محدودیت های فیزیک و آزمایش فیزیکی

صد سال پیش، وضعیت فیزیک دقیقاً برعکس امروز بود. در دست دانشمندان، نتایج آزمایش‌های اثبات‌شده، بارها تکرار شده بود، که با این حال، اغلب نمی‌توان با استفاده از نظریه‌های فیزیکی موجود توضیح داد. تجربه به وضوح مقدم بر نظریه است. نظریه پردازان باید دست به کار می شدند.

در حال حاضر، موازنه به سمت نظریه پردازانی متمایل است که مدل های آنها با آنچه از آزمایش های احتمالی مانند نظریه ریسمان مشاهده می شود بسیار متفاوت است. و به نظر می رسد که مسائل حل نشده در فیزیک بیشتر و بیشتر می شود (1).

1. مهمترین روندها و مشکلات مدرن در فیزیک - تجسم

فیزیکدان معروف لهستانی، پروف. آندری استاروشکیویچ در جریان مناظره "محدودیت دانش در فیزیک" در ژوئن 2010 در آکادمی ایگناتیانوم در کراکوف گفت: «زمینه دانش در قرن گذشته بسیار رشد کرده است، اما حوزه جاهلیت بیش از پیش رشد کرده است. (…) کشف نسبیت عام و مکانیک کوانتومی دستاوردهای عظیم تفکر بشری هستند که قابل مقایسه با نیوتن هستند، اما به پرسش رابطه بین این دو ساختار منجر می‌شوند، پرسشی که مقیاس پیچیدگی آن به سادگی تکان دهنده است. در این شرایط طبیعتاً سؤالاتی مطرح می شود: آیا می توانیم این کار را انجام دهیم؟ آیا عزم و اراده ما برای رسیدن به اعماق حقیقت، متناسب با مشکلاتی است که با آن روبرو هستیم؟»

بن بست تجربی

چند ماهی است که دنیای فیزیک بیش از حد معمول شلوغ تر از حد معمول با بحث و جدل های بیشتری است. جورج الیس و جوزف سیلک در ژورنال نیچر مقاله ای در دفاع از یکپارچگی فیزیک منتشر کردند و از کسانی انتقاد کردند که به طور فزاینده ای مایلند آزمایش ها را برای آزمایش آخرین نظریه های کیهان شناسی به یک «فردای» نامشخص به تعویق بیندازند. آنها باید با "ظرافت کافی" و ارزش توضیحی مشخص شوند. دانشمندان می گویند: «این سنت علمی چند صد ساله را می شکند که دانش علمی دانش تجربی اثبات شده است. حقایق به وضوح "بن بست تجربی" در فیزیک مدرن را نشان می دهد.

آخرین نظریه ها در مورد ماهیت و ساختار جهان و جهان، به عنوان یک قاعده، با آزمایش های موجود برای بشر قابل تأیید نیستند.

دانشمندان با کشف بوزون هیگز، مدل استاندارد را «تکمیل» کردند. با این حال، دنیای فیزیک به دور از رضایت است. ما در مورد تمام کوارک ها و لپتون ها می دانیم، اما نمی دانیم که چگونه می توان این را با نظریه گرانش اینشتین تطبیق داد. ما نمی دانیم چگونه مکانیک کوانتومی را با گرانش ترکیب کنیم تا یک نظریه فرضی از گرانش کوانتومی ایجاد کنیم. ما همچنین نمی دانیم که انفجار بزرگ چیست (یا اینکه واقعاً اتفاق افتاده است!) (2).

در حال حاضر، بیایید آن را فیزیکدانان کلاسیک بنامیم، مرحله بعدی پس از مدل استاندارد، ابرتقارن است، که پیش بینی می کند هر ذره بنیادی که برای ما شناخته شده است یک "شریک" دارد.

این تعداد کل اجزای سازنده ماده را دو برابر می کند، اما این نظریه کاملاً در معادلات ریاضی قرار می گیرد و مهمتر از همه، فرصتی برای کشف راز ماده تاریک کیهانی ارائه می دهد. فقط باید منتظر نتایج آزمایشات در برخورد دهنده بزرگ هادرون باشیم که وجود ذرات فوق متقارن را تایید می کند.

