Svar På Vitenskapens Største Utfordringer: Hvor Langt Har Vi Kommet? - Alternativ Visning

Innholdsfortegnelse:

Svar På Vitenskapens Største Utfordringer: Hvor Langt Har Vi Kommet? - Alternativ Visning
Svar På Vitenskapens Største Utfordringer: Hvor Langt Har Vi Kommet? - Alternativ Visning

Video: Svar På Vitenskapens Største Utfordringer: Hvor Langt Har Vi Kommet? - Alternativ Visning

Video: Svar På Vitenskapens Største Utfordringer: Hvor Langt Har Vi Kommet? - Alternativ Visning
Video: Торий 2024, Mars
Anonim

Mye er ukjent om selve universets natur. Det er nysgjerrigheten som ligger i mennesker, noe som fører til jakten på svar på disse spørsmålene, som driver vitenskapen videre. Vi har allerede samlet en utrolig mengde kunnskap, og suksessene til våre to ledende teorier - kvantefeltteori, som beskriver standardmodellen, og generell relativitet, som beskriver tyngdekraften - viser hvor langt vi har kommet i å forstå virkeligheten.

Mange mennesker er pessimistiske om vår nåværende innsats og fremtidige planer for å løse de store kosmiske mysteriene som forvirrer oss i dag. Våre beste hypoteser for ny fysikk, inkludert supersymmetri, ekstra dimensjoner, technicolor, strengteori og andre, har ikke klart å få noen eksperimentell bekreftelse så langt. Men dette betyr ikke at fysikk er i krise. Dette betyr at alt er nøyaktig som det skal være: fysikk forteller sannheten om universet. De neste trinnene våre vil vise oss hvor godt vi lyttet.

Universets største mysterier

For et århundre siden inkluderte de største spørsmålene vi kunne stille noen ekstremt viktige eksistensielle gåter som:

  • Hva er de minste bestanddelene i saken?
  • Er teoriene våre om naturkreftene virkelig grunnleggende, eller er det behov for en dypere forståelse?
  • Hvor stort er universet?
  • Har universet vårt alltid eksistert eller dukket det opp på et bestemt tidspunkt i fortiden?
  • Hvordan lyser stjernene?

På den tiden okkuperte disse mysteriene hodet til de største menneskene. Mange trodde ikke engang at de kunne få svar. Spesielt krevde de en investering med så tilsynelatende enorme ressurser at det ble antydet at vi rett og slett var tilfredse med det vi visste på den tiden og bruker denne kunnskapen til samfunnsutviklingen.

Det gjorde vi selvfølgelig ikke. Å investere i samfunnet er ekstremt viktig, men det er like viktig å skyve grensene for de kjente. Takket være nye funn og forskningsmetoder kunne vi få følgende svar:

  • Atomer består av subatomære partikler, hvorav mange er delt inn i enda mindre bestanddeler; vi kjenner nå hele standardmodellen.
  • Våre klassiske teorier er erstattet av kvante, som kombinerer fire grunnleggende krefter: sterke kjernefysiske, elektromagnetiske, svake atomkraft og gravitasjonskrefter.
  • Det observerbare universet spenner over 46,1 milliarder lysår i alle retninger; det observerbare universet kan være mye større eller uendelig.
  • 13,8 milliarder år har gått siden hendelsen kjent som Big Bang som fødte universet vi kjenner. Det ble forutløst av en inflasjonstid med ubestemt varighet.
  • Stjerner lyser takket være fysikken i kjernefusjon, og omdanner materie til energi i henhold til Einsteins formel E = mc2.

Og likevel utdypet det bare de vitenskapelige mysteriene som omgir oss. Med alt vi vet om grunnleggende partikler, er vi sikre på at det må være mange andre ting i universet som fremdeles er ukjente for oss. Vi kan ikke forklare den tilsynelatende tilstedeværelsen av mørk materie, vi forstår ikke mørk energi, og vi vet ikke hvorfor universet utvider seg på denne måten og ikke ellers.

Salgsfremmende video:

Vi vet ikke hvorfor partiklene er så massive som de er; hvorfor universet er overveldet av materie, ikke antimaterie; hvorfor nøytrinoer har masse. Vi vet ikke om protonet er stabilt, om det noen gang vil forfalle, eller om tyngdekraften er en kvantekraft i naturen. Og selv om vi vet at inflasjonen ble gitt foran Big Bang, vet vi ikke om inflasjonen i seg selv startet eller var evig.

Kan mennesker løse disse gåtene? Kan eksperimentene vi kan gjøre med nåværende eller fremtidig teknologi belyse disse grunnleggende mysteriene?

