tutkimus

Vastaukset tieteen suurimpiin haasteisiin: kuinka pitkälle olemme menneet?

Paljon on tuntematonta maailmankaikkeuden luonteesta. Ihmisille on ominaista uteliaisuus, joka johtaa vastausten löytämiseen näihin kysymyksiin ja siirtää tieteen eteenpäin. Olemme jo keränneet uskomattoman paljon tietoa, ja kahden johtavan teorian - kvanttikenttäteorian, joka kuvaa vakiomallia ja yleistä relatiivisuutta - menestys kuvaa, kuinka pitkälle olemme päässeet ymmärtämään todellisuutta.

Monet ihmiset ovat pessimistisiänykyiset yritykset ja tulevaisuuden suunnitelmat purkaa suuret kosmiset mysteerit, jotka asettavat meidät tänään umpikujaan. Paras hypoteesimme uudelle fysiikalle, mukaan lukien supersymmetria, ylimääräiset mitat, teknicolor, merkkiteoria ja muut, eivät ole saaneet toistaiseksi kokeellista vahvistusta. Mutta tämä ei tarkoita, että fysiikka on kriisissä. Tämä tarkoittaa, että kaikki on täsmälleen sellaista kuin sen pitäisi olla: fysiikka kertoo totuuden maailmankaikkeudesta. Seuraavat vaiheet osoittavat meille, kuinka hyvin kuuntelimme.

Maailmankaikkeuden suurimmat mysteerit

Vuosisataa sitten suurimmat kysymykset, joita voisimme kysyä, sisälsivät erittäin tärkeitä eksistentiaalisia arvoituksia, kuten:

  • Mitkä ovat aineen pienimmät aineosat?
  • Ovatko luonnontieteemme teoriat todella tärkeitä, vai tarvitsemmeko syvempää ymmärrystä?
  • Kuinka suuri on maailmankaikkeus?
  • Onko meidän universumimme aina ollut tai esiintynyt jossakin vaiheessa aikaisemmin?
  • Miten tähdet loistavat?

Tuolloin nämä palapelit miehittivät suurimmat mieletihmisiä. Monet eivät edes ajatelleet, että heille voitaisiin vastata. Erityisesti he vaativat investointeja niin näennäisesti valtavista resursseista, että ehdotettiin vain olevan tyytyväisiä siihen, mitä tänä aikana tiesimme, ja käyttävät tätä tietoa yhteiskunnan kehittämiseen.

Emme tietenkään tehneet sitä. Investointi yhteiskuntaan on erittäin tärkeää, mutta on myös tärkeää laajentaa tunnetun. Uusien löytöjen ja tutkimusmenetelmien ansiosta saimme seuraavat vastaukset:

  • Atomit koostuvat subatomisista hiukkasista, joista monet on jaettu vielä pienempiin ainesosiin; nyt tiedämme koko standardimallin.
  • Klassiset teoriat on korvattu kvanttisilla, jotka yhdistävät neljä perusvoimaa: vahva ydin-, sähkömagneettinen, heikko ydin- ja gravitaatiovaikutus.
  • Tarkkaileva maailmankaikkeus ulottuu 46,1 miljardiin valovuoteen kaikkiin suuntiin; havaittava universumi voi olla paljon suurempi tai ääretön.
  • Tapahtuman jälkeen kului 13,8 miljardia vuotta, nimeltään Big Bang, joka antoi elämän tunnetulle maailmankaikkeudelle. Sitä edelsi epämääräisen inflaatiokauden aika.
  • Tähdet loistavat ydinfuusion fysiikan ansiosta, jolloin aine muuttuu energiaksi Einsteinin kaavan E = mc2 avulla.

Ja vielä, se vain syvensi tieteellisiä salaisuuksia,jotka ympäröivät meitä. Meillä on kaikki, mitä tiedämme perustavanlaatuisista hiukkasista, ja olemme varmoja, että maailmankaikkeudessa pitäisi olla paljon muita asioita, joita meille ei vielä tunneta. Emme voi selittää pimeän aineen ilmeistä läsnäoloa, emme ymmärrä pimeää energiaa, emmekä tiedä, miksi Universumi laajenee tällä tavalla eikä muuten.

Emme tiedä, miksi hiukkasilla on sellaistamassa, jolla on; miksi maailmankaikkeus on ylikuormittunut aineesta eikä antimateriaalista; miksi neutrinoilla on massaa. Emme tiedä, onko protoni stabiili, onko se koskaan hajoamassa ja onko painovoima luontoa koskeva kvanttivoima. Ja vaikka tiedämme, että Big Bangia edeltää inflaatio, emme tiedä, oliko inflaatio itse vai onko se ikuinen.

Voivatko ihmiset ratkaista nämä arvoitukset? Voidaanko kokeita, joita voimme käyttää nykyisten tai tulevien teknologioiden avulla, valaisemaan näitä perustavanlaatuisia pulmia?

Vastaus ensimmäiseen kysymykseen on mahdollista; emme tiedämitä luonto pitää salaisuuksia, kunnes näemme. Vastaus toiseen kysymykseen on ehdottomasti "kyllä". Vaikka jokainen teoria, jonka olemme koskaan maininneet tunnetun - standardimallin ja GTR: n rajojen ulkopuolella - on 100% väärin, on valtava määrä tietoa, joka voidaan saada suorittamalla kokeita, jotka aiomme käynnistää seuraavassa sukupolvi. Kaikkien näiden laitteistojen rakentaminen ei olisi hienoa, vaikka he vahvistaisivat painajaisen skenaarion, että hiukkasfysiikka on pelännyt vuosia.

