¿Donde nos equivocamos?

La física se ha encontrado en un desagradable callejón sin salida. Aunque tiene su propio Modelo Estándar, recientemente complementado por la partícula de Higgs, todos estos avances hacen poco para explicar los grandes misterios modernos, la energía oscura, la materia oscura, la gravedad, las asimetrías materia-antimateria e incluso las oscilaciones de neutrinos.

Roberto Unger y Lee Smolin

Lee Smolin, un conocido físico que ha sido mencionado durante años como uno de los candidatos serios al Premio Nobel, publicado recientemente con el filósofo Roberto Ungerem, el libro “El Universo Singular y la Realidad del Tiempo”. En él, los autores analizan, cada uno desde el punto de vista de su disciplina, el estado confuso de la física moderna. “La ciencia falla cuando abandona el ámbito de la verificación experimental y la posibilidad de la negación”, escriben. Instan a los físicos a retroceder en el tiempo y buscar un nuevo comienzo.

Sus ofertas son bastante específicas. Smolin y Unger, por ejemplo, quieren que volvamos al concepto un universo. La razón es simple - experimentamos solo un universo, y uno de ellos puede investigarse científicamente, mientras que las afirmaciones de la existencia de su pluralidad son empíricamente inverificables.. Otro supuesto que Smolin y Unger proponen aceptar es el siguiente. realidad del tiempono dar a los teóricos la oportunidad de alejarse de la esencia de la realidad y sus transformaciones. Y, finalmente, los autores instan a refrenar la pasión por las matemáticas que, en sus modelos "bellos" y elegantes, rompen con el mundo realmente experimentado y posible. verificar experimentalmente.

Quién sabe "matemático hermoso" teoria de las cuerdas, este último reconoce fácilmente su crítica en los postulados anteriores. Sin embargo, el problema es más general. Muchas declaraciones y publicaciones de hoy creen que la física ha llegado a un callejón sin salida. Debemos haber cometido un error en algún lugar del camino, admiten muchos investigadores.

Entonces Smolin y Unger no están solos. Hace unos meses en "Naturaleza" Jorge Ellis i José Seda publicó un artículo sobre protegiendo la integridad de la físicacriticando a aquellos que están cada vez más inclinados a posponer hasta un "mañana" indefinido los experimentos para probar varias teorías cosmológicas "de moda". Deben caracterizarse por la "elegancia suficiente" y el valor explicativo. “Esto rompe la tradición científica centenaria de que el conocimiento científico es conocimiento. confirmado empíricamenterecuerdan los científicos. Los hechos muestran claramente el "punto muerto experimental" de la física moderna.. Las últimas teorías sobre la naturaleza y estructura del mundo y el Universo, por regla general, no pueden ser verificadas por experimentos disponibles para la humanidad.

Análogos de partículas supersimétricas - Visualización

Al descubrir el bosón de Higgs, los científicos han "logrado" Modelo estandar. Sin embargo, el mundo de la física está lejos de estar satisfecho. Conocemos todos los quarks y leptones, pero no tenemos idea de cómo conciliar esto con la teoría de la gravedad de Einstein. No sabemos cómo combinar la mecánica cuántica con la gravedad para crear una teoría coherente de la gravedad cuántica. Tampoco sabemos qué es el Big Bang (o si realmente hubo uno).

En la actualidad, llamémoslo físicos convencionales, ellos ven el siguiente paso después del Modelo Estándar en supersimetría (SUSY), que predice que cada partícula elemental que conocemos tiene un "compañero" simétrico. Esto duplica el número total de componentes básicos de la materia, pero la teoría encaja perfectamente en las ecuaciones matemáticas y, lo que es más importante, ofrece la oportunidad de desentrañar el misterio de la materia oscura cósmica. Solo restaba esperar los resultados de los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones, que confirmarán la existencia de partículas supersimétricas.

Sin embargo, aún no se han escuchado tales descubrimientos desde Ginebra. Si aún no surge nada nuevo de los experimentos del LHC, muchos físicos creen que las teorías supersimétricas deberían retirarse silenciosamente, así como superestructuraque se basa en la supersimetría. Hay científicos que están dispuestos a defenderla, aunque no encuentre confirmación experimental, porque la teoría SUSA es "demasiado hermosa para ser falsa". Si es necesario, tienen la intención de reevaluar sus ecuaciones para demostrar que las masas de partículas supersimétricas simplemente están fuera del rango del LHC.

Anomalía anomalía pagana

Impresiones: ¡es fácil de decir! Sin embargo, cuando, por ejemplo, los físicos logran poner un muón en órbita alrededor de un protón, y el protón se "hincha", entonces comienzan a suceder cosas extrañas en la física que conocemos. Se crea una versión más pesada del átomo de hidrógeno y resulta que el núcleo, es decir, el protón en tal átomo es más grande (es decir, tiene un radio más grande) que el protón "ordinario".

La física tal como la conocemos no puede explicar este fenómeno. El muón, el leptón que reemplaza al electrón en el átomo, debería comportarse como un electrón, y lo hace, pero ¿por qué este cambio afecta el tamaño del protón? Los físicos no entienden esto. Tal vez puedan superarlo, pero... espera un minuto. El tamaño del protón está relacionado con las teorías físicas actuales, especialmente el Modelo Estándar. Los teóricos comenzaron a desahogar esta inexplicable interacción un nuevo tipo de interacción fundamental. Sin embargo, esto es solo especulación hasta ahora. En el camino, se realizaron experimentos con átomos de deuterio, creyendo que un neutrón en el núcleo puede influir en los efectos. Los protones eran aún más grandes con muones alrededor que con electrones.

Otra rareza física relativamente nueva es la existencia que surgió como resultado de una investigación realizada por científicos del Trinity College Dublin. nueva forma de luz. Una de las características medidas de la luz es su momento angular. Hasta ahora, se creía que en muchas formas de luz, el momento angular es un múltiplo de constante de Planck. Mientras tanto, la Dra. kyle ballantine y profesor Pablo Eastham i Juan Donegan descubrió una forma de luz en la que el momento angular de cada fotón es la mitad de la constante de Planck.

Este notable descubrimiento muestra que incluso las propiedades básicas de la luz que pensábamos que eran constantes pueden cambiar. Esto tendrá un impacto real en el estudio de la naturaleza de la luz y encontrará aplicaciones prácticas, por ejemplo, en comunicaciones ópticas seguras. Desde la década de 80, los físicos se han preguntado cómo se mueven las partículas en solo dos dimensiones del espacio tridimensional. Descubrieron que entonces estaríamos lidiando con muchos fenómenos inusuales, incluidas partículas cuyos valores cuánticos serían fracciones. Ahora ha sido probado para la luz. Esto es muy interesante, pero significa que muchas teorías todavía necesitan ser actualizadas. Y esto es solo el comienzo de la conexión con nuevos descubrimientos que traen fermentación a la física.

Hace un año apareció en los medios una información que los físicos de la Universidad de Cornell confirmaron en su experimento. Efecto cuántico Zeno – la posibilidad de detener un sistema cuántico solo mediante la realización de observaciones continuas. Lleva el nombre del antiguo filósofo griego que afirmó que el movimiento es una ilusión que es imposible en la realidad. La conexión del pensamiento antiguo con la física moderna es el trabajo Baidyanatha Egipto i Jorge Sudarshan de la Universidad de Texas, quien describió esta paradoja en 1977. David Winelandia, un físico estadounidense y ganador del Premio Nobel de física, con quien MT habló en noviembre de 2012, realizó la primera observación experimental del efecto Zeno, pero los científicos discreparon sobre si su experimento confirmaba la existencia del fenómeno.

Visualización del experimento de Wheeler

El año pasado hizo un nuevo descubrimiento. Mukund Vengalattorequien, junto con su equipo de investigación, realizó un experimento en el laboratorio ultrafrío de la Universidad de Cornell. Los científicos crearon y enfriaron un gas de alrededor de mil millones de átomos de rubidio en una cámara de vacío y suspendieron la masa entre rayos láser. Los átomos se organizaron y formaron un sistema reticular, se comportaron como si estuvieran en un cuerpo cristalino. En climas muy fríos, podían moverse de un lugar a otro a muy baja velocidad. Los físicos los observaron bajo un microscopio y los iluminaron con un sistema de imágenes láser para poder verlos. Cuando el láser estaba apagado o a baja intensidad, los átomos formaban un túnel libremente, pero a medida que el rayo láser se volvía más brillante y las mediciones se tomaban con más frecuencia, la tasa de penetración cayó bruscamente.

Vengalattore resumió su experimento de la siguiente manera: "Ahora tenemos una oportunidad única de controlar la dinámica cuántica únicamente a través de la observación". ¿Fueron los pensadores "idealistas", desde Zenón hasta Berkeley, ridiculizados en la "edad de la razón", tenían razón en que los objetos sólo existen porque los miramos?

Recientemente han aparecido con frecuencia diversas anomalías e inconsistencias con las (aparentemente) teorías que se han estabilizado a lo largo de los años. Otro ejemplo proviene de las observaciones astronómicas: hace unos meses resultó que el universo se está expandiendo más rápido de lo que sugieren los modelos físicos conocidos. Según un artículo de Nature de abril de 2016, las mediciones realizadas por científicos de la Universidad Johns Hopkins fueron un 8 % más altas de lo esperado por la física moderna. Los científicos utilizaron un nuevo método. análisis de las llamadas velas estándar, es decir. las fuentes de luz se consideran estables. Una vez más, los comentarios de la comunidad científica dicen que estos resultados apuntan a un problema grave con las teorías actuales.

Uno de los más destacados físicos modernos, John Archibald Wheeler, propuso una versión espacial del experimento de doble rendija conocido en ese momento. En su diseño mental, la luz de un cuásar, a mil millones de años luz de distancia, atraviesa dos lados opuestos de la galaxia. Si los observadores observan cada uno de estos caminos por separado, verán fotones. Si los dos a la vez, verán la ola. Por lo tanto Sam el acto de observar cambia la naturaleza de la luzque dejó el cuásar hace mil millones de años.

Según Wheeler, lo anterior prueba que el universo no puede existir en un sentido físico, al menos en el sentido en el que estamos acostumbrados a entender "un estado físico". Tampoco puede ser así en el pasado, hasta que... hayamos tomado una medida. Así, nuestra dimensión actual influye en el pasado. Entonces, con nuestras observaciones, detecciones y mediciones, damos forma a los eventos del pasado, atrás en el tiempo, hasta ... ¡el comienzo del Universo!

Finaliza la resolución del holograma

La física de los agujeros negros parece indicar, como sugieren al menos algunos modelos matemáticos, que nuestro universo no es lo que nuestros sentidos nos dicen que sea, es decir, tridimensional (la cuarta dimensión, el tiempo, está informada por la mente). La realidad que nos rodea puede ser holograma es una proyección de un plano lejano esencialmente bidimensional. Si esta imagen del universo es correcta, la ilusión de la naturaleza tridimensional del espacio-tiempo puede disiparse tan pronto como las herramientas de investigación a nuestra disposición se vuelvan adecuadamente sensibles. craig hogan, profesor de física en Fermilab que ha dedicado años a estudiar la estructura fundamental del universo, sugiere que se acaba de alcanzar este nivel. Si el universo es un holograma, quizás hayamos llegado a los límites de resolución de la realidad. Algunos físicos han propuesto la intrigante hipótesis de que el espacio-tiempo en el que vivimos no es en última instancia continuo, sino que, como una imagen en una fotografía digital, en su nivel más básico consiste en algún tipo de "grano" o "píxel". Si es así, nuestra realidad debe tener algún tipo de "resolución" final. Así interpretaron algunos investigadores el "ruido" que apareció en los resultados del detector de ondas gravitacionales Geo600 hace unos años.

Para probar esta hipótesis inusual, Craig Hogan y su equipo desarrollaron el interferómetro más preciso del mundo, llamado holometro hoganlo que debería darnos la medida más precisa de la esencia misma del espacio-tiempo. El experimento, cuyo nombre en código es Fermilab E-990, no es uno de muchos otros. Su objetivo es demostrar la naturaleza cuántica del propio espacio y la presencia de lo que los científicos llaman "ruido holográfico". El holómetro consta de dos interferómetros uno al lado del otro que envían rayos láser de un kilovatio a un dispositivo que los divide en dos rayos perpendiculares de 40 metros. Se reflejan y regresan al punto de separación, creando fluctuaciones en el brillo de los rayos de luz. Si provocan cierto movimiento en el dispositivo de división, entonces esto será evidencia de la vibración del espacio mismo.

Desde el punto de vista de la física cuántica, podría surgir sin motivo alguno. cualquier número de universos. Nos encontramos en este en particular, que tenía que cumplir una serie de sutiles condiciones para que una persona pudiera vivir en él. Luego hablamos de mundo antrópico. Para un creyente, un universo antrópico creado por Dios es suficiente. La cosmovisión materialista no acepta esto y asume que hay muchos universos o que el universo actual es solo una etapa en la evolución infinita del multiverso.

Autor de la versión moderna. Hipótesis del universo como simulación. (un concepto relacionado con el holograma) es un teórico Niklas Bostrum. Afirma que la realidad que percibimos es solo una simulación de la que no somos conscientes. El científico sugirió que si se puede crear una simulación confiable de toda una civilización o incluso de todo el universo usando una computadora lo suficientemente poderosa, y las personas simuladas pueden experimentar la conciencia, es muy probable que haya una gran cantidad de tales criaturas. simulaciones creadas por civilizaciones avanzadas, y nosotros vivimos en una de ellas, en algo parecido a la "Matrix".

El tiempo no es infinito

Entonces, ¿tal vez es hora de romper paradigmas? Su desacreditación no es nada particularmente nuevo en la historia de la ciencia y la física. Después de todo, era posible subvertir el geocentrismo, la noción del espacio como un escenario inactivo y el tiempo universal, desde la creencia de que el Universo es estático, desde la creencia en la crueldad de la medición...

paradigma local ya no está tan bien informado, pero también está muerto. Erwin Schrodinger y otros creadores de la mecánica cuántica notaron que antes del acto de medir, nuestro fotón, como el famoso gato colocado en una caja, aún no está en un estado determinado, estando polarizado vertical y horizontalmente al mismo tiempo. ¿Qué podría pasar si colocamos dos fotones entrelazados muy separados y examinamos su estado por separado? Ahora sabemos que si el fotón A está polarizado horizontalmente, entonces el fotón B debe estar polarizado verticalmente, incluso si lo colocamos mil millones de años luz antes. Ambas partículas no tienen un estado exacto antes de la medición, pero después de abrir una de las cajas, la otra inmediatamente "sabe" qué propiedad debe tomar. Se trata de una comunicación extraordinaria que tiene lugar fuera del tiempo y el espacio. De acuerdo con la nueva teoría del entrelazamiento, la localidad ya no es una certeza, y dos partículas aparentemente separadas pueden comportarse como un marco de referencia, ignorando detalles como la distancia.

Dado que la ciencia trata con diferentes paradigmas, ¿por qué no debería derribar las opiniones fijas que persisten en la mente de los físicos y se repiten en los círculos de investigación? ¿Quizás será la mencionada supersimetría, quizás la creencia en la existencia de la materia y la energía oscura, o quizás la idea del Big Bang y la expansión del Universo?

Hasta ahora, la opinión predominante ha sido que el universo se está expandiendo a un ritmo cada vez mayor y probablemente continuará haciéndolo indefinidamente. Sin embargo, hay algunos físicos que han notado que la teoría de la expansión eterna del universo, y especialmente su conclusión de que el tiempo es infinito, presenta un problema al calcular la probabilidad de que ocurra un evento. Algunos científicos argumentan que en los próximos 5 mil millones de años, el tiempo probablemente se acabe debido a algún tipo de catástrofe.

Físico Rafael Bussó de la Universidad de California y sus colegas publicaron un artículo en arXiv.org explicando que en un universo eterno, incluso los eventos más increíbles sucederán tarde o temprano, y además, sucederán un número infinito de veces. Dado que la probabilidad se define en términos del número relativo de eventos, no tiene sentido establecer ninguna probabilidad en la eternidad, ya que cada evento será igualmente probable. “La inflación perpetua tiene profundas consecuencias”, escribe Busso. “Cualquier evento que tenga una probabilidad distinta de cero ocurrirá infinitamente muchas veces, la mayoría de las veces en regiones remotas que nunca han estado en contacto”. Esto socava la base de las predicciones probabilísticas en los experimentos locales: si un número infinito de observadores en todo el universo gana la lotería, ¿sobre qué base puede decir que es poco probable que gane la lotería? Por supuesto, también hay infinitos no ganadores, pero ¿en qué sentido hay más de ellos?

Una solución a este problema, explican los físicos, es suponer que se acabará el tiempo. Entonces habrá un número finito de eventos, y los eventos improbables ocurrirán con menos frecuencia que los probables.

