Giới hạn của vật lý và thí nghiệm vật lý

Một trăm năm trước, tình hình vật lý hoàn toàn ngược lại với ngày nay. Trong tay các nhà khoa học là kết quả của các thí nghiệm đã được chứng minh, được lặp đi lặp lại nhiều lần, tuy nhiên, điều này thường không thể giải thích bằng các lý thuyết vật lý hiện có. Kinh nghiệm rõ ràng đi trước lý thuyết. Các nhà lý thuyết phải làm việc.

Hiện tại, cán cân đang nghiêng về các nhà lý thuyết có mô hình rất khác so với những gì được nhìn thấy từ các thí nghiệm khả thi chẳng hạn như lý thuyết dây. Và dường như ngày càng có nhiều vấn đề chưa được giải đáp trong vật lý (1).

1. Các xu hướng và vấn đề hiện đại quan trọng nhất trong vật lý - trực quan hóa

Nhà vật lý nổi tiếng người Ba Lan, prof. Andrzej Staruszkiewicz trong cuộc tranh luận "Giới hạn của kiến ​​thức trong vật lý" vào tháng 2010 năm XNUMX tại Học viện Ignatianum ở Krakow cho biết: “Lĩnh vực kiến ​​thức đã phát triển to lớn trong thế kỷ trước, nhưng lĩnh vực thiếu hiểu biết còn phát triển nhiều hơn nữa. (…) Việc khám phá ra thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử là những thành tựu to lớn của tư tưởng nhân loại, có thể so sánh với Newton, nhưng chúng dẫn đến câu hỏi về mối quan hệ giữa hai cấu trúc, một câu hỏi mà mức độ phức tạp của nó đơn giản là gây sốc. Trong tình huống này, các câu hỏi tự nhiên nảy sinh: chúng ta có thể làm được không? Liệu quyết tâm và ý chí đi đến tận cùng của sự thật của chúng tôi có tương xứng với những khó khăn mà chúng tôi gặp phải? ”

Thực nghiệm bế tắc

Trong vài tháng nay, thế giới vật lý bận rộn hơn bình thường với nhiều tranh cãi hơn. Trên tạp chí Nature, George Ellis và Joseph Silk đã xuất bản một bài báo bảo vệ tính toàn vẹn của vật lý, chỉ trích những người ngày càng sẵn sàng trì hoãn các thí nghiệm để kiểm tra các lý thuyết vũ trụ mới nhất cho đến một "ngày mai" vô định. Chúng phải được đặc trưng bởi "đủ sang trọng" và giá trị giải thích. “Điều này phá vỡ truyền thống khoa học hàng thế kỷ rằng kiến ​​thức khoa học là kiến ​​thức đã được chứng minh bằng thực nghiệm,” các nhà khoa học nói. Các dữ kiện cho thấy rõ sự “bế tắc thực nghiệm” trong vật lý hiện đại.

Những lý thuyết mới nhất về bản chất và cấu trúc của thế giới và Vũ trụ, như một quy luật, không thể được xác minh bằng các thí nghiệm có sẵn cho nhân loại.

Bằng cách phát hiện ra boson Higgs, các nhà khoa học đã "hoàn thiện" Mô hình Chuẩn. Tuy nhiên, thế giới vật lý còn lâu mới thỏa mãn. Chúng ta biết về tất cả các hạt quark và lepton, nhưng chúng ta không biết làm thế nào để dung hòa điều này với thuyết hấp dẫn của Einstein. Chúng ta không biết làm thế nào để kết hợp cơ học lượng tử với lực hấp dẫn để tạo ra một lý thuyết giả định về lực hấp dẫn lượng tử. Chúng tôi cũng không biết Big Bang là gì (hoặc nếu nó thực sự xảy ra!) (2).

Hiện tại, chúng ta hãy gọi nó là các nhà vật lý cổ điển, bước tiếp theo sau Mô hình Chuẩn là siêu đối xứng, dự đoán rằng mọi hạt cơ bản mà chúng ta biết đến đều có một "đối tác".

Điều này làm tăng gấp đôi tổng số khối cấu tạo của vật chất, nhưng lý thuyết này hoàn toàn phù hợp với các phương trình toán học và quan trọng là mang lại cơ hội làm sáng tỏ bí ẩn của vật chất tối vũ trụ. Chỉ còn chờ kết quả của các thí nghiệm tại Máy va chạm Hadron Lớn, nó sẽ xác nhận sự tồn tại của các hạt siêu đối xứng.

