Où avons-nous tort?

La physique s'est retrouvée dans une impasse désagréable. Bien qu'il ait son propre modèle standard, récemment complété par la particule de Higgs, toutes ces avancées n'expliquent guère les grands mystères modernes, l'énergie noire, la matière noire, la gravité, les asymétries matière-antimatière et même les oscillations des neutrinos.

Roberto Unger et Lee Smolin

Lee Smolin, un physicien bien connu qui a été mentionné pendant des années comme l'un des candidats sérieux pour le prix Nobel, récemment publié avec le philosophe Roberto Ungerem, le livre "L'univers singulier et la réalité du temps". Les auteurs y analysent, chacun du point de vue de leur discipline, l'état confus de la physique moderne. "La science échoue lorsqu'elle quitte le domaine de la vérification expérimentale et la possibilité de déni", écrivent-ils. Ils exhortent les physiciens à remonter le temps et à chercher un nouveau départ.

Leurs offres sont assez spécifiques. Smolin et Unger, par exemple, veulent qu'on revienne au concept Un univers. La raison est simple - nous ne faisons l'expérience que d'un seul univers, et l'un d'entre eux peut être étudié scientifiquement, tandis que les affirmations de l'existence de leur pluralité sont empiriquement invérifiables.. Une autre hypothèse que Smolin et Unger proposent d'accepter est la suivante. réalité du tempsne pas donner aux théoriciens une chance de s'éloigner de l'essence de la réalité et de ses transformations. Et, enfin, les auteurs incitent à freiner la passion des mathématiques qui, dans ses « beaux » et élégants modèles, rompt avec le monde réellement vécu et possible. vérifier expérimentalement.

Qui sait "beau mathématique" théorie des cordes, ce dernier reconnaît facilement sa critique dans les postulats ci-dessus. Cependant, le problème est plus général. De nombreuses déclarations et publications pensent aujourd'hui que la physique est dans une impasse. Nous avons dû faire une erreur quelque part en cours de route, admettent de nombreux chercheurs.

Smolin et Unger ne sont donc pas seuls. Il y a quelques mois dans "Nature" Georges Ellis i Joseph Soie a publié un article sur protéger l'intégrité de la physiqueen critiquant ceux qui sont de plus en plus enclins à reporter à un "demain" indéfini les expériences pour tester diverses théories cosmologiques "à la mode". Ils doivent être caractérisés par une "élégance suffisante" et une valeur explicative. « Cela rompt la tradition scientifique séculaire selon laquelle la connaissance scientifique est la connaissance. empiriquement confirmérappellent les scientifiques. Les faits montrent clairement « l'impasse expérimentale » de la physique moderne.. Les dernières théories sur la nature et la structure du monde et de l'univers, en règle générale, ne peuvent pas être vérifiées par des expériences à la disposition de l'humanité.

Analogues de particules supersymétriques - Visualisation

En découvrant le boson de Higgs, les scientifiques ont "réalisé" Modèle standard. Cependant, le monde de la physique est loin d'être satisfait. Nous connaissons tous les quarks et leptons, mais nous ne savons pas comment concilier cela avec la théorie de la gravité d'Einstein. Nous ne savons pas comment combiner la mécanique quantique avec la gravité pour créer une théorie cohérente de la gravité quantique. Nous ne savons pas non plus ce qu'est le Big Bang (ou s'il y en a vraiment eu un).

À l'heure actuelle, appelons cela les physiciens traditionnels, ils voient la prochaine étape après le modèle standard en supersymétrie (SUSY), qui prédit que chaque particule élémentaire que nous connaissons a un "partenaire" symétrique. Cela double le nombre total de blocs de construction pour la matière, mais la théorie s'intègre parfaitement dans les équations mathématiques et, surtout, offre une chance de percer le mystère de la matière noire cosmique. Il ne restait plus qu'à attendre les résultats des expériences au Large Hadron Collider, qui confirmeront l'existence de particules supersymétriques.

Cependant, aucune découverte de ce genre n'a encore été entendue à Genève. Si rien de nouveau n'émerge encore des expériences du LHC, de nombreux physiciens pensent qu'il faut retirer discrètement les théories supersymétriques, ainsi que superstructurequi est basé sur la supersymétrie. Il y a des scientifiques qui sont prêts à la défendre, même si elle ne trouve pas de confirmation expérimentale, car la théorie SUSA est "trop ​​belle pour être fausse". Si nécessaire, ils ont l'intention de réévaluer leurs équations pour prouver que les masses de particules supersymétriques sont tout simplement en dehors de la plage du LHC.