با این حال، هنوز چنین کشفی از ژنو شنیده نشده است. البته این تنها آغاز نسخه جدید LHC با دو برابر انرژی ضربه (پس از تعمیر و ارتقاء اخیر) است. در چند ماه آینده، آنها ممکن است چوب پنبه های شامپاین را برای جشن ابرتقارن شلیک کنند. با این حال، اگر این اتفاق نمی افتاد، بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که نظریه های ابر متقارن و همچنین ابر ریسمان که بر اساس ابرتقارن است، باید به تدریج حذف شوند. چون اگر برخورد دهنده بزرگ این نظریه ها را تایید نکند، پس چه؟

با این حال، برخی از دانشمندان هستند که چنین فکر نمی کنند. زیرا نظریه ابرتقارن بیش از حد «زیبا نیست که اشتباه باشد».

بنابراین، آنها قصد دارند معادلات خود را دوباره ارزیابی کنند تا ثابت کنند که جرم ذرات فوق متقارن به سادگی خارج از محدوده LHC است. نظریه پردازان بسیار درست می گویند. مدل‌های آن‌ها در توضیح پدیده‌هایی که می‌توانند به‌طور تجربی اندازه‌گیری و تأیید شوند، خوب هستند. بنابراین ممکن است کسی بپرسد که چرا باید توسعه آن نظریه‌هایی را که ما (هنوز) نمی‌توانیم به صورت تجربی بدانیم، کنار بگذاریم. آیا این یک رویکرد منطقی و علمی است؟

کیهان از هیچ

علوم طبیعی، به ویژه فیزیک، مبتنی بر طبیعت گرایی است، یعنی بر این باور که ما می توانیم همه چیز را با استفاده از نیروهای طبیعت توضیح دهیم. وظیفه علم به در نظر گرفتن رابطه بین کمیت های مختلف که پدیده ها یا برخی ساختارهای موجود در طبیعت را توصیف می کنند خلاصه می شود. فیزیک با مسائلی که نمی توان آنها را به صورت ریاضی توصیف کرد و نمی توان آنها را تکرار کرد سروکار ندارد. این از جمله دلیل موفقیت آن است. توصیف ریاضی مورد استفاده برای مدل‌سازی پدیده‌های طبیعی بسیار مؤثر بوده است. دستاوردهای علوم طبیعی منجر به تعمیم فلسفی آنها شد. جهت گیری هایی مانند فلسفه مکانیکی یا ماتریالیسم علمی ایجاد شد که نتایج علوم طبیعی را که قبل از پایان قرن XNUMX به دست آمده بود به حوزه فلسفه منتقل کرد.

به نظر می‌رسید که ما می‌توانیم کل جهان را بشناسیم، که جبرگرایی کامل در طبیعت وجود دارد، زیرا می‌توانیم تعیین کنیم که سیارات در میلیون‌ها سال چگونه حرکت می‌کنند یا میلیون‌ها سال پیش چگونه حرکت کرده‌اند. این دستاوردها موجب غرور شد که ذهن انسان را مطلق ساخت. طبیعت‌گرایی روش‌شناختی تا حدی تعیین‌کننده، توسعه علوم طبیعی را حتی امروز تحریک می‌کند. با این حال، برخی از نقاط برش وجود دارد که به نظر می رسد نشان دهنده محدودیت های روش شناسی طبیعت گرایانه است.

اگر جهان از نظر حجم محدود است و "از هیچ" (3) بدون نقض قوانین بقای انرژی، به عنوان مثال، به عنوان یک نوسان، پدید آمده است، نباید تغییری در آن ایجاد شود. در این میان ما نیز به تماشای آنها هستیم. در تلاش برای حل این مشکل بر اساس فیزیک کوانتومی، به این نتیجه می رسیم که فقط یک ناظر آگاه امکان وجود چنین جهانی را به فعلیت می رساند. به همین دلیل است که تعجب می‌کنیم که چرا جهان خاصی که در آن زندگی می‌کنیم از جهان‌های مختلف خلق شده است. بنابراین ما به این نتیجه می رسیم که فقط زمانی که شخصی روی زمین ظاهر شد ، جهان - همانطور که مشاهده می کنیم - واقعاً "تبدیل" شد ...

اندازه‌گیری‌ها چگونه روی رویدادهایی که یک میلیارد سال پیش رخ داده‌اند تأثیر می‌گذارند؟

4. آزمایش ویلر - تجسم

یکی از فیزیکدانان مدرن، جان آرچیبالد ویلر، یک نسخه فضایی از آزمایش معروف شکاف دوگانه را پیشنهاد کرد. در طراحی ذهنی او، نور حاصل از یک اختروش که یک میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد، در امتداد دو سمت مخالف کهکشان حرکت می کند (4). اگر ناظران هر یک از این مسیرها را جداگانه مشاهده کنند، فوتون ها را خواهند دید. اگر هر دو در یک زمان، آنها موج را ببینید. بنابراین خود عمل مشاهده، ماهیت نوری را که یک میلیارد سال پیش از اختروش خارج شده است، تغییر می دهد!

