Стандартную модель физики частиц иногда называют «теорией почти всего». Это лучший набор уравнений на сегодняшний день, описывающий фундаментальные частицы Вселенной и то, как они взаимодействуют. Тем не менее у этой теории есть бреши. Она не дает адекватного объяснения гравитации, не может объяснить асимметрию материи и антиматерии в юной Вселенной; частицы темной материи или темная энергия для нее вообще не существует.
Одной из величайших загадок в физике остается вопрос, почему наша Вселенная содержит больше материи, чем антиматерии, которая эквивалентна материи, но обладает противоположным зарядом. Чтобы найти ответ на этот вопрос, международная команда ученых решила создать плазму из равного количества материи и антиматерии — в таких условиях, как мы полагаем, пребывала ранняя Вселенная.
Открытие бозона Хиггса было триумфальным для Стандартной модели, которая предсказала, как частица образуется, ведет себя и распадается во время столкновений в Большом адронном коллайдере. На самом деле, Стандартная модель точно предсказала почти все, что нам нужно было.
Одно из знаменитых высказываний Ричарда Фейнмана звучало так: «Первый принцип в том, что вы не должны обманывать себя — а обмануть вас проще простого». Когда вы сталкиваетесь с объявлением вроде того, что было сделано NASA Spaceflight неделю назад: что NASA провело успешные тесты EMDrive — двигателя, который работает без топлива и вроде как нарушает фундаментальные законы физики, искривляя пространство — лучше убедиться, что вы не занимаетесь самообманом.
Группа ученых из NASA некоторое время работает над новым и потенциально революционным ракетным двигателем, не требующим использования ракетного топлива и в теории способным доставить космический корабль до Марса всего за 10 недель. Работа над этим двигателем ведется в течение нескольких последних месяцев, и сейчас NASA рассказало о результатах новых испытаний, которые, как отмечает NASASpaceflight, делают невозможное фактически возможным.
Антиматерия давно была предметом научной фантастики. В книге и фильме «Ангелы и демоны» профессор Лэнгдон пытается спасти Ватикан от бомбы из антиматерии. Космический корабль «Энтерпрайз» из «Звездного пути» использует двигатель на основе аннигилирующей антиматерии для путешествий быстрее скорости света. Но антиматерия также предмет нашей с вами реальности. Частицы антиматерии практически идентичны своим материальным партнерам, за исключением того, что переносят противоположный заряд и спин. Когда антиматерия встречает материю, они мгновенно аннигилируют в энергию, и это уже не вымысел.
Может ли наша Вселенная быть просто голограммой? Эта идея витала в умах людей и раньше, и вряд ли ей кого можно удивить, но тем не менее она кажется настолько невероятной, что люди не принимают ее всерьез. Однако она вполне может быть физическим свойством нашего мира. И мы, возможно, вот-вот убедимся в этом.
Может ли существовать зеркальная версия нашего мира, где все идет вспять — и у каждого есть своеобразный антипод? Как сильно нужно согнуть законы физики в узел, чтобы это произошло? Одной из самых больших загадок в космологии является то, почему Вселенная по большей части материальна, а не антиматериальна.
Нейтрино — это особые частицы, которые могут проходить почти через все что угодно на своем пути даже от самых удаленных областей Вселенной. Землю постоянно бомбардируют миллиарды нейтрино, которые проходят прямо через земной шар, дома, животных, людей — через все. Крайне редко они взаимодействуют с материей, но гигантский эксперимент IceCube, расположенный на Южном полюсе, может обнаруживать столкновения между нейтрино и атомами во льду, используя сеть детекторов. Результаты последних исследований из Института Нильса Бора, наряду с другими, выявили некоторые физические свойства экзотических и крайне малоизученных частиц.
Долгое время ответ на вопрос «Где находится центр Вселенной?» был неизвестен. Кроме того, на протяжении столетий он не раз менялся. Наши древние предки считали центром Вселенной Землю до 16 века, когда математик и астроном Николай Коперник указал, что Земля вращается вокруг Солнца. Новым центром стало наше светило.
