Batas fisika dan eksperimen fisika

Seratus tahun yang lalu, situasi dalam fisika adalah kebalikan dari hari ini. Di tangan para ilmuwan adalah hasil eksperimen yang terbukti, diulang berkali-kali, yang, bagaimanapun, seringkali tidak dapat dijelaskan dengan menggunakan teori fisika yang ada. Pengalaman jelas mendahului teori. Para ahli teori harus mulai bekerja.

Saat ini, keseimbangan sedang condong ke arah para ahli teori yang modelnya sangat berbeda dari apa yang dilihat dari kemungkinan eksperimen seperti teori string. Dan tampaknya semakin banyak masalah yang belum terpecahkan dalam fisika (1).

1. Tren dan masalah modern terpenting dalam fisika - visualisasi

Fisikawan Polandia terkenal, prof. Andrzej Staruszkiewicz selama debat "Batas Pengetahuan dalam Fisika" pada Juni 2010 di Akademi Ignatianum di Krakow mengatakan: “Lapangan pengetahuan telah berkembang pesat di abad terakhir, tetapi bidang ketidaktahuan telah tumbuh lebih banyak lagi. (...) Penemuan relativitas umum dan mekanika kuantum adalah pencapaian monumental pemikiran manusia, sebanding dengan Newton, tetapi mereka mengarah pada pertanyaan tentang hubungan antara dua struktur, sebuah pertanyaan yang skala kompleksitasnya cukup mengejutkan. Dalam situasi ini, pertanyaan muncul secara alami: dapatkah kita melakukan ini? Akankah tekad dan kemauan kita untuk sampai ke dasar kebenaran sepadan dengan kesulitan yang kita hadapi?”

Kebuntuan eksperimental

Selama beberapa bulan sekarang, dunia fisika lebih sibuk dari biasanya dengan lebih banyak kontroversi. Dalam jurnal Nature, George Ellis dan Joseph Silk menerbitkan sebuah artikel untuk membela integritas fisika, mengkritik mereka yang semakin siap untuk menunda eksperimen untuk menguji teori-teori kosmologi terbaru hingga "besok" yang tidak terbatas. Mereka harus dicirikan oleh "keanggunan yang cukup" dan nilai penjelasan. "Ini mematahkan tradisi ilmiah berabad-abad bahwa pengetahuan ilmiah adalah pengetahuan yang terbukti secara empiris," para ilmuwan bergemuruh. Fakta-fakta dengan jelas menunjukkan "kebuntuan eksperimental" dalam fisika modern.

Teori-teori terbaru tentang sifat dan struktur dunia dan Semesta, sebagai suatu peraturan, tidak dapat diverifikasi oleh eksperimen yang tersedia bagi umat manusia.

Dengan menemukan boson Higgs, para ilmuwan telah "menyelesaikan" Model Standar. Namun, dunia fisika masih jauh dari puas. Kita tahu tentang semua quark dan lepton, tetapi kita tidak tahu bagaimana menyelaraskan ini dengan teori gravitasi Einstein. Kami tidak tahu bagaimana menggabungkan mekanika kuantum dengan gravitasi untuk menciptakan teori hipotetis gravitasi kuantum. Kami juga tidak tahu apa itu Big Bang (atau apakah itu benar-benar terjadi!) (2).

Saat ini, sebut saja fisikawan klasik, langkah selanjutnya setelah Model Standar adalah supersimetri, yang memprediksi bahwa setiap partikel dasar yang kita kenal memiliki "pasangan".

Ini menggandakan jumlah total bahan penyusun materi, tetapi teori ini sangat cocok dengan persamaan matematika dan, yang penting, menawarkan kesempatan untuk mengungkap misteri materi gelap kosmik. Tinggal menunggu hasil eksperimen di Large Hadron Collider, yang akan mengkonfirmasi keberadaan partikel supersimetris.

