Заглавието на презентацията на проф. Ричард Докинс на Софийския фестивал на науката през 2015-а година бе "По-странна отколкото можем да предположим". Да, Вселената е много различна, от представите, които сме изградили за нея през хилядолетията на развитие на човешката цивилизация. С развитието на познанието добиваме представа, колко се различава всъщност структурата на мирозданието от ежедневните ни представи.
С напредването на познанието, знанията ни за природата стават все по-сложни, така че на неизкушените от науката им се виждат фантастични. Това за съжаление води до объркване сред много хора, които трудно различават наука от псевдонаука, или смятат езотеричните писания за толкова, ако не и по-меродавни от научните трудове. Стига се и до отричане на научните постижения. Сигурен съм, че много от хората, четящи тази статия, или поне това електронно издание смятат, че квантовата механика (КМ) не работи, а е някаква измишльотина на учените, въпреки че устройството, чрез което статията стига до тях е потвърждение, че квантовата механика работи. Но недоверието към КМ не е лишено от основание, дължащо се на вътрешните противоречия в самата теория. Историята на КМ, от самото начало е история на противоречия и разрешаването им, което от своя страна води до нови противоречия. Но, както гласи темата на проф. Докинс, Вселената е много по-странна, от колкото можем да си представим и неизбежно опитите да си я обясним, навлизайки в същината на нещата се сблъскват с опита, който имаме, познавайки нищожна част от цялото мироздание и това води до конфликти с традиционните ни представи.
За човек, далече от науката, новите теории за устройството на света граничат с фантастика. Говорил съм с хора, които като чуят за Теория на струните, Големия взрив или Холографския принцип, смятат че „учените си измислят“. Трудно ми е било, да ги убедя, че зад тези странни названия стоят сериозни изчисления, подкрепени от многогодишни наблюдения и експерименти.
От училищния курс по физика знаем, че квантовата физика се появява в резултат на многогодишни усилия на физиците да обяснят излъчването на абсолютно черно тяло. Макс Планк решил проблема, допускайки че енергията се излъчва на порции – кванти. По-късно Айнщайн и други учени доказали, че освен че се излъчва, електромагнитното лъчение се поглъща и разпространява на кванти. От тогава започнала борбата на противоречия и парадокси, разрешаването им и борбата със следващите противоречия, следствие на решението на предишните.
Точно това е една от причините, много хора да не разбират същността на научния подход. Чуваме често „Науката днес твърди едно, утре друго“. Така е, защото познанието се развива. Познанието не е догма, или нещо казано от „Учителя“, „Гуруто“, „Духовния водач“, което да се спазва безпрекословно, независимо че може да е неадекватно, или в миналото да е имало смисъл от него, но условията да са се променили отдавна. Така милиони хора спазват ритуали и извършват действия, които някога са били необходими, но в днешни условия са меко казано нелепи.
Науката за разлика от това се променя, с научаването на нови неща. Може някоя теория да бъде отхвърлена, въпреки че за времето си е работела. Така, никой астроном вече не изчислява епицикли, нито количеството топлород, необходимо за да се загрее дадено тяло. От друга страна една добра теория, когато стигне границите на възможностите си бива продължена от следваща, на която тя е частен случай. Тоест новата теория преминава в предишната при условията, при които старата теория работи. Класически пример, изучаван в училищния курс по физика са Нютоновата физика и Теорията на относителността (ТО). При скорости, далеч по-малки от светлинната уравненията на ТО преминават в уравненията на Нютоновата механика.
Квантовата механика работи. Работи добре, което го доказва устремното развитие на електрониката в наши дни. Явленията, които изучава обаче са много различни от тези, които наблюдаваме директно със сетивата си. Опитът от ежедневието не може да ни помогне при изучаване на явленията на квантово ниво, за това често се сблъскваме с противоречия между това, което ни говори „здравия разум“ и действителността. За разлика от други области, при науката „разумните“ аргументи трябва да се съобразят с фактите, а не да се пренебрегват и даже отричат фактите, в името на някакви утвърдени схващания и представи.
Когато обаче една теория достигне границите си, идва времето за нова, „по-висша“ теория. Така, през средата на 20-и век се натрупали много данни от изследвания на силното ядрено взаимодействие, които е било трудно да се интерпретират. През 1968-а година, италианският физик Габриеле Венециано, който по това време работил в ЦЕРН се досетил, да използва при изчисленията една, смятана до тогава за чисто математическа, без физическо приложение формула бета функцията на Ойлер. С нейна помощ успял да опише свойствата на частиците, участващи в силното взаимодействие. Работата на Венециано била приета от останалите физици, работещи по проблема в цял свят и скоро всички натрупани опитни данни били обработени успешно.