Tuy nhiên, chưa có phát hiện nào như vậy được nghe từ Geneva. Tất nhiên, đây chỉ là sự khởi đầu của một phiên bản LHC mới, với năng lượng tác động gấp đôi (sau một lần sửa chữa và nâng cấp gần đây). Trong một vài tháng nữa, họ có thể sẽ bắn nút chai sâm panh để kỷ niệm sự siêu đối xứng. Tuy nhiên, nếu điều này không xảy ra, nhiều nhà vật lý tin rằng các lý thuyết siêu đối xứng sẽ phải dần dần bị loại bỏ, cũng như siêu dây, vốn dựa trên siêu đối xứng. Bởi vì nếu Máy Va chạm Lớn không xác nhận những lý thuyết này, thì sao?

Tuy nhiên, có một số nhà khoa học không nghĩ như vậy. Bởi vì lý thuyết siêu đối xứng quá "đẹp nên không thể sai được."

Do đó, họ dự định đánh giá lại các phương trình của mình để chứng minh rằng khối lượng của các hạt siêu đối xứng đơn giản nằm ngoài phạm vi của LHC. Các nhà lý thuyết rất đúng. Các mô hình của họ rất giỏi trong việc giải thích các hiện tượng có thể đo lường và xác minh bằng thực nghiệm. Do đó, người ta có thể hỏi tại sao chúng ta nên loại trừ sự phát triển của những lý thuyết mà chúng ta (chưa) biết theo kinh nghiệm. Đây có phải là cách tiếp cận hợp lý và khoa học?

vũ trụ từ hư vô

Khoa học tự nhiên, đặc biệt là vật lý, dựa trên chủ nghĩa tự nhiên, tức là, trên niềm tin rằng chúng ta có thể giải thích mọi thứ bằng cách sử dụng các lực của tự nhiên. Nhiệm vụ của khoa học được giảm xuống trong việc xem xét mối quan hệ giữa các đại lượng khác nhau mô tả các hiện tượng hoặc một số cấu trúc tồn tại trong tự nhiên. Vật lý học không giải quyết những vấn đề không thể mô tả bằng toán học, không thể lặp lại. Đây là lý do cho sự thành công của nó. Mô tả toán học được sử dụng để mô hình hóa các hiện tượng tự nhiên đã được chứng minh là cực kỳ hiệu quả. Các thành tựu của khoa học tự nhiên là kết quả của sự khái quát triết học của họ. Những định hướng như triết học cơ giới hay chủ nghĩa duy vật khoa học đã được tạo ra, nhằm chuyển các kết quả của khoa học tự nhiên, thu được trước cuối thế kỷ XNUMX, vào lĩnh vực triết học.

Dường như chúng ta có thể biết cả thế giới rằng hoàn toàn có thuyết xác định trong tự nhiên, bởi vì chúng ta có thể xác định cách các hành tinh sẽ chuyển động trong hàng triệu năm hoặc cách chúng di chuyển hàng triệu năm trước. Những thành tựu này đã làm nảy sinh một niềm tự hào đã tuyệt đối hóa tâm trí con người. Ở một mức độ quyết định, chủ nghĩa tự nhiên có phương pháp luận đã kích thích sự phát triển của khoa học tự nhiên cho đến tận ngày nay. Tuy nhiên, có một số điểm hạn chế dường như chỉ ra những hạn chế của phương pháp luận tự nhiên.

Nếu Vũ trụ bị giới hạn về thể tích và phát sinh “từ hư không” (3), mà không vi phạm các định luật bảo toàn năng lượng, chẳng hạn như một sự dao động, thì sẽ không có sự thay đổi nào trong đó. Trong khi chờ đợi, chúng tôi đang theo dõi chúng. Cố gắng giải quyết vấn đề này trên cơ sở vật lý lượng tử, chúng tôi đi đến kết luận rằng chỉ một người quan sát có ý thức mới nhận ra khả năng tồn tại của một thế giới như vậy. Đó là lý do tại sao chúng ta thắc mắc tại sao vũ trụ cụ thể mà chúng ta đang sống lại được tạo ra từ nhiều vũ trụ khác nhau. Vì vậy, chúng tôi đi đến kết luận rằng chỉ khi một người xuất hiện trên Trái đất, thế giới - như chúng ta quan sát - mới thực sự “trở thành” ...

Làm thế nào để các phép đo ảnh hưởng đến các sự kiện đã xảy ra một tỷ năm trước?

