| Учебные материалы курса «Физика атомного ядра и частиц»
msimagelist>
msimagelist> Материалы спецкурсов
msimagelist> |
Школа
Материалы курсов МФК
Лекции в YouTube Базы данных
msimagelist>
msimagelist> Справочные материалы
msimagelist> Радиационная экология
msimagelist>
msimagelist> Ссылки,
Разное
msimagelist> Практикум
msimagelist>
Спецкурсы кафедры общей ядерной физики Отдел электромагнитных процессов и | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
почему физики больше не ищут теорию всего — Нож
Эйнштейн в свое время поставил основную цель современной науки: поиск единой теории, «теории всего», которая объяснила бы, почему Вселенная, в которой мы живем, не может выглядеть и функционировать иначе.
«Мне интересно, был ли у Господа хоть какой-нибудь выбор при создании мира» — вот что писал Эйнштейн.
Прости, Альберт.
Прошлым летом в научном журнале Quanta вышла статья под названием «Законов физики не существует».
Ее автор — Робберт Дийкграаф, директор Института перспективных исследований, в котором Эйнштейн провел 22 года жизни.
Доктор Дийкграаф пишет о пугающе разветвленном лабиринте возможностей — почти бесконечной сети со слабыми взаимосвязями, состоящей из альтернативных версий реальности.
Существуют отдельные вселенные для каждого кошмара, который вы видели во сне, и в каждой из них действует свой свод фундаментальных законов физики.
Этот ландшафт альтернативных возможностей, известный как мультивселенная, активно используется в теории струн, которая явно перешагнула Эйнштейна по уровню научной фантазии.
Теория струн объединяет в себе представления о гравитации, которая опоясывает космос, с квантовой механикой, которая описывает существующий в нем хаос. В теории струн фундаментальные компоненты всего существующего представлены в виде крошечных струн энергии (квантовых струн), испускающих колебания в 11 измерениях.
XX век был совершенно не готов к появлению теории струн, XXI век позволил ей получить значительный толчок в развитии. Но чтобы теория струн показала свою полную мощь, понадобятся умы математиков XXII столетия.
Результатом этой теории стал лабиринт математических решений в количестве 10⁵⁰⁰, где каждое решение соответствует одной из потенциальных вселенных. Какая-то из этих них — наша, но это не точно. Такие дела.
Доктор Дийкграаф пишет: «Если наш мир — лишь один из многих, что нам делать с остальными? Взгляд современной физики на Вселенную — это полная противоположность представлениям Эйнштейна о едином космосе».
Дийкграаф, кстати, сказал, что название своей статье придумывал не он, и считает его излишне громогласным. Возможно, за теорией струн всё же есть некий единый фундаментальный принцип. Однако никто, в том числе и создатели теории, даже предположить не могут, каким может быть этот принцип.
Что привело ученых к теории струн? Открытие загадочной силы, «темной энергии», которая ускоряет расширение Вселенной, отдаляя галактики друг от друга всё с большей скоростью.
Темная энергия имеет все признаки космологической постоянной, которую Эйнштейн вводил в свои уравнения теории относительности столетней давности, но потом от нее отказался. Однако экспериментальное значение этой космологической постоянной отличается от теоретического на 10⁶⁰ (это крайне большой разрыв между расчетной и экспериментальной величиной. Это явление даже получило название «проблемы космологической постоянной». — Прим. ред.).
Пока что физики дают единственное объяснение этой проблеме: возможно, во всех альтернативных вселенных эта постоянная принимает случайное значение. Это значит, что мы живем в одной из тех вселенных, где количество темной энергии позволяет сформироваться звездам и галактикам — там, где это в принципе возможно.
Другие физики считают ландшафт теории струн логическим продолжением коперниканской революции: если Земля может не быть центром Солнечной системы и единственной планетой, наша вселенная тоже может быть не единственной.
Существует и группа ученых, которые считают идею мультивселенной эпистемологическим абсурдом, тупиковой ветвью познания, основанного на бездоказательных спекуляциях.
Долгожданное открытие бозона Хиггса в 2012 году стало последним кирпичиком в фундаменте амбициозной теоретической конструкции в физике элементарных частиц, известной как Стандартная модель элементарных частиц.
Стандартная модель объясняет все формы материи и энергии, кроме темной материи и энергии. Физики всего мира искали отклонения в Стандартной модели с помощью Большого адронного коллайдера, сталкивая триллионы протонов. Найденный бозон Хиггса ведет себя согласно предсказаниям Стандартной модели.
Это величайшее интеллектуальное достижение, но оно совсем не радостно. Отсутствие несоответствий не поможет углубить существующую теорию. К примеру, ученым очень хотелось, но не удалось найти подтверждения суперсимметрии — теории о том, что у каждой элементарной частицы есть гораздо более тяжелый «суперпартнер». А ведь эта теория могла бы связать воедино физические силы и расширила бы наши представления об элементарных частицах (куда бы уже можно было включить темную материю).