Kun kuulet hiukkaskiihdyttimestä,luultavasti kuvitella kaikki nämä uudet löydöt, jotka odottavat meitä korkeammissa energioissa. Uusien hiukkasten lupaus, uudet voimat, uudet vuorovaikutukset tai jopa täysin uudet fysiikan alat ovat sellaisia, joita teoreetit haluavat syöksyä, vaikka kokeilu kokeilun jälkeen olisi tehty ja ne eivät täytä näitä lupauksia.

Tähän on hyvä syy: Useimmat fysiikassa käsiteltävät ajatukset on jo jätetty pois tai ne rajoittuvat voimakkaasti jo olemassa oleviin tietoihin. Jos haluat avata uuden hiukkasen, kentän, vuorovaikutuksen tai ilmiön, sinun ei pitäisi sanoa jotain, joka on ristiriidassa sen kanssa, mitä tiedämme jo varmasti. Tietysti voisimme tehdä olettamuksia, jotka myöhemmin osoittautuisivat virheellisiksi, mutta tietojen pitäisi olla sopusoinnussa minkään uuden teorian kanssa.

Siksi suurimmat ponnistelut fysiikassa eivät meneuusia teorioita tai uusia ideoita ja kokeita, joiden avulla voimme jättää jo tutkittujen rajojen rajat. Higgs-bosonin havaitseminen voi tietysti johtaa hypeeseen, mutta kuinka voimakkaasti Higgit liittyvät Z-bosoniin? Mitkä ovat näiden kahden hiukkasen ja muiden standardimallien väliset yhteydet? Kuinka helppoa on luoda niitä? Ja luomisen jälkeen, ovatko keskinäiset hajoamiset, jotka poikkeavat Higgs-standardin ja standardin Z-bosonin hajoamisesta?

On olemassa tekniikka, jota voidaan käyttäätutkii tätä: luo elektroni-positronien törmäys tarkan Higgs- ja Z-bosonmassan kanssa. Muutaman kymmenen tai satojen tapahtumien sijaan, jotka luovat Higgsin ja Z-bosonin, kuten LHC tekee, voit luoda tuhansia, satoja tuhansia tai jopa miljoonia niistä.

Yleisö on tietenkin enemmän innostunutuuden hiukkasen löytäminen kuin mikään muu, mutta ei jokaisen kokeen tarkoituksena ole luoda uusia hiukkasia - kyllä, se ei ole tarpeen. Joidenkin on tarkoitus tutkia meille jo tunnettua asiaa ja tutkia yksityiskohtaisesti sen ominaisuuksia. LHC: n edeltäjä, Large Electron-Positron Collider, ei löytänyt yhtä perusosaa. Kuten DESY-kokeessa, joka törmäsi elektronit protoneihin. Myös raskaiden ionien relativistinen kollektori.

Ja tämä oli odotettavissa; näiden kolmen kollektorin tavoite oli erilainen. Tarkoituksena oli tutkia asiaa, joka on todella olemassa, ennennäkemättömällä tarkkuudella.

Se ei näytä siltä, ​​että nämä kokeet ovat oikeatvahvisti standardimallin, vaikka kaikki, mitä he löysivät, vastasivat vain vakiomallia. He loivat uusia komposiittihiukkasia ja mittaivat niiden väliset yhteydet. Hajoamis- ja haarautumissuhteet havaittiin sekä hienovaraiset erot aineen ja antimateriaalin välillä. Jotkut hiukkaset käyttäytyivät toisin kuin peilikaverit. Toiset näyttivät rikkovan aikasiirtymän symmetriaa. Kuitenkin havaittiin, että toiset sekoittuvat toisiinsa ja luovat siihen liittyviä valtioita, joita emme edes epäillä.

Seuraavan suuren tieteellisen kokeen tarkoitus ei oleyksinkertaisesti etsimällä yhtä asiaa tai tarkistamalla yksi uusi teoria. On välttämätöntä kerätä valtava joukko muuten saavutettavia tietoja ja antaa näiden tietojen ohjata alan kehitystä.

Tietenkin voimme suunnitella ja rakentaakokeisiin tai observatorioihin keskittyen siihen, mitä odotamme löytävän. Mutta paras valinta tieteen tulevaisuuden kannalta olisi monikäyttöinen kone, joka voi kerätä suuria ja monipuolisia tietomääriä, joita olisi mahdotonta kerätä ilman tällaista valtavaa investointia. Siksi Hubble oli niin onnistunut, miksi Fermilab ja BAC painoivat rajoja entistä enemmän, ja miksi tulevia tehtäviä, kuten James Webb Space Telescope, tulevia 30 metrin luokkatarkkailijoita tai tulevia keräilijöitä, tarvitsemme meitä, jos haluamme vastata joskus kysymyksiä kaikista.

Liiketoiminnassa on myös vanha sanontatiede: ”Nopeampi. Paremmin. Halvempaa. Valitse kaksi. Maailma liikkuu nopeammin kuin koskaan ennen. Jos alamme säästää ja emme investoi "parhaaseen", se merkitsee sitä, että luovutaan.

Oletteko samaa mieltä? Kerro meille keskusteluissamme.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!