Os prótons eram ainda maiores com múons ao redor do que com elétrons.

Outra estranheza física relativamente nova é a existência que surgiu como resultado de pesquisas feitas por cientistas do Trinity College Dublin. nova forma de luz. Uma das características medidas da luz é o seu momento angular. Até agora, acreditava-se que em muitas formas de luz, o momento angular é um múltiplo de constante de Planck. Enquanto isso, o dr. Kyle Ballantine e professor Paul Eastham i John Donegan descobriram uma forma de luz na qual o momento angular de cada fóton é metade da constante de Planck.

Esta descoberta notável mostra que mesmo as propriedades básicas da luz que pensávamos serem constantes podem ser alteradas. Isso terá um impacto real no estudo da natureza da luz e encontrará aplicações práticas, por exemplo, em comunicações ópticas seguras. Desde a década de 80, os físicos se perguntam como as partículas se movem em apenas duas dimensões do espaço tridimensional. Eles descobriram que então estaríamos lidando com muitos fenômenos incomuns, incluindo partículas cujos valores quânticos seriam frações. Agora foi comprovado para a luz. Isso é muito interessante, mas significa que muitas teorias ainda precisam ser atualizadas. E este é apenas o começo da conexão com novas descobertas que trazem fermentação para a física.

Há um ano, surgiram na mídia informações que físicos da Universidade de Cornell confirmaram em seu experimento. Efeito Zeno Quântico – a possibilidade de parar um sistema quântico apenas realizando observações contínuas. É nomeado após o antigo filósofo grego que afirmou que o movimento é uma ilusão que é impossível na realidade. A conexão do pensamento antigo com a física moderna é o trabalho Baidyanatha Egito i George Sudarshan da Universidade do Texas, que descreveu esse paradoxo em 1977. David Wineland, físico americano e ganhador do Prêmio Nobel de Física, com quem MT conversou em novembro de 2012, fez a primeira observação experimental do efeito Zeno, mas os cientistas discordaram se seu experimento confirmou a existência do fenômeno.

Visualização do experimento Wheeler

No ano passado ele fez uma nova descoberta Mukund Vengalattoreque, juntamente com sua equipe de pesquisa, realizou um experimento no laboratório ultrafrio da Universidade de Cornell. Os cientistas criaram e resfriaram um gás de cerca de um bilhão de átomos de rubídio em uma câmara de vácuo e suspenderam a massa entre feixes de laser. Os átomos se organizaram e formaram um sistema de treliça - eles se comportaram como se estivessem em um corpo cristalino. Em clima muito frio, eles podiam se mover de um lugar para outro em velocidade muito baixa. Os físicos os observaram sob um microscópio e os iluminaram com um sistema de imagem a laser para que pudessem vê-los. Quando o laser estava desligado ou em baixa intensidade, os átomos formavam túneis livremente, mas à medida que o feixe de laser ficava mais brilhante e as medições eram feitas com mais frequência, taxa de penetração caiu drasticamente.

Vengalattore resumiu seu experimento da seguinte forma: "Agora temos uma oportunidade única de controlar a dinâmica quântica apenas por meio da observação". Os pensadores "idealistas", de Zenão a Berkeley, foram ridicularizados na "era da razão", estavam certos de que os objetos só existem porque os olhamos?

Recentemente, várias anomalias e inconsistências com as teorias (aparentemente) que se estabilizaram ao longo dos anos têm aparecido com frequência. Outro exemplo vem de observações astronômicas - alguns meses atrás, descobriu-se que o universo está se expandindo mais rápido do que os modelos físicos conhecidos sugerem. De acordo com um artigo da Nature de abril de 2016, as medições dos cientistas da Universidade Johns Hopkins foram 8% maiores do que o esperado pela física moderna. Cientistas usaram um novo método análise das chamadas velas padrão, ou seja fontes de luz são consideradas estáveis. Novamente, comentários da comunidade científica dizem que esses resultados apontam para um sério problema com as teorias atuais.