Namun, belum ada penemuan seperti itu yang terdengar dari Jenewa. Tentu saja, ini hanyalah awal dari versi baru LHC, dengan energi benturan dua kali lipat (setelah perbaikan dan peningkatan baru-baru ini). Dalam beberapa bulan, mereka mungkin akan menembakkan gabus sampanye untuk merayakan supersimetri. Namun, jika ini tidak terjadi, banyak fisikawan percaya bahwa teori supersimetri harus ditarik secara bertahap, serta superstring, yang didasarkan pada supersimetri. Karena jika Large Collider tidak mengkonfirmasi teori ini, lalu apa?

Namun, ada beberapa ilmuwan yang tidak berpendapat demikian. Karena teori supersimetri terlalu "indah untuk salah".

Oleh karena itu, mereka bermaksud untuk mengevaluasi kembali persamaan mereka untuk membuktikan bahwa massa partikel supersimetris berada di luar kisaran LHC. Para ahli teori sangat benar. Model mereka pandai menjelaskan fenomena yang dapat diukur dan diverifikasi secara eksperimental. Oleh karena itu, orang mungkin bertanya mengapa kita harus mengecualikan pengembangan teori-teori yang (belum) dapat kita ketahui secara empiris. Apakah ini pendekatan yang masuk akal dan ilmiah?

alam semesta dari ketiadaan

Ilmu-ilmu alam, khususnya fisika, didasarkan pada naturalisme, yaitu keyakinan bahwa kita dapat menjelaskan segala sesuatu dengan menggunakan kekuatan alam. Tugas sains direduksi menjadi mempertimbangkan hubungan antara berbagai besaran yang menggambarkan fenomena atau beberapa struktur yang ada di alam. Fisika tidak berurusan dengan masalah yang tidak dapat dijelaskan secara matematis, yang tidak dapat diulang. Ini, antara lain, alasan keberhasilannya. Deskripsi matematis yang digunakan untuk memodelkan fenomena alam telah terbukti sangat efektif. Pencapaian ilmu pengetahuan alam menghasilkan generalisasi filosofis mereka. Arah seperti filsafat mekanistik atau materialisme ilmiah diciptakan, yang mentransfer hasil-hasil ilmu alam, yang diperoleh sebelum akhir abad ke-XNUMX, ke dalam bidang filsafat.

Tampaknya kita dapat mengetahui seluruh dunia, bahwa ada determinisme lengkap di alam, karena kita dapat menentukan bagaimana planet-planet akan bergerak dalam jutaan tahun, atau bagaimana mereka bergerak jutaan tahun yang lalu. Pencapaian tersebut memunculkan suatu kebanggaan yang memutlakkan pikiran manusia. Hingga taraf yang menentukan, naturalisme metodologis merangsang perkembangan ilmu pengetahuan alam bahkan hingga hari ini. Namun, ada beberapa titik potong yang tampaknya menjadi indikasi keterbatasan metodologi naturalistik.

Jika Semesta terbatas volumenya dan muncul "dari ketiadaan" (3), tanpa melanggar hukum kekekalan energi, misalnya, sebagai fluktuasi, maka tidak boleh ada perubahan di dalamnya. Sementara itu, kami mengawasi mereka. Mencoba memecahkan masalah ini berdasarkan fisika kuantum, kami sampai pada kesimpulan bahwa hanya pengamat yang sadar yang mengaktualisasikan kemungkinan keberadaan dunia seperti itu. Itulah mengapa kita bertanya-tanya mengapa alam semesta yang kita tinggali ini diciptakan dari banyak alam semesta yang berbeda. Jadi kita sampai pada kesimpulan bahwa hanya ketika seseorang muncul di Bumi, dunia - seperti yang kita amati - benar-benar "menjadi" ...

Bagaimana pengukuran memengaruhi peristiwa yang terjadi satu miliar tahun yang lalu?

4. Eksperimen Wheeler - visualisasi

Salah satu fisikawan modern, John Archibald Wheeler, mengusulkan versi luar angkasa dari eksperimen celah ganda yang terkenal. Dalam desain mentalnya, cahaya dari quasar, satu miliar tahun cahaya dari kita, bergerak di sepanjang dua sisi galaksi yang berlawanan (4). Jika pengamat mengamati masing-masing jalur ini secara terpisah, mereka akan melihat foton. Jika keduanya sekaligus, mereka akan melihat gelombang. Jadi tindakan mengamati itu sendiri mengubah sifat cahaya yang meninggalkan quasar satu miliar tahun yang lalu!