برای ویلر، موارد فوق ثابت می کند که جهان نمی تواند به معنای فیزیکی وجود داشته باشد، حداقل به معنایی که ما به درک "یک حالت فیزیکی" عادت داریم. در گذشته هم نمی تواند اینطور باشد، تا زمانی که ... اندازه گیری نکنیم. بنابراین، بعد فعلی ما بر گذشته تأثیر می گذارد. ما با مشاهدات، تشخیص ها و اندازه گیری های خود، رویدادهای گذشته را در اعماق زمان، تا ... آغاز جهان شکل می دهیم!

نیل ترک از موسسه Perimeter در واترلو، کانادا، در شماره ژوئیه New Scientist گفت: «ما نمی توانیم آنچه را که می یابیم بفهمیم. این تئوری هر روز پیچیده تر و پیچیده تر می شود. ما خود را با میدان‌ها، ابعاد و تقارن‌های متوالی، حتی با آچار، به مشکل می‌اندازیم، اما نمی‌توانیم ساده‌ترین واقعیت‌ها را توضیح دهیم.» بسیاری از فیزیکدانان آشکارا از این واقعیت که سفرهای ذهنی نظریه پردازان مدرن، مانند ملاحظات فوق یا نظریه ابر ریسمان، هیچ ربطی به آزمایش هایی که در حال حاضر در آزمایشگاه ها انجام می شود، ندارد و هیچ راهی برای آزمایش تجربی آنها وجود ندارد، آزرده خاطر هستند.

در دنیای کوانتومی، شما باید گسترده تر نگاه کنید

همانطور که ریچارد فاینمن، برنده جایزه نوبل یک بار گفت، هیچ کس واقعاً دنیای کوانتومی را درک نمی کند. بر خلاف دنیای خوب نیوتنی قدیمی که در آن برهمکنش دو جسم با جرم های معین با معادلات محاسبه می شود، در مکانیک کوانتومی معادلاتی داریم که چندان از آنها تبعیت نمی کنند، بلکه نتیجه رفتار عجیبی هستند که در آزمایش ها مشاهده شده است. اشیاء فیزیک کوانتومی نباید با هیچ چیز "فیزیکی" مرتبط باشند و رفتار آنها حوزه ای از فضای چند بعدی انتزاعی به نام فضای هیلبرت است.

تغییراتی وجود دارد که توسط معادله شرودینگر توضیح داده شده است، اما چرا دقیقاً ناشناخته است. آیا این قابل تغییر است؟ آیا حتی می توان قوانین کوانتومی را از اصول فیزیک استخراج کرد، همانطور که ده ها قانون و اصل، به عنوان مثال، در مورد حرکت اجسام در فضای بیرونی، از اصول نیوتن گرفته شده است؟ دانشمندان دانشگاه پاویا در ایتالیا، جاکومو مائورو دآریانو، جولیو سیریبلا و پائولو پرینوتی استدلال می‌کنند که حتی پدیده‌های کوانتومی که آشکارا با عقل سلیم مغایرت دارند، می‌توانند در آزمایش‌های قابل اندازه‌گیری شناسایی شوند. تنها چیزی که نیاز دارید دیدگاه درست است - شاید درک نادرست از اثرات کوانتومی به دلیل دید ناکافی گسترده از آنها باشد. به گفته دانشمندان فوق الذکر در نیوساینتیست، آزمایش های معنادار و قابل اندازه گیری در مکانیک کوانتومی باید چندین شرط را داشته باشند. این هست:

• علیت - رویدادهای آینده نمی توانند بر رویدادهای گذشته تأثیر بگذارند.
• قابلیت تشخیص - حالات ما باید بتوانیم از یکدیگر جدا شویم.
• композиция - اگر همه مراحل فرآیند را بدانیم، کل فرآیند را می دانیم.
• فشرده سازی - راه هایی برای انتقال اطلاعات مهم در مورد تراشه بدون نیاز به انتقال کل تراشه وجود دارد.
• توموگرافی – اگر سیستمی متشکل از بخش‌های زیادی داشته باشیم، آمار اندازه‌گیری‌های قطعات برای آشکار کردن وضعیت کل سیستم کافی است.