Um dos mais notáveis ​​físicos modernos, John Archibald Wheeler, propôs uma versão espacial do experimento de dupla fenda conhecido na época. Em seu projeto mental, a luz de um quasar, a um bilhão de anos-luz de distância, passa por dois lados opostos da galáxia. Se os observadores observarem cada um desses caminhos separadamente, eles verão fótons. Se ambos ao mesmo tempo, eles verão a onda. Conseqüentemente Sam o ato de observar muda a natureza da luzque deixou o quasar há um bilhão de anos.

De acordo com Wheeler, o exposto acima prova que o universo não pode existir em um sentido físico, pelo menos no sentido em que estamos acostumados a entender "um estado físico". Também não pode ter acontecido no passado, até... fazermos uma medição. Assim, nossa dimensão atual influencia o passado. Assim, com nossas observações, detecções e medições, moldamos os eventos do passado, de volta no tempo, até... o início do Universo!

A resolução do holograma termina

A física dos buracos negros parece indicar, como pelo menos alguns modelos matemáticos sugerem, que nosso universo não é o que nossos sentidos nos dizem ser, ou seja, tridimensional (a quarta dimensão, o tempo, é informada pela mente). A realidade que nos cerca pode ser holograma é uma projeção de um plano distante essencialmente bidimensional. Se esta imagem do universo estiver correta, a ilusão da natureza tridimensional do espaço-tempo pode ser dissipada assim que as ferramentas de pesquisa à nossa disposição se tornarem adequadamente sensíveis. Craig Hogan, professor de física do Fermilab que passou anos estudando a estrutura fundamental do universo, sugere que esse nível acaba de ser alcançado. Se o universo é um holograma, talvez tenhamos atingido os limites da resolução da realidade. Alguns físicos apresentaram a intrigante hipótese de que o espaço-tempo em que vivemos não é, em última análise, contínuo, mas, como uma imagem em uma fotografia digital, em seu nível mais básico consiste em algum tipo de "grão" ou "pixel". Se assim for, nossa realidade deve ter algum tipo de "resolução" final. Foi assim que alguns pesquisadores interpretaram o "ruído" que apareceu nos resultados do detector de ondas gravitacionais Geo600 há alguns anos.

Para testar essa hipótese incomum, Craig Hogan e sua equipe desenvolveram o interferômetro mais preciso do mundo, chamado Holômetro Hoganque deve nos dar a medida mais precisa da própria essência do espaço-tempo. O experimento, codinome Fermilab E-990, não é um dos muitos outros. Tem como objetivo demonstrar a natureza quântica do próprio espaço e a presença do que os cientistas chamam de “ruído holográfico”. O holômetro consiste em dois interferômetros lado a lado que enviam feixes de laser de um quilowatt para um dispositivo que os divide em dois feixes perpendiculares de 40 metros. Eles são refletidos e retornados ao ponto de separação, criando flutuações no brilho dos raios de luz. Se eles causarem um certo movimento no dispositivo de divisão, isso será evidência da vibração do próprio espaço.

Do ponto de vista da física quântica, poderia surgir sem motivo. qualquer número de universos. Acabamos neste em particular, que tinha que atender a uma série de condições sutis para que uma pessoa vivesse nele. Falamos então sobre mundo antrópico. Para um crente, um universo antrópico criado por Deus é suficiente. A cosmovisão materialista não aceita isso e assume que existem muitos universos ou que o universo atual é apenas um estágio na evolução infinita do multiverso.

Autor da versão moderna Hipóteses do universo como uma simulação (um conceito relacionado do holograma) é um teórico Niklas Bostrum. Ele afirma que a realidade que percebemos é apenas uma simulação da qual não estamos cientes. O cientista sugeriu que, se você puder criar uma simulação confiável de uma civilização inteira ou mesmo de todo o universo usando um computador poderoso o suficiente, e as pessoas simuladas puderem experimentar a consciência, é muito provável que haja um grande número dessas criaturas. simulações criadas por civilizações avançadas - e vivemos em uma delas, em algo parecido com a "Matrix".