4. Thí nghiệm Wheeler - trực quan

Một trong những nhà vật lý hiện đại, John Archibald Wheeler, đã đề xuất một phiên bản không gian của thí nghiệm khe đôi nổi tiếng. Trong thiết kế tinh thần của ông, ánh sáng từ một chuẩn tinh, cách chúng ta một tỷ năm ánh sáng, truyền dọc theo hai phía đối diện của thiên hà (4). Nếu người quan sát quan sát từng con đường này riêng biệt, họ sẽ thấy các photon. Nếu cả hai cùng một lúc, họ sẽ thấy sóng. Vì vậy, chính hành động quan sát đã thay đổi bản chất của ánh sáng đã rời chuẩn tinh một tỷ năm trước!

Đối với Wheeler, những điều trên chứng minh rằng vũ trụ không thể tồn tại theo nghĩa vật lý, ít nhất là theo nghĩa mà chúng ta quen hiểu "một trạng thái vật chất." Trước đây cũng không thể như vậy được, cho đến khi ... chúng ta tiến hành đo đạc. Do đó, kích thước hiện tại của chúng ta ảnh hưởng đến quá khứ. Với sự quan sát, phát hiện và đo lường của mình, chúng tôi định hình các sự kiện trong quá khứ, sâu về thời gian, cho đến ... thời kỳ đầu của Vũ trụ!

Neil Turk thuộc Viện Perimeter ở Waterloo, Canada, cho biết trên tạp chí New Scientist số tháng XNUMX rằng “chúng tôi không thể hiểu những gì chúng tôi tìm thấy. Lý thuyết ngày càng trở nên phức tạp và tinh vi hơn. Chúng ta tự ném mình vào một vấn đề với các trường, kích thước và sự đối xứng liên tiếp, thậm chí bằng cờ lê, nhưng chúng ta không thể giải thích những sự thật đơn giản nhất ”. Nhiều nhà vật lý rõ ràng là khó chịu vì thực tế là hành trình tinh thần của các nhà lý thuyết hiện đại, chẳng hạn như những cân nhắc ở trên hoặc lý thuyết siêu dây, không liên quan gì đến các thí nghiệm hiện đang được thực hiện trong phòng thí nghiệm, và không có cách nào để kiểm tra chúng bằng thực nghiệm.

Trong thế giới lượng tử, bạn cần nhìn rộng hơn

Như người từng đoạt giải Nobel Richard Feynman từng nói, không ai thực sự hiểu được thế giới lượng tử. Không giống như thế giới Newton cổ điển, trong đó tương tác của hai vật thể có khối lượng nhất định được tính bằng các phương trình, trong cơ học lượng tử, chúng ta có các phương trình mà từ đó chúng không tuân theo quá nhiều, mà là kết quả của hành vi kỳ lạ quan sát được trong các thí nghiệm. Các đối tượng của vật lý lượng tử không nhất thiết phải liên kết với bất cứ thứ gì "vật lý", và hành vi của chúng là một miền của không gian đa chiều trừu tượng được gọi là không gian Hilbert.

Có những thay đổi được mô tả bởi phương trình Schrödinger, nhưng lý do chính xác thì vẫn chưa được biết. Điều này có thể được thay đổi? Thậm chí có thể rút ra các định luật lượng tử từ các nguyên tắc vật lý, chẳng hạn như hàng chục định luật và nguyên tắc liên quan đến chuyển động của các vật thể trong không gian vũ trụ, được rút ra từ các nguyên tắc của Newton? Các nhà khoa học từ Đại học Pavia ở Ý Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella và Paolo Perinotti lập luận rằng ngay cả những hiện tượng lượng tử rõ ràng trái ngược với lẽ thường cũng có thể được phát hiện trong các thí nghiệm có thể đo lường được. Tất cả những gì bạn cần là quan điểm đúng đắn - Có lẽ sự hiểu lầm về các hiệu ứng lượng tử là do cái nhìn chưa đủ rộng về chúng. Theo các nhà khoa học nói trên trên tờ New Scientist, các thí nghiệm có ý nghĩa và có thể đo lường được trong cơ học lượng tử phải đáp ứng một số điều kiện. Đây là:

• quan hệ nhân quả - các sự kiện trong tương lai không thể ảnh hưởng đến các sự kiện trong quá khứ;
• khả năng phân biệt - các trạng thái chúng ta phải có khả năng tách biệt với nhau như là riêng biệt;
• композиция - nếu chúng ta biết tất cả các giai đoạn của quá trình, thì chúng ta biết toàn bộ quá trình;
• nén – có nhiều cách để truyền thông tin quan trọng về chip mà không cần phải truyền toàn bộ chip;
• chụp cắt lớp – nếu chúng ta có một hệ thống bao gồm nhiều bộ phận, số liệu thống kê về các phép đo theo từng bộ phận là đủ để tiết lộ trạng thái của toàn bộ hệ thống.