Image
Image

Svaret på det første spørsmålet er mulig; vi vet ikke hvilke hemmeligheter naturen har før vi ser. Svaret på det andre spørsmålet er utvetydig ja. Selv om hver teori vi noen gang har brakt opp om hva som er utenfor grensene for den kjente - Standardmodell og generell relativitet - er 100% feil, er det en enorm mengde informasjon som kan fås ved å utføre eksperimenter som vi planlegger å kjøre neste gang. generasjon. Å ikke bygge alle disse installasjonene ville være en enorm dårskap, selv om de bekrefter mareritt-scenariet som partikkelfysikere har fryktet i mange år.

Når du hører om en partikkelakselerator, kan du se for deg alle disse nye funnene som venter oss med høyere energi. Løftet om nye partikler, nye krefter, nye interaksjoner, eller til og med helt nye fysiske sektorer, er det teoretikere liker å plyndre, selv om eksperiment etter eksperiment går galt og ikke holder disse løftene.

Det er en god grunn til dette: de fleste ideene som man kan komme på i fysikk, har allerede blitt ekskludert eller sterkt begrenset av dataene vi allerede har. Hvis du vil oppdage en ny partikkel, felt, interaksjon eller fenomen, bør du ikke legge ut noe som er uforenlig med det vi allerede vet med sikkerhet. Selvfølgelig kan vi gjøre antagelser som senere skulle vise seg å være gale, men selve dataene må være i samsvar med enhver ny teori.

Dette er grunnen til at den største innsatsen i fysikk ikke går til nye teorier eller nye ideer, men til eksperimenter som lar oss bevege oss utover det vi allerede har utforsket. Javisst, å finne Higgs boson kan være en stor buzz, men hvor sterkt er Higgs relatert til Z boson? Hva er alle disse forbindelsene mellom disse to partiklene og andre i standardmodellen? Hvor lett er det å lage dem? Når det er opprettet, vil det være gjensidige forfall som skiller seg fra forfallet til standarden Higgs pluss standard Z boson?

Det er en teknikk som kan brukes til å undersøke dette: skape en elektron-positron kollisjon med den eksakte massen til Higgs og Z-boson. I stedet for noen få titalls eller hundrevis av hendelser som skaper Higgs og Z-bosonene, som LHC gjør, kan du opprette tusenvis, hundretusener eller til og med millioner av dem.

Naturligvis vil allmennheten være mer spent på å finne en ny partikkel enn noe annet, men ikke hvert eksperiment er designet for å skape nye partikler - og det trenger det ikke. Noen er ment å undersøke materie som allerede er kjent for oss, og for å studere dets detaljer. Large Electron-Positron Collider, forløperen til LHC, har aldri funnet en eneste ny grunnleggende partikkel. Som DESY-eksperimentet, som kolliderte elektron med protoner. Og det gjør den relativistiske tunge ionecollideren.

Image
Image

Og dette var å forvente; Hensikten med disse tre kolliderne var annerledes. Det besto i å utforske materie som virkelig eksisterer med enestående presisjon.

Det virker ikke som om disse eksperimentene bare bekreftet standardmodellen, selv om alt de fant var i samsvar med standardmodellen. De skapte nye sammensatte partikler og målte bindingene mellom dem. Forfall og forgreningsforhold ble oppdaget, samt subtile forskjeller mellom materie og antimaterie. Noen partikler oppførte seg annerledes enn speilpartiklene. Andre så ut til å bryte symmetrien for reversering av tid. Det er imidlertid funnet at andre blander seg og skaper bundne tilstander som vi ikke engang var klar over.

Hensikten med det neste store vitenskapelige eksperimentet er ikke bare å søke etter en ting eller å teste en ny teori. Vi må samle et enormt sett med ellers utilgjengelige data, og la disse dataene lede industrien.

Selvfølgelig kan vi designe og bygge eksperimenter eller observatorier basert på hva vi forventer å finne. Men det beste valget for vitenskapens fremtid vil være en flerbruksmaskin som kan samle store og varierte datamengder som ikke ville vært mulig uten så store investeringer. Dette er grunnen til at Hubble har vært så vellykket, hvorfor Fermilab og LHC har presset grensene lenger enn noen gang før, og hvorfor fremtidige oppdrag som James Webb-romteleskopet, fremtidige observatorier i 30 meter klasse eller fremtidige kolliderer vil være nødvendig hvis vi noen gang skal svare på det mest grunnleggende spørsmål fra alle.

Det er et gammelt ordtak i virksomheten som også gjelder vitenskap: “Raskere. Det er bedre. Billigere. Velg to. " Verden beveger seg raskere enn noen gang før. Hvis vi begynner å spare og ikke investerer i det "beste", vil det være som å gi opp.

Ilya Khel

Anbefalt: