ข้อจำกัดของฟิสิกส์และการทดลองทางกายภาพ

หนึ่งร้อยปีที่แล้ว สถานการณ์ในฟิสิกส์ตรงกันข้ามกับวันนี้ ในมือของนักวิทยาศาสตร์เป็นผลของการทดลองที่ได้รับการพิสูจน์แล้วซึ่งมีการทำซ้ำหลายครั้ง อย่างไรก็ตาม มักจะไม่สามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีทางกายภาพที่มีอยู่ ประสบการณ์ชัดเจนมาก่อนทฤษฎี นักทฤษฎีต้องไปทำงาน

ในปัจจุบัน ความสมดุลกำลังเอนเอียงไปทางนักทฤษฎีซึ่งมีแบบจำลองแตกต่างจากที่เห็นจากการทดลองที่เป็นไปได้อย่างมาก เช่น ทฤษฎีสตริง และดูเหมือนว่าปัญหาทางฟิสิกส์ที่ยังแก้ไม่ตกมีมากขึ้นเรื่อยๆ (1)

1. แนวโน้มและปัญหาสมัยใหม่ที่สำคัญที่สุดทางฟิสิกส์ - การสร้างภาพ

นักฟิสิกส์ชาวโปแลนด์ที่มีชื่อเสียง ศ. Andrzej Staruszkiewicz ระหว่างการอภิปราย "Limits of Knowledge in Physics" ในเดือนมิถุนายน 2010 ที่ Ignatianum Academy ในคราคูฟกล่าวว่า: “สาขาความรู้เติบโตขึ้นอย่างมหาศาลในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา แต่ด้านความไม่รู้ก็เพิ่มมากขึ้นไปอีก (…) การค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ของความคิดของมนุษย์ เทียบได้กับนิวตัน แต่นำไปสู่คำถามเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างทั้งสอง ซึ่งเป็นคำถามที่ระดับความซับซ้อนนั้นน่าตกใจ ในสถานการณ์เช่นนี้ มีคำถามเกิดขึ้นโดยธรรมชาติ: เราสามารถทำได้หรือไม่? ความมุ่งมั่นและความตั้งใจของเราที่จะไปสู่ก้นบึ้งของความจริงจะสมกับความยากลำบากที่เราเผชิญหรือไม่”

การทดลองทางตัน

เป็นเวลาหลายเดือนแล้วที่โลกของฟิสิกส์ยุ่งกว่าปกติและมีการโต้เถียงกันมากขึ้น ในวารสาร Nature จอร์จ เอลลิสและโจเซฟ ซิลค์ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการป้องกันความสมบูรณ์ของฟิสิกส์ โดยวิพากษ์วิจารณ์ผู้ที่พร้อมจะเลื่อนการทดลองออกไปเพื่อทดสอบทฤษฎีจักรวาลวิทยาล่าสุดจนกว่าจะถึง "พรุ่งนี้" อย่างไม่มีกำหนด พวกเขาควรมีลักษณะเป็น "ความสง่างามเพียงพอ" และคุณค่าที่อธิบายได้ "สิ่งนี้ทำลายประเพณีทางวิทยาศาสตร์ที่มีอายุหลายศตวรรษว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นความรู้ที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว" นักวิทยาศาสตร์ฟ้าร้อง ข้อเท็จจริงแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึง "ทางตันของการทดลอง" ในฟิสิกส์สมัยใหม่

ทฤษฎีล่าสุดเกี่ยวกับธรรมชาติและโครงสร้างของโลกและจักรวาลไม่สามารถตรวจสอบได้โดยการทดลองที่มีให้สำหรับมนุษย์

โดยการค้นพบฮิกส์โบซอน นักวิทยาศาสตร์ได้ "เสร็จสิ้น" โมเดลมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม โลกของฟิสิกส์ยังห่างไกลจากความพึงพอใจ เรารู้เกี่ยวกับควาร์กและเลปตอนทั้งหมด แต่เราไม่รู้ว่าจะคืนดีกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ได้อย่างไร เราไม่รู้วิธีรวมกลศาสตร์ควอนตัมกับแรงโน้มถ่วงเพื่อสร้างทฤษฎีสมมติของแรงโน้มถ่วงควอนตัม เรายังไม่รู้ว่าบิ๊กแบงคืออะไร (หรือว่ามันเกิดขึ้นจริง!) (2)

ในปัจจุบัน เรียกมันว่านักฟิสิกส์คลาสสิก ขั้นตอนต่อไปหลังจากแบบจำลองมาตรฐานคือสมมาตรยิ่งยวด ซึ่งทำนายว่าอนุภาคมูลฐานทุกตัวที่เรารู้จักมี "หุ้นส่วน"

สิ่งนี้จะเพิ่มจำนวนการสร้างบล็อคของสสารเป็นสองเท่า แต่ทฤษฎีนี้เข้ากันได้ดีกับสมการทางคณิตศาสตร์ และที่สำคัญคือให้โอกาสในการไขความลึกลับของสสารมืดในจักรวาล ยังคงเป็นเพียงการรอผลการทดลองที่ Large Hadron Collider ซึ่งจะยืนยันการมีอยู่ของอนุภาคที่สมมาตรยิ่งยวด

อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการค้นพบดังกล่าวจากเจนีวา แน่นอนว่านี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของ LHC เวอร์ชันใหม่ โดยมีพลังงานกระแทกเป็นสองเท่า (หลังจากการซ่อมแซมและอัปเกรดครั้งล่าสุด) ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า พวกเขาอาจจะยิงจุกแชมเปญเพื่อเฉลิมฉลองสมมาตรยิ่งยวด อย่างไรก็ตาม หากสิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดจะต้องค่อยๆ ถอนออก เช่นเดียวกับซูเปอร์สตริงซึ่งมีพื้นฐานอยู่บนสมมาตรยิ่งยวด เพราะถ้า Large Collider ไม่ยืนยันทฤษฎีเหล่านี้ แล้วอะไรล่ะ?