Este momento de "corte" define un conjunto de ciertos eventos permitidos. Así que los físicos trataron de calcular la probabilidad de que se acabara el tiempo. Se dan cinco métodos diferentes de terminación de tiempo. En los dos escenarios, hay un 50 por ciento de posibilidades de que esto suceda en 3,7 millones de años. Los otros dos tienen una probabilidad del 50% dentro de 3,3 millones de años. Queda muy poco tiempo en el quinto escenario (tiempo de Planck). Con un alto grado de probabilidad, incluso puede estar en... el próximo segundo.

¿No funcionó?

Afortunadamente, estos cálculos predicen que la mayoría de los observadores son los llamados Niños Boltzmann, que emergen del caos de las fluctuaciones cuánticas en el universo primitivo. Debido a que la mayoría de nosotros no lo somos, los físicos han descartado este escenario.

“El límite puede verse como un objeto con atributos físicos, incluida la temperatura”, escriben los autores en su artículo. “Habiendo llegado al final de los tiempos, la materia alcanzará el equilibrio termodinámico con el horizonte. Esto es similar a la descripción de la materia que cae en un agujero negro, hecha por un observador externo”.

La inflación cósmica y el multiverso

La primera suposición es que El universo se expande constantemente hasta el infinito.lo cual es una consecuencia de la teoría general de la relatividad y está bien confirmado por datos experimentales. La segunda suposición es que la probabilidad se basa en frecuencia relativa de eventos. Finalmente, la tercera suposición es que si el espacio-tiempo es realmente infinito, entonces la única forma de determinar la probabilidad de un evento es limitar su atención. un subconjunto finito del multiverso infinito.

¿Tendrá sentido?

Los argumentos de Smolin y Unger, que forman la base de este artículo, sugieren que solo podemos explorar nuestro universo experimentalmente, rechazando la noción de un multiverso. Mientras tanto, un análisis de los datos recopilados por el telescopio espacial europeo Planck ha revelado la presencia de anomalías que pueden indicar una interacción de larga data entre nuestro universo y otro. Así, la mera observación y experimentación apuntan a otros universos.

Anomalías descubiertas por el Observatorio Planck

Algunos físicos ahora especulan que si hubo un ser llamado Multiverso, y todos sus universos constituyentes, llegaron a existir en un solo Big Bang, entonces podría haber sucedido entre ellos. colisiones. Según investigaciones del equipo del Observatorio Planck, estas colisiones serían algo similares a la colisión de dos pompas de jabón, dejando huellas en la superficie exterior de los universos, que teóricamente podrían registrarse como anomalías en la distribución de la radiación de fondo de microondas. Curiosamente, las señales registradas por el telescopio Planck parecen sugerir que algún tipo de Universo cercano a nosotros es muy diferente al nuestro, porque la diferencia entre la cantidad de partículas subatómicas (bariones) y fotones en él puede ser incluso diez veces mayor que " aquí". . Esto significaría que los principios físicos subyacentes pueden diferir de lo que conocemos.

Es probable que las señales detectadas provengan de una era temprana del universo, la llamada recombinacióncuando los protones y los electrones comenzaron a fusionarse para formar átomos de hidrógeno (la probabilidad de una señal de fuentes relativamente cercanas es de alrededor del 30 %). La presencia de estas señales puede indicar una intensificación del proceso de recombinación tras la colisión de nuestro Universo con otro, con mayor densidad de materia bariónica.

En una situación en la que se acumulan conjeturas contradictorias y, en la mayoría de los casos, puramente teóricas, algunos científicos pierden notablemente la paciencia. Esto se evidencia en una fuerte declaración de Neil Turok del Perimeter Institute en Waterloo, Canadá, quien, en una entrevista de 2015 con NewScientist, se molestó porque “no somos capaces de dar sentido a lo que estamos encontrando”. Añadió: “La teoría se está volviendo cada vez más compleja y sofisticada. Lanzamos campos, medidas y simetrías sucesivas al problema, incluso con una llave inglesa, pero no podemos explicar los hechos más simples. Muchos físicos obviamente están molestos por el hecho de que los viajes mentales de los teóricos modernos, como el razonamiento anterior o la teoría de supercuerdas, no tienen nada que ver con los experimentos que se llevan a cabo actualmente en los laboratorios, y no hay evidencia de que puedan ser probados. experimentalmente. .

¿Es realmente un callejón sin salida y es necesario salir de él, como sugieren Smolin y su amigo el filósofo? ¿O tal vez estamos hablando de confusión y confusión antes de algún tipo de descubrimiento histórico que pronto nos esperará?

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