Проблемът бил обаче, че не било ясно, защо въпросната формула работи. През 1970-а Ленард Съскинд и Йохиро Намбу открили физическия смисъл, скрит зад формулата на Ойлер.
Те показали, че ако елементарните частици, участващи в силното взаимодействие бъдат представени не като точки, а като едномерни струни, силното взаимодействие точно се описва с Бета функцията. Идеята за струните не е изсмукана от пръстите. Който е запознат с КМ знае, че полетата се моделират в първо приближение като система от свързани осцилатори . Когато обаче осцилаторите са точкови обекти, възникват проблеми при изчисленията, които се преодоляват с различни математически трикове. От точковия осцилатор, до вибриращата струна има малка крачка. Но, при други наблюдения се оказало, че струнният модел дава проблеми и бил изоставен.
Обаче, не всички физици отписали новата теория. Различни учени показали, че тя успешно може да се използва за описание на различни явления, включително и на хипотетичните за сега носители на гравитационното поле – гравитоните.
В последствие струнната теория претърпява многократни приливи и отливи. Основен проблем при нея са извънредно сложните уравнения. За да са нещата още по-завързани, оказва се, че някои физични явления в микросвета се описват чудесно с помощта на струнната теория, но... ако струните трептят в повече от познатите ни 3 пространствени измерения! Несъстоятелност на теорията? Или ограниченост на нашето познание? Напълно е възможно, на квантово ниво да има повече измерения, от познатите ни четири – три пространствени плюс времето.
Свикнали с трите измерения ни е трудно да си представим многомерен свят. Правят се опити да се онагледят „допълнителните“ измерения с модели от познатата ни действителност. Например жица, която отдалеч изглежда едномерна, но от близо виждаме, че си има размерност и например обиколката ѝ е допълнително измерение, „свито“ плътно около нея. Но това са опити да преодолеем ограниченията, наложени ни от средата, в която живеем.
В лекцията си проф. Докинс каза: „Ние сме създадени като граждани на "Средния свят" и това ограничава обхвата на нашето въображение“. Трудно ни е да си представим явленията при скорости, близки до тази на светлината, както обекти с размерите на галактики и обекти, като черните дупки, защото мащабите на познатия ни свят са нищожни, спрямо тях. От друга страна сме огромни, спрямо квантовите обекти и реалността на квантово ниво ни се вижда невероятна. Невероятна до такава степен, че за повечето хора е трудно да я приемат, щом не могат да я нагодят спрямо утвърдените си представи.
За щастие, освен нагледните представи, които не са достатъчни, за да обхванем многообразието на света, разумът ни разполага с абстракцията на математическите модели, които могат да опишат реалности, коренно различни от познатата ни действителност.
Струнната теория често подмамва навлезлите надълбоко в нея да се изкушат да смятат, че тя е едва ли не универсалната теория, способна да опише света. Ситуация, до някъде напомняща края на 19-и век, когато се е смятало, че теоретичната физика е завършена. Знаем за „малките облачета“ на хоризонта ѝ, които доведоха до огромна „буря“, която тотална отвя представите ни за реалността.
При струнната теория обаче, от сега „облаците“ са много големи. Различни интерпретации предполагат различен брой допълнителни измерения, например. Всъщност, по-правилно е да говорим за струнни теории, а не за една теория.
За сега струнните теории не успяват да решат проблема за „Великото обединение“, нито успява да изиграе ролята на мечтаната от поколения теоретици „Теорията на всичко“ - универсална теория, обединяваща Общата теория на относителността (ОТО) и квантовата механика.
Науката не стои на място и вече има нов подход, който може би има шанс да реши проблемите пред досегашните. Холографският принцип.
Историята на Холографския принцип започва всъщност почти от началните дни на квантовата механика, когато е открито странно явление. Оказва се, че ако имаме две еднакви частици, образувани от разпадането на трета частица, ако се измени състоянието на едната частица, то мигновено се изменя и състоянието на другата. Нещо, немислимо в класическата физика. Или, състоянията на двете частици са сплетени заедно. Явлението е наречено квантово сплитане. Подробно за него, за споровете между „лагерите“ на Айнщайн и Бор може да прочетете в чудесната статия в Бръснача на Окам - "Спорът между Бор и Айнщайн". Там подробно е описана историята на дискусиите между учените и експериментите от началото до наши дни, които потвърждават явлението. В този спор Айнщай се явява в ролята на шопа, твърдящ „такова животно нема“, въпреки че „животното“ си е там, пред него и се хили ехидно на усилията ни да разберем неща, базирайки се на стари знания. Но не можем да се сърдим на Айнщайн за недалновидността. Той предизвика такава революция във физиката и е напълно оправдано, че не е бил готов за следващия революционен скок в познанието.