อย่างไรก็ตาม มีนักวิทยาศาสตร์บางคนที่ไม่คิดอย่างนั้น เพราะทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดนั้น "สวยงามเกินกว่าจะผิด"

ดังนั้น พวกเขาจึงตั้งใจที่จะประเมินสมการของตนอีกครั้งเพื่อพิสูจน์ว่ามวลของอนุภาคสมมาตรยิ่งยวดอยู่นอกช่วงของ LHC เพียงอย่างเดียว นักทฤษฎีพูดถูกมาก แบบจำลองเหล่านี้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ได้ดีซึ่งสามารถวัดและตรวจสอบได้ในการทดลอง อาจมีคนถามว่าเหตุใดเราจึงควรแยกการพัฒนาทฤษฎีที่เรา (ยัง) ไม่สามารถทราบเชิงประจักษ์ได้ นี่เป็นแนวทางที่สมเหตุสมผลและเป็นวิทยาศาสตร์หรือไม่?

จักรวาลจากความว่างเปล่า

วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟิสิกส์ มีพื้นฐานมาจากลัทธินิยมนิยม นั่นคือความเชื่อที่ว่าเราสามารถอธิบายทุกอย่างได้โดยใช้พลังแห่งธรรมชาติ ภาระงานของวิทยาศาสตร์ลดลงเหลือเพียงการพิจารณาความเชื่อมโยงระหว่างปริมาณต่างๆ ที่อธิบายปรากฏการณ์หรือโครงสร้างบางอย่างที่มีอยู่ในธรรมชาติ ฟิสิกส์ไม่ได้จัดการกับปัญหาที่ไม่สามารถอธิบายทางคณิตศาสตร์ได้ ซึ่งไม่สามารถทำซ้ำได้ นี่คือเหตุผลของความสำเร็จเหนือสิ่งอื่นใด คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการสร้างแบบจำลองปรากฏการณ์ทางธรรมชาติได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง ความสำเร็จของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติส่งผลให้เกิดภาพรวมทางปรัชญา ทิศทางต่างๆ เช่น ปรัชญากลไกหรือวัตถุนิยมทางวิทยาศาสตร์ได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งถ่ายทอดผลลัพธ์ของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่ได้รับก่อนสิ้นศตวรรษที่ XNUMX ไปสู่สาขาปรัชญา

ดูเหมือนว่าเราจะรู้ทั้งโลกได้ ว่ามีการกำหนดโดยธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ เพราะเราสามารถกำหนดได้ว่าดาวเคราะห์จะเคลื่อนที่อย่างไรในช่วงหลายล้านปี หรือเคลื่อนที่อย่างไรเมื่อหลายล้านปีก่อน ความสำเร็จเหล่านี้ก่อให้เกิดความภาคภูมิใจที่ทำให้จิตใจมนุษย์สมบูรณ์ ในขอบเขตที่ชัดเจน ลัทธินิยมนิยมเชิงระเบียบวิธีกระตุ้นการพัฒนาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแม้กระทั่งในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม มีจุดตัดบางส่วนที่ดูเหมือนจะบ่งบอกถึงข้อจำกัดของระเบียบวิธีทางธรรมชาติ

หากจักรวาลมีปริมาณ จำกัด และเกิดขึ้น "จากความว่างเปล่า" (3) โดยไม่ละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงานเช่นความผันผวนก็ไม่ควรมีการเปลี่ยนแปลง ในระหว่างนี้ เรากำลังจับตาดูพวกเขาอยู่ พยายามที่จะแก้ปัญหานี้บนพื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัม เราได้ข้อสรุปว่ามีเพียงผู้สังเกตการณ์ที่มีสติเท่านั้นที่ตระหนักถึงความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของโลกดังกล่าว นั่นเป็นเหตุผลที่เราสงสัยว่าทำไมสิ่งที่เราอาศัยอยู่จึงถูกสร้างขึ้นจากหลายจักรวาล ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าเมื่อมีคนปรากฏตัวบนโลกโลก - อย่างที่เราสังเกต - "กลายเป็น" จริงๆ ...

การวัดส่งผลต่อเหตุการณ์เมื่อพันล้านปีก่อนอย่างไร?

4. การทดลอง Wheeler - การสร้างภาพ

John Archibald Wheeler นักฟิสิกส์สมัยใหม่คนหนึ่ง ได้เสนอรุ่นอวกาศของการทดลอง double slit ที่มีชื่อเสียง ในการออกแบบจิตของเขา แสงจากควาซาร์ซึ่งอยู่ห่างจากเราหนึ่งพันล้านปีแสง เดินทางไปตามสองด้านตรงข้ามของดาราจักร (4) หากผู้สังเกตสังเกตแต่ละเส้นทางแยกกัน พวกเขาจะเห็นโฟตอน ถ้าทั้งสองอย่างพร้อมกันจะเห็นคลื่น ดังนั้นการสังเกตการณ์จึงเปลี่ยนธรรมชาติของแสงที่ออกจากควาซาร์เมื่อพันล้านปีก่อน!

