Hranice fyziky a fyzikálneho experimentu

Pred sto rokmi bola situácia vo fyzike presne opačná ako dnes. V rukách vedcov boli výsledky mnohokrát opakovaných overených experimentov, ktoré sa však často nedali vysvetliť pomocou existujúcich fyzikálnych teórií. Skúsenosti jednoznačne predbehli teóriu. Teoretici sa museli pustiť do práce.

V súčasnosti sa rovnováha prikláňa k teoretikom, ktorých modely sú veľmi odlišné od toho, čo možno vidieť z možných experimentov, ako je teória strún. A zdá sa, že vo fyzike je stále viac nevyriešených problémov (1).

1. Najdôležitejšie moderné trendy a problémy vo fyzike - vizualizácia

Slávny poľský fyzik prof. Andrzej Staruszkiewicz počas diskusie „Limity vedomostí vo fyzike“ v júni 2010 na Akadémii Ignatianum v Krakove povedal: „Oblasť vedomostí sa za posledné storočie enormne rozrástla, ale oblasť nevedomosti sa rozrástla ešte viac. (...) Objav všeobecnej teórie relativity a kvantovej mechaniky sú monumentálnymi výdobytkami ľudského myslenia, porovnateľnými s tými Newtonovými, ale vedú k otázke vzťahu medzi týmito dvoma štruktúrami, k otázke, ktorej rozsah zložitosti je jednoducho šokujúci. V tejto situácii prirodzene vyvstávajú otázky: môžeme to urobiť? Bude naše odhodlanie a vôľa dostať sa na dno pravdy úmerné ťažkostiam, ktorým čelíme?

Experimentálny pat

Vo svete fyziky je už niekoľko mesiacov rušnejšie ako obvykle a viac kontroverzií. V časopise Nature publikovali George Ellis a Joseph Silk článok na obranu integrity fyziky, v ktorom kritizovali tých, ktorí sú čoraz viac pripravení odkladať experimenty na testovanie najnovších kozmologických teórií na neurčitý „zajtra“. Mali by sa vyznačovať „dostatočnou eleganciou“ a výpovednou hodnotou. "Toto prerušuje stáročnú vedeckú tradíciu, že vedecké poznatky sú empiricky dokázané poznatky," hromžia vedci. Fakty jasne ukazujú „experimentálnu slepú uličku“ modernej fyziky.

Najnovšie teórie o povahe a štruktúre sveta a vesmíru sa spravidla nedajú overiť experimentmi, ktoré má ľudstvo k dispozícii.

Objavením Higgsovho bozónu vedci „dokončili“ Štandardný model. Svet fyziky však nie je ani zďaleka spokojný. Vieme o všetkých kvarkoch a leptónoch, ale netušíme, ako to zosúladiť s Einsteinovou teóriou gravitácie. Nevieme, ako spojiť kvantovú mechaniku s gravitáciou, aby sme vytvorili hypotetickú teóriu kvantovej gravitácie. Tiež nevieme, čo je Veľký tresk (alebo či sa skutočne stal!) (2).

V súčasnosti, nazvime to klasickí fyzici, je ďalším krokom po Štandardnom modeli supersymetria, ktorá predpovedá, že každá nám známa elementárna častica má „partnera“.

Tým sa zdvojnásobí celkový počet stavebných blokov hmoty, ale teória dokonale zapadá do matematických rovníc a čo je dôležité, ponúka šancu odhaliť záhadu kozmickej temnej hmoty. Ostáva už len čakať na výsledky experimentov na Veľkom hadrónovom urýchľovači, ktoré potvrdia existenciu supersymetrických častíc.

Zo Ženevy však zatiaľ žiadne takéto objavy nezazneli. Samozrejme, toto je len začiatok novej verzie LHC s dvojnásobnou nárazovou energiou (po nedávnej oprave a modernizácii). O pár mesiacov možno budú strieľať zátky zo šampanského na oslavu supersymetrie. Ak by sa to však nestalo, mnohí fyzici sa domnievajú, že by sa museli postupne stiahnuť supersymetrické teórie, ako aj superstruna, ktorá je založená na supersymetrii. Pretože ak Veľký urýchľovač tieto teórie nepotvrdí, čo potom?

Existujú však vedci, ktorí si to nemyslia. Pretože teória supersymetrie je príliš „krásna na to, aby sa mýlila“.