Bagi Wheeler, hal di atas membuktikan bahwa alam semesta tidak dapat eksis dalam pengertian fisik, setidaknya dalam pengertian di mana kita terbiasa memahami "keadaan fisik". Itu juga tidak mungkin terjadi di masa lalu, sampai... kita melakukan pengukuran. Dengan demikian, dimensi kita saat ini mempengaruhi masa lalu. Dengan pengamatan, deteksi, dan pengukuran kami, kami membentuk peristiwa masa lalu, jauh di dalam waktu, hingga ... awal Semesta!

Neil Turk dari Perimeter Institute di Waterloo, Kanada, mengatakan dalam New Scientist edisi Juli bahwa “kami tidak dapat memahami apa yang kami temukan. Teori menjadi semakin kompleks dan canggih. Kami melemparkan diri kami ke dalam masalah dengan bidang, dimensi, dan simetri yang berurutan, bahkan dengan kunci pas, tetapi kami tidak dapat menjelaskan fakta yang paling sederhana.” Banyak fisikawan jelas terganggu oleh fakta bahwa perjalanan mental para ahli teori modern, seperti pertimbangan di atas atau teori superstring, tidak ada hubungannya dengan eksperimen yang saat ini sedang dilakukan di laboratorium, dan tidak ada cara untuk mengujinya secara eksperimental.

Di dunia kuantum, Anda perlu melihat lebih luas

Seperti yang pernah dikatakan peraih Nobel Richard Feynman, tidak ada yang benar-benar memahami dunia kuantum. Tidak seperti dunia Newton lama yang baik, di mana interaksi dua benda dengan massa tertentu dihitung dengan persamaan, dalam mekanika kuantum kita memiliki persamaan yang tidak begitu banyak diikuti, tetapi merupakan hasil dari perilaku aneh yang diamati dalam eksperimen. Objek fisika kuantum tidak harus dikaitkan dengan apa pun yang "fisik", dan perilakunya adalah domain ruang multidimensi abstrak yang disebut ruang Hilbert.

Ada perubahan yang dijelaskan oleh persamaan Schrödinger, tetapi mengapa tepatnya tidak diketahui. Bisakah ini diubah? Mungkinkah menurunkan hukum kuantum dari prinsip fisika, seperti lusinan hukum dan prinsip, misalnya, mengenai pergerakan benda di luar angkasa, diturunkan dari prinsip Newton? Ilmuwan dari Universitas Pavia di Italia Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Ciribella dan Paolo Perinotti berpendapat bahwa bahkan fenomena kuantum yang jelas bertentangan dengan akal sehat dapat dideteksi dalam eksperimen terukur. Yang Anda butuhkan adalah perspektif yang benar - Mungkin kesalahpahaman tentang efek kuantum disebabkan oleh pandangan yang kurang luas tentang mereka. Menurut para ilmuwan di New Scientist tersebut, eksperimen yang bermakna dan terukur dalam mekanika kuantum harus memenuhi beberapa syarat. Ini:

• hubungan sebab dan akibat - peristiwa masa depan tidak dapat memengaruhi peristiwa masa lalu;
• kemampuan membedakan - menyatakan kita harus dapat memisahkan satu sama lain sebagai terpisah;
• композиция - jika kita mengetahui semua tahapan proses, kita mengetahui keseluruhan proses;
• kompresi – ada cara untuk mentransfer informasi penting tentang chip tanpa harus mentransfer seluruh chip;
• tomografi - jika kita memiliki sistem yang terdiri dari banyak bagian, statistik pengukuran dengan bagian-bagian cukup untuk mengungkap keadaan seluruh sistem.