สำหรับวีลเลอร์ ข้างต้นพิสูจน์ว่าจักรวาลไม่สามารถดำรงอยู่ในความรู้สึกทางกายภาพ อย่างน้อยก็ในแง่ที่เราคุ้นเคยกับการเข้าใจ "สถานะทางกายภาพ" มันเกิดขึ้นไม่ได้ในอดีตเช่นกัน จนกระทั่ง... เราได้ทำการวัดแล้ว ดังนั้นมิติปัจจุบันของเราจึงมีอิทธิพลต่ออดีต ด้วยการสังเกต การตรวจจับ และการวัดของเรา เรากำหนดเหตุการณ์ในอดีตอย่างลึกซึ้ง จนถึง ... จุดเริ่มต้นของจักรวาล!

Neil Turk จาก Perimeter Institute ในเมืองวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา กล่าวใน New Scientist ฉบับเดือนกรกฎาคมว่า "เราไม่สามารถเข้าใจสิ่งที่เราพบได้ ทฤษฎีนี้ซับซ้อนและซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ เราโยนตัวเองเข้าสู่ปัญหากับเขตข้อมูล มิติ และความสมมาตรที่ต่อเนื่องกัน แม้จะต้องใช้ประแจก็ตาม แต่เราไม่สามารถอธิบายข้อเท็จจริงที่ง่ายที่สุดได้” นักฟิสิกส์หลายคนรู้สึกรำคาญอย่างเห็นได้ชัดว่าการเดินทางทางจิตของนักทฤษฎีสมัยใหม่ เช่น ข้อพิจารณาข้างต้นหรือทฤษฎี superstring ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการทดลองที่กำลังดำเนินการอยู่ในห้องปฏิบัติการ และไม่มีวิธีทดสอบการทดลองเหล่านี้

ในโลกควอนตัม คุณต้องมองให้กว้างขึ้น

ดังที่ Richard Feynman ผู้ได้รับรางวัลโนเบลกล่าวไว้ว่า ไม่มีใครเข้าใจโลกควอนตัมอย่างแท้จริง ต่างจากโลกของนิวตันแบบเก่าที่ดี ซึ่งการปฏิสัมพันธ์ของวัตถุทั้งสองที่มีมวลจำนวนหนึ่งคำนวณโดยสมการ ในกลศาสตร์ควอนตัม เรามีสมการที่พวกมันไม่ได้ติดตามมากนัก แต่เป็นผลมาจากพฤติกรรมแปลก ๆ ที่สังเกตได้จากการทดลอง วัตถุของฟิสิกส์ควอนตัมไม่จำเป็นต้องเชื่อมโยงกับสิ่งใด "ทางกายภาพ" และพฤติกรรมของพวกมันคือโดเมนของสเปซหลายมิติที่เป็นนามธรรมที่เรียกว่าสเปซฮิลเบิร์ต

มีการเปลี่ยนแปลงที่อธิบายไว้ในสมการชโรดิงเงอร์ แต่เหตุใดจึงไม่มีใครทราบแน่ชัด สามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือไม่? เป็นไปได้ไหมที่จะได้รับกฎควอนตัมจากหลักการของฟิสิกส์ เนื่องจากกฎและหลักการหลายสิบข้อ เช่น ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในอวกาศ ได้มาจากหลักการของนิวตัน นักวิทยาศาสตร์จาก University of Pavia ในอิตาลี Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella และ Paolo Perinotti ให้เหตุผลว่า แม้แต่ปรากฏการณ์ควอนตัมที่ขัดกับสามัญสำนึกอย่างชัดเจนก็สามารถตรวจจับได้ในการทดลองที่วัดได้ สิ่งที่คุณต้องมีคือมุมมองที่ถูกต้อง - บางทีความเข้าใจผิดของเอฟเฟกต์ควอนตัมอาจเกิดจากการมองในวงกว้างไม่เพียงพอ ตามที่นักวิทยาศาสตร์ดังกล่าวใน New Scientist การทดลองที่มีความหมายและสามารถวัดได้ในกลศาสตร์ควอนตัมต้องเป็นไปตามเงื่อนไขหลายประการ นี่คือ:

• ความเป็นเหตุเป็นผล - เหตุการณ์ในอนาคตไม่สามารถมีอิทธิพลต่อเหตุการณ์ในอดีตได้
• ความแตกต่าง - ระบุว่าเราต้องสามารถแยกออกจากกันได้;
• композиция - ถ้าเรารู้ทุกขั้นตอนของกระบวนการ เราก็รู้กระบวนการทั้งหมด
• การบีบอัด – มีวิธีถ่ายโอนข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับชิปโดยไม่ต้องโอนทั้งชิป
• เอกซ์เรย์ – ถ้าเรามีระบบที่ประกอบด้วยหลายส่วน สถิติการวัดตามส่วนก็เพียงพอที่จะเปิดเผยสถานะของระบบทั้งหมด

ชาวอิตาลีต้องการขยายหลักการทำให้บริสุทธิ์ มุมมองที่กว้างขึ้น และทำการทดลองที่มีความหมายเพื่อรวมปรากฏการณ์ทางอุณหพลศาสตร์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และหลักการของการเติบโตของเอนโทรปี ซึ่งไม่สร้างความประทับใจให้นักฟิสิกส์ บางทีที่นี่เช่นกัน การสังเกตและการวัดอาจได้รับผลกระทบจากสิ่งประดิษฐ์ของเปอร์สเปคทีฟที่แคบเกินไปที่จะเข้าใจทั้งระบบ Giulio Ciribella นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีกล่าวในการให้สัมภาษณ์กับ New Scientist ว่า "ความจริงพื้นฐานของทฤษฎีควอนตัมคือการเปลี่ยนแปลงที่ส่งเสียงดังและไม่สามารถย้อนกลับได้ โดยเพิ่มรูปแบบใหม่ให้กับคำอธิบาย

น่าเสียดายที่ผู้คลางแคลงกล่าวว่า การ "ชำระล้าง" การทดลองและมุมมองการวัดผลที่กว้างขึ้นอาจนำไปสู่สมมติฐานในหลายๆ โลก ซึ่งผลลัพธ์ใดๆ ก็ตามเป็นไปได้ และนักวิทยาศาสตร์ซึ่งคิดว่าพวกเขากำลังวัดแนวทางของเหตุการณ์ที่ถูกต้อง เพียงแค่ "เลือก" ความต่อเนื่องบางอย่างโดยการวัดพวกเขา

5. เข็มบอกเวลาในรูปเข็มนาฬิกา

ไม่มีเวลา?

แนวคิดของสิ่งที่เรียกว่า Arrows of time (5) ถูกนำมาใช้ในปี 1927 โดย Arthur Eddington นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ลูกศรนี้ระบุเวลาซึ่งมักจะไหลไปในทิศทางเดียว กล่าวคือ จากอดีตสู่อนาคต และกระบวนการนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ Stephen Hawking ใน A Brief History of Time เขียนว่าความผิดปกตินั้นเพิ่มขึ้นตามเวลาเพราะเราวัดเวลาในทิศทางที่ความผิดปกติเพิ่มขึ้น นี่หมายความว่าเรามีทางเลือก เช่น ตอนแรกสังเกตเศษแก้วที่กระจัดกระจายอยู่บนพื้น จากนั้นช่วงเวลาที่กระจกตกลงพื้น จากนั้นกระจกในอากาศ และสุดท้ายอยู่ในมือของ คนที่ถือมัน ไม่มีกฎเกณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ว่า "ลูกศรทางจิตวิทยาแห่งกาลเวลา" จะต้องไปในทิศทางเดียวกับลูกศรอุณหพลศาสตร์ และเอนโทรปีของระบบจะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าเป็นเช่นนี้เพราะการเปลี่ยนแปลงที่กระฉับกระเฉงเกิดขึ้นในสมองของมนุษย์ คล้ายกับที่เราสังเกตได้ในธรรมชาติ สมองมีพลังงานในการดำเนินการ สังเกต และให้เหตุผล เพราะ "เครื่องยนต์" ของมนุษย์เผาผลาญเชื้อเพลิง-อาหาร และเช่นเดียวกับในเครื่องยนต์สันดาปภายใน กระบวนการนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้

อย่างไรก็ตาม มีบางกรณีที่ในขณะที่รักษาทิศทางเดิมของลูกศรทางจิตวิทยาของเวลา เอนโทรปีทั้งเพิ่มขึ้นและลดลงในระบบที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อบันทึกข้อมูลในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ โมดูลหน่วยความจำในเครื่องเปลี่ยนจากสถานะไม่มีลำดับเป็นลำดับการเขียนดิสก์ ดังนั้นเอนโทรปีในคอมพิวเตอร์จึงลดลง อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์คนใดจะบอกว่าจากมุมมองของจักรวาลโดยรวม - มันกำลังเติบโต เพราะต้องใช้พลังงานในการเขียนลงดิสก์ และพลังงานนี้จะกระจายไปในรูปของความร้อนที่เกิดจากเครื่องจักร ดังนั้นจึงมีการต่อต้าน "ทางจิตวิทยา" เล็กน้อยต่อกฎทางฟิสิกส์ที่จัดตั้งขึ้น เป็นเรื่องยากสำหรับเราที่จะพิจารณาว่าเสียงที่ออกมาจากพัดลมมีความสำคัญมากกว่าการบันทึกงานหรือค่าอื่นๆ ในหน่วยความจำ จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีคนเขียนข้อโต้แย้งบนพีซีที่จะล้มล้างฟิสิกส์สมัยใหม่ ทฤษฎีแรงรวม หรือทฤษฎีของทุกสิ่ง มันคงเป็นเรื่องยากสำหรับเราที่จะยอมรับความคิดที่ว่าถึงแม้จะเป็นเช่นนี้ ความผิดปกติทั่วไปในจักรวาลก็เพิ่มขึ้น

ย้อนกลับไปในปี 1967 สมการของ Wheeler-DeWitt ปรากฏขึ้น ซึ่งตามมาในช่วงเวลานั้นไม่มีอยู่จริง มันเป็นความพยายามที่จะรวมแนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัมและสัมพัทธภาพทั่วไปทางคณิตศาสตร์ซึ่งเป็นขั้นตอนสู่ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมเช่น ทฤษฎีของทุกสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนต้องการ จนกระทั่งในปี 1983 นักฟิสิกส์ Don Page และ William Wutters ได้เสนอคำอธิบายว่าปัญหาเวลาสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้แนวคิดเรื่องควอนตัมพัวพัน ตามแนวคิดของพวกเขา สามารถวัดได้เฉพาะคุณสมบัติของระบบที่กำหนดไว้แล้วเท่านั้น จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ ข้อเสนอนี้หมายความว่านาฬิกาไม่ทำงานโดยแยกจากระบบและเริ่มต้นก็ต่อเมื่อมันถูกพันกับจักรวาลหนึ่งเท่านั้น อย่างไรก็ตาม หากมีใครมองมาที่เราจากจักรวาลอื่น พวกเขาจะมองว่าเราเป็นวัตถุคงที่ และมีเพียงพวกเขาที่มาถึงเราเท่านั้นที่จะทำให้เกิดการพัวพันกับควอนตัมและทำให้เรารู้สึกถึงกาลเวลาอย่างแท้จริง