Anomalie anomalie païenne

Impressions - c'est facile à dire! Cependant, lorsque, par exemple, les physiciens réussissent à mettre un muon en orbite autour d'un proton, et que le proton « gonfle », alors des choses étranges commencent à se produire dans la physique que nous connaissons. Une version plus lourde de l'atome d'hydrogène est créée et il s'avère que le noyau, c'est-à-dire le proton dans un tel atome est plus grand (c'est-à-dire a un rayon plus grand) que le proton "ordinaire".

La physique telle que nous la connaissons ne peut pas expliquer ce phénomène. Le muon, le lepton qui remplace l'électron dans l'atome, devrait se comporter comme un électron - et c'est le cas, mais pourquoi ce changement affecte-t-il la taille du proton ? Les physiciens ne comprennent pas cela. Peut-être qu'ils pourraient s'en remettre, mais... attendez une minute. La taille du proton est liée aux théories physiques actuelles, en particulier au modèle standard. Les théoriciens ont commencé à exprimer cette interaction inexplicable un nouveau type d'interaction fondamentale. Cependant, ce ne sont que des spéculations jusqu'à présent. En cours de route, des expériences ont été menées avec des atomes de deutérium, pensant qu'un neutron dans le noyau peut influencer les effets. Les protons étaient encore plus gros avec des muons qu'avec des électrons.

Une autre bizarrerie physique relativement nouvelle est l'existence qui a émergé à la suite de recherches menées par des scientifiques du Trinity College de Dublin. nouvelle forme de lumière. L'une des caractéristiques mesurées de la lumière est son moment cinétique. Jusqu'à présent, on croyait que dans de nombreuses formes de lumière, le moment cinétique est un multiple de Constante de Planck. Pendant ce temps, Dr. Kyle Ballantine et professeur Paul Eastham i Jean Donegan ont découvert une forme de lumière dans laquelle le moment cinétique de chaque photon est la moitié de la constante de Planck.

Cette découverte remarquable montre que même les propriétés de base de la lumière que nous pensions être constantes peuvent être modifiées. Cela aura un réel impact sur l'étude de la nature de la lumière et trouvera des applications pratiques, par exemple, dans les communications optiques sécurisées. Depuis les années 80, les physiciens se demandent comment se comportent les particules lorsqu'elles se déplacent dans seulement deux dimensions de l'espace tridimensionnel. Ils ont constaté que l'on aurait alors affaire à de nombreux phénomènes inhabituels, dont des particules dont les valeurs quantiques seraient des fractions. Maintenant, il a été prouvé pour la lumière. C'est très intéressant, mais cela signifie que de nombreuses théories doivent encore être mises à jour. Et ce n'est que le début de la connexion avec de nouvelles découvertes qui amènent la fermentation à la physique.

Il y a un an, des informations sont apparues dans les médias que des physiciens de l'Université Cornell ont confirmées dans leur expérience. Effet Zeno quantique – la possibilité d'arrêter un système quantique uniquement en procédant à des observations continues. Il porte le nom du philosophe grec ancien qui affirmait que le mouvement est une illusion impossible dans la réalité. La connexion de la pensée ancienne avec la physique moderne est le travail Baidyanatha Égypte i George Sudarshan de l'Université du Texas, qui a décrit ce paradoxe en 1977. David Wineland, un physicien américain et lauréat du prix Nobel de physique, avec qui MT s'est entretenu en novembre 2012, a fait la première observation expérimentale de l'effet Zeno, mais les scientifiques n'étaient pas d'accord pour savoir si son expérience confirmait l'existence du phénomène.

Visualisation de l'expérience Wheeler

L'année dernière, il a fait une nouvelle découverte Mukund Vengalatorequi, avec son équipe de recherche, a mené une expérience au laboratoire ultrafroid de l'Université Cornell. Les scientifiques ont créé et refroidi un gaz d'environ un milliard d'atomes de rubidium dans une chambre à vide et suspendu la masse entre des faisceaux laser. Les atomes se sont organisés et ont formé un système de réseau - ils se sont comportés comme s'ils étaient dans un corps cristallin. Par temps très froid, ils pouvaient se déplacer d'un endroit à l'autre à très faible vitesse. Les physiciens les ont observés au microscope et les ont éclairés avec un système d'imagerie laser pour qu'ils puissent les voir. Lorsque le laser était éteint ou à faible intensité, les atomes tunnelisaient librement, mais à mesure que le faisceau laser devenait plus brillant et que les mesures étaient effectuées plus fréquemment, le taux de pénétration a fortement chuté.