O tempo não é infinito

Então talvez seja hora de quebrar paradigmas? Seu desmascaramento não é nada particularmente novo na história da ciência e da física. Afinal, foi possível subverter o geocentrismo, a noção de espaço como palco inativo e tempo universal, da crença de que o Universo é estático, da crença na crueldade da medição...

paradigma local ele não está mais tão bem informado, mas também está morto. Erwin Schrödinger e outros criadores da mecânica quântica notaram que antes do ato da medição, nosso fóton, como o famoso gato colocado em uma caixa, ainda não está em um determinado estado, sendo polarizado vertical e horizontalmente ao mesmo tempo. O que pode acontecer se colocarmos dois fótons emaranhados muito distantes e examinarmos seu estado separadamente? Agora sabemos que se o fóton A é polarizado horizontalmente, então o fóton B deve ser polarizado verticalmente, mesmo que o tenhamos colocado um bilhão de anos-luz antes. Ambas as partículas não têm um estado exato antes da medição, mas depois de abrir uma das caixas, a outra imediatamente "sabe" qual propriedade deve assumir. Trata-se de uma comunicação extraordinária que ocorre fora do tempo e do espaço. De acordo com a nova teoria do emaranhamento, a localidade não é mais uma certeza, e duas partículas aparentemente separadas podem se comportar como um quadro de referência, ignorando detalhes como a distância.

Já que a ciência lida com diferentes paradigmas, por que não quebrar as visões fixas que persistem na mente dos físicos e se repetem nos círculos de pesquisa? Talvez seja a supracitada supersimetria, talvez a crença na existência de energia e matéria escuras, ou talvez a ideia do Big Bang e a expansão do Universo?

Até agora, a visão predominante é que o universo está se expandindo a uma taxa cada vez maior e provavelmente continuará a fazê-lo indefinidamente. No entanto, existem alguns físicos que notaram que a teoria da eterna expansão do universo, e especialmente sua conclusão de que o tempo é infinito, apresenta um problema no cálculo da probabilidade de um evento ocorrer. Alguns cientistas argumentam que nos próximos 5 bilhões de anos, o tempo provavelmente se esgotará devido a algum tipo de catástrofe.

O físico Rafael Busso da Universidade da Califórnia e colegas publicaram um artigo no arXiv.org explicando que em um universo eterno, até os eventos mais incríveis acontecerão mais cedo ou mais tarde - e, além disso, eles acontecerão um número infinito de vezes. Como a probabilidade é definida em termos do número relativo de eventos, não faz sentido afirmar qualquer probabilidade na eternidade, pois cada evento será igualmente provável. “A inflação perpétua tem consequências profundas”, escreve Busso. “Qualquer evento que tenha uma probabilidade diferente de zero de ocorrer ocorrerá infinitas vezes, na maioria das vezes em regiões remotas que nunca estiveram em contato.” Isso mina a base das previsões probabilísticas em experimentos locais: se um número infinito de observadores em todo o universo ganhar na loteria, então com base em que você pode dizer que ganhar na loteria é improvável? Claro, também existem infinitos não-vencedores, mas em que sentido há mais deles?

Uma solução para esse problema, explicam os físicos, é supor que o tempo acabará. Então haverá um número finito de eventos, e eventos improváveis ​​ocorrerão com menos frequência do que os prováveis.

Este momento de "corte" define um conjunto de determinados eventos permitidos. Assim, os físicos tentaram calcular a probabilidade de que o tempo se esgotasse. Cinco métodos diferentes de término de tempo são fornecidos. Nos dois cenários, há 50% de chance de que isso aconteça em 3,7 bilhões de anos. Os outros dois têm 50% de chance dentro de 3,3 bilhões de anos. Há muito pouco tempo no quinto cenário (tempo de Planck). Com um alto grau de probabilidade, ele pode até estar... no próximo segundo.

Não funcionou?