Сабин Хоссенфельдер, физик-теоретик Франкфуртского института перспективных исследований, опасается, что суперсимметрии предначертано остаться лишь мечтой. В прошлом году Сабин стала одним из самых громких критиков состояния современной физики, выпустив книгу с провокационным названием «Заблудшие в математике: куда ведет физику поиск красоты».
Хоссенфельдер утверждает, что современные физики сбились с пути в погоне за математической грацией: «Они поверили, что матушка природа следовала простому и элегантному замыслу и обязательно даст нам знак. Они думали, что слышат ее шепот, а в действительности говорили сами с собой».
Физики не согласны с этими обвинениями: они полвека гонялись за бозоном Хиггса и уже почти опустили руки, пока матушка природа чуть ли не вложила его им в ладони.
Тем временем космологи (весьма разношерстная группа ученых), наконец сошлись во мнениях о стандартной модели нашей Вселенной. Согласно их представлениям, атомы, из которых состоим мы с вами и звёзды вокруг нас, составляют лишь 5 % от массы всего космоса.
Темная материя (о которой мы знаем только то, что она каким-то образом удерживает вместе галактики) составляет 25 % от общей космической массы. Оставшиеся 70 % приходятся на темную энергию, которая удаляет галактики друг от друга. О ней мы тоже больше ничего не знаем. В целом о существовании этой темной стороны вселенной мы знаем только по аномальной скорости вращения звезд и галактик.
Итак, у нас есть физическая теория, которая предполагает 95 % неисследованной вселенной. Вряд ли это может означать конец науке.
В конце концов, мы можем заблуждаться в наших представлениях о гравитации. «Боюсь, мы переоцениваем наследие Эйнштейна», — говорит астроном Университета Case Western Reserve Стейси Макгоу. Лучший подарок для любого современного физика — это новые неожиданные свидетельства, которые могли бы пошатнуть «стандартные модели».
Возможно, прорыв случится, когда мы выясним природу темной материи. Возможно, что-то новенькое нам подкинет Большой адронный коллайдер, где каждое зарегистрированное столкновение частиц — новый шаг в неизвестность.
Во вселенной может быть 11 измерений. А может быть, она — лишь плод чьей-то фантазии. Может быть, жизнь зародилась на Марсе, а может, мы — биты информации в компьютерной симуляции.
Сам поиск истины о нашем существовании и мире вокруг нас — вечный источник человеческого вдохновения, будь то музыка, искусство или наука. Пока поиск продолжается, у нас есть смысл жизни.
13.7: Космос и культура: NPR
Одна вселенная слишком много? Теории струн, Мультивселенная и будущее физики. : 13.7: Космос и культура Либо во Вселенной гораздо больше Вселенной, чем мы когда-либо ожидали, либо границы физики могут блуждать в математически красивом, но в конечном счете бесплодном эфире сомнительной субстанции.
Скрытые измерения, описываемые теорией струн, могут быть реальными, но «сколько усилий мы вкладываем в исследования, основанные на потенциально ненаблюдаемом, отходя от традиции исследовать только реальное?»
quinet/через flickr
скрыть заголовок
переключить заголовок
quinet/через flickr
Скрытые измерения, описываемые теорией струн, могут быть реальными, но «сколько усилий мы вкладываем в исследования, основанные на потенциально ненаблюдаемом, отходя от традиции исследовать только реальное?»
quinet/через flickr
Либо во Вселенной гораздо больше Вселенной, чем мы когда-либо ожидали, либо границы физики могут блуждать в математически красивом, но в конечном счете бесплодном эфире сомнительного вещества.
«Ученый должен ценить загадки, которые он не может разгадать, а не объяснять их с самого начала». Вот что сказал мне Роберто Унгер, философ из Гарварда, когда я брал у него интервью для статьи об альтернативных подходах к «фундаментальной физике». «. История, которая появится в DISCOVER в этом месяце, родилась из вопросов, с которыми я столкнулся, готовясь вести курс космологии для выпускников в прошлом году. Хотя космология не является моей собственной областью исследований, я в течение многих лет наблюдал со стороны за развитием этой области. И, как и многие мои коллеги, я был озадачен событиями, которые кажутся потенциально тревожными.
Фундаментальная физика — это общий термин для нашего фундаментального понимания фундаментальной основы реальности — Пространства, Времени, Материи и Энергии. Фундаментальная физика все чаще включала в себя космологию, изучение происхождения и структуры Вселенной, поскольку физики элементарных частиц и астрофизики пришли к выводу, что их проблемы связаны. Это смешение привело к впечатляющим успехам в понимании эволюции Вселенной. Но отталкиваясь назад, к голому мгновению Большого Взрыва, это также привело к странному развитию — исследовательским областям, где детали потенциально ненаблюдаемых частей реальности формируют то, что мы можем наблюдать и экспериментально проверять.