Orang Italia ingin memperluas prinsip pemurnian mereka, perspektif yang lebih luas, dan membuat eksperimen yang berarti untuk juga memasukkan ireversibilitas fenomena termodinamika dan prinsip pertumbuhan entropi, yang tidak mengesankan fisikawan. Mungkin di sini juga, pengamatan dan pengukuran dipengaruhi oleh artefak dari perspektif yang terlalu sempit untuk memahami keseluruhan sistem. “Kebenaran mendasar dari teori kuantum adalah bahwa perubahan yang bising dan tidak dapat diubah dapat dibuat reversibel dengan menambahkan tata letak baru ke deskripsi,” kata ilmuwan Italia Giulio Ciribella dalam sebuah wawancara dengan New Scientist.

Sayangnya, kata para skeptis, "pembersihan" eksperimen dan perspektif pengukuran yang lebih luas dapat mengarah pada hipotesis banyak dunia di mana hasil apa pun dimungkinkan dan di mana para ilmuwan, mengira mereka mengukur jalannya peristiwa yang benar, hanya "memilih" sebuah kontinum tertentu dengan mengukurnya.

5. Jarum waktu dalam bentuk jarum jam

Tidak ada waktu?

Konsep yang disebut Panah waktu (5) diperkenalkan pada tahun 1927 oleh ahli astrofisika Inggris Arthur Eddington. Panah ini menunjukkan waktu, yang selalu mengalir dalam satu arah, yaitu dari masa lalu ke masa depan, dan proses ini tidak dapat dibalik. Stephen Hawking, dalam bukunya A Brief History of Time, menulis bahwa gangguan meningkat seiring waktu karena kita mengukur waktu ke arah peningkatan gangguan. Ini berarti kita punya pilihan - kita bisa, misalnya, pertama-tama mengamati pecahan kaca yang berserakan di lantai, lalu saat kaca jatuh ke lantai, lalu kaca di udara, dan akhirnya di tangan orang yang memegangnya. Tidak ada aturan ilmiah bahwa "panah psikologis waktu" harus searah dengan panah termodinamika, dan entropi sistem meningkat. Namun, banyak ilmuwan percaya bahwa ini terjadi karena perubahan energi terjadi di otak manusia, mirip dengan yang kita amati di alam. Otak memiliki energi untuk bertindak, mengamati, dan bernalar, karena "mesin" manusia membakar bahan bakar-makanan dan, seperti dalam mesin pembakaran internal, proses ini tidak dapat diubah.

Namun, ada kasus ketika, dengan tetap mempertahankan arah panah psikologis waktu yang sama, entropi meningkat dan menurun dalam sistem yang berbeda. Misalnya saat menyimpan data di memori komputer. Modul memori di mesin beralih dari keadaan tidak berurutan ke urutan penulisan disk. Dengan demikian, entropi di komputer berkurang. Namun, fisikawan mana pun akan mengatakan bahwa dari sudut pandang alam semesta secara keseluruhan - ia tumbuh, karena dibutuhkan energi untuk menulis ke cakram, dan energi ini dihamburkan dalam bentuk panas yang dihasilkan oleh mesin. Jadi ada sedikit perlawanan "psikologis" terhadap hukum fisika yang sudah mapan. Kami sulit percaya bahwa apa yang keluar bersama suara bising dari kipas lebih penting daripada merekam sebuah karya atau nilai lain di memori. Bagaimana jika seseorang menulis di PC mereka sebuah argumen yang akan menjungkirbalikkan fisika modern, teori gaya terpadu, atau Teori Segalanya? Akan sulit bagi kita untuk menerima gagasan bahwa, meskipun demikian, kekacauan umum di alam semesta telah meningkat.

Kembali pada tahun 1967, persamaan Wheeler-DeWitt muncul, yang mengikuti waktu itu tidak ada. Itu adalah upaya untuk menggabungkan secara matematis ide-ide mekanika kuantum dan relativitas umum, sebuah langkah menuju teori gravitasi kuantum, yaitu. Teori Segalanya yang diinginkan oleh semua ilmuwan. Baru pada tahun 1983 fisikawan Don Page dan William Wutters memberikan penjelasan bahwa masalah waktu dapat dielakkan dengan menggunakan konsep belitan kuantum. Menurut konsep mereka, hanya sifat-sifat sistem yang sudah ditentukan yang dapat diukur. Dari sudut pandang matematis, usulan ini berarti bahwa jam tidak bekerja secara terpisah dari sistem dan dimulai hanya ketika ia terjerat dengan alam semesta tertentu. Namun, jika seseorang melihat kita dari alam semesta lain, mereka akan melihat kita sebagai objek statis, dan hanya kedatangan mereka kepada kita yang akan menyebabkan belitan kuantum dan secara harfiah membuat kita merasakan perjalanan waktu.