Preto majú v úmysle prehodnotiť svoje rovnice, aby dokázali, že hmotnosti supersymetrických častíc sú jednoducho mimo dosahu LHC. Teoretici majú veľkú pravdu. Ich modely sú dobré vo vysvetľovaní javov, ktoré sa dajú experimentálne zmerať a overiť. Možno sa teda pýtať, prečo by sme mali vylúčiť rozvoj tých teórií, ktoré (zatiaľ) nemôžeme empiricky poznať. Je to rozumný a vedecký prístup?

vesmír z ničoho

Prírodné vedy, najmä fyzika, vychádzajú z naturalizmu, teda z presvedčenia, že všetko vieme vysvetliť pomocou prírodných síl. Úloha vedy sa redukuje na uvažovanie o súvislostiach medzi rôznymi veličinami, ktoré opisujú javy alebo niektoré štruktúry, ktoré existujú v prírode. Fyzika sa nezaoberá problémami, ktoré sa nedajú matematicky opísať, ktoré sa nedajú zopakovať. To je okrem iného aj dôvod jeho úspechu. Matematický popis používaný na modelovanie prírodných javov sa ukázal ako mimoriadne účinný. Úspechy prírodných vied vyústili do ich filozofických zovšeobecnení. Vznikli smery ako mechanistická filozofia alebo vedecký materializmus, ktoré preniesli výsledky prírodných vied, získané pred koncom XNUMX storočia, do oblasti filozofie.

Zdalo sa, že môžeme poznať celý svet, že v prírode existuje úplný determinizmus, pretože vieme určiť, ako sa budú planéty pohybovať za milióny rokov, alebo ako sa pohybovali pred miliónmi rokov. Tieto úspechy vyvolali pýchu, ktorá absolutizovala ľudskú myseľ. Metodologický naturalizmus v rozhodujúcej miere stimuluje rozvoj prírodných vied aj dnes. Existujú však určité hraničné body, ktoré sa zdajú byť znakom obmedzení naturalistickej metodológie.

Ak je vesmír objemovo obmedzený a vznikol „z ničoho“ (3), bez porušenia zákonov zachovania energie, napríklad ako kolísanie, potom by v ňom nemali nastať žiadne zmeny. Medzitým ich sledujeme. Pri pokuse vyriešiť tento problém na základe kvantovej fyziky prichádzame k záveru, že iba vedomý pozorovateľ aktualizuje možnosť existencie takéhoto sveta. Preto sa čudujeme, prečo práve ten, v ktorom žijeme, bol vytvorený z mnohých rôznych vesmírov. Dospeli sme teda k záveru, že až keď sa na Zemi objavil človek, svet sa – ako pozorujeme – skutočne „stal“ ...

Ako merania ovplyvňujú udalosti, ktoré sa stali pred miliardou rokov?

4. Wheelerov experiment - vizualizácia

Jeden z moderných fyzikov, John Archibald Wheeler, navrhol vesmírnu verziu slávneho experimentu s dvojitou štrbinou. V jeho mentálnom dizajne svetlo z kvazaru, ktorý je od nás vzdialený miliardu svetelných rokov, cestuje pozdĺž dvoch protiľahlých strán galaxie (4). Ak pozorovatelia pozorujú každú z týchto ciest oddelene, uvidia fotóny. Ak obaja naraz, uvidia vlnu. Takže samotný akt pozorovania mení povahu svetla, ktoré opustilo kvazar pred miliardou rokov!

Pre Wheelera vyššie uvedené dokazuje, že vesmír nemôže existovať vo fyzikálnom zmysle, aspoň v zmysle, v ktorom sme zvyknutí chápať „fyzikálny stav“. Ani v minulosti sa to nemohlo stať, kým... sme neurobili meranie. Naša súčasná dimenzia teda ovplyvňuje minulosť. Našimi pozorovaniami, detekciami a meraniami formujeme udalosti minulosti, hlboko v čase, až po ... počiatok vesmíru!

