Svar På Videnskabens Største Udfordringer: Hvor Langt Er Vi Kommet? - Alternativ Visning

Indholdsfortegnelse:

Svar På Videnskabens Største Udfordringer: Hvor Langt Er Vi Kommet? - Alternativ Visning
Svar På Videnskabens Største Udfordringer: Hvor Langt Er Vi Kommet? - Alternativ Visning

Video: Svar På Videnskabens Største Udfordringer: Hvor Langt Er Vi Kommet? - Alternativ Visning

Video: Svar På Videnskabens Største Udfordringer: Hvor Langt Er Vi Kommet? - Alternativ Visning
Video: The Movie Great Pyramid K 2019 - Director Fehmi Krasniqi 2024, Marts
Anonim

Meget er ukendt om selve universets natur. Det er den nysgerrighed, der følger af mennesker, der fører til søgning efter svar på disse spørgsmål, der driver videnskaben fremad. Vi har allerede samlet en utrolig mængde viden, og succesen med vores to førende teorier - kvantefeltteori, der beskriver standardmodellen og generel relativitet, der beskriver tyngdekraften - viser, hvor langt vi er kommet til at forstå virkeligheden.

Mange mennesker er pessimistiske over vores nuværende indsats og fremtidige planer for at løse de store kosmiske mysterier, som forvirrer os i dag. Vores bedste hypoteser til ny fysik, inklusive supersymmetri, ekstra dimensioner, technicolor, strengteori og andre, har ikke været i stand til at få nogen eksperimentel bekræftelse indtil videre. Men dette betyder ikke, at fysik er i krise. Dette betyder, at alt er nøjagtigt som det skal være: fysik fortæller sandheden om universet. Vores næste trin viser os, hvor godt vi lyttede.

Universets største mysterier

For et århundrede siden omfattede de største spørgsmål, vi kunne stille, nogle ekstremt vigtige eksistentielle gåder som:

  • Hvad er de mindste bestanddele i materien?
  • Er vores teorier om naturens kræfter virkelig grundlæggende, eller er der behov for en dybere forståelse?
  • Hvor stort er universet?
  • Har vores univers altid eksisteret, eller så det ud på et bestemt tidspunkt i fortiden?
  • Hvordan lyser stjernerne?

På det tidspunkt besatte disse mysterier sindet hos de største mennesker. Mange troede ikke engang, at de kunne besvares. Især krævede de en investering af så tilsyneladende enorme ressourcer, at det blev foreslået, at de blot ville være tilfredse med det, vi vidste på det tidspunkt, og bruge denne viden til udviklingen af samfundet.

Det gjorde vi selvfølgelig ikke. Investering i samfundet er ekstremt vigtigt, men det er lige så vigtigt at skubbe grænserne for det kendte. Takket være nye opdagelser og forskningsmetoder kunne vi få følgende svar:

  • Atomer består af subatomære partikler, hvoraf mange er opdelt i endnu mindre bestanddele; vi kender nu hele standardmodellen.
  • Vores klassiske teorier er blevet erstattet af kvante, der kombinerer fire grundlæggende kræfter: stærke nukleare, elektromagnetiske, svage nukleare kræfter og tyngdekraften.
  • Det observerbare univers spænder over 46,1 milliarder lysår i alle retninger; det observerbare univers kan være meget større eller uendelig.
  • 13,8 milliarder år er gået siden begivenheden kendt som Big Bang, som fødte det univers, vi kender. Den blev efterfulgt af en inflationstid med ubestemt tid.
  • Stjerner skinner takket være kernefusionens fysik og omdanner stof til energi i henhold til Einsteins formel E = mc2.

Og alligevel uddybede det kun de videnskabelige mysterier, der omgiver os. Med alt, hvad vi ved om grundlæggende partikler, er vi sikre på, at der skal være mange andre ting i universet, der stadig er ukendt for os. Vi kan ikke forklare den tilsyneladende tilstedeværelse af mørk stof, vi forstår ikke mørk energi, og vi ved ikke, hvorfor universet udvider sig på denne måde og ikke ellers.

Salgsfremmende video:

Vi ved ikke, hvorfor partiklerne er så massive som de er; hvorfor universet er overvældet af stof, ikke antimaterie; hvorfor neutrinoer har masse. Vi ved ikke, om protonet er stabilt, om det nogensinde vil henfalde, eller om tyngdekraften er en kvantekraft i naturen. Og selvom vi ved, at inflationen blev gået foran af Big Bang, ved vi ikke, om inflationen i sig selv startede eller var evig.

Kan mennesker løse disse gåder? Kunne de eksperimenter, vi kan gøre med nuværende eller fremtidig teknologi, kaste lys over disse grundlæggende mysterier?