Vengalattore a résumé son expérience comme suit : "Nous avons maintenant une occasion unique de contrôler la dynamique quantique uniquement par l'observation." Les penseurs « idéalistes », de Zénon à Berkeley, étaient-ils ridiculisés à « l'âge de raison », avaient-ils raison de dire que les objets n'existent que parce que nous les regardons ?

Récemment, diverses anomalies et incohérences avec les théories (apparemment) qui se sont stabilisées au fil des ans sont souvent apparues. Un autre exemple provient d'observations astronomiques - il y a quelques mois, il s'est avéré que l'univers se dilate plus rapidement que ne le suggèrent les modèles physiques connus. Selon un article de Nature d'avril 2016, les mesures des scientifiques de l'Université Johns Hopkins étaient 8% plus élevées que prévu par la physique moderne. Les scientifiques ont utilisé une nouvelle méthode analyse des bougies dites standards, c'est à dire. les sources lumineuses sont considérées comme stables. Encore une fois, les commentaires de la communauté scientifique indiquent que ces résultats indiquent un sérieux problème avec les théories actuelles.

L'un des physiciens modernes les plus remarquables, Jean Archibald Wheeler, a proposé une version spatiale de l'expérience à double fente connue à l'époque. Dans sa conception mentale, la lumière d'un quasar, à un milliard d'années-lumière, traverse deux côtés opposés de la galaxie. Si les observateurs observent chacun de ces chemins séparément, ils verront des photons. Si les deux à la fois, ils verront la vague. Ainsi Sam l'acte d'observer change la nature de la lumièrequi a quitté le quasar il y a un milliard d'années.

Selon Wheeler, ce qui précède prouve que l'univers ne peut pas exister dans un sens physique, du moins dans le sens dans lequel nous sommes habitués à comprendre "un état physique". Cela ne peut pas être arrivé dans le passé non plus, jusqu'à ce que... nous ayons pris une mesure. Ainsi, notre dimension actuelle influence le passé. Ainsi, grâce à nos observations, détections et mesures, nous façonnons les événements du passé, remontant le temps, jusqu'au… début de l'Univers !

La résolution de l'hologramme se termine

La physique des trous noirs semble indiquer, comme au moins certains modèles mathématiques le suggèrent, que notre univers n'est pas ce que nos sens nous disent d'être, c'est-à-dire tridimensionnel (la quatrième dimension, le temps, est informée par l'esprit). La réalité qui nous entoure peut être hologramme est une projection d'un plan éloigné essentiellement bidimensionnel. Si cette image de l'univers est correcte, l'illusion de la nature tridimensionnelle de l'espace-temps peut être dissipée dès que les outils de recherche à notre disposition deviennent suffisamment sensibles. Craig Hogan, professeur de physique au Fermilab qui a passé des années à étudier la structure fondamentale de l'univers, suggère que ce niveau vient d'être atteint. Si l'univers est un hologramme, peut-être avons-nous atteint les limites de la résolution de la réalité. Certains physiciens ont avancé l'hypothèse intrigante selon laquelle l'espace-temps dans lequel nous vivons n'est finalement pas continu, mais, comme une image dans une photographie numérique, à son niveau le plus élémentaire consiste en une sorte de "grain" ou de "pixel". Si tel est le cas, notre réalité doit avoir une sorte de "résolution" finale. C'est ainsi que certains chercheurs ont interprété le "bruit" apparu dans les résultats du détecteur d'ondes gravitationnelles Geo600 il y a quelques années.

Pour tester cette hypothèse inhabituelle, Craig Hogan et son équipe ont développé l'interféromètre le plus précis au monde, appelé Holomètre Hoganqui devrait nous donner la mesure la plus précise de l'essence même de l'espace-temps. L'expérience, baptisée Fermilab E-990, n'en est pas une parmi tant d'autres. Il vise à démontrer la nature quantique de l'espace lui-même et la présence de ce que les scientifiques appellent le "bruit holographique". L'holomètre se compose de deux interféromètres côte à côte qui envoient des faisceaux laser d'un kilowatt à un appareil qui les divise en deux faisceaux perpendiculaires de 40 mètres. Ils sont réfléchis et renvoyés au point de séparation, créant des fluctuations dans la luminosité des rayons lumineux. S'ils provoquent un certain mouvement dans le dispositif de division, ce sera la preuve de la vibration de l'espace lui-même.

Du point de vue de la physique quantique, cela pourrait survenir sans raison. n'importe quel nombre d'univers. Nous nous sommes retrouvés dans celui-ci en particulier, qui devait remplir un certain nombre de conditions subtiles pour qu'une personne puisse y vivre. On parle alors de monde anthropique. Pour un croyant, un seul univers anthropique créé par Dieu suffit. La vision du monde matérialiste n'accepte pas cela et suppose qu'il existe de nombreux univers ou que l'univers actuel n'est qu'une étape dans l'évolution infinie du multivers.