Для критиков эти новые области теории представляют собой не столько твердую науку, сколько математическую аллегорию. Это «фикции», созданные в ответ на некий вызов, брошенный реальным миром, миром, который мы непосредственно видим и испытываем. Теория струн содержит такие элементы. Физики годами пытались разработать работающее описание квантовой гравитации — сочетание искривленного пространства-времени теории относительности Эйнштейна с прерывистым микромиром квантовой физики. Ранее теория струн, в которой точечные частицы заменяются микроскопическими вибрирующими струнами, казалась привлекательным решением. Но эта теория потерпела неудачу в мире, состоящем только из трех пространственных измерений. В ответ струнные теоретики открыли пространство, добавив дополнительные 7 скрытых от нас измерений. Из этой конструкции возникла математически абстрактная, но работоспособная основа для квантовой гравитации, но за нее пришлось заплатить высокую цену в виде 7 невидимых измерений, добавленных к реальности.
Еще одна потенциальная теоретическая аллегория является ответом на загадку, скрытую в очень успешной «Стандартной модели физики элементарных частиц», которая существовала десятилетиями. Стандартная модель описывает поведение всех известных видов материи. Это было проверено тысячи раз в экспериментах на ускорителях частиц за последние 40 лет. Но чтобы сопоставить теорию с экспериментами, физикам нужно 20 различных чисел, 20 различных «констант природы», которые сначала должны быть измерены в экспериментах. Требование точных значений 20 отдельных чисел еще до того, как вы начнете делать прогнозы, кажется менее чем элегантным. Разве фундаментальная теория не должна быть намного более фундаментальной? Проблема усугубилась, когда физики осознали, что эти числа нуждаются в очень точной настройке. Измените любое число на крошечную долю, и детали космической эволюции изменятся настолько резко, что люди никогда не появятся во Вселенной. Наше существование, казалось, зависело от этой «тонкой настройки». Ой.
В ответ многие исследователи начали исследовать так называемые космологии Мультивселенной. Мультивселенная — это вселенная вселенных. То, что мы считаем космосом, становится в этих теоретических рамках просто одной из многих карманных вселенных, каждая со своей собственной формой законов физики. Мультивселенная впервые привлекла широкое внимание в контексте инфляционной космологии — теории очень, очень ранней Вселенной, которая, по-видимому, решила растущий список проблем, связанных с Большим взрывом. Сначала мультивселенную встретили с поднятыми бровями, как будто «это странная идея». Но со временем она стала более привлекательной, особенно в качестве ответа на дилемму, поставленную стандартной моделью и ее 20 константами.
Во Вселенной Вселенных значения констант, которые мы видим в нашем космосе, являются просто случайностью. Вместо того, чтобы нуждаться в объяснении фундаментальной физики, значения констант становятся просто вопросом статистики вселенных. Значения, которые мы видим в нашей вселенной, возможно, не более чем средние значения, встречающиеся во многих воплощениях стандартной модели во многих «карманных вселенных», составляющих мультивселенную. Тонкая настройка не требуется.
В обоих этих случаях — карманных вселенных мультивселенных и скрытых измерений теории струн — критики соглашаются, что новые теории не объясняют, они объясняют. Для таких философов, как Роберто Унгер, и физиков, таких как Ли Смолин, Джордж Эллис и мой коллега по блогу Марсело Глизер, и невидимые вселенные, и скрытые измерения — это вымыслы, высасывающие реальность из единственной реальности, которую мы на самом деле переживаем.
Основная проблема заключается в том, что на момент написания этой статьи нет экспериментальных доказательств существования скрытых измерений или альтернативной вселенной. Сторонники справедливо укажут на богатые теоретические идеи, которые дает такая область, как теория струн. Они также справедливо утверждают, что теория относительности Эйнштейна казалась чрезмерно математической и абстрактной, когда она была впервые введена, и потребовалось время, прежде чем люди поняли, как проверить ее достоверность. Это правильные моменты, но мне кажется, что здесь работает нечто большее, чем просто техническая абстракция. В новых теориях есть негласная метафизика, проявляющаяся в смещении фокуса науки. Этот сдвиг должен быть представлен открыто в рамках дебатов, иначе мы зайдем в тупик. Как говорит Унгер: «Когда мы представляем нашу Вселенную лишь одним из множества возможных миров, мы обесцениваем этот мир, тот, который мы видим, тот, который мы должны пытаться объяснить».
Думаю, я должен согласиться. Мультивселенная действительно может существовать, а мне нравятся альтернативные вселенные не меньше, чем поклонникам научной фантастики. Но мне интересно, как долго мы должны ждать, прежде чем поле принесет настоящие, экспериментально проверяемые плоды. Вполне может быть, что скрытые измерения теории струн реальны. И все же, сколько усилий мы вкладываем в исследования, основанные на потенциально ненаблюдаемом, отходя при этом от традиции исследовать только действительное? Что еще более важно, что мы делаем с онтологическим статусом теорий, которым нужно то, что может быть постоянно скрыто, для объяснения того, что всегда видимо?
Сколько вселенных в итоге достаточно?