Hipotesis ini menjadi dasar kerja para ilmuwan dari sebuah lembaga penelitian di Turin, Italia. Fisikawan Marco Genovese memutuskan untuk membangun sebuah model yang memperhitungkan secara spesifik keterjeratan kuantum. Itu mungkin untuk menciptakan efek fisik yang menunjukkan kebenaran dari alasan ini. Sebuah model Alam Semesta telah dibuat, terdiri dari dua foton.

Satu pasangan diorientasikan - terpolarisasi vertikal, dan yang lainnya secara horizontal. Keadaan kuantum mereka, dan karenanya polarisasi mereka, kemudian dideteksi oleh serangkaian detektor. Ternyata sampai pengamatan yang akhirnya menentukan kerangka acuan tercapai, foton berada dalam superposisi kuantum klasik, yaitu mereka berorientasi baik secara vertikal maupun horizontal. Ini berarti bahwa pengamat yang membaca jam menentukan keterikatan kuantum yang memengaruhi alam semesta di mana ia menjadi bagiannya. Pengamat seperti itu kemudian dapat merasakan polarisasi foton yang berurutan berdasarkan probabilitas kuantum.

Konsep ini sangat menggoda karena menjelaskan banyak masalah, tetapi secara alami mengarah pada kebutuhan akan "pengamat super" yang akan berada di atas semua determinisme dan akan mengendalikan segala sesuatu secara keseluruhan.

6. Multiverse - Visualisasi

Apa yang kita amati dan apa yang kita persepsikan secara subjektif sebagai "waktu" sebenarnya adalah produk dari perubahan global yang terukur di dunia di sekitar kita. Saat kita mempelajari lebih dalam dunia atom, proton dan foton, kita menyadari bahwa konsep waktu menjadi semakin tidak penting. Menurut para ilmuwan, jam yang menemani kita setiap hari, dari sudut pandang fisik, tidak mengukur jalannya, tetapi membantu kita mengatur hidup kita. Bagi mereka yang terbiasa dengan konsep Newton tentang waktu universal dan mencakup semua, konsep ini mengejutkan. Tetapi tidak hanya tradisionalis ilmiah yang tidak menerimanya. Fisikawan teoretis terkemuka Lee Smolin, yang sebelumnya disebutkan oleh kami sebagai salah satu kemungkinan pemenang Hadiah Nobel tahun ini, percaya bahwa waktu ada dan cukup nyata. Suatu kali - seperti banyak fisikawan - dia berpendapat bahwa waktu adalah ilusi subjektif.

Sekarang, dalam bukunya Reborn Time, dia mengambil pandangan yang sama sekali berbeda tentang fisika dan mengkritik teori string yang populer di komunitas ilmiah. Menurutnya, multiverse tidak ada (6) karena kita hidup di alam semesta yang sama dan pada waktu yang sama. Dia percaya bahwa waktu sangat penting dan pengalaman kita tentang realitas saat ini bukanlah ilusi, tetapi kunci untuk memahami sifat dasar realitas.

Entropi nol

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) dan Andreas Winter menggambarkan temuan mereka pada tahun 2009 dalam jurnal Physical Review E, yang menunjukkan bahwa objek mencapai kesetimbangan, yaitu keadaan distribusi energi yang seragam, dengan memasuki keadaan belitan kuantum dengan objeknya. lingkungan. Pada 2012, Tony Short membuktikan bahwa keterikatan menyebabkan keseimbangan waktu yang terbatas. Ketika sebuah objek berinteraksi dengan lingkungan, seperti ketika partikel dalam secangkir kopi bertabrakan dengan udara, informasi tentang sifat mereka "bocor" ke luar dan menjadi "kabur" di seluruh lingkungan. Hilangnya informasi menyebabkan keadaan kopi mandek, bahkan keadaan kebersihan seluruh ruangan terus berubah. Menurut Popescu, kondisinya berhenti berubah seiring waktu.

