https://frosthead.com

Odpiranje čudnih portalov iz fizike

Teoretičarka univerze Harvard Lisa Randall v svoji novi knjigi Knocking on Heaven's Door raziskuje, kako fizika lahko spremeni naše razumevanje temeljne narave sveta. Misli, da lahko obstaja dodatna dimenzija blizu naše znane resničnosti, skrita, razen za bizarno zmanjševanje sile gravitacije, kot jo vidimo. Razmišlja tudi o temni snovi, nevidnih delcih, ki so oblikovali rast celotnega kozmosa. Te ideje, ki so bile edina provinca leposlovcev, se soočajo s resničnimi preizkusi v novi generaciji eksperimentov. Občutljivi detektorji zdaj zadahnejo za temno snov, medtem ko najkompleksnejši znanstveni stroj, ki je bil kdajkoli ustvarjen, Veliki hadronski trkalnik (LHC) pod mejo Švice in Francije s skoraj hitrostjo svetlobe drobi subatomske delce drug v drugega.

Iz te zgodbe

[×] ZAPRTA

Fizičarka Lisa Randall verjame, da lahko v bližini naše znane resničnosti obstaja še dodatna dimenzija, skrita, razen za bizarno zmanjševanje sile gravitacije, kot jo vidimo. (Bostonski globus prek Getty Images)

Foto galerija

Sorodne vsebine

  • Vodič po galaksiji Lisa Randall
  • Iščete Neutrinose, Nature's Ghost Particle
  • Rep iz črne luknje

Kateri so bili vaši glavni cilji pri novi knjigi?
Eden od ciljev je bil opisati znanost, ki me danes zanima: fizika, ki se dogaja na LHC, in iskanje temne snovi. Želel pa sem tudi razjasniti naravo znanosti: kaj pomeni pravilno in narobe, kaj pomeni meriti ter vloge negotovosti, tveganja in ustvarjalnosti.

Ali menite, da je fizična skupnost na robu, da najde nekaj izjemnega?
Vsekakor upam. Imamo dobro priložnost [z LHC] videti Higgsov delec, ki nam pove, kako osnovni delci pridobivajo maso. Druga globoka vprašanja vključujejo prostorsko-časovno simetrijo in ali obstajajo dodatne dimenzije. Resnično imamo možnost, da se v zvezi s temi predmeti vdremo.

Tu je veliko bizarnih idej, od teorije strun do "brane" dodatnih dimenzij tik ob naši. Zakaj bi morali te ideje obravnavati kot več kot domišljijske konstrukte?
Vsekakor ne prosim nikogar, da bi verjel nobeni od idej, ki jih predstavljam. To je del poante knjige: znanost nadaljuje in sistematično končujemo z novimi idejami in razlagami, ki segajo od človeških lestvic, ki jih zelo poznamo, do teh lestvic, ki so tako oddaljene, da je težko imeti intuicijo o njih. Tudi znanost je samoregulirajoč postopek, kar se pričakuje, da se bo zgodilo z nedavno napovedjo nevtrinov, ki se lahko premikajo hitreje od svetlobne hitrosti.

Lahko opišete bistvo svoje ideje o dodatnih dimenzijah?
Vesolju bi lahko bilo več kot tri dimenzije, ki jih poznamo. Na nek način so skrite pred nami, morda zato, ker so drobne ali zvite. Toda tudi če so nevidne, bi lahko vplivale na to, kar v vesolju dejansko opazujemo. Obstaja veliko stvari, ki jih s prostim očesom ne vidimo, za katere se izkaže, da temeljijo v resnici.

Dodatne dimenzije bi lahko ustrezale enemu od vprašanj, na katera poskušamo odgovoriti na LHC: kako delci dobijo svojo maso in zakaj imajo tako mase, ki so veliko manjše, kot bi pričakovali fiziki. Torej, naša ideja je, da obstaja dodatna dimenzija, ki je tako izkrivljena, da bi bile mase velike na enem mestu in majhne na drugem. Z drugimi besedami, gravitacija bi lahko bila na enem mestu šibkejša, na drugem močnejša. Če je tako, bi to lahko bila naravna razlaga, zakaj so mase delcev takšne, kot so, in zakaj je gravitacija toliko šibkejša od drugih elementarnih sil, ki jih opazujemo.

To dodatno dimenzijo bi lahko ločili od naše za milijon bilijonov trilijont centimetra. Je to vzporedno še nedostopno vesolje?
Z našimi dimenzijami deluje le preko gravitacije. In gravitacija je izjemno šibka. Elementarni delček pri navadnih energijah ima zanemarljivo gravitacijsko silo. Toda na LHC, če bi bila ta ideja prava, bi videli dokaze o tej dodatni dimenziji. Delci bi lahko vnesli zagon v dodatno dimenzijo in to bi bilo dejansko mogoče opaziti.

Ampak to ni nekaj, kar si omislite kot "vzporedno vesolje?"
Tehnično gledano, da, lahko bi obstajal vzporedno z našim vesoljem. Vendar ne gre le za kopijo našega vesolja, na kar veliko ljudi pomisli, ko sliši to besedno zvezo.

Če fiziki najdemo trdne dokaze o dodatnih dimenzijah, kako bi to vplivalo na naš pogled na vesolje in naše mesto v njem?
Lahko imate zelo eksotične osnovne pojave, vendar bi še vedno ustrezali običajnim pravilom, ki jih poznamo. Na neki ravni se to nič ne spremeni. Vendar to pomeni, da je na neki globoki temeljni ravni tam veliko bogatejše vesolje. Čudovito je vedeti, iz česa je sestavljeno naše vesolje.