Người Ý muốn mở rộng các nguyên tắc thanh lọc của họ, một quan điểm rộng hơn và thí nghiệm có ý nghĩa bao gồm cả tính không thể đảo ngược của các hiện tượng nhiệt động lực học và nguyên lý tăng trưởng entropi, vốn không gây ấn tượng với các nhà vật lý. Có lẽ ở đây, các quan sát và đo đạc cũng bị ảnh hưởng bởi các hiện vật của một góc nhìn quá hẹp để có thể hiểu toàn bộ hệ thống. Nhà khoa học người Ý Giulio Ciribella cho biết trong một cuộc phỏng vấn với New Scientist: “Sự thật cơ bản của lý thuyết lượng tử là những thay đổi ồn ào, không thể đảo ngược có thể được thực hiện bằng cách thêm một bố cục mới vào mô tả.

Thật không may, những người hoài nghi cho rằng, việc "làm sạch" các thí nghiệm và quan điểm đo lường rộng hơn có thể dẫn đến một giả thuyết đa thế giới, trong đó bất kỳ kết quả nào cũng có thể xảy ra và trong đó các nhà khoa học, nghĩ rằng họ đang đo lường diễn biến chính xác của các sự kiện, chỉ đơn giản là "chọn" một sự liên tục nhất định bằng cách đo lường chúng.

5. Kim thời gian dạng kim đồng hồ

Không có thời gian?

Khái niệm về cái gọi là Mũi tên thời gian (5) được đưa ra vào năm 1927 bởi nhà vật lý thiên văn người Anh Arthur Eddington. Mũi tên này cho biết thời gian luôn trôi theo một hướng, tức là từ quá khứ đến tương lai và quá trình này không thể đảo ngược. Stephen Hawking, trong cuốn Lược sử thời gian của mình, đã viết rằng rối loạn tăng lên theo thời gian bởi vì chúng ta đo lường thời gian theo hướng mà rối loạn tăng lên. Điều này có nghĩa là chúng ta có quyền lựa chọn - chẳng hạn, chúng ta có thể quan sát những mảnh kính vỡ nằm rải rác trên sàn, sau đó là thời điểm tấm kính rơi xuống sàn, sau đó là mảnh kính trong không khí, và cuối cùng là trong tay của người cầm nó. Không có quy tắc khoa học nào cho rằng "mũi tên tâm lý của thời gian" phải đi cùng hướng với mũi tên nhiệt động lực học, và entropy của hệ thống tăng lên. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học tin rằng điều này là như vậy bởi vì những thay đổi về năng lượng xảy ra trong não người, tương tự như những thay đổi mà chúng ta quan sát được trong tự nhiên. Bộ não có năng lượng để hành động, quan sát và suy luận, bởi vì "động cơ" của con người đốt cháy nhiên liệu-thức ăn và giống như trong động cơ đốt trong, quá trình này là không thể đảo ngược.

Tuy nhiên, có những trường hợp, trong khi duy trì cùng một hướng của mũi tên thời gian tâm lý, entropy vừa tăng vừa giảm trong các hệ thống khác nhau. Ví dụ khi lưu dữ liệu trong bộ nhớ máy tính. Các mô-đun bộ nhớ trong máy chuyển từ trạng thái không có thứ tự sang thứ tự ghi trên đĩa. Do đó, entropy trong máy tính bị giảm. Tuy nhiên, bất kỳ nhà vật lý nào cũng sẽ nói rằng từ quan điểm của vũ trụ nói chung - nó đang phát triển, bởi vì nó cần năng lượng để ghi vào đĩa và năng lượng này bị tiêu tán dưới dạng nhiệt do máy tạo ra. Vì vậy, có một sức đề kháng "tâm lý" nhỏ đối với các định luật vật lý đã được thiết lập. Chúng ta khó có thể cho rằng những gì phát ra cùng với tiếng ồn từ quạt quan trọng hơn việc ghi lại tác phẩm hoặc giá trị khác vào bộ nhớ. Điều gì sẽ xảy ra nếu ai đó viết trên PC của họ một lập luận có thể lật ngược vật lý hiện đại, lý thuyết lực hợp nhất hoặc Lý thuyết vạn vật? Chúng ta sẽ khó chấp nhận ý kiến ​​cho rằng, mặc dù vậy, tình trạng hỗn loạn chung trong vũ trụ đã gia tăng.