7. Noah Linden, Sandu Popescu dan Tony Short

Saat kondisi kebersihan ruangan berubah, kopi mungkin tiba-tiba berhenti bercampur dengan udara dan memasuki kondisi murninya sendiri. Namun, ada jauh lebih banyak keadaan bercampur dengan lingkungan daripada keadaan murni yang tersedia untuk kopi, dan karena itu hampir tidak pernah terjadi. Ketidakmungkinan statistik ini memberi kesan bahwa panah waktu tidak dapat diubah. Masalah panah waktu dikaburkan oleh mekanika kuantum, sehingga sulit untuk menentukan alam.

Partikel elementer tidak memiliki sifat fisika eksak dan hanya ditentukan oleh probabilitas berada dalam keadaan yang berbeda. Misalnya, pada waktu tertentu, sebuah partikel mungkin memiliki peluang 50 persen untuk berputar searah jarum jam dan peluang 50 persen untuk berputar ke arah yang berlawanan. Teorema, yang diperkuat oleh pengalaman fisikawan John Bell, menyatakan bahwa keadaan partikel yang sebenarnya tidak ada dan mereka dibiarkan dipandu oleh probabilitas.

Kemudian ketidakpastian kuantum menyebabkan kebingungan. Ketika dua partikel berinteraksi, mereka bahkan tidak dapat didefinisikan sendiri, secara independen mengembangkan probabilitas yang dikenal sebagai keadaan murni. Sebaliknya, mereka menjadi komponen terjerat dari distribusi probabilitas yang lebih kompleks yang dijelaskan oleh kedua partikel bersama-sama. Distribusi ini dapat memutuskan, misalnya, apakah partikel akan berputar ke arah yang berlawanan. Sistem secara keseluruhan dalam keadaan murni, tetapi keadaan partikel individu dikaitkan dengan partikel lain.

Dengan demikian, keduanya dapat menempuh jarak beberapa tahun cahaya, dan rotasi masing-masing akan tetap berkorelasi satu sama lain.

Teori baru panah waktu menggambarkan ini sebagai hilangnya informasi karena belitan kuantum, yang mengirimkan secangkir kopi ke dalam keseimbangan dengan ruangan di sekitarnya. Akhirnya, ruangan mencapai keseimbangan dengan lingkungannya, dan pada gilirannya, perlahan-lahan mendekati keseimbangan dengan seluruh alam semesta. Ilmuwan tua yang mempelajari termodinamika memandang proses ini sebagai disipasi energi secara bertahap, meningkatkan entropi alam semesta.

Saat ini, fisikawan percaya bahwa informasi menjadi semakin tersebar, tetapi tidak pernah benar-benar hilang. Meskipun entropi meningkat secara lokal, mereka percaya bahwa total entropi alam semesta tetap konstan pada nol. Namun, satu aspek dari panah waktu masih belum terselesaikan. Para ilmuwan berpendapat bahwa kemampuan seseorang untuk mengingat masa lalu, tetapi bukan masa depan, juga dapat dipahami sebagai pembentukan hubungan antara partikel yang berinteraksi. Ketika kita membaca pesan di selembar kertas, otak berkomunikasi dengannya melalui foton yang sampai ke mata.

Hanya mulai sekarang kita dapat mengingat apa yang dikatakan pesan ini kepada kita. Popescu percaya teori baru tidak menjelaskan mengapa keadaan awal alam semesta jauh dari keseimbangan, menambahkan bahwa sifat Big Bang harus dijelaskan. Beberapa peneliti telah menyatakan keraguan tentang pendekatan baru ini, tetapi pengembangan konsep ini dan formalisme matematis baru sekarang membantu memecahkan masalah teoretis termodinamika.