ایتالیایی‌ها می‌خواهند اصول خالص‌سازی، چشم‌انداز وسیع‌تر و آزمایش‌های معنادار خود را گسترش دهند تا برگشت‌ناپذیری پدیده‌های ترمودینامیکی و اصل رشد آنتروپی را نیز در بر گیرند، که فیزیکدانان را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد. شاید در اینجا نیز مشاهدات و اندازه‌گیری‌ها تحت تأثیر مصنوعات چشم‌اندازی باشد که برای درک کل سیستم بسیار محدود است. جولیو سیریبلا، دانشمند ایتالیایی در مصاحبه ای با نیو ساینتیست می گوید: «حقیقت اساسی نظریه کوانتومی این است که تغییرات پر سر و صدا و برگشت ناپذیر را می توان با افزودن یک طرح جدید به توضیحات، برگشت پذیر کرد.

متأسفانه، بدبینان می گویند، "پاکسازی" آزمایش ها و یک دیدگاه اندازه گیری گسترده تر می تواند منجر به یک فرضیه چند جهان شود که در آن هر نتیجه ای ممکن است و در آن دانشمندان، با تصور اینکه در حال اندازه گیری روند صحیح رویدادها هستند، به سادگی "انتخاب" می کنند. پیوستار معین با اندازه گیری آنها.

5. عقربه های زمان به شکل عقربه های ساعت

وقت ندارید؟

مفهوم به اصطلاح فلش های زمان (5) در سال 1927 توسط اخترفیزیکدان انگلیسی آرتور ادینگتون معرفی شد. این فلش زمان را نشان می دهد که همیشه در یک جهت یعنی از گذشته به آینده جریان دارد و این روند قابل برگشت نیست. استیون هاوکینگ در کتاب «تاریخچه مختصر زمان» نوشته است که بی نظمی با گذشت زمان افزایش می یابد زیرا ما زمان را در جهتی اندازه می گیریم که اختلال در آن افزایش می یابد. این بدان معناست که ما یک انتخاب داریم - برای مثال می‌توانیم ابتدا تکه‌های شیشه شکسته را که روی زمین پراکنده شده‌اند، سپس لحظه‌ای که لیوان روی زمین می‌افتد، سپس شیشه در هوا و در نهایت در دست مشاهده کنیم. شخصی که آن را در دست دارد هیچ قانون علمی وجود ندارد که «پیکان روانی زمان» باید در همان جهتی باشد که فلش ترمودینامیکی حرکت می کند و آنتروپی سیستم افزایش می یابد. با این حال، بسیاری از دانشمندان بر این باورند که این به این دلیل است که تغییرات انرژی در مغز انسان اتفاق می‌افتد، مشابه آنچه در طبیعت مشاهده می‌کنیم. مغز انرژی لازم برای عمل، مشاهده و استدلال را دارد، زیرا "موتور" انسان سوخت و غذا را می سوزاند و مانند موتورهای احتراق داخلی، این فرآیند غیرقابل برگشت است.

با این حال، مواردی وجود دارد که با حفظ یک جهت پیکان روانشناختی زمان، آنتروپی در سیستم های مختلف هم افزایش و هم کاهش می یابد. به عنوان مثال، هنگام ذخیره داده ها در حافظه کامپیوتر. ماژول های حافظه در دستگاه از حالت نامرتب به ترتیب نوشتن دیسک می روند. بنابراین، آنتروپی در کامپیوتر کاهش می یابد. با این حال، هر فیزیکدانی خواهد گفت که از دیدگاه جهان به عنوان یک کل - در حال رشد است، زیرا برای نوشتن روی یک دیسک انرژی لازم است، و این انرژی به شکل گرمای تولید شده توسط یک ماشین پخش می شود. بنابراین مقاومت «روانی» کوچکی در برابر قوانین ثابت شده فیزیک وجود دارد. برای ما دشوار است که در نظر بگیریم آنچه که با صدای فن بیرون می آید مهمتر از ضبط یک اثر یا ارزش دیگری در حافظه است. اگر کسی بر روی رایانه شخصی خود استدلالی بنویسد که فیزیک مدرن، نظریه نیروی یکپارچه یا نظریه همه چیز را زیر و رو کند، چه؟ برای ما دشوار است که این ایده را بپذیریم که با وجود این، بی نظمی عمومی در جهان افزایش یافته است.