Сообщение спонсора
Стать спонсором NPR
Почему физики придумывают истории в темноте
На протяжении веков ученые изучали свет, чтобы понять видимый мир. Почему вещи окрашены? Что такое радуга? Как работают наши глаза? А что такое сам свет? Эти вопросы занимали ученых и философов со времен Аристотеля, включая Роджера Бэкона, Исаака Ньютона, Майкла Фарадея, Томаса Янга и Джеймса Клерка Максвелла.
Но в конце 19 века все изменилось, и в значительной степени дело рук Максвелла. Это был период, когда весь фокус физики — тогда еще формирующейся как отдельная научная дисциплина — сместился с видимого на невидимое. Сам свет способствовал этому изменению. Мало того, что компоненты света были невидимыми «полями», но свет оказался просто маленьким кусочком радуги, простирающимся далеко в невидимое.
Физика никогда не оглядывалась назад. Сегодня ее теории и концепции в основном связаны с невидимыми объектами: не только с невидимыми силовыми полями и невидимыми лучами, но и с частицами, слишком маленькими, чтобы их можно было увидеть даже в самые современные микроскопы. Теперь мы знаем, что наше повседневное восприятие дает нам доступ лишь к крошечной части реальности. Телескопы, реагирующие на радиоволны, инфракрасное излучение и рентгеновские лучи, значительно расширили наши представления о Вселенной, в то время как электронные микроскопы, рентгеновские лучи и другие тонкие зонды природной детализации открыли микромир, скрытый за пределами остроты нашего зрения. Теории, находящиеся на переднем крае спекулятивной физики, дополняют эту невидимую вселенную параллельными мирами и загадочными сущностями, названными в честь их самой невидимости: темной материей и темной энергией.
Этот выход за пределы видимого стал фундаментальной частью научного повествования. Но это более сложный сдвиг, чем мы часто понимаем. Понимание того, что невидимо — того, что лежит «за пределами света», — имеет гораздо более длинную историю в человеческом опыте. Прежде чем у науки появились средства для исследования этой сферы, нам приходилось довольствоваться историями, вошедшими в мифы и фольклор. Эти истории не изгоняются по мере развития науки; они просто заново изобретены. Ученые, работающие на переднем крае невидимого, всегда будут сталкиваться с пробелами в знаниях, понимании и экспериментальных возможностях. Перед лицом этих ограничений они бессознательно опираются на образы старых историй. Это необходимая часть науки, и эти истории иногда могут натолкнуть на действительно продуктивные научные идеи. Но опасность в том, что мы начнем верить им за чистую монету, принимая их за теории.
Взгляд назад на историю невидимого показывает, как повествования и тропы мифов и фольклора могут стимулировать науку, показывая при этом, что истина, вероятно, окажется гораздо более странной и неожиданной, чем могут вместить эти старые истории.
Оккультный свет
Кто теперь заступится за британского физика Эдмунда Фурнье д’Альба, который в 1908 году выдвинул теорию о том, что человеческая душа состоит из невидимых частиц, называемых «психомерами», обладающих рудиментарным видом разума? Он оценил массу этих частиц в одной душе (около 50 миллиграммов) и предположил, что его гипотеза может объяснить паранормальные явления, такие как призраки и феи, возможно, даже горящий куст Моисея. Конечно, это звучит дико, но Фурнье д’Альб был уважаемым исследователем в области радиотелекоммуникаций и настаивал на том, что в свете недавних открытий, таких как рентгеновские лучи и электрон, было бы неразумно сбрасывать со счетов что-то только потому, что мы не могу видеть это напрямую.
«Мы должны решительно бороться с тенденцией искать невидимое за пределами видимого», — писал Фурнье д’Альбе. «Невидимое окружает нас… одна октава в гамме световых волн воздействует на нашу сетчатку, открывая очень малую часть того, что было бы видимо более совершенным разумом».
Другими словами, настаивали он и его современники, на небе и на земле есть нечто большее.
Вещи, которые мы не можем увидеть или потрогать, когда-то принадлежали к сфере оккультизма. Это просто означало, что они были скрыты, не обязательно, что они были сверхъестественными. Но оккультизм стал укрытием для всевозможных воображаемых паранормальных явлений: призраков, духов и демонов, телепатии и прочих «психических сил». Эти вещи сейчас кажутся антитезой науке, но когда наука впервые начала зацикливаться на невидимых сущностях, многие ведущие ученые не видели четкого различия между такими оккультными концепциями и точной наукой. Они придумали замечательные истории, чтобы связать и объяснить их. Викторианские физики были особенно склонны к этому. Некоторые предполагали существование разумных невидимых существ субатомного или космического масштаба. Другие предполагали, что высокочастотные волны за пределами видимого диапазона могут передавать мысли между разумами или что бессмертные души согласуются с законами термодинамики. Все казалось возможным, как это часто бывает, когда мы пробуждаемся к своему невежеству.