LHC opisujete kot "osupljiv dosežek."
Tehnološko je to tour de sila. Dejstvo, da ta stvar deluje, je neverjetno. Iščemo zelo redke dogodke, zato potrebujete zelo natančen, zelo dobro razumljiv stroj, da jih naredite in detektorje, da boste razumeli, kaj vidite. Da bi se ti trki zgodili, potrebujete izjemno veliko energije, ki je usmerjena v zelo majhen predel, kar omogoča, da se podkomponente protonov - kvarki in gluoni - neposredno trčijo. In ko to storijo, lahko naredijo nove oblike težjih snovi.

Mnogi so se bali, da bi LHC ustvaril črno luknjo, ki požre planete.
Znanstveniki so to jemali zelo resno in so to možnost izključili ne le teoretično, ampak tudi s pogledom na trke kozmičnih žarkov, ki ustvarjajo to isto vrsto energije. Živimo v svetu, kjer obstaja veliko tveganj, in skrajni čas je, da začnemo resno jemati, katera bi nas morala skrbeti. Fiziki so pokazali, da to ni tveganje.

Ponujate iskreno razpravo o religiji in njeni združljivosti z znanostjo. Zakaj ste se odločili razširjati to temo?
Skoraj sem moral v knjigi z naslovom Pokukati na nebesa . Vendar obstaja resna zmeda glede tega, kaj pomeni pravilno in narobe - razlika med tem, kaj so duhovna prepričanja in kaj je znanost. Čutil sem, da je treba razložiti te razlike, če bom želel razložiti znanost. Želel sem resno vzeti različne poglede na vesolje, ki jih imajo ljudje, vendar reči, da res obstajajo razlike.

Napisali ste: "Religijski del vaših možganov ne more delovati istočasno kot znanstveni. Preprosto so nezdružljivi."
Ko rečem, da so nezdružljivi, mislim na nekaj zelo specifičnega: duhovno prepričanje, ki temelji na nečem, ki ne temelji na dejanskem materialu ali vzroku in učinku - načinih, kako jih znanstveno razumemo - je samo drugačno od znanosti. Gre za zelo specifično izjavo.

Ko se pogovarjate z javnim občinstvom, katera priljubljena napačna predstava o fiziki vas najbolj prizadene?
Poskušaš me spraviti v težave! Verjetno je pretirana uporaba kvantne mehanike. Ljudje mislijo, da razlaga stvari, ki jih ne more. O kvantni mehaniki je veliko skrivnosti, vendar se večinoma pojavijo pri zelo podrobnih meritvah v nadzorovanih nastavitvah.

Velikanske detektorje LHC opišete kot umetniška dela. Je sondiranje narave vesolja prav tako estetsko, kot znanstveno?
Umetnost in znanost privlačita nekatere iste ustvarjalne nagone. Priznamo, da je nekaj večjega od nas samih, kar mislim, da tako umetnost kot znanost nagovarjata. Vendar lahko imate lepo idejo v znanosti in to je lahko samo narobe - ne zato, ker je matematično nedosledna, temveč zato, ker je v svetu ne realiziramo.

Besedilo ste napisali za opero "Hipermusični prolog: Projektivna opera v sedmih ravninah", ki je bila premierno predstavljena leta 2009 v pariškem centru Pompidou. Kako je to nastalo?
Skladatelj [Hector Parra] mi je pisal, da bi vprašal, ali se želim vključiti. Bila je zanimiva priložnost za raziskovanje križišča umetnost-znanost na nov način. Umetnost pogosto razmišlja o idejah časa. Tako mi je bilo všeč delo z umetniki, ki to cenijo in ki znanost vključujejo v novo stvar - vendar ne samo na način, ki jo kopira. Nastali so veliki ustvarjalni izzivi, na primer, kako si predstavljate višje razsežnosti na odru.

Opera je imela dvoosebno igralsko zasedbo, minimalistično scenografijo z abstraktnimi projekcijami in partituro, ki je bila na mestih digitalno spremenjena. Sedenje v občinstvu je moralo biti za vas precej doživetje.
Delam na svinčniku in papirju ali računalniku, tako da je bilo dejansko videti fantastične pevce, ki so prepevali moje besede ob spremljavi glasbenikov in krasen nabor. Deli, ki so šli naprej in nazaj med zunajrazsežni svet in naš svet, so bili res odlični. Hektor je mislil, da mi bo [moje raziskovanje] omogočilo vpogled v načine ustvarjanja različnih vrst glasbe, in res je. Mislim, da so me prosili, da vnesem več fizike, kot bi jo imel v idealnem primeru, in na koncu je bila glasba zelo abstraktna. Vendar je bila odlična glasba in bili so trenutki, ki so bili resnično lepi.

V naslovu in besedilu knjige si ustvarite igrive glasbene reference, od Police in Suzanne Vega do Beatlov in Boba Dylana. Ste velik oboževalec glasbe?
Imam to nenavadno sposobnost, kjer se besede zataknejo v moji glavi, zato slišim pesem in velikokrat se zgodi samodejno, da besedilo kasneje uporabim. Mogoče ne gre za prvotni namen besed, vendar se včasih lepo ujemajo s tem, kar poskušam povedati.

Kaj vas čaka v znanosti?
Raziskovala sem ideje, ki temno snov povezujejo z navadno materijo. Obstaja to neverjetno dejstvo, da je energija, ki jo v vesolju nosi temna snov, približno šestkrat večja od energije, ki jo nosi navadna snov. Vprašanje je, zakaj je tako? [Razmerje] bi lahko bilo povsem drugače. Zato gledam, kako sta lahko povezani dve vrsti snovi, kar bi razložilo naključje.

Odpiranje čudnih portalov iz fizike