Image
Image

Svaret på det første spørgsmål er muligt; vi ved ikke, hvilke hemmeligheder naturen rummer, før vi ser. Svaret på det andet spørgsmål er utvetydigt ja. Selv hvis hver teori, vi nogensinde har bragt op om, hvad der er uden for grænserne for den kendte - Standardmodellen og den generelle relativitet - er 100% forkert, er der en enorm mængde information, der kan opnås ved at udføre eksperimenter, som vi planlægger at lancere næste. generation. At ikke bygge alle disse installationer ville være en enorm dårskab, selvom de bekræfter det mareridt, som partikelfysikere har frygtet i mange år.

Når du hører om en partikelaccelerator, forestiller du dig sandsynligvis alle disse nye opdagelser, der venter os med højere energi. Løftet om nye partikler, nye kræfter, nye interaktioner eller endda helt nye sektorer af fysik er, hvad teoretikere kan lide at tabe, selvom eksperiment efter eksperiment går galt og ikke holder disse løfter.

Der er en god grund til dette: de fleste af de ideer, man kan komme på med i fysik, er allerede enten blevet udelukket eller alvorligt begrænset af de data, vi allerede har. Hvis du vil opdage en ny partikel, felt, interaktion eller fænomen, skal du ikke postulere noget, der er uforeneligt med det, vi allerede ved med sikkerhed. Vi kunne selvfølgelig tage antagelser, der senere skulle vise sig at være forkerte, men selve dataene skal være i overensstemmelse med enhver ny teori.

Dette er grunden til at den største indsats inden for fysik ikke går til nye teorier eller nye ideer, men til eksperimenter, der giver os mulighed for at bevæge os ud over det, vi allerede har udforsket. Javisst, at finde Higgs boson kunne være en stor brummer, men hvor stærkt er Higgs relateret til Z boson? Hvad er alle disse forbindelser mellem disse to partikler og andre i standardmodellen? Hvor let er det at oprette dem? Når der først er oprettet, vil der være gensidige forfald, der adskiller sig fra forfaldet af standarden Higgs plus standard Z boson?

Der er en teknik, der kan bruges til at undersøge dette: skab en elektron-positron kollision med den nøjagtige masse af Higgs og Z-boson. I stedet for et par titus eller hundreder af begivenheder, der skaber Higgs og Z-bosonerne, som LHC gør, kan du oprette tusinder, hundreder af tusinder eller endda millioner af dem.

Naturligvis vil offentligheden være mere begejstret for at finde en ny partikel end noget andet, men ikke alle eksperimenter er designet til at skabe nye partikler - og det behøver ikke være det. Nogle er beregnet til at undersøge stof, vi allerede har kendt, og til at studere dets egenskaber i detaljer. Large Electron-Positron Collider, forløberen for LHC, har aldrig fundet en eneste ny grundlæggende partikel. Ligesom DESY-eksperimentet, der kolliderede elektroner med protoner. Og det gør den relativistiske tunge ioncollider.

Image
Image

Og dette var at forvente; formålet med disse tre kollidere var anderledes. Det bestod i at udforske stof, der virkelig findes med hidtil uset præcision.

Det ser ikke ud til, at disse eksperimenter netop bekræftede standardmodellen, skønt alt, hvad de fandt, var i overensstemmelse med standardmodellen. De skabte nye sammensatte partikler og målte bindingerne imellem dem. Forfald og forgreningsrelationer blev opdaget, såvel som subtile forskelle mellem stof og antimaterie. Nogle partikler opførte sig forskelligt fra deres spejlindstillinger. Andre så ud til at bryde symmetrien til reversering af tid. Det har dog vist sig, at andre blandes sammen og skaber bundne tilstande, som vi ikke engang var klar over.

Formålet med det næste store videnskabelige eksperiment er ikke blot at søge efter en ting eller at teste en ny teori. Vi er nødt til at indsamle et kæmpe sæt ellers utilgængelige data og lade disse data vejlede branchen.

Selvfølgelig kan vi designe og bygge eksperimenter eller observatorier baseret på hvad vi forventer at finde. Men det bedste valg for videnskabens fremtid vil være en flerbruksmaskine, der kan indsamle store og varierede mængder data, som ikke ville have været muligt uden en så stor investering. Dette er grunden til, at Hubble har været så succesrig, hvorfor Fermilab og LHC har skubbet grænserne længere end nogensinde før, og hvorfor fremtidige missioner som James Webb-rumteleskopet, fremtidige observatorier i 30 meter-klasse eller fremtidige kolliderer vil være nødvendige, hvis vi nogensinde skal svare på det mest grundlæggende spørgsmål fra alle.

Der er et gammelt ordsprog i erhvervslivet, der også gælder for videnskab:”Hurtigere. Det er bedre. Billigere. Vælg to. Verden bevæger sig hurtigere end nogensinde før. Hvis vi begynder at spare og ikke investerer i det”bedste”, vil det være som at give op.

Ilya Khel