Этот поворот к невидимому начался с попыток понять древний вопрос: что такое свет? В начале 19 века Фарадей ввел идею поля — невидимого всепроникающего влияния — для объяснения природы электричества и магнетизма. В 1860-х годах Максвелл записал ряд уравнений, показывающих, как связаны электричество и магнетизм. Уравнения Максвелла подразумевали, что колебания этих связанных полей — электромагнитных волн — будут перемещаться в пространстве со скоростью света. Вскоре стало очевидно, что эти волны на самом деле — это легкие.
Но там, где видимый свет имеет длину волны от 400 до 800 миллионных долей миллиметра, уравнения Максвелла показали, что не существует очевидного предела длины волны, которую могут иметь электромагнитные волны. Они могут существовать за пределами как верхнего, так и нижнего пределов видимого диапазона.
Эти предсказания вскоре подтвердились. В 1887 году немецкий ученый Генрих Герц показал, что колебания электрического тока могут вызывать длинноволновое излучение, которое стало известно как радиоволны. Итальянцу Гульельмо Маркони потребовалось менее десяти лет, чтобы показать, что радиоволны можно использовать для передачи сообщений на огромные расстояния.
Сейчас трудно оценить, насколько это было революционно, не только практически, но и концептуально. Раньше сообщения за пределами слышимости приходилось отправлять либо физическим письмом, либо электрическими импульсами по телеграфным проводам. Телеграф уже был достаточно необычен, но все же требовал физической связи между отправителем и получателем. С помощью радио можно было общаться с по беспроводной сети через «пустое пространство».
Многие ведущие ученые не видели четкого различия между оккультизмом и точной наукой.
Неслучайно эти открытия произошли в разгар викторианского увлечения спиритизмом, когда медиумы утверждали, что могут контактировать с душами умерших. Эти две тенденции поддерживали друг друга. Новая физика намекнула на объяснение передачи мыслей, будь то от других людей или от духов; и широко распространенная вера в невидимые влияния и разум создала восприимчивую среду для идей в физике, которые казались не менее невероятными. Если бы радиоволны могли передаваться между передающим устройством и приемником невидимым образом, нетрудно было бы представить, что человеческий мозг, который, в конце концов, активизируется электрическими нервными сигналами, мог бы действовать как приемник.
А что же тогда с отправителями? Ученые, знакомые теперь с концепцией невидимых полей, начали размышлять о нематериальных существах, населяющих невидимые планы существования. Друзья Максвелла Питер Гатри Тейт и Бальфур Стюарт, оба профессора физики, опубликовали книгу The Unseen Universe (1875 г.), в которой они представили эфир — предположительно разреженную жидкость, которая несет волны Максвелла — как мост между физическим и духовным мирами. оба они считали населенными интеллектом. Некоторые из пионеров телеграфа уже проводили параллели со спиритизмом, который они называли «небесным телеграфом». Теперь беспроводная связь породила образ пустого пространства, наполненного следами невидимых существ. Все, что вам нужно было сделать, это настроиться, как радиолюбители сканировали радиоволны в поисках хриплых, едва слышимых обрывков сообщений из Хельсинки или Мюнхена. Рассказ Редьярда Киплинга «Беспроводная связь» (1902) описал мужчину, который, лихорадочный от туберкулеза, становится приемником для фрагментов стихотворения Китса, в то время как в другом месте дома группа радиолюбителей улавливает передачи с близлежащего корабля. В то время как духовная «телеграфная линия», направляемая медиумом во время сеанса , предлагала утешение словами умерших близких, радио, казалось, вместо этого превращало духовный мир в источник безличных, часто бессмысленных посланий, брошенных по течению в невнимательную вселенную.
Открытие рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном в 189 г.5 еще больше стимулировал эти фантазии. Вскоре стало ясно, что рентгеновские лучи представляют собой невидимые лучи на другом конце спектра от радио, с длинами волн намного короче, чем у света. Их открытие было ответвлением экспериментов с «катодными лучами», испускаемыми горячими металлическими электродами, которые, как выяснилось в 1898 году, представляли собой потоки электрически заряженных субатомных частиц, названных электронами.
Что делало рентгеновские лучи такими удивительными и вызывающими воспоминания, так это то, что они были не только невидимы, но и открыл невидимое — не в последнюю очередь, кости под нашей плотью, в нервирующем предчувствии смерти. В 1890-х годах люди стекались на публичные демонстрации на таких шоу, как «Урания» в Берлине или театральные представления Томаса Эдисона в Нью-Йорке, чтобы посмотреть, как их скелеты появляются на флуоресцентных, чувствительных к рентгеновскому излучению экранах. Рентгеновская фотография казалась прямым продолжением «фотографии духа», которая стала популярной в 1870-х и 80-х годах, которая утверждала, что выявляет призраков с помощью фальшивых или действительно непреднамеренных двойных экспозиций. Это подтвердило, что фотоэмульсия является «чувствительной средой», которая может сделать невидимое видимым. Другие утверждали, что видели свидетельство новых типов невидимых лучей, записанных на фотографиях, и даже могли фотографировать «мыслеформы» и души.