สมมติฐานนี้เป็นพื้นฐานของงานของนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยในเมืองตูริน ประเทศอิตาลี นักฟิสิกส์ Marco Genovese ตัดสินใจสร้างแบบจำลองที่คำนึงถึงลักษณะเฉพาะของการพัวพันควอนตัม เป็นไปได้ที่จะสร้างผลกระทบทางกายภาพขึ้นใหม่ซึ่งบ่งชี้ถึงความถูกต้องของเหตุผลนี้ มีการสร้างแบบจำลองของจักรวาลซึ่งประกอบด้วยโฟตอนสองชุด

คู่หนึ่งวางอยู่ - โพลาไรซ์ในแนวตั้งและอีกคู่หนึ่งอยู่ในแนวนอน สถานะควอนตัมของพวกมันและโพลาไรเซชันของพวกมันจะถูกตรวจพบโดยชุดตรวจจับ ปรากฎว่าจนกว่าจะถึงการสังเกตที่กำหนดกรอบอ้างอิงในท้ายที่สุด โฟตอนอยู่ในการซ้อนทับควอนตัมแบบดั้งเดิม นั่นคือ พวกเขาเน้นทั้งแนวตั้งและแนวนอน ซึ่งหมายความว่าผู้สังเกตการณ์ที่อ่านนาฬิกาจะกำหนดความยุ่งเหยิงทางควอนตัมที่ส่งผลต่อจักรวาลที่เขากลายเป็นส่วนหนึ่ง จากนั้นผู้สังเกตการณ์ดังกล่าวจะสามารถรับรู้โพลาไรเซชันของโฟตอนที่ต่อเนื่องกันตามความน่าจะเป็นของควอนตัม

แนวคิดนี้น่าดึงดูดใจมากเพราะอธิบายปัญหาได้มากมาย แต่โดยธรรมชาติแล้วจะนำไปสู่ความต้องการ "ผู้สังเกตการณ์ที่ยอดเยี่ยม" ซึ่งจะอยู่เหนือปัจจัยกำหนดทั้งหมดและจะควบคุมทุกอย่างในภาพรวม

6. ลิขสิทธิ์ - การสร้างภาพ

สิ่งที่เราสังเกตและสิ่งที่เรามองว่าเป็น "เวลา" นั้นแท้จริงแล้วเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงระดับโลกที่วัดได้ในโลกรอบตัวเรา เมื่อเราเจาะลึกเข้าไปในโลกของอะตอม โปรตอน และโฟตอน เราตระหนักดีว่าแนวคิดเรื่องเวลามีความสำคัญน้อยลงเรื่อยๆ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่านาฬิกาที่มากับเราทุกวันจากมุมมองทางกายภาพไม่ได้วัดเส้นทางของมัน แต่ช่วยให้เราจัดระเบียบชีวิตของเรา สำหรับผู้ที่คุ้นเคยกับแนวคิดของนิวตันเกี่ยวกับเวลาที่เป็นสากลและครอบคลุมทุกอย่าง แนวคิดเหล่านี้น่าตกใจ แต่นักอนุรักษนิยมทางวิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับพวกเขาเท่านั้น นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มีชื่อเสียง Lee Smolin ซึ่งก่อนหน้านี้เราเคยกล่าวไว้ว่าเป็นหนึ่งในผู้ชนะรางวัลโนเบลประจำปีนี้ เชื่อว่าเวลานั้นมีอยู่จริงและค่อนข้างจริง ครั้งหนึ่ง - เช่นเดียวกับนักฟิสิกส์หลายคน - เขาแย้งว่าเวลาเป็นภาพลวงตาส่วนตัว

ในหนังสือ Reborn Time ของเขา เขาใช้มุมมองฟิสิกส์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง และวิพากษ์วิจารณ์ทฤษฎีสตริงที่ได้รับความนิยมในชุมชนวิทยาศาสตร์ ตามที่เขาพูดลิขสิทธิ์ไม่มีอยู่ (6) เพราะเราอาศัยอยู่ในจักรวาลเดียวกันและในเวลาเดียวกัน เขาเชื่อว่าเวลามีความสำคัญยิ่ง และประสบการณ์ของเราเกี่ยวกับความเป็นจริงในขณะปัจจุบันไม่ใช่ภาพลวงตา แต่เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติพื้นฐานของความเป็นจริง

เอนโทรปีศูนย์

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) และ Andreas Winter อธิบายการค้นพบของพวกเขาในปี 2009 ในวารสาร Physical Review E ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวัตถุบรรลุความสมดุล นั่นคือสถานะของการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอโดยการป้อนสถานะของควอนตัมพัวพันกับวัตถุเหล่านั้น สภาพแวดล้อม ในปี 2012 Tony Short ได้พิสูจน์ว่าการพัวพันทำให้เกิดความใจเย็นในระยะเวลาจำกัด เมื่อวัตถุมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม เช่น เมื่ออนุภาคในถ้วยกาแฟชนกับอากาศ ข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติของพวกมันจะ "รั่ว" ออกไปด้านนอกและกลายเป็น "เบลอ" ไปทั่วสิ่งแวดล้อม การสูญเสียข้อมูลทำให้สถานะของกาแฟซบเซา แม้ว่าสถานะความสะอาดของทั้งห้องจะเปลี่ยนไปก็ตาม ตามที่ Popescu สภาพของเธอไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป

7. Noah Linden, Sandu Popescu และ Tony Short

เมื่อสถานะความสะอาดของห้องเปลี่ยนไป กาแฟอาจหยุดผสมกับอากาศในทันทีและเข้าสู่สภาวะสะอาดของมันเอง อย่างไรก็ตาม มีสภาวะต่างๆ ที่ผสมผสานกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าสภาวะบริสุทธิ์ที่มีอยู่สำหรับกาแฟ และแทบจะไม่เคยเกิดขึ้นเลย ความเป็นไปไม่ได้ทางสถิตินี้ทำให้รู้สึกว่าลูกศรของเวลาไม่สามารถย้อนกลับได้ ปัญหาของลูกศรแห่งเวลาถูกทำให้ไม่ชัดเจนโดยกลศาสตร์ควอนตัม ทำให้ยากต่อการกำหนดธรรมชาติ

อนุภาคมูลฐานไม่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่แน่นอนและถูกกำหนดโดยความน่าจะเป็นที่จะอยู่ในสถานะต่างกันเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในช่วงเวลาใดก็ตาม อนุภาคอาจมีโอกาส 50 เปอร์เซ็นต์ที่จะหมุนตามเข็มนาฬิกาและมีโอกาส 50 เปอร์เซ็นต์ที่จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ทฤษฎีบทนี้เสริมด้วยประสบการณ์ของนักฟิสิกส์ จอห์น เบลล์ ระบุว่าไม่มีสถานะที่แท้จริงของอนุภาคและปล่อยให้เป็นไปตามความน่าจะเป็น

จากนั้นความไม่แน่นอนของควอนตัมจะนำไปสู่ความสับสน เมื่ออนุภาคสองตัวมีปฏิสัมพันธ์กัน อนุภาคเหล่านี้ไม่สามารถกำหนดได้ด้วยตัวเอง ทำให้เกิดความน่าจะเป็นที่เรียกว่าสภาวะบริสุทธิ์ แต่กลับกลายเป็นองค์ประกอบที่พันกันของการแจกแจงความน่าจะเป็นที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งทั้งสองอนุภาคอธิบายไว้ด้วยกัน การกระจายนี้สามารถตัดสินใจได้ เช่น ว่าอนุภาคจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามหรือไม่ ระบบโดยรวมอยู่ในสถานะบริสุทธิ์ แต่สถานะของอนุภาคแต่ละตัวมีความเกี่ยวข้องกับอนุภาคอื่น

ดังนั้น ทั้งสองสามารถเดินทางห่างกันหลายปีแสง และการหมุนของทั้งสองจะยังคงสัมพันธ์กัน

ทฤษฎีใหม่ของลูกศรแห่งเวลาอธิบายว่านี่เป็นการสูญเสียข้อมูลเนื่องจากการพัวพันของควอนตัมซึ่งทำให้กาแฟหนึ่งถ้วยมีความสมดุลกับห้องโดยรอบ ในที่สุด ห้องก็เข้าสู่สมดุลกับสภาพแวดล้อม และในทางกลับกัน ห้องจะเข้าสู่สมดุลอย่างช้าๆ กับส่วนที่เหลือของจักรวาล นักวิทยาศาสตร์รุ่นเก่าที่ศึกษาอุณหพลศาสตร์มองว่ากระบวนการนี้เป็นการค่อยๆ กระจายพลังงาน ซึ่งเพิ่มเอนโทรปีของจักรวาล

ทุกวันนี้ นักฟิสิกส์เชื่อว่าข้อมูลกระจัดกระจายมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ไม่เคยหายไปโดยสิ้นเชิง แม้ว่าเอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นในพื้นที่ พวกเขาเชื่อว่าเอนโทรปีทั้งหมดของจักรวาลยังคงที่ศูนย์ อย่างไรก็ตาม แง่มุมหนึ่งของลูกศรแห่งกาลเวลายังคงไม่ได้รับการแก้ไข นักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่าความสามารถของบุคคลในการจดจำอดีต แต่ไม่ใช่อนาคต สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการก่อตัวของความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ เมื่อเราอ่านข้อความบนกระดาษ สมองจะสื่อสารกับมันผ่านโฟตอนที่ไปถึงดวงตา

ต่อจากนี้ไปเราจะจำสิ่งที่ข้อความนี้บอกเราได้เท่านั้น Popescu เชื่อว่าทฤษฎีใหม่นี้ไม่ได้อธิบายว่าทำไมสถานะเริ่มต้นของจักรวาลจึงห่างไกลจากความสมดุล และเสริมว่าควรอธิบายธรรมชาติของบิกแบง นักวิจัยบางคนแสดงความสงสัยเกี่ยวกับวิธีการใหม่นี้ แต่การพัฒนาแนวคิดนี้และรูปแบบทางคณิตศาสตร์แบบใหม่ในขณะนี้ช่วยแก้ปัญหาทางทฤษฎีของอุณหพลศาสตร์ได้

