Как хорошо мы знаем Вселенную, чтобы утверждать, что известные законы физики существуют?
Природа может быть разной для разных людей. Природа может быть чудесной. Природа может быть странной. У природы есть законы. Природа продолжает удивлять ученых, которые пытаются эти законы понять. За последние несколько десятилетий научное сообщество пришло к принятию концепции «естественности» это термин, придуманный Эйнштейном, который описывает изящно сложные законы природы. Ученые считают, что если Вселенная естественна, то ее можно объяснить математически. Но если ее природа неестественна, то некоторые законы физики произвольны и кажутся чрезвычайно тонко настроенными, чтобы позволить жизни (как мы ее знаем) возникнуть и существовать. И все же, ученые стремятся к единому описанию реальности. Но современная физика допускает множество различных описаний, многие из которых эквивалентны друг другу и связаны ландшафтом математических возможностей.
В череде обыденных будней может показаться, что мы знаем о мире и Вселенной достаточно, чтобы утвердительно ответить на вопрос о том, существуют ли все известные законы физики. Однако ученые, изучающие квантовый мир могут с этим не согласиться. Как пишет Quanta Magazine, физики нашли много примеров двух совершенно различных описаний одной и той же физической системы.
Итак, если физические ингредиенты это частицы и силы, то рецепты это математические формулы, кодирующие их взаимодействия. В таком случае, сам процесс приготовления пищи и есть процедура квантования, которая превращает уравнения в вероятности физических явлений. Вот почему квантовые физики задаются вопросом, как разные «рецепты приготовления» приводят к одинаковым результатам.
Еще больше увлекательных статей о том, как устроена наша
Вселенная, читайте на нашем
канале в Google News
Альберт Эйнштейн, как известно, считал, что, учитывая некоторые общие принципы, существует уникальный способ построить последовательную, функционирующую вселенную. С точки зрения Эйнштейна, если бы мы достаточно глубоко исследовали сущность физики, существовал бы один и только один способ, которым все компоненты материя, излучение, силы, пространство и время сочетались бы вместе, чтобы заставить реальность работать, подобно тому, как уникально сочетаются шестеренки, пружины, циферблаты и колесики механических часов.
Современная Стандартная модель физики элементарных частиц действительно представляет собой плотно сконструированный механизм, состоящий всего из нескольких компонентов. Однако вместо того, чтобы быть уникальной, Вселенная кажется одним из бесконечного множества возможных миров. Мы понятия не имеем, почему именно эта комбинация частиц и сил лежит в основе структуры природы.
Возможно, мы живем в Мультивселенной
Кроме того, стандартная модель содержит 19 констант природы такие числа, как масса и заряд электрона, которые должны быть измерены в экспериментах. Значения этих «свободных параметров», по-видимому, не имеют более глубокого смысла.
Если наш мир всего лишь один из многих, то как мы можем существовать одновременно с альтернативными вселенными? Нынешнюю точку зрения можно рассматривать как полярную противоположность эйнштейновской мечте об уникальном космосе. Современные физики охватывают огромное пространство возможностей и пытаются понять его всеобъемлющую логику и взаимосвязь. Из золотоискателей они превратились в географов и геологов, детально описывающих ландшафт и изучающих силы, которые его сформировали.
Вам будет интересно:
Почему физики считают, что мы живем в
Мультивселенной?
Теория струн стала переломным моментом для современной физики. На данный момент она является единственной теорией, ближе всех подобравшейся к той самой «теории всего» мечте Альберта Энйштена, способную описать все частицы и силы, включая гравитацию, а также подчиняясь строгим логическим правилам квантовой механики и теории относительности.
Хорошей новостью во всей этой истории является то, что у теории струн нет циферблата (как у механических часов). Не имеет смысла спрашивать, какая теория струн описывает нашу Вселенную, потому что существует только одна. Отсутствие каких-либо дополнительных признаков приводит ученых к выводу о том, что все числа в природе должны определяться самой физикой. Они не являются «константами природы», а лишь переменными, фиксируемыми уравнениями (возможно, неразрешимо сложными).
Однако важно понимать, что существует сложное, огромное количество решений теории струн. В физике это не является чем-то необычным. Мы традиционно различаем фундаментальные законы, заданные математическими уравнениями и решения этих уравнений. Как правило, существует всего несколько законов, но бесконечное число решений. Возьмем законы Ньютона. Они четки и элегантны, но описывают невероятно широкий спектр явлений, от падающего яблока до орбиты Луны.
Если вы знаете начальные условия конкретной системы, то
сила этих законов позволяет решать уравнения и предсказывать, что
произойдет дальше. Мы не ожидаем и не требуем априори уникального
решения, которое описывает все.