В fin-de-siècle невидимые «лучи» были повсюду, и ни одно заявление не казалось слишком экстравагантным. Были катодные лучи и анодные лучи, полностью ложные излучения, такие как N-лучи и «черный свет» (хотя ультрафиолетовый свет также получил это название), и, что наиболее известно, «урановые лучи», которые Анри Беккерель обнаружил в солях урана в 1896 году. Они текли неконтролируемым и неугасимым потоком, предполагая огромный скрытый источник энергии, который благодаря работам Пьера и Марии Кюри, Эрнеста Резерфорда и других в конечном итоге был прослежен в ядерном сердце атома. Кюри переименовали эти лучи в «радиоактивность».
Существовало старое культурное предубеждение, что невидимые «эманации» могут иметь жизнеутверждающее действие, будь то «добродетели», приписываемые лекарственным травам в Средние века, или «животный магнетизм» или «месмерическая сила» 18-го века. немецкий врач Франц Антон Месмер. Поэтому нас не должно удивлять, что радиоактивность, по широко распространенному мнению, обладает чудесными целебными свойствами. «Какой бы ни была ваша болезнь, напишите нам, — рекламировала компания Nowata Radium Sanitarium в 1905 году. — Вам будут высланы свидетельства излеченных случаев». «Лечебный» радий добавляли в зубные пасты и косметику, а курортные города с гордостью рекламировали радиоактивность (от встречающегося в природе радона) в своих водах. Не было до 19В 20-е годы было показано, что воздействие радиоактивных элементов на здоровье оказалось совершенно противоположным: слишком поздно, чтобы спасти саму Марию Кюри или некоторых «радиевых девушек» — фабричных работниц, которые в течение десятилетия облизывали кисточки, смоченные радиоактивной краской, для циферблатов часов. .
Фабрики-призраки
Одним из ключевых выводов этих открытий конца 19 века было то, что воспринимаемая нами Вселенная — лишь малая часть того, что существует снаружи. Существовала давняя традиция «духовных миров», восходящая, по крайней мере, к Средневековью, когда повсюду вокруг нас скрывались невидимые злобные демоны. Эти убеждения обеспечили бессознательный шаблон для осмысления новой «невидимой вселенной». Уважаемый физик Уильям Барретт, один из основателей Общества психических исследований в 1882 году, предложил в своей книге На пороге незримого (1917) что существуют человекоподобные невидимые «элементали».
Эту идею разделял один из самых выдающихся ученых-психологов того времени, Уильям Крукс. Химик и предприниматель, занимавший пост президента Королевского общества с 1913 по 1915 год, Крукс прославился, когда в 1861 году открыл новый химический элемент таллий. Тем не менее, он, похоже, особенно легковерно относился к утверждениям спиритуалистов, возможно, даже вступил с ними в сговор. . Его приняли несколько медиумов, в том числе знаменитая Флоренс Кук. Как и многие медиумы, Кук была яркой молодой женщиной, которой было легко манипулировать суждением викторианских джентльменов более зрелого возраста. Крукс был убежден, что «существуют невидимые разумные существа, которые заявляют, что являются духами умерших людей. (Очевидно, он воспринял это как скептическую точку зрения.) Чтобы исследовать «психическую силу», которой, по его мнению, обладают медиумы, Крукс изобрел устройство, названное радиометром или «световой мельницей», в котором тонкие лопасти, прикрепленные к стержню внутри герметичного стекла. лампочка будет вращаться при освещении светом. Хотя причиной вращения, как сначала думали, не было «давление», оказываемое самим светом — несмотря на отсутствие массы, световые лучи могут слегка отталкивать поверхности, с которыми они сталкиваются, — это давление — вполне реальное явление. и радиометр помог это установить. Таким образом, инструмент, мотивированный верой в паранормальные явления, побудил к полезной научной работе по изучению свойств света.
Духи в свете В 1870-х годах для исследования психических сил химик Уильям Крукс изобрел радиометр (вверху), в котором тонкие лопасти вращаются при освещении светом. материя», якобы «четвертая форма материи» где-то между обычным материалом и чистым светом. Крукс открыл этот материал, проводя важную работу с газоразрядными трубками, в которых заряженные электроды ионизируют пар так, что через него может проходить электрический ток, вызывая свечение. В 1879 г.он утверждал, что лучистая материя существует в «темном царстве между известным и неизвестным». Он подозревал, что это, как и эфир, может быть мостом в мир духов.