Quay trở lại năm 1967, phương trình Wheeler-DeWitt xuất hiện, từ đó nó kéo theo thời gian như vậy không tồn tại. Đó là một nỗ lực kết hợp toán học các ý tưởng của cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng, một bước tiến tới lý thuyết hấp dẫn lượng tử, tức là Thuyết vạn vật được tất cả các nhà khoa học mong muốn. Mãi đến năm 1983, các nhà vật lý Don Page và William Wutters mới đưa ra lời giải thích rằng vấn đề thời gian có thể bị phá vỡ bằng cách sử dụng khái niệm rối lượng tử. Theo khái niệm của họ, chỉ các thuộc tính của một hệ thống đã được xác định mới có thể được đo lường. Từ quan điểm toán học, đề xuất này có nghĩa là đồng hồ không hoạt động cô lập với hệ thống và chỉ khởi động khi nó bị cuốn vào một vũ trụ nhất định. Tuy nhiên, nếu ai đó nhìn chúng ta từ một vũ trụ khác, họ sẽ coi chúng ta như những vật thể tĩnh, và chỉ khi họ đến với chúng ta mới gây ra rối lượng tử và khiến chúng ta cảm thấy thời gian trôi qua theo đúng nghĩa đen.

Giả thuyết này là cơ sở cho công trình nghiên cứu của các nhà khoa học từ một viện nghiên cứu ở Turin, Ý. Nhà vật lý Marco Genovese quyết định xây dựng một mô hình có tính đến các chi tiết cụ thể của rối lượng tử. Có thể tạo lại một hiệu ứng vật lý cho thấy tính đúng đắn của suy luận này. Một mô hình của Vũ trụ đã được tạo ra, bao gồm hai photon.

Một cặp được định hướng - phân cực theo chiều dọc và cặp kia theo chiều ngang. Trạng thái lượng tử của chúng, và do đó, sự phân cực của chúng, sau đó được phát hiện bởi một loạt máy dò. Nó chỉ ra rằng cho đến khi đạt được quan sát cuối cùng xác định hệ quy chiếu, các photon ở trạng thái chồng chất lượng tử cổ điển, tức là chúng được định hướng theo cả chiều dọc và chiều ngang. Điều này có nghĩa là người quan sát đọc đồng hồ xác định rối lượng tử ảnh hưởng đến vũ trụ mà anh ta trở thành một phần. Khi đó một người quan sát như vậy có thể cảm nhận được sự phân cực của các photon liên tiếp dựa trên xác suất lượng tử.

Khái niệm này rất hấp dẫn bởi vì nó giải thích nhiều vấn đề, nhưng nó đương nhiên dẫn đến nhu cầu về một "siêu quan sát viên", người sẽ đứng trên tất cả các định thức và sẽ kiểm soát mọi thứ nói chung.

6. Đa vũ trụ - Trực quan hóa

Những gì chúng ta quan sát và những gì chúng ta chủ quan nhận thức là "thời gian" thực chất là sản phẩm của những thay đổi toàn cầu có thể đo lường được trong thế giới xung quanh chúng ta. Khi đi sâu hơn vào thế giới của nguyên tử, proton và photon, chúng ta nhận ra rằng khái niệm thời gian ngày càng trở nên ít quan trọng hơn. Theo các nhà khoa học, chiếc đồng hồ đồng hành với chúng ta hàng ngày, theo quan điểm vật lý, không đo quãng đường đi của nó, mà giúp chúng ta tổ chức cuộc sống của mình. Đối với những người đã quen với các khái niệm Newton về thời gian phổ quát và toàn thời gian, những khái niệm này thật gây sốc. Nhưng không chỉ các nhà truyền thống khoa học không chấp nhận chúng. Nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng Lee Smolin, trước đây đã được chúng tôi đề cập đến như một trong những người có khả năng đoạt giải Nobel năm nay, tin rằng thời gian tồn tại và hoàn toàn có thật. Đã từng - giống như nhiều nhà vật lý - ông cho rằng thời gian là một ảo ảnh chủ quan.

Giờ đây, trong cuốn sách Reborn Time, ông có một cái nhìn hoàn toàn khác về vật lý và chỉ trích lý thuyết dây phổ biến trong cộng đồng khoa học. Theo ông, đa vũ trụ không tồn tại (6) bởi vì chúng ta sống trong cùng một vũ trụ và cùng một thời điểm. Ông tin rằng thời gian là điều tối quan trọng và trải nghiệm của chúng ta về thực tế của thời điểm hiện tại không phải là ảo tưởng, mà là chìa khóa để hiểu được bản chất cơ bản của thực tại.