В статията може да прочетете, как и в наши дни се правят експерименти на все по-големи разстояния, включително и в Космоса, потвърждавайки реалността на квантовото сплитане. Приятно четене.
Естествено, с класическите представи, не можем да си обясним такова, странно явление. Дейвид Бом първи е опитал да обясни явлението, като предположил, че светът е устроен като холограма. Както който и да е малък участък на холограмата съдържа информация за целия тримерен обект, така и всеки съществуващ обект се съдържа във всяка от съставните си части. По този начин, две сплетени частици си взаимодействат мигновено, не защото има начин да си предават информация със скорост, по-голяма от светлинната, а защото на някакво дълбоко ниво на реалността те представляват един и същ обект. Бом има и други интересни идеи и за съзнанието например, заради които бива цитиран често от езотерични автори, които разбират погрешно идеите му.
Като следваща стъпка от оформянето на холографския принцип е редно да отбележим идеите на Герардус 'т Хоофт, който формулира своя хипотеза, напомняща алегорията на Платон за пещерата , твърдяща че:
1. Всяка информация, съдържаща се в определена област на пространството, може да бъде представена като холограма— теория, която „живее“ на границата на тази област.
2. Теорията на границите на изследваната пространствена област трябва да съдържа най-много една степен на свобода на площ с размер 1х1 дължини на Планк .
Не бива да пропускаме и работата на Craig Hogan, който през 2008-а година изказва хипотеза, че физическа реалност е резултат от проекцията на границите на Вселената, като информацията е разпределена по битове върху повърхността, на които битове съответстват пространствените кванти.
Холографският принцип (ХП) обещава решаването на много неясноти, например като се приложи той, парадоксът на квантовото сплитане изчезва. Отдалечените на огромни разстояния частици си взаимодействат мигновено, защото са проекции на една и съща частица. Също ХП обещава да реши радикално много проблеми, свързани с разбирането на гравитацията. Според него гравитацията в триизмерен обем може да бъде описана от квантовата механика на двуизмерна повърхност около обема. В частност трите измерения на обема трябва да се появяват от две измерения на повърхността. Обаче до сега, точният механизъм на възникването на обема от повърхността не беше много ясен.
Дали Холографският принцип е следващата стъпка от развитието на познанието, или е поредната задънена улица? Просто поредният модерен повей във физиката, който скоро ще отшуми?
проф.Оогури
Изглежда, че е може би ще се окаже първото. В брой 114 на Physical Review Letters бе публикувана статия на колектив начело с проф. Хироши Оогури , в която описват възникването на обемната структура от информацията от повърхността, използвайки именно квантовото сплитане. Кратко резюме на статията - тук. Използвайки квантовата теория (която не включва гравитацията), те показват как да се изчисли енергийната плътност, която е източник на гравитационните взаимодействия в три измерения, чрез информационните кванти, сплетени на повърхността.
Новите изследвания на колектива на проф. Оогури може да помогне да се реши и спора между Хокинг и Съскинд за проблема със запазването на информацията на при преминавнето на хоризонта на черна дупка. Връзката между квантовата гравитация и информационни науки става все по-важна и за двете области.
Наистина, за сега това е само една статия. Но статия публикувана в много елитно физично списание (impact factor - 7.512 за 2014-та година), в което случайна публикация е почти невъзможно да попадне. Критериите за пресяване на получените статии са много високи. Според Google Scholar от публикуването през юни 2015, до сега е цитирана вече пет пъти в научни статии. Тоест, предизвикала е интереса и на други учени, които я ползват в изследванията си. Още много хора ще работят по въпроса, докато се потвърдят, отхвърлят или доуточнят изводите на проф. Оогури и компания. Но има много голям шанс, да сме на прага на нов скок в науката, който ще отмести хоризонта на познанието невъобразимо далеч.
Да, Вселената е много по-странна отколкото можем да предположим. Бих добавил – е много по-интересна, стига да отворим възприятията си за постиженията на науката.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
12014
5
21.04 2016 в 00:25
12.10 2015 в 17:29
12.10 2015 в 17:03
10.10 2015 в 18:15
10.10 2015 в 17:20
Последни коментари