Itse maailmankaikkeuden luonteesta on paljon tuntematonta. Ihmisille ominainen uteliaisuus, joka johtaa etsimään vastauksia näihin kysymyksiin, ajaa tiedettä eteenpäin. Olemme jo keränneet uskomattoman määrän tietoa, ja kahden johtavan teorian - standardimalliä kuvaavan kvantikenttäteorian - ja painovoimaa kuvaavan yleisen suhteellisuusteoriamme onnistumiset osoittavat, kuinka pitkälle olemme ymmärtäneet todellisuuden itse.
Monet ihmiset ovat pessimistisiä nykyisiin pyrkimyksiimme ja tulevaisuuden suunnitelmiemme ratkaista suuret kosmiset mysteerit, jotka hämmentävät meitä tänään. Parhaan uuden fysiikan hypoteesimme, mukaan lukien supersymmetria, ylimääräiset mitat, tekniset värit, jousiteoria ja muut, eivät ole toistaiseksi saaneet kokeellista vahvistusta. Mutta tämä ei tarkoita, että fysiikka on kriisissä. Tämä tarkoittaa, että kaikki on tarkalleen niin kuin sen pitäisi olla: fysiikka kertoo totuuden maailmankaikkeudesta. Seuraavat vaiheet osoittavat meille, kuinka hyvin kuuntelimme.
Universumin suurimmat mysteerit
Sata vuotta sitten suurimpia kysymyksiä, joita voimme esittää, olivat muun muassa erittäin tärkeät eksistentiaaliset arvoitukset, kuten:
- Mitkä ovat aineen pienimmät komponentit?
- Ovatko teoriat luonnonvoimista todella perustavanlaatuisia vai tarvitaanko syvempää ymmärrystä?
- Kuinka suuri maailmankaikkeus on?
- Onko maailmankaikkeuksemme aina ollut olemassa vai näyttikö se tietyllä hetkellä menneisyydessä?
- Kuinka tähdet loistavat?
Tuolloin nämä mysteerit miehittivät suurimpien ihmisten mielen. Monet eivät edes uskoneet, että niihin voitaisiin vastata. Erityisesti he vaativat investointia niin näennäisesti valtavilta resursseilta, että ehdotettiin vain tyytyä siihen, mitä me tuolloin tiesimme ja käyttää tätä tietoa yhteiskunnan kehittämiseen.
Emme tietenkään tehneet sitä. Sijoittaminen yhteiskuntaan on erittäin tärkeää, mutta yhtä tärkeää on siirtää tunnettujen rajoja. Uusien löytöjen ja tutkimusmenetelmien avulla pystyimme saamaan seuraavat vastaukset:
- Atomit koostuvat alaatomisista hiukkasista, joista monet on jaettu vielä pienempiin ainesosiin; tiedämme nyt koko vakiomallin.
- Klassiset teoriamme on korvattu kvanttiteorioilla, joissa yhdistyvät neljä perusvoimaa: vahvat ydin-, sähkömagneettiset, heikot ydinvoimat ja gravitaatiovoimat.
- Havaittavissa oleva maailmankaikkeus ulottuu 46,1 miljardia valovuotta kaikkiin suuntiin; havaittavissa oleva maailmankaikkeus voi olla paljon suurempi tai ääretön.
- 13,8 miljardia vuotta on kulunut Big Bang -tapahtumasta, joka synnytti tunnetun maailmankaikkeuden. Sitä edelsi toistaiseksi voimassa oleva inflaatiokausi.
- Tähdet loistavat ydinfuusion fysiikan ansiosta, muuttaen aineen energiaksi Einsteinin kaavan E = mc2 mukaan.
Ja silti, se vain syvensi meitä ympäröivää tieteellistä mysteeriä. Kaiken tietäessämme perushiukkasista olemme varmoja siitä, että maailmankaikkeudessa on oltava monia muita asioita, jotka ovat meille vielä tuntemattomia. Emme voi selittää tumman aineen ilmeistä läsnäoloa, emme ymmärrä tummaa energiaa, emmekä tiedä miksi maailmankaikkeus laajenee tällä tavalla eikä muulla tavoin.
Mainosvideo:
Emme tiedä miksi hiukkaset ovat niin massiivisia kuin ne ovat; miksi maailmankaikkeutta hukkua aine, ei antimateria; miksi neutriinoilla on massa. Emme tiedä onko protoni stabiili, hajoaako se koskaan tai onko painovoima luonnon kvanttivoima. Ja vaikka tiedämme, että inflaatiota edelsi iso räjähdys, emme tiedä, onko inflaatio itse alkanut vai onko se ikuinen.
Voivatko ihmiset ratkaista nämä arvoitukset? Voivatko kokeilut, joita voimme tehdä nykyisen tai tulevan tekniikan kanssa, valaisemaan näitä perustavanlaatuisia salaisuuksia?
Vastaus ensimmäiseen kysymykseen on mahdollista; emme tiedä mitä salaisuuksia luonnossa on ennen kuin näemme. Vastaus toiseen kysymykseen on yksiselitteisesti kyllä. Vaikka kaikki teoriat, jotka olemme koskaan tuoneet esiin tunnetujen - standardimalli ja yleinen suhteellisuus - rajojen ulkopuolella, ovat 100% vääriä, on olemassa valtava määrä tietoa, joka voidaan saada suorittamalla kokeita, jotka aiomme käynnistää seuraavaksi. sukupolvi. Kaikkien näiden laitosten rakentamatta jättäminen olisi valtavaa hulluutta, vaikka ne vahvistaisivat painajaisen skenaarion, jota hiukkasfyysikot ovat pelänneet monien vuosien ajan.