Auteur de la version moderne Les hypothèses de l'univers comme simulation (un concept apparenté à l'hologramme) est un théoricien Niklas Bostrum. Il déclare que la réalité que nous percevons n'est qu'une simulation dont nous ne sommes pas conscients. Le scientifique a suggéré que si vous pouvez créer une simulation fiable d'une civilisation entière ou même de l'univers entier à l'aide d'un ordinateur suffisamment puissant, et que les personnes simulées peuvent faire l'expérience de la conscience, il est très probable qu'il y aura un grand nombre de telles créatures. simulations créées par des civilisations avancées - et nous vivons dans l'une d'entre elles, dans quelque chose qui s'apparente à la "Matrice".

Le temps n'est pas infini

Alors peut-être est-il temps de briser les paradigmes ? Leur démystification n'a rien de particulièrement nouveau dans l'histoire des sciences et de la physique. Après tout, il était possible de renverser le géocentrisme, la notion d'espace en tant qu'étape inactive et temps universel, de la croyance que l'Univers est statique, de la croyance en la cruauté de la mesure ...

paradigme local il n'est plus si bien informé, mais lui aussi est mort. Erwin Schrödinger et d'autres créateurs de la mécanique quantique ont remarqué qu'avant l'acte de mesure, notre photon, comme le fameux chat placé dans une boîte, n'est pas encore dans un certain état, étant polarisé verticalement et horizontalement à la fois. Que se passerait-il si nous placions deux photons intriqués très éloignés et examinions leur état séparément ? Maintenant, nous savons que si le photon A est polarisé horizontalement, alors le photon B doit être polarisé verticalement, même si nous l'avons placé un milliard d'années-lumière plus tôt. Les deux particules n'ont pas d'état exact avant la mesure, mais après avoir ouvert l'une des boîtes, l'autre "sait" immédiatement quelle propriété elle doit prendre. Il s'agit d'une communication extraordinaire qui se déroule en dehors du temps et de l'espace. Selon la nouvelle théorie de l'intrication, la localité n'est plus une certitude et deux particules apparemment séparées peuvent se comporter comme un cadre de référence, ignorant des détails tels que la distance.

Puisque la science traite de paradigmes différents, pourquoi ne briserait-elle pas les idées reçues qui persistent dans l'esprit des physiciens et se répètent dans les milieux de la recherche ? Peut-être que ce sera la supersymétrie susmentionnée, peut-être la croyance en l'existence de l'énergie noire et de la matière, ou peut-être l'idée du Big Bang et de l'expansion de l'Univers ?

Jusqu'à présent, l'opinion dominante a été que l'univers s'étend à un rythme toujours plus rapide et qu'il continuera probablement à le faire indéfiniment. Cependant, certains physiciens ont noté que la théorie de l'expansion éternelle de l'univers, et en particulier sa conclusion selon laquelle le temps est infini, pose un problème dans le calcul de la probabilité qu'un événement se produise. Certains scientifiques affirment que dans les 5 milliards d'années à venir, le temps manquera probablement à cause d'une sorte de catastrophe.

Physicien Raphaël Busso de l'Université de Californie et ses collègues ont publié un article sur arXiv.org expliquant que dans un univers éternel, même les événements les plus incroyables se produiront tôt ou tard - et en plus, ils se produiront un nombre infini de fois. Puisque la probabilité est définie en termes de nombre relatif d'événements, cela n'a aucun sens d'énoncer une probabilité dans l'éternité, puisque chaque événement sera également probable. "L'inflation perpétuelle a de profondes conséquences", écrit Busso. "Tout événement qui a une probabilité non nulle de se produire se produira une infinité de fois, le plus souvent dans des régions éloignées qui n'ont jamais été en contact." Cela sape la base des prédictions probabilistes dans les expériences locales : si un nombre infini d'observateurs à travers l'univers gagnent à la loterie, alors sur quelle base pouvez-vous dire que gagner à la loterie est peu probable ? Bien sûr, il y a aussi une infinité de non-gagnants, mais en quoi y en a-t-il plus ?

Une solution à ce problème, expliquent les physiciens, est de supposer que le temps s'écoulera. Il y aura alors un nombre fini d'événements, et les événements improbables se produiront moins fréquemment que les événements probables.