Лучистая материя была еще одним плодом гиперактивного воображения Крукса. Но и это принесло свои плоды. Он обратился к лучистой материи, чтобы объяснить загадочную область внутри газоразрядных трубок, называемую «темным пространством». Но оказалось, что эта темная область была вызвана катодными лучами, и исследование Крукса этого явления в конечном счете привело к открытию электронов и рентгеновских лучей, а в сочетании с радиовещанием Маркони — к развитию телевидения. Действительно, некоторые из первых пионеров телевидения руководствовались симпатией к паранормальным явлениям, будь то Крукс, усовершенствовавший электронно-лучевую трубку, Фурнье д’Альб, изобретавший свою собственную идиосинкразическую телевизионную технологию, или Джон Логи Бэрд, которого обычно считают главным изобретателем этого устройства. 0083 настоящий изобретатель, который считал, что находится в спиритуалистическом контакте с ушедшим духом Томаса Эдисона.
И радио, и телевидение были репрезентативными для всех современных средств массовой информации в том смысле, что они являются фабриками-призраками, постоянно производящими то, что в 1886 году исследователь экстрасенсов Фредерик У. Х. Майерс назвал «фантазмами живых»: бестелесные копии нас самих, готовые говорить на наше имя. Радио могло создать иллюзию того, что премьер-министр или кинозвезда проявились, хотя и бестелесно, как фантом, в вашей гостиной. Насколько могущественнее была иллюзия, когда можно было не только слышать, но и видеть таких электронных призраков. Может показаться естественным и достаточно безобидным называть двойное изображение ранних телевизоров, вызванное плохим приемом или плохой синхронизацией электронного луча, «призраками», но эта терминология говорила и подпитывала распространенное подозрение, что фигуры, которые вы видели на экране, могут не всегда соответствовать реальным людям. В конце концов, возможно, они уже мертвы. 19 декабря репортеры стекались в дом Джерома Э. Трэверса на Лонг-Айленде.53, чтобы увидеть лицо неизвестной женщины, которая появилась на экране и не исчезала, даже когда телевизор был отключен от сети. (Семья повернула экран к стене, словно с позором.)
Некоторые пионеры телевидения руководствовались паранормальными явлениями.
Появляясь, чтобы передать наше присутствие через невозможные пределы времени и пространства и сохраняя наш образ и голос после смерти, эти средства массовой информации подрывают законы, которые веками ограничивали человеческое взаимодействие, требуя физической перевозки письма или присутствия людей. сами себя. Мы предаемся иллюзии, что голос наших возлюбленных исходит из телефона, что скайп-образ, созданный на экране (теперь с помощью светодиодов, а не люминофоров с электронным обдувом), является далеким родственником во плоти.
Кого тогда можно удивить, что Интернет кишит призраками? Как говорит историк фольклора Оуэн Дэвис, «киберпространство стало частью географии призраков». И здесь мнимые следы мертвых могут сохраняться бесконечно долго; здесь также говорят, что псевдонимы говорят из загробного мира. Даже больше, чем телефон и телевидение, Интернет, этот невидимый гул голосов, кажется, почти создан для того, чтобы вмещать в себя духов, которые, в конце концов, не более эфирны, чем наше собственное кибер-присутствие.
Снова и снова мы видим, что технологии сами по себе не изгоняют народные верования и суеверия, а лишь создают для них новые условия. Возможно, это не должно вызывать удивления, поскольку технические достижения сами по себе не приводят к общему прогрессу в способности людей рассуждать или оценивать доказательства. Но ведь наука все еще отгоняет темные тучи невежества и суеверия? Да, конечно. Однако это не означает, что современные ученые менее склонны к полету творческой фантазии, чем их предшественники. И слава богу, науке нужно воображение не меньше, чем холодная логика. Но, как и в викторианские времена, иногда трудно отличить фантазию от факта, когда и то, и другое выражено жаргоном дня.
Скрытые миры
Возьмем, к примеру, многомировую интерпретацию квантовой механики. Нет единого мнения о том, как интерпретировать то, что квантовая теория говорит нам о природе реальности в крошечных масштабах, но у многомировой интерпретации много влиятельных приверженцев. Он предполагает существование параллельных вселенных, воплощающих все возможные результаты многих возможных решений уравнений, описывающих квантовую систему. По словам физика Макса Тегмарка из Массачусетского технологического института, «это предсказывает, что одна классическая реальность постепенно распадается на суперпозиции многих таких реальностей». Эта идея заимствована из работы физика Хью Эверетта в XIX веке.50-х, но сам Эверетт никогда не говорил о «множестве миров».
В то время в квантовой теории преобладало мнение, что при измерении квантовой системы выбирается только один из возможных результатов, перечисленных в математической сущности, называемой волновой функцией, — процесс, называемый «схлопыванием волновой функции». ” Проблема была в том, что в теории не было ничего, что могло бы вызвать этот коллапс — это нужно было вводить «вручную». Эверетт сделал, казалось бы, безобидное предположение, что коллапса, возможно, и нет: что все другие возможные исходы также имеют реальное физическое существование. Он никогда не задавался вопросом о , где находятся эти другие штаты. Но некоторые из его последователей выстраивают вокруг себя целую вселенную, идентичную нашей во всех отношениях, кроме одного аспекта. Каждое квантовое событие вызывает размножение этих параллельных вселенных, так что, согласно Тегмарку, «акт принятия решения заставляет человека разделяться на несколько копий». (Точнее сказать, эти альтернативные вселенные существовали всегда, просто в каждой из них все развивается по-разному.)