در سال 1967، معادله ویلر-دویت ظاهر شد، که از آن به این نتیجه رسید که زمان وجود ندارد. این تلاشی بود برای ترکیب ریاضی ایده‌های مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، گامی به سوی نظریه گرانش کوانتومی، یعنی. نظریه همه چیز مورد نظر همه دانشمندان. تا اینکه در سال 1983 فیزیکدانان دان پیج و ویلیام واترز توضیحی ارائه کردند مبنی بر اینکه می توان با استفاده از مفهوم درهم تنیدگی کوانتومی، مشکل زمان را دور زد. با توجه به مفهوم آنها، فقط ویژگی های یک سیستم از قبل تعریف شده قابل اندازه گیری است. از نقطه نظر ریاضی، این پیشنهاد به این معنی بود که ساعت جدا از سیستم کار نمی کند و تنها زمانی شروع می شود که با یک جهان خاص درگیر شود. با این حال، اگر کسی از جهان دیگری به ما نگاه کند، ما را به عنوان اجسام ایستا می بیند و فقط رسیدن آنها به ما باعث درهم تنیدگی کوانتومی می شود و به معنای واقعی کلمه گذر زمان را در ما احساس می کند.

این فرضیه اساس کار دانشمندان یک موسسه تحقیقاتی در تورین ایتالیا را تشکیل داد. فیزیکدان Marco Genovese تصمیم گرفت مدلی بسازد که ویژگی های درهم تنیدگی کوانتومی را در نظر بگیرد. امکان بازآفرینی یک اثر فیزیکی وجود داشت که نشان دهنده درستی این استدلال است. مدلی از کیهان ساخته شده است که از دو فوتون تشکیل شده است.

یک جفت جهت گیری شده بود - به صورت عمودی قطبی شده و دیگری به صورت افقی. حالت کوانتومی و در نتیجه پلاریزاسیون آنها توسط یک سری آشکارساز تشخیص داده می شود. معلوم می‌شود که تا زمانی که به رصدی که در نهایت چارچوب مرجع را تعیین می‌کند، برسیم، فوتون‌ها در یک برهم نهی کوانتومی کلاسیک قرار دارند، یعنی. آنها هم به صورت عمودی و هم افقی جهت گیری می کردند. این بدان معناست که ناظری که ساعت را می‌خواند، درهم تنیدگی کوانتومی را تعیین می‌کند که بر جهانی که او بخشی از آن می‌شود، تأثیر می‌گذارد. چنین ناظری سپس می تواند قطبش فوتون های متوالی را بر اساس احتمال کوانتومی درک کند.

این مفهوم بسیار وسوسه انگیز است زیرا بسیاری از مشکلات را توضیح می دهد، اما طبیعتاً منجر به نیاز به یک "ابر ناظر" می شود که بالاتر از همه جبرها باشد و همه چیز را به عنوان یک کل کنترل کند.

6. چندجهانی - تجسم

آنچه ما مشاهده می کنیم و به طور ذهنی به عنوان "زمان" درک می کنیم در واقع محصول تغییرات جهانی قابل اندازه گیری در دنیای اطراف ما است. با کاوش عمیق در دنیای اتم ها، پروتون ها و فوتون ها، متوجه می شویم که مفهوم زمان اهمیت کمتر و کمتری پیدا می کند. به گفته دانشمندان، ساعتی که هر روز ما را همراهی می کند، از نظر فیزیکی، میزان عبور آن را اندازه نمی گیرد، بلکه به ما کمک می کند تا زندگی خود را سازماندهی کنیم. برای کسانی که به مفاهیم نیوتنی زمان جهانی و فراگیر عادت دارند، این مفاهیم تکان دهنده است. اما نه تنها سنت گرایان علمی آنها را قبول ندارند. لی اسمولین، فیزیکدان نظری برجسته، که قبلا توسط ما به عنوان یکی از برندگان احتمالی جایزه نوبل امسال نام برده شد، معتقد است که زمان وجود دارد و کاملا واقعی است. زمانی - مانند بسیاری از فیزیکدانان - او استدلال کرد که زمان یک توهم ذهنی است.

او اکنون در کتابش به نام Reborn Time دیدگاهی کاملا متفاوت از فیزیک دارد و نظریه رایج ریسمان در جامعه علمی را مورد انتقاد قرار می دهد. به گفته وی، چندجهانی وجود ندارد (6) زیرا ما در یک جهان و در یک زمان زندگی می کنیم. او معتقد است که زمان از اهمیت بالایی برخوردار است و تجربه ما از واقعیت لحظه حال یک توهم نیست، بلکه کلید درک ماهیت اساسی واقعیت است.