Entropy không

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) và Andreas Winter đã mô tả những phát hiện của họ vào năm 2009 trên tạp chí Physical Review E, cho thấy rằng các vật thể đạt được trạng thái cân bằng, tức là trạng thái phân bố năng lượng đồng đều, bằng cách đi vào các trạng thái vướng víu lượng tử với vùng lân cận. Vào năm 2012, Tony Short đã chứng minh rằng sự vướng víu gây ra sự cân bằng về thời gian hữu hạn. Khi một vật thể tương tác với môi trường, chẳng hạn như khi các hạt trong tách cà phê va chạm với không khí, thông tin về đặc tính của chúng sẽ "rò rỉ" ra bên ngoài và trở nên "mờ" trong toàn bộ môi trường. Việc mất thông tin khiến tình trạng cà phê bị đình trệ, ngay cả khi tình trạng sạch sẽ của toàn bộ căn phòng tiếp tục thay đổi. Theo Popescu, tình trạng của cô ấy sẽ không thay đổi theo thời gian.

7. Noah Linden, Sandu Popescu và Tony Short

Khi trạng thái sạch sẽ của căn phòng thay đổi, cà phê có thể đột ngột ngừng hòa trộn với không khí và chuyển sang trạng thái sạch của chính nó. Tuy nhiên, có nhiều trạng thái trộn lẫn với môi trường hơn là trạng thái nguyên chất có sẵn cho cà phê, và do đó hầu như không bao giờ xảy ra. Tính không chắc chắn về mặt thống kê này tạo ấn tượng rằng mũi tên thời gian là không thể đảo ngược. Vấn đề mũi tên thời gian bị cơ học lượng tử làm mờ, gây khó khăn cho việc xác định bản chất.

Một hạt cơ bản không có các tính chất vật lý chính xác và chỉ được xác định bằng xác suất ở các trạng thái khác nhau. Ví dụ, tại bất kỳ thời điểm nào, một hạt có thể có 50% cơ hội quay theo chiều kim đồng hồ và 50% cơ hội quay theo hướng ngược lại. Định lý, được củng cố bởi kinh nghiệm của nhà vật lý John Bell, tuyên bố rằng trạng thái thực của hạt không tồn tại và chúng được hướng dẫn bởi xác suất.

Khi đó sự không chắc chắn lượng tử dẫn đến sự nhầm lẫn. Khi hai hạt tương tác, chúng thậm chí không thể tự xác định được, xác suất phát triển độc lập được gọi là trạng thái tinh khiết. Thay vào đó, chúng trở thành các thành phần vướng víu của một phân bố xác suất phức tạp hơn mà cả hai hạt mô tả cùng nhau. Sự phân bố này có thể quyết định, chẳng hạn, liệu các hạt có quay theo hướng ngược lại hay không. Hệ thống nói chung là ở trạng thái tinh khiết, nhưng trạng thái của các hạt riêng lẻ được liên kết với một hạt khác.

Do đó, cả hai có thể di chuyển cách nhau nhiều năm ánh sáng, và chuyển động quay của mỗi vật sẽ vẫn tương quan với nhau.

Lý thuyết mới về mũi tên thời gian mô tả đây là sự mất mát thông tin do vướng lượng tử, khiến tách cà phê cân bằng với căn phòng xung quanh. Cuối cùng, căn phòng đạt đến trạng thái cân bằng với môi trường của nó, và đến lượt nó, nó từ từ tiến đến trạng thái cân bằng với phần còn lại của vũ trụ. Các nhà khoa học lão thành nghiên cứu nhiệt động lực học xem quá trình này như một sự tiêu tán năng lượng dần dần, làm tăng entropi của vũ trụ.

Ngày nay, các nhà vật lý tin rằng thông tin ngày càng trở nên phân tán, nhưng không bao giờ hoàn toàn biến mất. Mặc dù entropy tăng cục bộ, họ tin rằng tổng entropy của vũ trụ không đổi. Tuy nhiên, một khía cạnh của mũi tên thời gian vẫn chưa được giải đáp. Các nhà khoa học cho rằng khả năng nhớ quá khứ nhưng không nhớ được tương lai của một người cũng có thể được hiểu là sự hình thành các mối quan hệ giữa các hạt tương tác. Khi chúng ta đọc một tin nhắn trên một tờ giấy, não sẽ giao tiếp với nó thông qua các photon đến mắt.

Chỉ từ bây giờ chúng ta có thể nhớ những gì thông điệp này đang nói với chúng ta. Popescu tin rằng lý thuyết mới không giải thích được tại sao trạng thái ban đầu của vũ trụ khác xa trạng thái cân bằng, thêm vào đó cần giải thích bản chất của Vụ nổ lớn. Một số nhà nghiên cứu đã bày tỏ nghi ngờ về cách tiếp cận mới này, nhưng sự phát triển của khái niệm này và một chủ nghĩa hình thức toán học mới hiện đã giúp giải quyết các vấn đề lý thuyết của nhiệt động lực học.