В теории струн некоторые особенности физики, которые мы обычно рассматриваем как законы природы такие как конкретные частицы и силы, на самом деле являются решениями. Они определяются формой и размером скрытых дополнительных измерений. Пространство всех этих решений часто называют «ландшафтом», но это преуменьшение. Даже самые впечатляющие горные пейзажи бледнеют в сравнении с необъятностью этого пространства.
Но как ученые изучают обширный ландшафт физических моделей Вселенной, которые легко могут иметь сотни измерений? Чтобы это понять, давайте представим себе ландшафт как в значительной степени неразвитую пустыню, большая часть которой скрыта под толстыми слоями неразрешимой сложности. Только на самых окраинах мы находим пригодные для жизни места. Здесь мы находим основные модели, которые полностью понимаем. Они не имеют большой ценности для описания реального мира, но служат удобной отправной точкой для изучения местных окрестностей.
Возможно, законов физики не существует
Хорошим примером может служить теория квантовой электродинамики (КТП), описывающая взаимодействие материи и света. Эта модель имеет единственный параметр, называемый константой тонкой структуры , которая измеряет силу силы между двумя электронами. В теории квантовой электродинамики все процессы можно рассматривать как возникающие из элементарных взаимодействий. Например, силу отталкивания между двумя электронами можно представить в виде обмена фотонами. КТП просит нас рассмотреть все возможные способы, которыми два электрона могли бы обмениваться фотоном, что на практике означало бы, что физики должны решить сложнейшую задачу, с бесконечным множеством решений.
Чтобы всегда быть в курсе последних новостой из мира науки
и высоких технологий, подписывайтесь на наш канал в
Telegram
Почему все это так волнительно для физики? Прежде всего, вывод о том, что многие, если не все, модели являются частью одного огромного взаимосвязанного пространства, является одним из самых удивительных результатов современной квантовой физики. Это изменение перспективы, достойное термина «сдвиг парадигмы». Он говорит нам, что вместо того, чтобы исследовать архипелаг из отдельных островов, мы обнаружили один огромный континент.
В некотором смысле, изучая одну модель достаточно глубоко, мы можем изучить их все. Мы можем исследовать, как эти модели связаны, освещая их общие структуры. Важно подчеркнуть, что это явление в значительной степени не зависит от того, описывает ли теория струн реальный мир или нет. Это неотъемлемое свойство квантовой физики, которое останется здесь, какой бы ни оказалась будущая теория всего.
Марсоход Perseverance.
Интересное время, в которое мы живем, становится еще интереснее. Примерно так можно сказать о том, что сейчас происходит в мире. Ракеты летят все выше, исследовательские аппараты улетают все дальше, а на Марс доставл
Перед вами подробная карта 25 000 черных дыр, которые, возможно, пожирают планеты и звезды пока вы читаете эти строки.
Теоретическая возможность существования черных дыр следует из решения в 1915 году Карлом Шварцшильдом некоторых
Ученые обнаружили у черных дыр «волосы»!
С того самого момента, как Альберт Эйнштейн обнаружил в своих уравнениях гравитационные волны, прошло 105 лет мгновение по меркам Вселенной, да и для человечества это не так много. Тем не менее за пр
Не только летучие мыши: исследователи говорят, что многие млекопитающие могут быть хозяевами неизвестных коронавирусов
Новая модель предполагает, что гораздо больше видов млекопитающих, чем считалось раньше, могут стать хозяевами новых коро
На фото голландец Вим Хоф, который не боится холода
Многие люди мерзнут даже при плюсовой температуре воздуха, в то время как другие не испытывают особого дискомфорта даже в холодные зимние вечера. По мнению шведских ученых, это связа
Ученые считают, что астероид Чиксулуб,
который уничтожил динозавров и превратил Землю в самый настоящий
ад, зародился на самом краю Солнечной системы.
Сегодня никто в научном сообществе не сомневается в том, что динозавры вымерли
Новая фотография Венеры, снятая космическим аппаратом Паркер
Венера это вторая по удаленности от Солнца планета. Своими размерами и массой она очень похожа на Землю, но очень медленно вращается по своей оси и год на ней длится 2
Некоторые ученые полагают, что существует связь между сознанием и квантовой физикой.