Felizmente, esses cálculos prevêem que a maioria dos observadores são as chamadas Crianças Boltzmann, emergindo do caos das flutuações quânticas no universo primitivo. Como a maioria de nós não é, os físicos descartaram esse cenário.

“O limite pode ser visto como um objeto com atributos físicos, incluindo temperatura”, escrevem os autores em seu artigo. “Tendo encontrado o fim dos tempos, a matéria alcançará o equilíbrio termodinâmico com o horizonte. Isso é semelhante à descrição da matéria caindo em um buraco negro, feita por um observador externo.”

A inflação cósmica e o multiverso

A primeira suposição é que O universo está em constante expansão ao infinitoque é uma consequência da teoria geral da relatividade e é bem confirmada por dados experimentais. A segunda suposição é que a probabilidade é baseada em frequência relativa do evento. Finalmente, a terceira suposição é que se o espaço-tempo é verdadeiramente infinito, então a única maneira de determinar a probabilidade de um evento é limitar sua atenção. um subconjunto finito do multiverso infinito.

Fará sentido?

Os argumentos de Smolin e Unger, que fundamentam este artigo, sugerem que só podemos explorar nosso universo experimentalmente, rejeitando a noção de multiverso. Enquanto isso, uma análise dos dados coletados pelo telescópio espacial europeu Planck revelou a presença de anomalias que podem indicar uma interação de longa data entre nosso universo e outro. Assim, a mera observação e experimento apontam para outros universos.

Anomalias descobertas pelo Observatório Planck

Alguns físicos agora especulam que se existe um ser chamado Multiverso, e todos os seus universos constituintes, surgiram em um único Big Bang, então isso poderia ter acontecido entre eles. colisões. Segundo pesquisas da equipe do Observatório Planck, essas colisões seriam um pouco semelhantes à colisão de duas bolhas de sabão, deixando vestígios na superfície externa dos universos, que teoricamente poderiam ser registrados como anomalias na distribuição da radiação de fundo em micro-ondas. Curiosamente, os sinais registrados pelo telescópio Planck parecem sugerir que algum tipo de Universo próximo a nós é muito diferente do nosso, pois a diferença entre o número de partículas subatômicas (bárions) e fótons nele pode ser até dez vezes maior que " aqui". . Isso significaria que os princípios físicos subjacentes podem diferir do que conhecemos.

Os sinais detectados provavelmente vêm de uma era primitiva do universo - a chamada recombinaçãoquando prótons e elétrons começaram a se fundir para formar átomos de hidrogênio (a probabilidade de um sinal de fontes relativamente próximas é de cerca de 30%). A presença desses sinais pode indicar uma intensificação do processo de recombinação após a colisão do nosso Universo com outro, com maior densidade de matéria bariônica.

Em uma situação em que se acumulam conjecturas contraditórias e na maioria das vezes puramente teóricas, alguns cientistas perdem visivelmente a paciência. Isso é evidenciado por uma forte declaração de Neil Turok, do Perimeter Institute em Waterloo, Canadá, que, em uma entrevista de 2015 com a NewScientist, ficou irritado porque “não somos capazes de entender o que estamos encontrando”. Ele acrescentou: “A teoria está se tornando cada vez mais complexa e sofisticada. Lançamos sucessivos campos, medidas e simetrias no problema, mesmo com uma chave inglesa, mas não podemos explicar os fatos mais simples. Muitos físicos estão obviamente incomodados com o fato de que as jornadas mentais dos teóricos modernos, como o raciocínio acima ou a teoria das supercordas, não têm nada a ver com os experimentos que estão sendo realizados atualmente em laboratórios, e não há evidências de que possam ser testados. experimentalmente. .

É realmente um beco sem saída e é preciso sair dele, como sugere Smolin e seu amigo filósofo? Ou talvez estejamos falando de confusão e confusão antes de algum tipo de descoberta que marcará época que em breve nos aguardará?

Convidamos você a se familiarizar com o Tópico da questão em.