آنتروپی صفر

ساندو پوپسکو، تونی شورت، نوح لیندن (7) و آندریاس وینتر یافته‌های خود را در سال 2009 در مجله Physical Review E شرح دادند که نشان داد اجسام با وارد شدن به حالت‌های درهم‌تنیدگی کوانتومی با خود به تعادل می‌رسند، یعنی حالت توزیع یکنواخت انرژی. محیط اطراف. در سال 2012، تونی شورت ثابت کرد که درهم تنیدگی باعث سکون زمان محدود می شود. هنگامی که یک شی با محیط تعامل می کند، مانند زمانی که ذرات یک فنجان قهوه با هوا برخورد می کنند، اطلاعات مربوط به ویژگی های آنها به بیرون "نشت" می کند و در سراسر محیط "تار" می شود. از دست دادن اطلاعات باعث می شود که وضعیت قهوه راکد شود، حتی با تغییر وضعیت تمیزی کل اتاق. به گفته پوپسکو، وضعیت او با گذشت زمان از بین می رود.

7. نوآ لیندن، ساندو پوپسکو و تونی شورت

با تغییر وضعیت تمیزی اتاق، ممکن است قهوه ناگهان با هوا متوقف شود و وارد حالت تمیز خود شود. با این حال، حالت های مخلوط با محیط بسیار بیشتر از حالت های خالص موجود در قهوه وجود دارد و بنابراین تقریباً هرگز اتفاق نمی افتد. این نامحتمل آماری این تصور را ایجاد می کند که پیکان زمان برگشت ناپذیر است. مشکل پیکان زمان توسط مکانیک کوانتومی تار می شود و تعیین ماهیت را دشوار می کند.

یک ذره بنیادی خواص فیزیکی دقیقی ندارد و تنها با احتمال قرار گرفتن در حالت های مختلف تعیین می شود. برای مثال، در هر زمان، یک ذره ممکن است 50 درصد احتمال چرخش در جهت عقربه های ساعت و 50 درصد احتمال چرخش در جهت مخالف داشته باشد. این قضیه که توسط تجربه فیزیکدان جان بل تقویت شده است، بیان می کند که وضعیت واقعی ذره وجود ندارد و آنها باید توسط احتمال هدایت شوند.

سپس عدم قطعیت کوانتومی منجر به سردرگمی می شود. وقتی دو ذره با هم تعامل می کنند، حتی نمی توان آنها را به تنهایی تعریف کرد و به طور مستقل احتمالاتی را ایجاد می کند که به عنوان حالت خالص شناخته می شوند. در عوض، آنها به اجزای درهم تنیده توزیع احتمال پیچیده‌تری تبدیل می‌شوند که هر دو ذره با هم توصیف می‌کنند. برای مثال، این توزیع می تواند تصمیم بگیرد که آیا ذرات در جهت مخالف می چرخند یا خیر. سیستم به عنوان یک کل در یک حالت خالص است، اما حالت تک تک ذرات با ذره دیگری همراه است.

بنابراین، هر دو می توانند با فاصله سال های نوری زیادی از هم سفر کنند و چرخش هر کدام با دیگری همبستگی باقی می ماند.

نظریه جدید پیکان زمان این را به عنوان از دست دادن اطلاعات به دلیل درهم تنیدگی کوانتومی توصیف می کند که یک فنجان قهوه را با اتاق اطراف به تعادل می رساند. در نهایت، اتاق با محیط خود به تعادل می رسد و به نوبه خود به آرامی با بقیه جهان به تعادل نزدیک می شود. دانشمندان قدیمی که ترمودینامیک را مورد مطالعه قرار دادند، این فرآیند را به عنوان اتلاف تدریجی انرژی، افزایش آنتروپی جهان مشاهده کردند.

امروزه فیزیکدانان بر این باورند که اطلاعات بیشتر و بیشتر پراکنده می شوند، اما هرگز به طور کامل ناپدید نمی شوند. اگرچه آنتروپی به صورت محلی افزایش می یابد، آنها معتقدند که کل آنتروپی جهان در صفر ثابت می ماند. با این حال، یک جنبه از پیکان زمان حل نشده باقی مانده است. دانشمندان استدلال می کنند که توانایی یک فرد برای به خاطر سپردن گذشته، اما نه آینده، را می توان به عنوان شکل گیری روابط بین ذرات متقابل درک کرد. وقتی پیامی را روی یک تکه کاغذ می خوانیم، مغز از طریق فوتون هایی که به چشم می رسد با آن ارتباط برقرار می کند.

فقط از این به بعد می توانیم آنچه را که این پیام به ما می گوید به یاد بیاوریم. پوپسکو معتقد است که نظریه جدید توضیح نمی دهد که چرا وضعیت اولیه جهان از تعادل دور بوده است و می افزاید که ماهیت انفجار بزرگ باید توضیح داده شود. برخی از محققان در مورد این رویکرد جدید ابراز تردید کرده اند، اما توسعه این مفهوم و یک فرمالیسم ریاضی جدید اکنون به حل مسائل نظری ترمودینامیک کمک می کند.