Raih butir-butir ruang-waktu

Fisika lubang hitam tampaknya menunjukkan, seperti yang disarankan oleh beberapa model matematika, bahwa alam semesta kita sama sekali bukan tiga dimensi. Terlepas dari apa yang dikatakan indra kita, kenyataan di sekitar kita mungkin berupa hologram—proyeksi bidang jauh yang sebenarnya dua dimensi. Jika gambaran alam semesta ini benar, ilusi sifat tiga dimensi ruang-waktu dapat dihilangkan segera setelah alat penelitian yang kita miliki menjadi cukup sensitif. Craig Hogan, seorang profesor fisika di Fermilab yang telah menghabiskan bertahun-tahun mempelajari struktur dasar alam semesta, menunjukkan bahwa tingkat ini baru saja tercapai.

8. Detektor Gelombang Gravitasi GEO600

Jika alam semesta adalah hologram, maka mungkin kita baru saja mencapai batas resolusi realitas. Beberapa fisikawan mengajukan hipotesis menarik bahwa ruang-waktu yang kita tinggali pada akhirnya tidak kontinu, tetapi, seperti foto digital, pada tingkat paling dasar terdiri dari "butir" atau "piksel" tertentu. Jika demikian, realitas kita harus memiliki semacam "resolusi" final. Ini adalah bagaimana beberapa peneliti menafsirkan "kebisingan" yang muncul pada hasil detektor gelombang gravitasi GEO600 (8).

Untuk menguji hipotesis luar biasa ini, Craig Hogan, seorang fisikawan gelombang gravitasi, dia dan timnya mengembangkan interferometer paling akurat di dunia, yang disebut holometer Hogan, yang dirancang untuk mengukur esensi paling dasar dari ruang-waktu dengan cara yang paling akurat. Eksperimen yang diberi kode nama Fermilab E-990 ini bukanlah salah satu dari banyak eksperimen lainnya. Yang satu ini bertujuan untuk menunjukkan sifat kuantum ruang itu sendiri dan keberadaan apa yang oleh para ilmuwan disebut "kebisingan holografik".

Holometer terdiri dari dua interferometer yang ditempatkan berdampingan. Mereka mengarahkan sinar laser satu kilowatt ke perangkat yang membaginya menjadi dua sinar tegak lurus sepanjang 40 meter, yang dipantulkan dan dikembalikan ke titik pemisahan, menciptakan fluktuasi kecerahan berkas cahaya (9). Jika mereka menyebabkan gerakan tertentu di perangkat pembagian, maka ini akan menjadi bukti dari getaran ruang itu sendiri.

9. Representasi grafis dari eksperimen holografik

Tantangan terbesar tim Hogan adalah membuktikan bahwa efek yang mereka temukan bukan hanya gangguan yang disebabkan oleh faktor di luar pengaturan eksperimental, tetapi hasil dari getaran ruang-waktu. Oleh karena itu, cermin yang digunakan dalam interferometer akan disinkronkan dengan frekuensi semua suara terkecil yang datang dari luar perangkat dan ditangkap oleh sensor khusus.

Alam semesta antropik

Agar dunia dan manusia ada di dalamnya, hukum fisika harus memiliki bentuk yang sangat spesifik, dan konstanta fisik harus memiliki nilai yang dipilih dengan tepat ... dan memang demikian! Mengapa?

Mari kita mulai dengan fakta bahwa ada empat jenis interaksi di Semesta: gravitasi (jatuh, planet, galaksi), elektromagnetik (atom, partikel, gesekan, elastisitas, cahaya), nuklir lemah (sumber energi bintang) dan nuklir kuat ( mengikat proton dan neutron menjadi inti atom). Gravitasi 1039 kali lebih lemah dari elektromagnetisme. Jika sedikit lebih lemah, bintang-bintang akan lebih ringan dari Matahari, supernova tidak akan meledak, unsur-unsur berat tidak akan terbentuk. Jika bahkan sedikit lebih kuat, makhluk yang lebih besar dari bakteri akan hancur, dan bintang-bintang akan sering bertabrakan, menghancurkan planet dan membakar diri mereka sendiri terlalu cepat.