เข้าถึงเม็ดแห่งกาลอวกาศ

ฟิสิกส์ของหลุมดำดูเหมือนจะบ่งชี้ตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์บางตัวแนะนำว่าจักรวาลของเราไม่ได้เป็นสามมิติเลย แม้ว่าความรู้สึกของเราจะบอกอะไรเรา แต่ความเป็นจริงรอบตัวเราอาจเป็นโฮโลแกรม ซึ่งเป็นการฉายภาพระนาบอันไกลโพ้น อันที่จริงแล้วเป็นสองมิติ หากภาพจักรวาลนี้ถูกต้อง ภาพมายาของธรรมชาติสามมิติของกาลอวกาศสามารถถูกขจัดออกไปทันทีที่เครื่องมือวิจัยที่เรามีอยู่มีความละเอียดอ่อนเพียงพอ Craig Hogan ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ Fermilab ซึ่งใช้เวลาหลายปีในการศึกษาโครงสร้างพื้นฐานของจักรวาล ชี้ให้เห็นว่าระดับนี้เพิ่งมาถึง

8. GEO600 เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง

หากจักรวาลเป็นโฮโลแกรม บางทีเราอาจจะถึงขีดจำกัดของการแก้ปัญหาความเป็นจริงแล้ว นักฟิสิกส์บางคนตั้งสมมติฐานที่น่าสนใจว่ากาล-อวกาศที่เราอาศัยอยู่นั้นไม่ต่อเนื่องกันในท้ายที่สุด แต่เช่นเดียวกับภาพถ่ายดิจิทัล ในระดับพื้นฐานที่สุดนั้นประกอบด้วย "เกรน" หรือ "พิกเซล" บางอย่าง ถ้าเป็นเช่นนั้น ความเป็นจริงของเราต้องมี "การแก้ปัญหา" ขั้นสุดท้าย นี่คือวิธีที่นักวิจัยบางคนตีความ "เสียง" ที่ปรากฏในผลลัพธ์ของเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วง GEO600 (8)

เพื่อทดสอบสมมติฐานที่ไม่ธรรมดานี้ เครก โฮแกน นักฟิสิกส์คลื่นโน้มถ่วง เขาและทีมของเขาได้พัฒนาอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่แม่นยำที่สุดในโลก เรียกว่าโฮแกนโฮโลมิเตอร์ ซึ่งออกแบบมาเพื่อวัดแก่นแท้พื้นฐานของกาลอวกาศด้วยวิธีที่แม่นยำที่สุด การทดลองที่มีชื่อรหัสว่า Fermilab E-990 ไม่ใช่การทดลองอื่นๆ งานนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแสดงให้เห็นถึงธรรมชาติของควอนตัมของอวกาศและการมีอยู่ของสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "เสียงโฮโลแกรม"

โฮโลมิเตอร์ประกอบด้วยอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์สองตัวที่วางเคียงข้างกัน พวกเขานำลำแสงเลเซอร์หนึ่งกิโลวัตต์ไปยังอุปกรณ์ที่แยกออกเป็นสองคานตั้งฉากยาว 40 เมตรซึ่งสะท้อนกลับและกลับสู่จุดแยกทำให้เกิดความผันผวนของความสว่างของลำแสง (9) ถ้าพวกมันทำให้เกิดการเคลื่อนไหวบางอย่างในอุปกรณ์แบ่ง นี่จะเป็นหลักฐานของการสั่นสะเทือนของอวกาศเอง

9. การแสดงภาพกราฟิกของการทดลองโฮโลแกรม

ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของทีม Hogan คือการพิสูจน์ว่าผลกระทบที่พวกเขาค้นพบไม่ได้เป็นเพียงการรบกวนที่เกิดจากปัจจัยภายนอกการตั้งค่าการทดลอง แต่เป็นผลมาจากการสั่นสะเทือนของกาลอวกาศ ดังนั้นมิเรอร์ที่ใช้ในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์จะซิงโครไนซ์กับความถี่ของเสียงที่เล็กที่สุดทั้งหมดที่มาจากภายนอกอุปกรณ์และหยิบขึ้นมาโดยเซ็นเซอร์พิเศษ

จักรวาลมานุษยวิทยา

เพื่อให้โลกและมนุษย์อยู่ในนั้นกฎของฟิสิกส์ต้องมีรูปแบบที่เฉพาะเจาะจงมากและค่าคงที่ทางกายภาพจะต้องมีค่าที่เลือกอย่างแม่นยำ ... และนั่นคือ! ทำไม

เริ่มจากความจริงที่ว่ามีปฏิสัมพันธ์สี่ประเภทในจักรวาล: ความโน้มถ่วง (การตก, ดาวเคราะห์, กาแลคซี), แม่เหล็กไฟฟ้า (อะตอม, อนุภาค, แรงเสียดทาน, ความยืดหยุ่น, แสง), นิวเคลียร์ที่อ่อนแอ (แหล่งที่มาของพลังงานดาว) และนิวเคลียร์อย่างแรง ( ยึดโปรตอนและนิวตรอนเข้ากับนิวเคลียสของอะตอม) แรงโน้มถ่วงอ่อนแอกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า 1039 เท่า ถ้ามันอ่อนแอกว่าเล็กน้อย ดวงดาวจะเบากว่าดวงอาทิตย์ ซุปเปอร์โนวาจะไม่ระเบิด องค์ประกอบหนักจะไม่ก่อตัว ถ้ามันแข็งแกร่งขึ้นอีกหน่อย สิ่งมีชีวิตที่มีขนาดใหญ่กว่าแบคทีเรียจะถูกบดขยี้ และดวงดาวมักจะชนกัน ทำลายดาวเคราะห์และเผาตัวเองเร็วเกินไป

