Gravitacija yra nepaprastai silpna. Tiesiog pagalvokite apie tai: galite pakelti koją nuo žemės, nepaisant visos Žemės masės, kuri ją patraukia. Kodėl ji tokia silpna? Nežinoma. Ir tai gali užtrukti labai, labai didelis mokslinis eksperimentas. Jamesas Beechamas yra Duke'o universiteto fizikas, dirbantis su ATLAS detektoriumi garsiajame „Large Hadron Collider“Šveicarijoje. Neseniai jis aprašė savo „Gizmodo“fizikos eksperimentą: neįtikėtinai didelį atominį greitintuvą - „Ultra-Hadron Collider“-, esantį išoriniame Saulės sistemos krašte.
Toks eksperimentas galėtų iškart išspręsti daugumą fizikos paslapčių, pavyzdžiui, atskleisti tikrąją tamsiosios medžiagos prigimtį arba įrodyti galimybę keliauti laiku.
- „Salik.biz“
Mintinis eksperimentas: saulės sistemos dydžio susidūrimas
Fizikai įsitikinę, kad žino pagrindinius visatos principus. Dalelės sąveikauja jėgų dėka, iš kurių keturios yra žinomos: elektromagnetizmas; „Silpna“jėga; „Stipri“jėga; gravitacija. Kiekviena jėga turi taisykles, kurias per šimtus metų nustatėme per eksperimentus. Kai kurios pagrindinės sąveikos yra stipresnės, kai kurios silpnesnės.
Palyginti su kitomis trimis, „gravitacija nėra tik silpna, ji praktiškai nereikšminga“, - sako Beechamas. Toliau - nuo pirmojo asmens.
Dideliame hadronų kollideryje, kuriame aš dirbau, mes studijuojame pagrindines, elementarias gamtos taisykles, stumdami protonus aukštoje energijoje. Mūsų tiriamos taisyklės yra aprašytos dalelių ir jėgos terminologijoje, o gravitacija yra vienintelė iš keturių žinomų jėgų, į kurias net nekreipiame dėmesio apskaičiuodami aukščiausią protonų susidūrimą su energija. Jei mes turėsime stiprią sąveiką su jėga 1, gravitacija turės 10-39 jėgą. 39 nuliai po kablelio. Tai yra, visai nieko.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Ši mokslo paslaptis mums yra viena nesuprantamiausių. Kodėl sąveikos jėgos išdėstytos tokiu būdu? Kodėl gravitacija tokia silpna?
Gamta yra tokia, kokia ji yra, nesvarbu, kaip žmonės ją įsivaizduoja. Bet eksperimentai parodė, kad esant pakankamai aukštai energijai, elektromagnetizmas ir silpna jėga susilieja į vieną jėgą. Mokslininkai mano, kad esant dar aukštesnei energijai, prie jų prisijungs ir stipri sąveika. Tačiau gravitacija yra kitokia. Mokslininkai nežino, ar gravitacija bus sujungta su likusiomis jėgomis esant pakankamai aukštai energijai.
„Gravitacija yra gamtos jėga, tačiau jos taisyklės - matematika, kuria grindžiamas tiksliausias apibūdinimas - kažkaip labai skiriasi nuo kitų“, - sako Beechamas. Ir jis tęsia:
Gravitaciją geriausiai apibūdina Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, o kitos trys jėgos, aprašytos standartiniame dalelių fizikos modelyje, yra pagrįstos kvantinio lauko teorija. Ir nors yra panašumų, jie skiriasi. T. y., Kai naiviai bandome juos siūti kartu, gauname beprasmius atsakymus.
Dabartinėje visatoje, naudojant dabartines technologijas, „beveik neįmanoma rasti empirinio atsakymo į šį klausimą“, - sako Beechamas. Kodėl? "Mes negalime pasiekti tokios didelės susidūrimo energijos, visų pirma todėl, kad negalime sukurti pakankamai didelių susidūrimų, kad tai padarytume." Jis sako, kad kai kurie teoretikai mano, kad yra kažkas kita (kaip kitos dalelės ar papildomi erdviniai matmenys, kaip siūlo stygų teorija ir jos išplėstiniai modeliai), kurie gali pasirodyti eksperimente, kuriame gravitacija derinama su kitomis jėgomis.
Bet tam mums reikia saulės sistemos dydžio susidūrimo įrenginio.
Net 27 km ilgio apskritas didelis hadronų susidūrėjas, kuris naudoja superlaidžius magnetus, norėdamas pagreitinti ir susidurti su protonų pluoštais, esant 99,999999% šviesos greičiui, nėra pakankamai greitas, kad atsakytų į šiuos klausimus. Jis gali sužinoti tik tai, kokia buvo Visata, kai ji buvo obuolio dydžio. Mokslininkams gali prireikti daugiau energijos, taigi ir didesnio susidūrimo, kad būtų galima suprasti mažesnę visatą nei obuolys.