Neil Turk z Perimeter Institute vo Waterloo v Kanade povedal v júlovom vydaní New Scientist, že „nemôžeme pochopiť, čo nachádzame. Teória sa stáva čoraz zložitejšou a sofistikovanejšou. Vrhneme sa do problému s po sebe nasledujúcimi poliami, rozmermi a symetriami, dokonca aj pomocou francúzskeho kľúča, ale nevieme vysvetliť tie najjednoduchšie fakty.“ Mnohým fyzikom očividne vadí, že mentálne cesty moderných teoretikov, ako sú vyššie uvedené úvahy alebo teória superstrun, nemajú nič spoločné s experimentmi, ktoré sa v súčasnosti vykonávajú v laboratóriách, a neexistuje spôsob, ako ich experimentálne otestovať.

V kvantovom svete sa musíte pozerať širšie

Ako raz povedal nositeľ Nobelovej ceny Richard Feynman, kvantovému svetu v skutočnosti nikto nerozumie. Na rozdiel od starého dobrého newtonovského sveta, v ktorom sa interakcie dvoch telies s určitými hmotnosťami počítajú pomocou rovníc, v kvantovej mechanike máme rovnice, z ktorých až tak nevyplývajú, ale sú výsledkom zvláštneho správania pozorovaného pri experimentoch. Objekty kvantovej fyziky nemusia byť spojené s ničím „fyzikálnym“ a ich správanie je doménou abstraktného viacrozmerného priestoru nazývaného Hilbertov priestor.

Existujú zmeny opísané Schrödingerovou rovnicou, ale prečo presne, nie je známe. Dá sa to zmeniť? Je vôbec možné odvodiť kvantové zákony z princípov fyziky, keďže z Newtonových princípov boli odvodené desiatky zákonov a princípov, napríklad týkajúcich sa pohybu telies vo vesmíre? Vedci z Univerzity v Pavii v Taliansku Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella a Paolo Perinotti tvrdia, že aj kvantové javy, ktoré sú zjavne v rozpore so zdravým rozumom, možno odhaliť merateľnými experimentmi. Všetko, čo potrebujete, je správny pohľad - Možno je nepochopenie kvantových efektov spôsobené nedostatočne širokým pohľadom na ne. Podľa spomínaných vedcov v New Scientist musia zmysluplné a merateľné experimenty v kvantovej mechanike spĺňať niekoľko podmienok. Toto je:

• kauzalita - budúce udalosti nemôžu ovplyvniť minulé udalosti;
• rozlíšiteľnosť - uvádza, že musíme byť schopní oddeliť sa od seba ako oddelení;
• композиция - ak poznáme všetky fázy procesu, poznáme celý proces;
• kompresia – existujú spôsoby prenosu dôležitých informácií o čipe bez toho, aby ste museli preniesť celý čip;
• tomografia – ak máme systém zložený z mnohých častí, štatistika meraní po častiach postačuje na odhalenie stavu celého systému.

Taliani chcú rozšíriť svoje princípy čistenia, širšej perspektívy a zmysluplných experimentov aj o nezvratnosť termodynamických javov a princíp rastu entropie, ktoré fyzikom nerobia dojem. Možno aj tu sú pozorovania a merania ovplyvnené artefaktmi perspektívy, ktorá je príliš úzka na pochopenie celého systému. „Základnou pravdou kvantovej teórie je, že hlučné, nezvratné zmeny môžu byť reverzibilné pridaním nového rozloženia k popisu,“ hovorí taliansky vedec Giulio Ciribella v rozhovore pre New Scientist.

Bohužiaľ, skeptici hovoria, že „čistenie“ experimentov a širšia perspektíva merania by mohli viesť k hypotéze mnohých svetov, v ktorej je možný akýkoľvek výsledok a v ktorej vedci, mysliac si, že merajú správny priebeh udalostí, jednoducho „vyberú“ určité kontinuum ich meraním.

5. Ručičky času v podobe hodinových ručičiek

Nie je čas?

Koncept takzvaných šípov času (5) zaviedol v roku 1927 britský astrofyzik Arthur Eddington. Táto šípka označuje čas, ktorý plynie vždy jedným smerom, teda z minulosti do budúcnosti a tento proces sa nedá vrátiť späť. Stephen Hawking vo svojej Stručnej histórii času napísal, že porucha sa zvyšuje s časom, pretože meriame čas v smere, v ktorom sa porucha zvyšuje. To by znamenalo, že máme na výber – môžeme napríklad najprv pozorovať kúsky rozbitého skla rozhádzané po podlahe, potom moment, keď sklo spadne na podlahu, potom sklo vo vzduchu a nakoniec v ruke osoba, ktorá ho drží. Neexistuje žiadne vedecké pravidlo, že „psychologická šípka času“ musí ísť rovnakým smerom ako termodynamická šípka a entropia systému sa zvyšuje. Mnohí vedci sa však domnievajú, že je to tak preto, lebo v ľudskom mozgu dochádza k energetickým zmenám, podobným tým, ktoré pozorujeme v prírode. Mozog má energiu konať, pozorovať a uvažovať, pretože ľudský „motor“ spaľuje palivo-potravu a podobne ako v spaľovacom motore je tento proces nezvratný.

Existujú však prípady, keď pri zachovaní rovnakého smeru psychologickej šípky času sa entropia v rôznych systémoch zvyšuje aj znižuje. Napríklad pri ukladaní dát do pamäte počítača. Pamäťové moduly v zariadení prechádzajú z neusporiadaného stavu do poradia zápisu na disk. Tým sa zníži entropia v počítači. Každý fyzik však povie, že z pohľadu vesmíru ako celku - rastie, pretože na zápis na disk je potrebná energia a táto energia sa rozptýli vo forme tepla generovaného strojom. Existuje teda malý „psychologický“ odpor voči zavedeným fyzikálnym zákonom. Ťažko uvážime, že to, čo vychádza hlukom z ventilátora, je dôležitejšie ako záznam diela alebo inej hodnoty do pamäte. Čo ak niekto napíše na PC argument, ktorý prevráti modernú fyziku, teóriu jednotnej sily alebo teóriu všetkého? Ťažko by sme prijali myšlienku, že napriek tomu sa všeobecný neporiadok vo vesmíre zvýšil.

Ešte v roku 1967 sa objavila Wheeler-DeWittova rovnica, z ktorej vyplývalo, že čas ako taký neexistuje. Bol to pokus o matematické spojenie myšlienok kvantovej mechaniky a všeobecnej teórie relativity, krok k teórii kvantovej gravitácie, t.j. Teória všetkého, po ktorej túžia všetci vedci. Až v roku 1983 fyzici Don Page a William Wutters ponúkli vysvetlenie, že problém s časom možno obísť pomocou konceptu kvantového zapletenia. Podľa ich koncepcie možno merať len vlastnosti už definovaného systému. Z matematického hľadiska tento návrh znamenal, že hodiny nefungujú izolovane od systému a spúšťajú sa až vtedy, keď sú zapletené do určitého vesmíru. Ak by sa však na nás niekto pozrel z iného vesmíru, videl by nás ako statické objekty a už len ich príchod k nám by spôsobil kvantové zapletenie a doslova by nám dal pocítiť plynutie času.

Táto hypotéza tvorila základ práce vedcov z výskumného ústavu v talianskom Turíne. Fyzik Marco Genovese sa rozhodol postaviť model, ktorý zohľadňuje špecifiká kvantového zapletenia. Bolo možné znovu vytvoriť fyzický efekt, ktorý naznačuje správnosť tohto uvažovania. Bol vytvorený model vesmíru pozostávajúci z dvoch fotónov.

Jeden pár bol orientovaný - vertikálne polarizovaný a druhý horizontálne. Ich kvantový stav, a teda aj polarizáciu, potom zisťuje séria detektorov. Ukazuje sa, že kým sa nedosiahne pozorovanie, ktoré v konečnom dôsledku určuje referenčný rámec, fotóny sú v klasickej kvantovej superpozícii, t.j. boli orientované vertikálne aj horizontálne. To znamená, že pozorovateľ čítajúci hodiny určuje kvantové zapletenie, ktoré ovplyvňuje vesmír, ktorého sa stáva súčasťou. Takýto pozorovateľ je potom schopný vnímať polarizáciu po sebe nasledujúcich fotónov na základe kvantovej pravdepodobnosti.

Tento koncept je veľmi lákavý, pretože vysvetľuje mnohé problémy, no prirodzene vedie k potrebe „super-pozorovateľa“, ktorý by bol nad všetky determinizmy a všetko by ako celok kontroloval.

6. Multivesmír – Vizualizácia

To, čo pozorujeme a čo subjektívne vnímame ako „čas“, je v skutočnosti produktom merateľných globálnych zmien vo svete okolo nás. Keď sa ponoríme hlbšie do sveta atómov, protónov a fotónov, uvedomíme si, že pojem času sa stáva čoraz menej dôležitým. Podľa vedcov hodiny, ktoré nás sprevádzajú každý deň, z fyzikálneho hľadiska nemerajú jeho prechod, ale pomáhajú nám organizovať si život. Pre tých, ktorí sú zvyknutí na newtonovské koncepty univerzálneho a všezahŕňajúceho času, sú tieto koncepty šokujúce. Ale nielen vedeckí tradicionalisti ich neprijímajú. Významný teoretický fyzik Lee Smolin, ktorého sme už predtým spomínali ako jedného z možných víťazov tohtoročnej Nobelovej ceny, verí, že čas existuje a je celkom reálny. Raz – ako mnohí fyzici – tvrdil, že čas je subjektívna ilúzia.

Teraz vo svojej knihe Reborn Time zastáva úplne iný pohľad na fyziku a kritizuje populárnu teóriu strún vo vedeckej komunite. Podľa neho multivesmír neexistuje (6), pretože žijeme v rovnakom vesmíre a v rovnakom čase. Verí, že čas je nanajvýš dôležitý a že naša skúsenosť s realitou prítomného okamihu nie je ilúziou, ale kľúčom k pochopeniu základnej podstaty reality.

Entropia nula

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) a Andreas Winter opísali svoje zistenia v roku 2009 v časopise Physical Review E, ktorý ukázal, že objekty dosiahnu rovnováhu, teda stav rovnomerného rozloženia energie, keď vstúpia do stavov kvantového zapletenia so svojimi okolia. V roku 2012 Tony Short dokázal, že zapletenie spôsobuje konečnú časovú vyrovnanosť. Keď objekt interaguje s prostredím, napríklad keď sa častice v šálke kávy zrazia so vzduchom, informácie o ich vlastnostiach „uniknú“ von a stanú sa „rozmazanými“ v celom prostredí. Strata informácií spôsobuje stagnáciu stavu kávy, aj keď sa stav čistoty celej miestnosti neustále mení. Podľa Popescu sa jej stav časom prestáva meniť.

7. Noah Linden, Sandu Popescu a Tony Short

Keď sa zmení stav čistoty v miestnosti, káva sa môže náhle prestať miešať so vzduchom a dostať sa do vlastného čistého stavu. Existuje však oveľa viac stavov zmiešaných s prostredím ako čistých stavov dostupných pre kávu, a preto sa takmer nikdy nevyskytujú. Táto štatistická nepravdepodobnosť vyvoláva dojem, že šípka času je nezvratná. Problém šípky času je rozmazaný kvantovou mechanikou, čo sťažuje určenie prírody.

Elementárna častica nemá presné fyzikálne vlastnosti a je určená len pravdepodobnosťou, že bude v rôznych stavoch. Napríklad v akomkoľvek danom čase môže mať častica 50-percentnú šancu, že sa otočí v smere hodinových ručičiek a 50-percentnú šancu, že sa otočí v opačnom smere. Veta, posilnená skúsenosťami fyzika Johna Bella, tvrdí, že skutočný stav častice neexistuje a že sa musia riadiť pravdepodobnosťou.

Potom kvantová neistota vedie k zmätku. Keď dve častice interagujú, nemožno ich definovať ani samostatne, nezávisle od seba sa vyvíjajú pravdepodobnosti známe ako čistý stav. Namiesto toho sa stávajú zapletenými komponentmi zložitejšieho rozdelenia pravdepodobnosti, ktoré obe častice opisujú spoločne. Toto rozloženie môže rozhodnúť napríklad o tom, či sa častice budú otáčať opačným smerom. Systém ako celok je v čistom stave, ale stav jednotlivých častíc je spojený s inou časticou.

Obidve sa teda môžu pohybovať mnoho svetelných rokov od seba a rotácia každého zostane korelovaná s druhým.

Nová teória šípu času to opisuje ako stratu informácií v dôsledku kvantového zapletenia, ktoré vyvedie šálku kávy do rovnováhy s okolitou miestnosťou. Nakoniec sa miestnosť dostane do rovnováhy so svojím prostredím a tá sa zase pomaly približuje k rovnováhe so zvyškom vesmíru. Starí vedci, ktorí študovali termodynamiku, považovali tento proces za postupné vytrácanie energie, zvyšujúce entropiu vesmíru.

Fyzici dnes veria, že informácie sú čoraz viac rozptýlené, ale nikdy úplne nezmiznú. Hoci entropia rastie lokálne, veria, že celková entropia vesmíru zostáva konštantná na nule. Jeden aspekt šípu času však zostáva nevyriešený. Vedci tvrdia, že schopnosť človeka pamätať si minulosť, ale nie budúcnosť, možno chápať aj ako vytváranie vzťahov medzi interagujúcimi časticami. Keď čítame správu na kúsku papiera, mozog s ňou komunikuje prostredníctvom fotónov dosahujúcich oči.

Až odteraz si môžeme spomenúť, čo nám toto posolstvo hovorí. Popescu verí, že nová teória nevysvetľuje, prečo bol počiatočný stav vesmíru ďaleko od rovnováhy, a dodáva, že by sa mala vysvetliť povaha Veľkého tresku. Niektorí vedci vyjadrili pochybnosti o tomto novom prístupe, ale vývoj tohto konceptu a nový matematický formalizmus teraz pomáha riešiť teoretické problémy termodynamiky.

Siahnite po zrnkách časopriestoru

Zdá sa, že fyzika čiernych dier naznačuje, ako naznačujú niektoré matematické modely, že náš vesmír vôbec nie je trojrozmerný. Napriek tomu, čo nám hovoria naše zmysly, realita okolo nás môže byť hologram – projekcia vzdialenej roviny, ktorá je v skutočnosti dvojrozmerná. Ak je tento obraz vesmíru správny, ilúzia trojrozmernej povahy časopriestoru sa môže rozptýliť hneď, ako sa výskumné nástroje, ktoré máme k dispozícii, stanú primerane citlivými. Craig Hogan, profesor fyziky na Fermilabe, ktorý roky študoval základnú štruktúru vesmíru, naznačuje, že táto úroveň bola práve dosiahnutá.

8. Detektor gravitačných vĺn GEO600

Ak je vesmír hologramom, možno sme práve dosiahli hranice rozlíšenia reality. Niektorí fyzici presadzujú zaujímavú hypotézu, že časopriestor, v ktorom žijeme, nie je v konečnom dôsledku súvislý, ale podobne ako digitálna fotografia je na svojej najzákladnejšej úrovni tvorený určitými „zrnkami“ alebo „pixelmi“. Ak áno, naša realita musí mať nejaké konečné „rozuzlenie“. Takto niektorí výskumníci interpretovali „šum“, ktorý sa objavil vo výsledkoch detektora gravitačných vĺn GEO600 (8).

Na otestovanie tejto mimoriadnej hypotézy Craig Hogan, fyzik gravitačných vĺn, so svojím tímom vyvinul najpresnejší interferometer na svete, nazývaný Hoganov holometer, ktorý je navrhnutý na meranie najzákladnejšej podstaty časopriestoru tým najpresnejším spôsobom. Experiment s kódovým označením Fermilab E-990 nie je jedným z mnohých iných. Tento má za cieľ demonštrovať kvantovú povahu samotného priestoru a prítomnosť toho, čo vedci nazývajú „holografický šum“.

Holometer pozostáva z dvoch interferometrov umiestnených vedľa seba. Nasmerujú jeden kilowatt laserové lúče na zariadenie, ktoré ich rozdelí na dva kolmé lúče dlhé 40 metrov, ktoré sa odrážajú a vracajú do bodu rozdelenia, čím vytvárajú kolísanie jasu svetelných lúčov (9). Ak spôsobia určitý pohyb v deliacom zariadení, potom to bude dôkazom vibrácií samotného priestoru.

9. Grafické znázornenie holografického experimentu

Najväčšou výzvou Hoganovho tímu je dokázať, že účinky, ktoré objavili, nie sú len poruchy spôsobené faktormi mimo experimentálneho nastavenia, ale sú výsledkom časopriestorových vibrácií. Preto budú zrkadlá použité v interferometri synchronizované s frekvenciami všetkých najmenších šumov prichádzajúcich zvonku zariadenia a zachytených špeciálnymi senzormi.

Antropický vesmír

Aby v ňom mohol existovať svet a človek, musia mať fyzikálne zákony veľmi špecifickú podobu a fyzikálne konštanty musia mať presne zvolené hodnoty... a také sú! prečo?

Začnime tým, že vo Vesmíre existujú štyri typy interakcií: gravitačné (pád, planéty, galaxie), elektromagnetické (atómy, častice, trenie, elasticita, svetlo), slabé jadrové (zdroj hviezdnej energie) a silné jadrové ( viaže protóny a neutróny do atómových jadier). Gravitácia je 1039-krát slabšia ako elektromagnetizmus. Ak by bola o niečo slabšia, hviezdy by boli ľahšie ako Slnko, supernovy by nevybuchovali, nevznikali by ťažké prvky. Ak by bola čo i len trochu silnejšia, tvory väčšie ako baktérie by boli rozdrvené a hviezdy by sa často zrážali, ničili by planéty a príliš rýchlo sa spálili.

Hustota vesmíru je blízka kritickej hustote, to znamená, pod ktorou by sa hmota rýchlo rozptýlila bez vzniku galaxií alebo hviezd a nad ktorou by vesmír žil príliš dlho. Pre výskyt takýchto podmienok by presnosť zhody parametrov Veľkého tresku mala byť v rozmedzí ±10-60. Počiatočné nehomogenity mladého Vesmíru boli na stupnici 10-5. Keby boli menšie, nevznikli by galaxie. Ak by boli väčšie, namiesto galaxií by vznikli obrovské čierne diery.

Symetria častíc a antičastíc vo vesmíre je narušená. A na každý baryón (protón, neutrón) pripadá 109 fotónov. Ak by ich bolo viac, nemohli by vzniknúť galaxie. Keby ich bolo menej, neboli by hviezdy. Taktiež počet dimenzií, v ktorých žijeme, sa zdá byť „správny“. Zložité štruktúry nemôžu vzniknúť v dvoch dimenziách. S viac ako štyrmi (tri dimenzie plus čas) sa existencia stabilných dráh planét a energetických hladín elektrónov v atómoch stáva problematickou.

10. Človek ako stred vesmíru

Koncept antropického princípu predstavil Brandon Carter v roku 1973 na konferencii v Krakove venovanej 500. výročiu narodenia Koperníka. Vo všeobecnosti sa to dá formulovať tak, že pozorovateľný Vesmír musí spĺňať podmienky, ktoré spĺňa, aby mohol byť nami pozorovaný. Doteraz existujú rôzne verzie. Slabý antropický princíp hovorí, že môžeme existovať len vo vesmíre, ktorý našu existenciu umožňuje. Ak by boli hodnoty konštánt iné, nikdy by sme to nevideli, pretože by sme tam neboli. Silný antropický princíp (zámerné vysvetlenie) hovorí, že vesmír je taký, že môžeme existovať (10).

Z pohľadu kvantovej fyziky mohol bezdôvodne vzniknúť ľubovoľný počet vesmírov. Skončili sme v špecifickom vesmíre, ktorý musel spĺňať množstvo jemných podmienok, aby v ňom človek žil. Potom hovoríme o antropickom svete. Veriacemu človeku stačí napríklad jeden antropický vesmír stvorený Bohom. Materialistický svetonázor to neakceptuje a predpokladá, že existuje veľa vesmírov alebo že súčasný vesmír je iba štádiom nekonečného vývoja multivesmíru.

Autorom modernej verzie hypotézy vesmíru ako simulácie je teoretik Niklas Boström. Realita, ktorú vnímame, je podľa neho len simulácia, ktorú si neuvedomujeme. Vedec naznačil, že ak je možné vytvoriť spoľahlivú simuláciu celej civilizácie alebo dokonca celého vesmíru pomocou dostatočne výkonného počítača a simulovaní ľudia môžu zažiť vedomie, potom je veľmi pravdepodobné, že pokročilé civilizácie vytvorili len veľké množstvo takýchto simulácií a v jednej z nich žijeme v niečom podobnom Matrixu (11).

Tu sa hovorilo o slovách „Boh“ a „Matrix“. Tu sa dostávame na hranicu rozprávania o vede. Mnohí vrátane vedcov sa domnievajú, že práve pre bezradnosť experimentálnej fyziky sa veda začína dostávať do oblastí, ktoré sú v rozpore s realizmom, zaváňajú metafyzikou a sci-fi. Ostáva dúfať, že fyzika prekoná svoju empirickú krízu a opäť nájde spôsob, ako sa radovať ako experimentálne overiteľná veda.