Tiếp cận với các hạt không-thời gian

Vật lý lỗ đen dường như chỉ ra rằng, như một số mô hình toán học cho thấy, vũ trụ của chúng ta hoàn toàn không phải là ba chiều. Bất chấp những gì các giác quan của chúng ta cho chúng ta biết, thực tế xung quanh chúng ta có thể là một hình ba chiều — một hình chiếu của một mặt phẳng ở xa thực sự là hai chiều. Nếu bức tranh về vũ trụ này là chính xác, ảo tưởng về bản chất ba chiều của không-thời gian có thể bị xóa tan ngay khi các công cụ nghiên cứu của chúng ta trở nên nhạy cảm một cách thích hợp. Craig Hogan, giáo sư vật lý tại Fermilab, người đã dành nhiều năm nghiên cứu cấu trúc cơ bản của vũ trụ, cho rằng mức độ này mới đạt được.

8. Máy dò sóng hấp dẫn GEO600

Nếu vũ trụ là một hình ba chiều, thì có lẽ chúng ta vừa đạt đến giới hạn của độ phân giải thực tại. Một số nhà vật lý đưa ra giả thuyết hấp dẫn rằng không-thời gian mà chúng ta đang sống cuối cùng không phải là liên tục, nhưng giống như một bức ảnh kỹ thuật số, ở mức cơ bản nhất của nó được tạo thành từ một số "hạt" hoặc "điểm ảnh". Nếu vậy, thực tế của chúng ta phải có một số kiểu "giải quyết" cuối cùng. Đây là cách một số nhà nghiên cứu giải thích "tiếng ồn" xuất hiện trong kết quả của máy dò sóng hấp dẫn GEO600 (8).

Để kiểm tra giả thuyết phi thường này, Craig Hogan, một nhà vật lý sóng hấp dẫn, ông và nhóm của mình đã phát triển giao thoa kế chính xác nhất thế giới, được gọi là holometer Hogan, được thiết kế để đo bản chất cơ bản nhất của không-thời gian một cách chính xác nhất. Thí nghiệm có tên mã Fermilab E-990 không phải là một trong nhiều thí nghiệm khác. Điều này nhằm mục đích chứng minh bản chất lượng tử của chính không gian và sự hiện diện của cái mà các nhà khoa học gọi là "nhiễu ảnh ba chiều".

Holometer bao gồm hai giao thoa kế đặt cạnh nhau. Họ hướng chùm tia laze một kilowatt vào một thiết bị chia chúng thành hai chùm vuông góc dài 40 mét, chúng được phản xạ và quay trở lại điểm phân tách, tạo ra sự dao động về độ sáng của chùm sáng (9). Nếu chúng gây ra một chuyển động nhất định trong thiết bị phân chia, thì đây sẽ là bằng chứng về sự rung động của chính không gian.

9. Biểu diễn đồ họa của thí nghiệm ảnh ba chiều

Thách thức lớn nhất của nhóm Hogan là chứng minh rằng những tác động mà họ đã phát hiện ra không chỉ là nhiễu loạn do các yếu tố bên ngoài thiết lập thí nghiệm gây ra, mà là kết quả của các rung động không-thời gian. Do đó, các gương được sử dụng trong giao thoa kế sẽ được đồng bộ hóa với tần số của tất cả các tiếng ồn nhỏ nhất phát ra từ bên ngoài thiết bị và được thu nhận bởi các cảm biến đặc biệt.

Vũ trụ nhân loại

Để thế giới và con người tồn tại trong đó, các định luật vật lý phải có một dạng rất cụ thể, và các hằng số vật lý phải có các giá trị được chọn chính xác ... và đúng như vậy! Tại sao?

Hãy bắt đầu với thực tế là có bốn loại tương tác trong Vũ trụ: hấp dẫn (rơi, hành tinh, thiên hà), điện từ (nguyên tử, hạt, ma sát, đàn hồi, ánh sáng), hạt nhân yếu (nguồn năng lượng sao) và hạt nhân mạnh ( liên kết proton và nơtron thành hạt nhân nguyên tử). Lực hấp dẫn yếu hơn lực điện từ 1039 lần. Nếu nó yếu hơn một chút, các ngôi sao sẽ nhẹ hơn Mặt trời, các siêu tân tinh sẽ không nổ, các nguyên tố nặng sẽ không hình thành. Nếu nó mạnh hơn một chút, những sinh vật lớn hơn vi khuẩn sẽ bị nghiền nát, và các ngôi sao thường va chạm, phá hủy các hành tinh và tự đốt cháy quá nhanh.