Kepadatan Alam Semesta mendekati kerapatan kritis, yaitu, di bawahnya materi akan menghilang dengan cepat tanpa pembentukan galaksi atau bintang, dan di atasnya Semesta akan hidup terlalu lama. Untuk terjadinya kondisi seperti itu, akurasi pencocokan parameter Big Bang seharusnya berada dalam ±10-60. Ketidakhomogenan awal Semesta muda berada pada skala 10-5. Jika mereka lebih kecil, galaksi tidak akan terbentuk. Jika mereka lebih besar, lubang hitam besar akan terbentuk sebagai ganti galaksi.

Simetri partikel dan antipartikel di alam semesta rusak. Dan untuk setiap baryon (proton, neutron) ada 109 foton. Jika ada lebih banyak, galaksi tidak bisa terbentuk. Jika jumlahnya lebih sedikit, tidak akan ada bintang. Juga, jumlah dimensi yang kita tinggali tampaknya "benar". Struktur kompleks tidak dapat muncul dalam dua dimensi. Dengan lebih dari empat (tiga dimensi ditambah waktu), keberadaan orbit planet yang stabil dan tingkat energi elektron dalam atom menjadi bermasalah.

10. Manusia sebagai pusat alam semesta

Konsep prinsip antropik diperkenalkan oleh Brandon Carter pada tahun 1973 pada sebuah konferensi di Krakow yang didedikasikan untuk peringatan 500 tahun kelahiran Copernicus. Secara umum, dapat dirumuskan sedemikian rupa sehingga Alam Semesta yang dapat diamati harus memenuhi kondisi yang dipenuhinya agar dapat diamati oleh kita. Sampai saat ini, ada versi yang berbeda dari itu. Prinsip antropik lemah menyatakan bahwa kita hanya bisa eksis di alam semesta yang memungkinkan keberadaan kita. Jika nilai konstanta berbeda, kita tidak akan pernah melihat ini, karena kita tidak akan berada di sana. Prinsip antropik kuat (penjelasan yang disengaja) mengatakan bahwa alam semesta sedemikian rupa sehingga kita bisa eksis (10).

Dari sudut pandang fisika kuantum, sejumlah alam semesta bisa muncul tanpa alasan. Kami berakhir di alam semesta tertentu, yang harus memenuhi sejumlah kondisi halus bagi seseorang untuk hidup di dalamnya. Kemudian kita berbicara tentang dunia antropik. Bagi seorang mukmin, misalnya, satu alam semesta antropik yang diciptakan Tuhan sudah cukup. Pandangan dunia materialistis tidak menerima hal ini dan berasumsi bahwa ada banyak alam semesta atau bahwa alam semesta saat ini hanyalah sebuah tahap dalam evolusi multiverse yang tak terbatas.

Penulis versi modern dari hipotesis alam semesta sebagai simulasi adalah ahli teori Niklas Boström. Menurutnya, realitas yang kita rasakan hanyalah simulasi yang tidak kita sadari. Ilmuwan menyarankan bahwa jika mungkin untuk membuat simulasi yang andal dari seluruh peradaban atau bahkan seluruh alam semesta menggunakan komputer yang cukup kuat, dan orang-orang yang disimulasikan dapat mengalami kesadaran, maka sangat mungkin bahwa peradaban maju hanya menciptakan sejumlah besar simulasi semacam itu, dan kita hidup di salah satunya dalam sesuatu yang mirip dengan The Matrix (11).

Di sini kata "Tuhan" dan "Matriks" diucapkan. Di sini kita sampai pada batas berbicara tentang sains. Banyak, termasuk ilmuwan, percaya bahwa justru karena ketidakberdayaan fisika eksperimental, sains mulai memasuki bidang yang bertentangan dengan realisme, berbau metafisika dan fiksi ilmiah. Masih diharapkan bahwa fisika akan mengatasi krisis empirisnya dan kembali menemukan cara untuk bersukacita sebagai ilmu yang dapat diverifikasi secara eksperimental.