Никто не знает что такое сознание и как оно устроено. Безусловно, у ученых из разных областей науки есть самые разные предположения на этот счет, од
То, что на снимке есть резкие разрывы, это нормально. Ведь изображение склеено из множества разных кадров
Марсоход Perseverance в
Череп фараона Секененра Таа II
В 1881 году, на западном побережье реки Нил, была найдена мумия египетского фараона Секененра Таа II. Он сыграл в истории Египта очень большую роль, начав борьбу с завоевателями некогда принадлежавших
Прокрастинация в кровати присуща многим людям. Возможно, к этому склонны и вы
Перед тем как уснуть, большинство людей берет в руки телефон и листает ленту в социальных сетях. Сначала человек просто хочет проверить новые сообщен
Желтый пингвин, найденный в Южной Георгии
На острове Южная Георгия впервые в истории был обнаружен пингвин с желтыми перьями. Его заметил бельгийский фотограф Ив Адамс (Yves Adams), который прибыл на остров с целью запечатлеть на
Некоторые ученые полагают, что существует связь между сознанием и квантовой физикой.
Никто не знает что такое сознание и как оно устроено. Безусловно, у ученых из разных областей науки есть самые разные предположения на этот счет, од
Новый подход может выявить связь между гравитацией и квантовой механикой
Классические модели физики законы движения Ньютона и Общая теория относительности Эйнштейна предполагают, что такие свойства объекта как положение и движ
Ученые хотят доказать, что время движется в разных направлениях с помощью ядерного реактора.
Что такое время и может ли быть так, что все наши представления о нем ошибочны? Если попробовать разобраться, окажется, что человечество воспри
Теорий, гипотез, теорем и просто рассуждений очень много. Все их надо доказывать.
Все началось еще в конце XIX века, когда ученый из Франции, Анри Пуанкаре, изучал различные части систем, которые могут быть полностью проа
Кадр из сериала «Черное зеркало», эпизод Playtest.
В одной из серий мультсериала «Рик и Морти» один из главных героев, будучи похищенным инопланетянами, попадает в ультра-высокотехнологичную компьютерную симуляцию и не замечает этого, продолжа
Законы квантовой механики описывают поведение элементарных частиц.
2020 год запомнится миру не только как год, побивший все мыслимые и немыслимые температурные рекорды, но и как период человеческой истории, в ходе которого было дока
Ученые обнаружили у черных дыр «волосы»!
С того самого момента, как Альберт Эйнштейн обнаружил в своих уравнениях гравитационные волны, прошло 105 лет мгновение по меркам Вселенной, да и для человечества это не так много. Тем не менее за пр
Ученые почти уверены, что нашли портал в
пятое измерение.
Еще в 1920-х годах прошлого века, в попытках объединить силы гравитации и электромагнетизма, Теодор Калуца и Оскар Клейн предположили о существовании дополнительного изме
Кадр из сериала «Черное зеркало», эпизод Playtest.
В одной из серий мультсериала «Рик и Морти» один из главных героев, будучи похищенным инопланетянами, попадает в ультра-высокотехнологичную компьютерную симуляцию и не замечает этого, продолжа
Законы квантовой механики описывают поведение элементарных частиц.
2020 год запомнится миру не только как год, побивший все мыслимые и немыслимые температурные рекорды, но и как период человеческой истории, в ходе которого было дока
Законы квантовой механики описывают поведение элементарных частиц.
2020 год запомнится миру не только как год, побивший все мыслимые и немыслимые температурные рекорды, но и как период человеческой истории, в ходе которого было дока
Новое исследование американских физиков-теоретиков может перевернуть все, что мы знаем о Вселенной.
Вселенная состоит из скоплений миллиардов галактик, соединенных между собой в единую сеть космическую паутину. Но как она устроена на
Перед вами подробная карта 25 000 черных дыр, которые, возможно, пожирают планеты и звезды пока вы читаете эти строки.
Теоретическая возможность существования черных дыр следует из решения в 1915 году Карлом Шварцшильдом некоторых
Некоторые ученые полагают, что существует связь между сознанием и квантовой физикой.
Никто не знает что такое сознание и как оно устроено. Безусловно, у ученых из разных областей науки есть самые разные предположения на этот счет, од
Новый подход может выявить связь между гравитацией и квантовой механикой
Классические модели физики законы движения Ньютона и Общая теория относительности Эйнштейна предполагают, что такие свойства объекта как положение и движ
Люди обычно коллекционировали бабочек из-за их красоты. Но также они вносили большой вклад в науку
В XX веке многие люди в свободное время занимались коллекционированием редких вещей. Кому-то нравились почтовые марки, а кто-то
Задумывались ли вы о том, сколько весят города? Посчитать примерную массу вполне возможно
По данным научного издания Our World in Data, города занимают всего лишь 1% из всей площади нашей планеты. Остальные места заняты сельскохозяй
Вероятно, в скором будущем ИИ сможет научиться манипулировать человеческим поведением
В 2015 году ряд известных ученых, предпринимателей и инвесторов, чья деятельность непосредственно связана с искусственным интеллектом (ИИ), подписал