Kiek dar? Galbūt stipriąsias ir silpnąsias branduolines pajėgas būtų galima sujungti su aplink Marsą pastatytu susidūrimu. Bet norint pridėti gravitaciją prie šios lygties, „remiantis kai kuriais apytiksliais skaičiavimais, Neptūno orbitą apjuosti prireiks susidūrimo įrenginio. Be to, kai kurie mokslininkai tvirtina, kad šis įvertinimas yra labai grubus ir mes turėsime pastatyti didesnį žiedą “. Nauda būtų didžiulė - toks susidūrėjas galėtų išbandyti „Planck“svarstykles, mažiausius, kuriuos galime pažvelgti, kad kvantinė mechanika leidžia. „Mes suprastume viską apie gravitaciją, apie kvantinę mechaniką, o tuo tarpu mes taip pat gautume kombinuotą elektrinį švytėjimą ir elektrai stiprią jėgą, o po to eitų laiko kelionė, styginių teorija, tamsiosios medžiagos, tamsiosios energijos, matavimo problema, kelių visatų teorija. tt
Ką? Kelionės laiku? Pasak Beechamo, mes gautume tokį išsamų supratimą apie visatą ir tai, kaip veikia laikas-erdvė, kad galėtume panaudoti savo žinias ateities technologijų, skirtų manipuliuoti laiku, pagrindu.
"Gali būti, kad gravitacijos jėga ir kitos gamtos jėgos sujungia kai kurias nepaprastai dideles energijas, tačiau norėdami ištirti šį klausimą, turėsime sukurti tokį susidūrimą kaip LHC, apjuosiantį saulės sistemos išorinius pasiekimus ar dar daugiau".
Deja, „Beecham“minčių eksperimentas šiuo metu neįmanomas:
„Technologijos, žmonių jėgos ir ištekliai, skirti sukurti dalelių susidūrėją, apgaubiantį Saulės sistemos išorinius kraštus, tiesiog neegzistuoja. Net jei LHC paimtume esamo greitintuvo ir detektoriaus technologijas, mastelis būtų problema praktiškiausia prasme: neaišku, ar yra pakankamai medžiagų šiam kolosui sukurti Saulės sistemoje, visuose šaltiniuose - Žemėje, Mėnulyje, planetose, asteroiduose ir kt. …
O protonams pagreitinti iki tokios aukštos energijos, net LHC, naudojame superlaidžius magnetus. Magnetai tampa superlaidininkais tik tuo atveju, jei juos padarote labai šaltus. Galima pamanyti, kad tai būtų naudinga kuriant dalelių greitintuvą kosmose. Kosmosas yra labai šaltas. Bet dėl superlaidumo jis nėra labai šaltas. Kosminės erdvės temperatūra yra 2,7 Kelvino, tačiau magnetams reikia 1,9 Kelvino. Uždaryti, bet vis tiek ne. LHC temperatūra pasiekiama naudojant skystą helį. Neaišku, ar netoliese yra pakankamai skysto helio, kad būtų galima atvėsinti Saulės sistemos dydžio žiedinį greitintuvą.
Esant šiai energijai, detektoriai turi būti didžiuliai. Turėsite apmokyti fizikus ir įgyti nesuprantamą skaičiavimo galią. Jums reikės pažangios robotikos, apsaugos nuo asteroidų, kometų ir kitų šiukšlių. Ir visa tai dar reikia pradėti įgyvendinti. Jūs negalite naudoti Saulės energijos, nes mašina supa Saulę Neptūno atstumu. Tokio dydžio įrenginiui reikės energijos proveržių, kurių artimiausiu metu neįmanoma atlikti.
Toks eksperimentas pakeistų fiziką. Juk tokie eksperimentai fizikams padeda suprasti, kaip viskas veikia, o toks greitintuvas pateiks įtikinamų atsakymų į daugelį klausimų. Tai pakeis žmonių mąstymą. Pakeis tai, ką turime omenyje „supratimas“.
Jei statytume susidūrimą aplink Saulės sistemos išorinę ribą, žinios, kurias įgytume, yra apie gravitacijos prigimtį, apie tai, kaip sujungti kvantinę mechaniką ir bendrąją reliatyvumą į vieną, apie laiko keliones, apie tai, kas nutiko Didžiojo sprogimo metu, apie tai, ar mūsų Visata gali būti tik viena iš begalinio skaičiaus daugybės visatų - tiek daug pakeistų mūsų tikrovės idėja, požiūris į gamtą, ši jos kalba, pasaulio, žmonijos supratimas apskritai, mūsų vieta Visatoje, kad mes turėjome sugalvotų naują supratimo koncepciją jai apibūdinti.
Akivaizdu, kad niekas tokio eksperimento neveikia, nors CERN jau kuria popieriuje „Ateities žiedinį susidūrėją“, kurio tunelis bus 80–100 kilometrų ilgio. Tačiau galbūt kažkur Visatoje dirbama prie tokio projekto.
Būtų fantastiška, jei kažkokia tolima civilizacija kur nors kitur Visatoje jau dirbtų ties tuo, ir mes turėjome bent galimybę surasti ją ir susisiekti su ja paklausti apie net įprastų fizinių eksperimentų rezultatus. Ar jie turi tą pačią Higso bozono masę? Ar jie rado X ir Y bozonus, kurie demonstruoja elektrinės silpnos jėgos ir elektrostrong jėgų suvienijimą? Ar jie pateko į Plancko skalę? Kas yra tamsiosios materijos? Ar galime judėti atgal laiku?
Visata ir toliau veiks pagal tuos pačius įstatymus. Tikrasis klausimas yra tai, ar žmonės kada nors sugebės suprasti šiuos įstatymus.
Ilja Khel