Mật độ của Vũ trụ gần với mật độ tới hạn, nghĩa là, dưới mật độ đó vật chất sẽ nhanh chóng tiêu tan mà không có sự hình thành của các thiên hà hoặc ngôi sao, và trên đó Vũ trụ sẽ tồn tại quá lâu. Để xảy ra các điều kiện như vậy, độ chính xác của việc khớp các thông số của Vụ nổ lớn phải nằm trong khoảng ± 10-60. Các điểm không đồng nhất ban đầu của Vũ trụ trẻ nằm trên thang điểm 10-5. Nếu chúng nhỏ hơn, các thiên hà sẽ không hình thành. Nếu chúng lớn hơn, các lỗ đen khổng lồ sẽ hình thành thay vì các thiên hà.

Sự đối xứng của các hạt và phản hạt trong Vũ trụ bị phá vỡ. Và đối với mỗi baryon (proton, neutron) có 109 photon. Nếu có nhiều hơn, các thiên hà không thể hình thành. Nếu có ít hơn trong số họ, sẽ không có các ngôi sao. Ngoài ra, số thứ nguyên chúng ta đang sống dường như là "chính xác". Cấu trúc phức tạp không thể phát sinh trong hai chiều. Với nhiều hơn bốn (ba chiều cộng với thời gian), sự tồn tại của quỹ đạo hành tinh ổn định và mức năng lượng của các electron trong nguyên tử trở thành vấn đề.

10. Con người là trung tâm của vũ trụ

Khái niệm về nguyên lý nhân loại được Brandon Carter đưa ra vào năm 1973 tại một hội nghị ở Krakow nhân kỷ niệm 500 năm ngày sinh của Copernicus. Nói chung, nó có thể được hình thành theo cách sao cho Vũ trụ có thể quan sát được phải đáp ứng các điều kiện mà nó đáp ứng để được chúng ta quan sát. Cho đến nay, có nhiều phiên bản khác nhau của nó. Nguyên lý nhân học yếu nói rằng chúng ta chỉ có thể tồn tại trong một vũ trụ khiến cho sự tồn tại của chúng ta trở nên khả thi. Nếu giá trị của các hằng số khác nhau, chúng ta sẽ không bao giờ thấy điều này, bởi vì chúng ta sẽ không ở đó. Nguyên lý nhân học mạnh mẽ (giải thích có chủ đích) nói rằng vũ trụ là nơi chúng ta có thể tồn tại (10).

Theo quan điểm của vật lý lượng tử, bất kỳ số lượng vũ trụ nào cũng có thể hình thành mà không có lý do. Chúng ta đã kết thúc trong một vũ trụ cụ thể, vũ trụ phải đáp ứng một số điều kiện tinh tế để một người sống trong đó. Sau đó, chúng ta đang nói về thế giới nhân loại. Ví dụ, đối với một tín đồ, một vũ trụ nhân loại do Chúa tạo ra là đủ. Thế giới quan duy vật không chấp nhận điều này và cho rằng có nhiều vũ trụ hoặc vũ trụ hiện tại chỉ là một giai đoạn trong quá trình tiến hóa vô tận của đa vũ trụ.

Tác giả của phiên bản hiện đại của giả thuyết vũ trụ dưới dạng mô phỏng là nhà lý thuyết Niklas Boström. Theo ông, thực tế mà chúng ta nhận thức chỉ là một mô phỏng mà chúng ta không nhận thức được. Nhà khoa học gợi ý rằng nếu có thể tạo ra một mô phỏng đáng tin cậy của toàn bộ nền văn minh hoặc thậm chí toàn bộ vũ trụ bằng cách sử dụng một máy tính đủ mạnh và những người được mô phỏng có thể trải nghiệm ý thức, thì rất có thể các nền văn minh tiên tiến chỉ tạo ra một số lượng lớn. những mô phỏng như vậy, và chúng ta đang sống ở một trong số chúng giống như Ma trận (11).

Ở đây những từ "Chúa" và "Ma trận" đã được nói ra. Ở đây chúng ta đi đến giới hạn của việc nói về khoa học. Nhiều người, kể cả các nhà khoa học, tin rằng chính vì sự bất lực của vật lý thực nghiệm mà khoa học bắt đầu đi vào những lĩnh vực trái ngược với chủ nghĩa hiện thực, mang mùi siêu hình và khoa học viễn tưởng. Người ta vẫn hy vọng rằng vật lý sẽ vượt qua cuộc khủng hoảng thực nghiệm của nó và một lần nữa tìm ra cách để vui mừng như một khoa học có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm.