Výzkum

Odpovědi na největší výzvy vědy: jak daleko jsme pryč?

O povaze samotného vesmíru není mnoho známo. Je to zvědavost vlastní lidem, která vede k hledání odpovědí na tyto otázky a posouvá vědu vpřed. Už jsme nahromadili neuvěřitelné množství znalostí a úspěch našich dvou hlavních teorií - teorie kvantového pole, popisující standardní model a obecnou relativitu, popisující gravitaci - ukazuje, jak daleko jsme přišli k pochopení samotné skutečnosti.

Mnozí lidé jsou pesimističtí o našemSoučasné pokusy a plány do budoucna rozdělují velké kosmické záhady, které nás dnes přivádějí do slepé uličky. Naše nejlepší hypotézy pro novou fyziku, včetně supersymetrie, extra dimenzí, techniky, teorie strun a dalších, nebyly dosud schopny získat žádné experimentální potvrzení. To však neznamená, že fyzika je v krizi. To znamená, že všechno je přesně takové, jaké by mělo být: fyzika říká pravdu o vesmíru. Naše další kroky nám ukážou, jak dobře jsme poslouchali.

Největší tajemství vesmíru

Před sto lety, největší otázky, které bychom mohli klást, zahrnovaly nesmírně důležité existenciální hádanky, jako například:

  • Jaké jsou nejmenší složky hmoty?
  • Jsou naše teorie sil přírody opravdu zásadní, nebo potřebujeme hlubší porozumění?
  • Jak velký je vesmír?
  • Byl náš vesmír vždy existoval nebo se objevil v určitém okamžiku v minulosti?
  • Jak září hvězdy?

V té době, tyto hádanky zabíraly mysli největšílidí Mnozí si ani nemysleli, že by mohli být zodpovězeni. Zejména požadovali investici tak zdánlivě enormních zdrojů, že bylo navrženo jednoduše být spokojeni s tím, co jsme tehdy věděli, a využít tyto znalosti k rozvoji společnosti.

Samozřejmě, že jsme to neudělali. Investice do společnosti jsou nesmírně důležité, ale je také důležité rozšířit hranice známých. Díky novým objevům a výzkumným metodám jsme získali následující odpovědi:

  • Atomy jsou složeny z subatomic částeček, mnoho ze kterého být rozdělen do ještě menších složek; nyní známe celý standardní model.
  • Naše klasické teorie byly nahrazeny kvantovými, které spojovaly čtyři základní síly: silnou jadernou, elektromagnetickou, slabou jadernou a gravitační interakci.
  • Pozorovaný vesmír se rozkládá na 46,1 miliardy světelných let ve všech směrech; pozorovatelný vesmír může být mnohem větší, nebo nekonečný.
  • Trvalo 13,8 miliardy let po události, známé jako Velký třesk, který dal život známému vesmíru. Předcházela mu inflační epocha s neurčitou dobou trvání.
  • Hvězdy září díky fyzice jaderné fúze, přeměňují hmotu na energii pomocí Einsteinova vzorce E = mc2.

A přece jen prohloubila vědecká tajemství,kdo nás obklopuje. Jsme si vědomi toho, že ve vesmíru by mělo být spousta dalších věcí, které jsou nám dosud neznámé a které mají vše, co víme o základních částicích. Nemůžeme vysvětlit zjevnou přítomnost temné hmoty, nerozumíme temné energii a nevíme, proč se vesmír tímto způsobem rozšiřuje a ne jinak.

Nevíme, proč takové částice majíhmotnost, která má; proč je vesmír přemožen hmotou a ne antihmotou; proč mají neutrina hmotnost. Nevíme, zda je proton stabilní, ať už se někdy rozpadne a zda gravitace je kvantová síla přírody. A i když víme, že velkému třesku předcházela inflace, nevíme, zda to byl začátek samotné inflace nebo zda to bylo věčné.

Mohou lidé vyřešit tyto hádanky? Mohou experimenty, které můžeme provádět pomocí současných nebo budoucích technologií, osvětlit tyto základní hádanky?

Odpověď na první otázku je možná; nevímeco příroda drží tajemství, dokud neuvidíme. Odpověď na druhou otázku je rozhodně „ano“. I když je každá teorie, o které jsme se již zmiňovali, o tom, co je za hranicemi známého - standardního modelu a GTR - 100% špatná, existuje obrovské množství informací, které lze získat provedením experimentů, které plánujeme spustit v příštím roce. generace Nepostavení všech těchto instalací by bylo velkou pošetilostí, i kdyby potvrdily děsivý scénář, že fyzika částic se bojí mnoha let.

Když uslyšíte o urychlovači částic,pravděpodobně si představte všechny tyto nové objevy, které nás čekají při vyšších energiích. Slib nových částic, nových sil, nových interakcí, nebo dokonce zcela nových sektorů fyziky je to, co teoretici rádi ponořili, i když experiment po experimentu a tyto sliby nesplňují.

Existuje k tomu dobrý důvod: Většina myšlenek, které lze ve fyzice vymyslet, již byla buď vyloučena, nebo silně omezena na data, která již máme. Pokud chcete otevřít novou částici, pole, interakci nebo jev, neměli byste postulovat něco, co je neslučitelné s tím, co již víme. Samozřejmě bychom mohli učinit předpoklady, které by se později ukázaly jako nesprávné, ale samotná data by měla být v souladu s jakoukoli novou teorií.

To je důvod, proč největší úsilí ve fyzice nenínové teorie nebo nové myšlenky a experimenty, které nám umožní opustit hranice toho, co jsme již prozkoumali. Detekce Higgsova bosonu může samozřejmě vést k humbuku, ale jak silně je Higgs spojen se Z-bosonem? Jaká jsou všechna spojení mezi těmito dvěma částicemi a ostatními ve standardním modelu? Jak snadné je vytvořit je? A po stvoření budou existovat vzájemné rozpady, které se budou lišit od rozpadu standardního Higgsova plus standardního Z-bosonu?

Tam je technika, která může být zvyklá navyšetřovat toto: vytvořit elektron-positron kolize s přesnou Higgs a Z-boson hmota. Namísto několika desítek či stovek událostí, které vytvářejí Higgsovy a Z-bosony, jak to dělá LHC, můžete vytvořit tisíce, stovky tisíc, nebo dokonce miliony z nich.

Samozřejmě, že veřejnost bude více nadšenáobjevení nové částice než cokoliv jiného, ​​ale ne každý experiment je určen k vytvoření nových částic - ano, není to nutné. Některé z nich jsou určeny k tomu, aby prozkoumaly, co je nám již známo, a podrobně studovat jeho vlastnosti. Velký elektron-positronový urychlovač, předchůdce LHC, nenalezl jednu základní částici. Stejně jako experiment DESY, který srazil elektrony s protony. Také relativistický kolizor těžkých iontů.

A to se dalo očekávat; cíl těchto tří kolizí byl jiný. Bylo to zkoumání věci, která skutečně existuje, s bezprecedentní přesností.

Nezdá se, že by tyto experimenty byly správnémodel Standard, i když vše, co našli, odpovídalo pouze standardnímu modelu. Vytvořili nové kompozitní částice a změřili spojení mezi nimi. Byly nalezeny rozpadové a rozvětvené vztahy, stejně jako jemné rozdíly mezi hmotou a antihmotou. Některé částice se chovaly jinak než jejich zrcadlové protějšky. Zdálo se, že jiní porušují symetrii obrácení času. Bylo však zjištěno, že jiní se mísí a vytvářejí příbuzné státy, které jsme ani netušili.

Účelem dalšího velkého vědeckého experimentu neníjednoduše hledáním jedné věci nebo kontrolou jedné nové teorie. Je nutné shromáždit obrovské množství jinak nepřístupných dat a umožnit těmto údajům řídit vývoj průmyslu.

Samozřejmě můžeme navrhovat a stavětexperimenty nebo observatoře se zaměřením na to, co očekáváme. Ale nejlepší volbou pro budoucnost vědy by byl víceúčelový stroj, který dokáže sbírat velká a různorodá množství dat, která by nebylo možné bez takové obrovské investice sbírat. To je důvod, proč byl Hubble tak úspěšný, proč Fermilab a BAC posunuli hranice dále než dříve a proč budou budoucí mise jako James Webb Space Telescope, budoucí observatoře o délce 30 metrů nebo budoucí kolegy, potřebovat, pokud chceme jednou odpovědět na ty nejzákladnější otázky od všech.

V podnikání je také staré příslovípoužitelné pro vědu: „Rychleji. Lepší Levnější. Vyberte si dva. “ Svět se pohybuje rychleji než kdy předtím. Pokud začneme šetřit a neinvestujeme do „nejlepšího“, bude to rovné vzdání se.

Souhlasíte? Řekněte nám v našem chatu v Telegramu.