Ce moment "coupé" définit un ensemble de certains événements autorisés. Les physiciens ont donc essayé de calculer la probabilité que le temps manque. Cinq méthodes différentes de fin de temps sont données. Dans les deux scénarios, il y a 50 % de chances que cela se produise dans 3,7 milliards d'années. Les deux autres ont 50% de chance d'ici 3,3 milliards d'années. Il reste très peu de temps dans le cinquième scénario (temps de Planck). Avec un haut degré de probabilité, il peut même être dans ... la seconde suivante.

Ça n'a pas marché ?

Heureusement, ces calculs prédisent que la plupart des observateurs sont les soi-disant enfants de Boltzmann, émergeant du chaos des fluctuations quantiques dans l'univers primitif. Parce que la plupart d'entre nous ne le sommes pas, les physiciens ont rejeté ce scénario.

"La frontière peut être considérée comme un objet avec des attributs physiques, y compris la température", écrivent les auteurs dans leur article. « Ayant rencontré la fin des temps, la matière atteindra l'équilibre thermodynamique avec l'horizon. Ceci est similaire à la description de la matière tombant dans un trou noir, faite par un observateur extérieur.

L'inflation cosmique et le multivers

La première hypothèse est que L'univers est en constante expansion vers l'infinice qui est une conséquence de la théorie de la relativité générale et est bien confirmé par les données expérimentales. La deuxième hypothèse est que la probabilité est basée sur fréquence relative des événements. Enfin, la troisième hypothèse est que si l'espace-temps est vraiment infini, alors la seule façon de déterminer la probabilité d'un événement est de limiter votre attention un sous-ensemble fini du multivers infini.

Cela aura-t-il un sens ?

Les arguments de Smolin et Unger, qui forment la base de cet article, suggèrent que nous ne pouvons explorer notre univers qu'expérimentalement, rejetant la notion de multivers. Parallèlement, une analyse des données recueillies par le télescope spatial européen Planck a révélé la présence d'anomalies pouvant indiquer une interaction de longue date entre notre univers et un autre. Ainsi, la simple observation et l'expérience pointent vers d'autres univers.

Anomalies découvertes par l'observatoire Planck

Certains physiciens spéculent maintenant que s'il existe un être appelé le multivers, et tous ses univers constitutifs, ont vu le jour en un seul Big Bang, alors cela aurait pu se produire entre eux. collision. Selon les recherches de l'équipe de l'Observatoire Planck, ces collisions seraient quelque peu similaires à la collision de deux bulles de savon, laissant des traces sur la surface externe des univers, qui pourraient théoriquement être enregistrées comme des anomalies dans la distribution du rayonnement de fond micro-onde. Fait intéressant, les signaux enregistrés par le télescope Planck semblent suggérer qu'un type d'univers proche de nous est très différent du nôtre, car la différence entre le nombre de particules subatomiques (baryons) et de photons peut même être dix fois supérieure à " ici". . Cela signifierait que les principes physiques sous-jacents peuvent différer de ce que nous savons.

Les signaux détectés sont susceptibles de provenir d'une ère ancienne de l'univers - la soi-disant recombinaisonlorsque les protons et les électrons ont commencé à fusionner pour former des atomes d'hydrogène (la probabilité d'un signal provenant de sources relativement proches est d'environ 30%). La présence de ces signaux peut indiquer une intensification du processus de recombinaison après la collision de notre Univers avec un autre, avec une densité de matière baryonique plus élevée.

Dans une situation où s'accumulent des conjectures contradictoires et le plus souvent purement théoriques, certains scientifiques perdent visiblement patience. Ceci est démontré par une déclaration forte de Neil Turok de l'Institut Perimeter à Waterloo, au Canada, qui, dans une interview de 2015 avec NewScientist, était ennuyé que « nous ne soyons pas en mesure de donner un sens à ce que nous trouvons ». Il a ajouté : « La théorie devient de plus en plus complexe et sophistiquée. Nous jetons des champs, des mesures et des symétries successifs sur le problème, même avec une clé, mais nous ne pouvons pas expliquer les faits les plus simples. De nombreux physiciens sont évidemment agacés par le fait que les voyages mentaux des théoriciens modernes, tels que le raisonnement ci-dessus ou la théorie des supercordes, n'ont rien à voir avec les expériences qui sont actuellement menées dans les laboratoires, et il n'y a aucune preuve qu'ils puissent être testés. expérimentalement. .

Est-ce vraiment une impasse et faut-il en sortir, comme le suggèrent Smolin et son ami le philosophe ? Ou peut-être parlons-nous de confusion et de confusion avant une sorte de découverte historique qui nous attendra bientôt ?

Nous vous invitons à vous familiariser avec le Sujet du numéro dans.