به دانه های فضا-زمان برسید

به نظر می رسد فیزیک سیاهچاله، همانطور که برخی از مدل های ریاضی نشان می دهد، نشان می دهد که جهان ما اصلاً سه بعدی نیست. علیرغم آنچه که حواس ما به ما می گویند، واقعیت اطراف ما ممکن است یک هولوگرام باشد - طرحی از یک هواپیمای دور که در واقع دو بعدی است. اگر این تصویر از جهان درست باشد، به محض اینکه ابزارهای تحقیقاتی در اختیار ما به اندازه کافی حساس شوند، می توان توهم ماهیت سه بعدی فضا-زمان را از بین برد. کریگ هوگان، پروفسور فیزیک در فرمیلاب که سالها صرف مطالعه ساختار بنیادی جهان کرده است، پیشنهاد می کند که به تازگی به این سطح رسیده است.

8. آشکارساز امواج گرانشی GEO600

اگر جهان یک هولوگرام است، پس شاید ما به تازگی به مرزهای وضوح واقعیت رسیده ایم. برخی از فیزیکدانان این فرضیه جالب را مطرح می کنند که فضا-زمانی که ما در آن زندگی می کنیم در نهایت پیوسته نیست، اما، مانند یک عکس دیجیتال، در ابتدایی ترین سطح خود از «دانه ها» یا «پیکسل ها» تشکیل شده است. اگر چنین است، واقعیت ما باید نوعی «تصمیم» نهایی داشته باشد. اینگونه است که برخی از محققین «نویز» را که در نتایج آشکارساز امواج گرانشی GEO600 ظاهر می شود تفسیر کردند (8).

برای آزمایش این فرضیه خارق‌العاده، کریگ هوگان، فیزیکدان امواج گرانشی، او و تیمش دقیق‌ترین تداخل‌سنج جهان به نام هولومتر را ساختند که برای اندازه‌گیری اساسی‌ترین جوهر فضا-زمان به دقیق‌ترین روش طراحی شده است. این آزمایش با کد Fermilab E-990 یکی از آزمایش های دیگر نیست. هدف این یکی نشان دادن ماهیت کوانتومی خود فضا و وجود چیزی است که دانشمندان آن را "نویز هولوگرافیک" می نامند.

هولومتر از دو تداخل سنج تشکیل شده است که در کنار هم قرار گرفته اند. آنها پرتوهای لیزری یک کیلوواتی را به سمت دستگاهی هدایت می کنند که آنها را به دو پرتو عمود بر هم به طول 40 متر تقسیم می کند که منعکس شده و به نقطه شکاف باز می گردد و نوساناتی در روشنایی پرتوهای نور ایجاد می کند (9). اگر آنها حرکت خاصی را در دستگاه تقسیم ایجاد کنند، آنگاه این شاهدی بر ارتعاش خود فضا خواهد بود.

9. نمایش گرافیکی آزمایش هولوگرافی

بزرگترین چالش تیم هوگان این است که ثابت کند اثراتی که آنها کشف کرده اند فقط اغتشاشات ناشی از عوامل خارج از مجموعه آزمایشی نیست، بلکه نتیجه ارتعاشات فضا-زمان است. بنابراین، آینه های استفاده شده در تداخل سنج با فرکانس تمام کوچکترین صداهایی که از بیرون دستگاه می آیند هماهنگ شده و توسط سنسورهای ویژه دریافت می شوند.

جهان آنتروپیک

برای اینکه جهان و انسان در آن وجود داشته باشند، قوانین فیزیک باید شکل بسیار خاصی داشته باشند و ثابت های فیزیکی باید مقادیر دقیقاً انتخاب شده داشته باشند ... و هستند! چرا؟

بیایید با این واقعیت شروع کنیم که چهار نوع برهمکنش در جهان وجود دارد: گرانشی (سقوط، سیارات، کهکشان ها)، الکترومغناطیسی (اتم ها، ذرات، اصطکاک، کشش، نور)، هسته ای ضعیف (منبع انرژی ستاره ها) و هسته ای قوی ( پروتون ها و نوترون ها را به هسته اتم متصل می کند). گرانش 1039 برابر ضعیف تر از الکترومغناطیس است. اگر کمی ضعیف‌تر بود، ستاره‌ها از خورشید سبک‌تر بودند، ابرنواخترها منفجر نمی‌شدند، عناصر سنگین تشکیل نمی‌شدند. اگر حتی کمی قوی‌تر بود، موجودات بزرگ‌تر از باکتری‌ها خرد می‌شدند و ستارگان اغلب با هم برخورد می‌کردند و سیارات را نابود می‌کردند و خود را خیلی سریع می‌سوزانند.