ความหนาแน่นของเอกภพนั้นใกล้เคียงกับความหนาแน่นวิกฤต กล่าวคือ สสารจะสลายตัวไปอย่างรวดเร็วด้านล่างโดยปราศจากการก่อตัวของกาแล็กซีหรือดวงดาว และเหนือสิ่งอื่นใดที่เอกภพจะมีชีวิตอยู่นานเกินไป สำหรับการเกิดเงื่อนไขดังกล่าว ความแม่นยำในการจับคู่พารามิเตอร์ของบิ๊กแบงควรอยู่ภายใน ±10-60 ความไม่สม่ำเสมอเริ่มต้นของเอกภพรุ่นเยาว์อยู่ในระดับ 10-5 ถ้าพวกมันเล็กกว่า กาแล็กซีก็จะไม่ก่อตัว หากมีขนาดใหญ่กว่า หลุมดำขนาดใหญ่จะก่อตัวขึ้นแทนกาแล็กซี

ความสมมาตรของอนุภาคและปฏิปักษ์ในจักรวาลถูกทำลาย และสำหรับแบริออนทุกตัว (โปรตอน นิวตรอน) มี 109 โฟตอน ถ้ามีมากกว่านี้ กาแล็กซีก็ไม่สามารถก่อตัวได้ ถ้ามีจำนวนน้อยกว่านี้ จะไม่มีดาว นอกจากนี้ จำนวนมิติที่เราอาศัยอยู่ดูเหมือนจะ "ถูกต้อง" โครงสร้างที่ซับซ้อนไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในสองมิติ ด้วยมากกว่าสี่ (สามมิติบวกเวลา) การมีอยู่ของวงโคจรของดาวเคราะห์ที่เสถียรและระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมจะกลายเป็นปัญหา

10. มนุษย์เป็นศูนย์กลางของจักรวาล

แนวคิดของหลักการมานุษยวิทยาได้รับการแนะนำโดยแบรนดอนคาร์เตอร์ในปี 1973 ในการประชุมที่คราคูฟซึ่งอุทิศให้กับการครบรอบ 500 ปีของการเกิดโคเปอร์นิคัส โดยทั่วไป มันสามารถกำหนดได้ในลักษณะที่เอกภพที่สังเกตได้จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขที่มันมาบรรจบกันเพื่อที่จะให้เราสังเกต จนถึงขณะนี้มีเวอร์ชันต่างๆ หลักการมานุษยวิทยาที่อ่อนแอระบุว่าเราสามารถดำรงอยู่ในจักรวาลเท่านั้นที่ทำให้การดำรงอยู่ของเราเป็นไปได้ หากค่าคงที่ต่างกัน เราจะไม่มีวันเห็นสิ่งนี้ เพราะเราจะไม่อยู่ที่นั่น หลักการมานุษยวิทยาที่แข็งแกร่ง (คำอธิบายโดยเจตนา) บอกว่าจักรวาลเป็นแบบที่เรามีอยู่ได้ (10)

จากมุมมองของฟิสิกส์ควอนตัม จักรวาลจำนวนเท่าใดก็ได้เกิดขึ้นโดยไม่มีเหตุผล เราลงเอยในจักรวาลหนึ่งซึ่งต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขที่ละเอียดอ่อนจำนวนหนึ่งเพื่อให้บุคคลหนึ่งอาศัยอยู่ในนั้น ถ้าอย่างนั้นเรากำลังพูดถึงโลกมานุษยวิทยา สำหรับผู้เชื่อ ตัวอย่างเช่น จักรวาลมานุษยวิทยาหนึ่งจักรวาลที่พระเจ้าสร้างขึ้นก็เพียงพอแล้ว โลกทัศน์ทางวัตถุไม่ยอมรับสิ่งนี้และถือว่ามีหลายจักรวาลหรือว่าจักรวาลปัจจุบันเป็นเพียงขั้นตอนในวิวัฒนาการที่ไม่มีที่สิ้นสุดของลิขสิทธิ์

ผู้เขียนรุ่นปัจจุบันของสมมติฐานของจักรวาลในขณะที่แบบจำลองคือนักทฤษฎี Niklas Boström ตามที่เขาพูดความเป็นจริงที่เรารับรู้เป็นเพียงการจำลองที่เราไม่รู้ นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าหากเป็นไปได้ที่จะสร้างแบบจำลองที่เชื่อถือได้ของอารยธรรมทั้งหมดหรือแม้แต่ทั้งจักรวาลโดยใช้คอมพิวเตอร์ที่มีพลังเพียงพอและคนจำลองสามารถสัมผัสได้ถึงจิตสำนึก เป็นไปได้มากที่อารยธรรมขั้นสูงจะสร้างจำนวนมากขึ้น ของการจำลองดังกล่าว และเราอาศัยอยู่ในหนึ่งในนั้นในสิ่งที่คล้ายกับ The Matrix (11)

ในที่นี้มีการใช้คำว่า "พระเจ้า" และ "เมทริกซ์" มาถึงขีดจำกัดของการพูดถึงวิทยาศาสตร์แล้ว หลายคนรวมทั้งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นเพราะความไร้หนทางของฟิสิกส์ทดลองที่วิทยาศาสตร์เริ่มเข้าสู่พื้นที่ที่ตรงกันข้ามกับความสมจริง กลิ่นของอภิปรัชญาและนิยายวิทยาศาสตร์ ยังคงหวังว่าฟิสิกส์จะเอาชนะวิกฤตเชิงประจักษ์และค้นหาวิธีที่จะชื่นชมยินดีอีกครั้งในฐานะวิทยาศาสตร์ที่พิสูจน์ได้เชิงทดลอง