Kun kuulet hiukkaskiihdyttimestä, luulet todennäköisesti kaikki nämä uudet löytöt, jotka odottavat meitä korkeammissa energioissa. Uusien hiukkasten, uusien voimien, uusien vuorovaikutusten tai jopa täysin uusien fysiikan alojen lupaus on mitä teoreetikot haluavat vääräksi, vaikka kokeilu kokeilun jälkeen menee pieleen eikä pidä näitä lupauksia.
Tähän on hyvä syy: suurin osa ideoista, joita fysiikassa voi saada aikaan, on jo poissuljettu tai rajoitettu ankarasti jo olemassa olevien tietojen perusteella. Jos haluat löytää uuden hiukkasen, kentän, vuorovaikutuksen tai ilmiön, sinun ei pidä postuloida jotain, joka on ristiriidassa sen kanssa, jonka jo varmasti tiedämme. Tietenkin voimme tehdä oletuksia, jotka myöhemmin osoittautuvat väärin, mutta tietojen itsensä on oltava sopusoinnussa uuden teorian kanssa.
Siksi fysiikan suurin ponnistus ei johdu uusiin teorioihin tai uusiin ideoihin, vaan kokeisiin, jotka antavat meille mahdollisuuden siirtyä pidemmälle kuin mitä olemme jo tutkineet. Toki, Higgs-bosonin löytäminen voi olla iso hieno, mutta kuinka vahvasti Higgs liittyy Z-bosoniin? Mitkä ovat kaikki nämä yhteydet näiden kahden hiukkasen välillä vakiomallissa? Kuinka helppoa on luoda niitä? Kun ne on luotu, tapahtuuko keskinäisiä rappeutumisia, jotka eroavat normaalin Higgsin ja normaalin Z-bosonin hajoamisesta?
Tämän tutkimiseksi voidaan käyttää tekniikkaa: luoda elektronin ja positronin välinen törmäys Higgsin ja Z-bosonin tarkan massan kanssa. Muutaman kymmenen tai sadan tapahtuman sijasta, jotka luovat Higgs- ja Z-bosoneja, kuten LHC tekee, voit luoda niistä tuhansia, satoja tuhansia tai jopa miljoonia.
Tietenkin kansalaiset ovat innoissaan uuden hiukkasen löytämisestä kuin mikään muu, mutta jokainen kokeilu ei ole tarkoitettu uusien hiukkasten luomiseen - eikä sen tarvitse olla. Joidenkin tarkoituksena on tutkia meille jo tunnettua asiaa ja tutkia yksityiskohtaisesti sen ominaisuuksia. LHC: n edeltäjä, iso elektronien positronien kohoaja, ei ole koskaan löytänyt yhtään uutta perushiukkasta. Kuten DESY-koe, joka törmäsi elektroneihin protonien kanssa. Ja samoin relativistinen raskas ionin törmäyslaite.
Ja tämän oli odotettavissa; näiden kolmen törmäyslaitteen tarkoitus oli erilainen. Se koostui tutkimasta ainetta, joka on todella olemassa ennennäkemättömällä tarkkuudella.
Ei näytä siltä, että nämä kokeet vain vahvistivat vakiomallin, vaikka kaikki, mitä he havaitsivat, oli yhdenmukaista standardimallin kanssa. He loivat uusia yhdistehiukkasia ja mittasivat niiden välisiä sidoksia. Hajoamista ja haarautuneita suhteita havaittiin, samoin kuin hienoisia eroja aineen ja antimateriaalin välillä. Jotkut hiukkaset käyttäytyivät eri tavalla kuin peilikatseensa. Toiset näyttivät rikkovan ajan kääntösymmetrian. Toisten on kuitenkin todettu sekoittuvan toisiinsa, jolloin syntyy sidottuja tiloja, joista emme edes olleet tietoisia.
Seuraavan suuren tieteellisen kokeilun tarkoituksena ei ole vain etsiä yhtä asiaa tai testata yhtä uutta teoriaa. Meidän on kerättävä valtava joukko muuten käytettävissä olevia tietoja ja annettava näiden tietojen ohjata teollisuutta.
Tietenkin voimme suunnitella ja rakentaa kokeita tai observatorioita perustuen siihen, mitä odotamme löytävämme. Mutta paras valinta tieteen tulevaisuudelle on monikäyttöinen kone, joka pystyy keräämään suuria ja monimuotoisia määriä dataa, joka ei olisi ollut mahdollista ilman niin suurta investointia. Siksi Hubble on ollut niin menestyvä, miksi Fermilab ja LHC ovat siirtäneet rajoja entistä pidemmälle ja miksi tarvitaan tulevaisuuden operaatioita, kuten James Webbin avaruusteleskooppi, tulevat 30 metrin luokan observatoriat tai tulevat törmäykset, jos aiomme koskaan vastata tärkeimpiin kysymyksiä kaikilta.
Yrityksessä on vanha sanonta, joka pätee myös tieteeseen:”Nopeammin. Se on parempi. Halvempaa. Valitse kaksi. " Maailma liikkuu nopeammin kuin koskaan ennen. Jos aloitamme säästöjä emmekä sijoita "parhaaseen", se on kuin luopuminen.
Ilja Khel