چگالی کیهان نزدیک به چگالی بحرانی است، یعنی در زیر آن ماده بدون تشکیل کهکشان ها یا ستارگان به سرعت از بین می رود و کیهان در بالای آن بیش از حد طولانی می زیسته است. برای وقوع چنین شرایطی، دقت تطبیق پارامترهای بیگ بنگ باید بین 10-60 ± باشد. ناهمگونی های اولیه کیهان جوان در مقیاس 10-5 بود. اگر آنها کوچکتر بودند، کهکشان ها تشکیل نمی شدند. اگر بزرگتر بودند، سیاهچاله های عظیم به جای کهکشان ها تشکیل می شدند.

تقارن ذرات و ضد ذرات در کیهان شکسته شده است. و برای هر باریون (پروتون، نوترون) 109 فوتون وجود دارد. اگر تعداد بیشتری وجود داشت، کهکشان ها نمی توانستند تشکیل شوند. اگر تعداد آنها کمتر بود، ستاره ای وجود نداشت. همچنین به نظر می رسد تعداد ابعادی که ما در آنها زندگی می کنیم "درست" است. ساختارهای پیچیده نمی توانند در دو بعد ایجاد شوند. با بیش از چهار (سه بعد به اضافه زمان)، وجود مدارهای سیاره ای پایدار و سطوح انرژی الکترون ها در اتم ها مشکل ساز می شود.

10. انسان به عنوان مرکز عالم

مفهوم اصل آنتروپیک توسط براندون کارتر در سال 1973 در کنفرانسی در کراکوف که به پانصدمین سالگرد تولد کوپرنیک اختصاص داشت، معرفی شد. به طور کلی، می توان آن را به گونه ای فرمول بندی کرد که جهان قابل مشاهده باید شرایطی را داشته باشد که دارد تا توسط ما مشاهده شود. تا به حال نسخه های مختلفی از آن وجود دارد. اصل ضعیف انسان شناسی بیان می کند که ما فقط در جهانی می توانیم وجود داشته باشیم که وجود ما را ممکن می کند. اگر مقادیر ثابت ها متفاوت بود، ما هرگز این را نمی دیدیم، زیرا ما آنجا نبودیم. اصل قوی آنتروپیک (توضیح عمدی) می گوید که جهان به گونه ای است که ما می توانیم وجود داشته باشیم (10).

از دیدگاه فیزیک کوانتومی، هر تعداد جهان می‌توانست بدون دلیل پدید آمده باشد. ما در یک جهان خاص قرار گرفتیم که باید شرایط ظریفی را برای یک فرد برای زندگی در آن برآورده می کرد. سپس ما در مورد جهان انسان گرا صحبت می کنیم. برای یک مؤمن، مثلاً، یک عالم انسان‌نما که خدا خلق کرده کافی است. جهان بینی ماتریالیستی این را نمی پذیرد و فرض می کند که جهان های زیادی وجود دارد یا اینکه جهان کنونی تنها مرحله ای از تکامل بی پایان جهان چندگانه است.

نویسنده نسخه مدرن فرضیه جهان به عنوان یک شبیه سازی نظریه پرداز نیکلاس بوستروم است. به گفته وی، واقعیتی که ما درک می کنیم فقط شبیه سازی است که ما از آن آگاه نیستیم. این دانشمند پیشنهاد کرد که اگر بتوان یک شبیه سازی قابل اعتماد از کل تمدن یا حتی کل جهان را با استفاده از یک کامپیوتر قدرتمند به اندازه کافی ایجاد کرد و افراد شبیه سازی شده بتوانند هوشیاری را تجربه کنند، به احتمال زیاد تمدن های پیشرفته فقط تعداد زیادی را ایجاد کرده اند. از این گونه شبیه سازی ها، و ما در یکی از آنها در چیزی شبیه به ماتریکس (11) زندگی می کنیم.

در اینجا کلمات "خدا" و "ماتریکس" گفته می شود. در اینجا به مرز صحبت از علم می رسیم. بسیاری از جمله دانشمندان بر این باورند که دقیقاً به دلیل درماندگی فیزیک تجربی است که علم شروع به ورود به حوزه هایی می کند که برخلاف واقع گرایی است و بوی متافیزیک و علمی تخیلی می دهد. باید امیدوار بود که فیزیک بر بحران تجربی خود غلبه کند و دوباره راهی برای شادی به عنوان یک علم آزمایشی قابل تأیید بیابد.