Астрономы считают, что заметили, возможно, первые потенциальные признаки взаимодействия темной материи с другой силой, отличной от гравитации. Международная группа ученых под руководством ученых Университета Дарема в Великобритании сделала открытие, используя космический телескоп Хаббл и Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории, чтобы просмотреть одновременное столкновение четырех далеких галактик в центре галактического скопления в 1,3 миллиарда световых лет от Земли.
Представьте себе инструмент, который может измерять движения в миллиард раз меньше атома, который живет миллионную долю секунды. Holometer от Fermilab — в настоящее время единственная машина, способная проводить настолько точные измерения пространства и времени, и собранные за последнее время данные улучшили пределы для теорией об экзотических объектах юной Вселенной. Непонятно? Сейчас разберемся.
Физики хотят найти единую теорию, которая описывает всю Вселенную, но для этого им придется решить сложнейшие проблемы в науке. Недавно вышедший фильм «Теория всего» рассказывает историю Стивена Хокинга, который стал всемирно известным физиком вопреки тому, что был прикован к инвалидной коляске с молодости. Фильм в основном про жизнь Хокинга и его отношения с женой, но все же находит немного времени, чтобы объяснить, на чем сделал карьеру Хокинг.
Научные исследования продолжаются. Уровень образованности населения растет. Окруженные технологическими чудесами, от носимой электроники до спутников связи, мы должны быть чертовски умными и разбираться в науке, не так ли? Проблема в том, что мы (ну хорошо, не мы, но многие) страшные невежды, если дело доходит до фундаментальных научных знаний. Только 53% людей знают, что Земля обращается вокруг Солнца за год, и только 59% людей знают, что первые люди и динозавры жили в разное время, а не как во «Флинстоунах». Только 47% людей точно отвечают, что 70% поверхности Земли покрыто водой.
Представьте себе физика, сидящего в клетке с ружьем, направленным прямо на его голову. Каждые несколько секунд измеряется направление спина случайной частицы в комнате. Если спин направлен в одну сторону, то ружье стреляет и физик умирает. Если же в другую, то раздается только звук щелчка и физик выживает. Получается, шансы на выживание физика — 50 на 50, верно?
Самый крупный и мощный ускоритель частиц в мире — Большой адронный коллайдер (БАК) — на днях вернулся к работе. После модернизации ускоритель частиц заработал с удвоенной мощностью. Значит ли это, что все страхи, связанные с его первоначальным запуском, возродились в удвоенном количестве?
Что, если времени нет, все существует в настоящий момент и это фундаментальный принцип Вселенный, который наши ученые до сих пор пытаются понять? Времени не существует, и квантовая теория только подтверждает это? Некоторые вещи ближе к вам во времени, некоторые дальше, точно так же, как в пространстве. Но идея того, что время течет вокруг нас, может быть настолько же абсурдной, как и текучесть пространства.
Согласно многомировой интерпретации квантовой физики, мы живем в бесконечной сети альтернативных вселенных. Это серьезное заявление, которое несет определенные и крайне серьезные научные, философские и экзистенциальные последствия. Давайте рассмотрим десять из них.
Физики пришли к новым расчетам, когда Вселенная перестанет расширяться и коллапсирует в себя — а это, как вы понимаете, крайне плохие новости для материи внутри, — и утверждают, что это произойдет в ближайшие несколько десятков миллиардов лет или около того.
Что такое время? Августин Блаженный говорил: «Я знаю, что такое время, пока не задумываюсь о нем». Согласно стандартной модели физики, время — четвертое измерение, дополнение к трем пространственным измерениям. Значит, сквозь него можно проходить. Долгие годы научные фантасты смаковали возможности перемещений во времени в самых разных подробностях. С каждым столетием мы осваиваем все больше новых технологий, открываем новые аспекты науки. Что нам осталось узнать о путешествиях во времени, прежде чем мы начнем воплощать их в реальности?