Но эта идея сама по себе становится бессвязной, когда вы действительно пытаетесь заселить Множественные Миры разумными существами. Дело не в том (как может показаться, что Тегмарк намекнул выше), что в этих многочисленных мирах существуют альтернативные версии нас — они все в каком-то смысле мы, но нет рецепта, куда поместить наше, казалось бы, уникальное сознание. Эта головоломка возникает не как неизбежный результат «серьезного отношения к математике», как настаивают некоторые приверженцы, а просто из-за импульса, не мотивированного ни экспериментом, ни теорией, сделать каждое формальное математическое выражение самостоятельным законченным, невидимым миром. из этого. Это делается не по какой-либо научной причине, а потому, что это то, что мы всегда делали перед лицом неизвестного. В Средние века материальные свидетельства существования невидимых сил, таких как магнетизм, делали невидимых существ, таких как демоны, более правдоподобными. Открытие рентгеновских лучей, радиоволн и радиоактивности также укрепило веру в густонаселенную «невидимую вселенную». Кажущийся коллапс волновой функции действительно представляет собой глубокую загадку — должны ли мы тогда удивляться тому, что одним из ответов является создание невидимых вселенных в качестве компенсации?
Интернет, этот невидимый гул голосов, кажется, создан для содержания духов.
Во многом то же самое относится и к концепции «бранных» (сокращение от «мембранных») миров. Это происходит из самых передовых вариантов теории струн, которые пытаются объяснить все известные частицы и силы в терминах сверхмалых объектов, называемых струнами, которые можно представить себе как частицы, вытянутые в маленькие вибрирующие нити. Большинство версий теории требуют переменных в уравнениях, которые, кажется, играют роль дополнительных измерений в пространстве, так что теория струн постулирует не четыре измерения (времени и пространства), а 11. Как указывает физик и писатель Джим Бэгготт: « для этих предположений нет экспериментальной или наблюдательной основы» — «дополнительные измерения» — это просто формальные аспекты уравнений. Однако последние версии теории предполагают, что эти дополнительные измерения могут быть чрезвычайно большими, образуя экстрамерные браны, которые являются потенциальными хранилищами альтернативных вселенных, отделенных от нашей, как стопка листов книги. Неизбежно возникает желание представить, что эти места тоже могут быть населены разумными существами, хотя это необязательно. Дело в том, что эти миры на бранах — не что иное, как математические сущности в умозрительных уравнениях, воплощенные как бы в виде невидимых параллельных вселенных.
Темная материя и темная энергия напрямую связаны с наблюдениями за реальным миром. Темная материя, по-видимому, необходима для объяснения гравитационных эффектов, которые, кажется, исходят из частей космоса, где обычное вещество не видно, или недостаточно для объяснения притяжения. Например, вращающиеся галактики, по-видимому, имеют некий дополнительный источник гравитационного притяжения помимо видимых звезд и газа, который не дает им разлететься. Эффект «линзирования», когда удаленные астрофизические объекты искажаются гравитационным искривлением пространства-времени, также, по-видимому, требует этой невидимой формы материи. Но темная материя не существует в обычном понимании, в том смысле, что ее никто не видел и нет теорий, которые могли бы убедительно объяснить или потребовать ее существования. Темная энергия также является своего рода «материалом», необходимым для объяснения ускорения расширения Вселенной, обнаруженного астрономами, наблюдавшими далекие объекты в середине 19 века.90-е. Но это просто название головоломки, без прямого обнаружения.
Кажется вполне вероятным, что темная энергия, а возможно, и темная материя окажутся чем-то вроде «темного пространства» и «лучистой энергии» Крукса: не совсем веществом, а симптомами какого-то доселе неизвестного физического принципа. Филип Пуллман прекрасно уловил эти связи в трилогии «Темные начала », где (одно только название дает ключ к разгадке) таинственная субстанция под названием Пыль представляет собой смесь темной материи и квазиразумных психомеров Барретта, получившую духовную интерпретацию от ученые-жрецы альтернативного стимпанковского Оксфордского университета Пуллмана, которые ощущают его присутствие с помощью инструментов, очевидно, основанных на легкой мельнице Крукса.
Ученые, конечно, не просто так выдумывают, опираясь на удобство мнимой невидимости. Они используют темную материю и темную энергию, а также (если быть снисходительным) квантовые многомиры и браны, а также другие неощутимые и гипотетические сферы, чтобы выполнить важную задачу: заполнить пробелы в своих знаниях понятиями, которые они могут понять.
Эти импровизированные ремонты и изобретения необходимы, если наука не будет пущена под откос или деморализована ее пробелами. Когда это произойдет, кажется неизбежным, что изобретения примут привычные формы — они будут заимствованы из старых понятий и даже мифов, это будут «таинственные» частицы или лучи или даже целые воображаемые миры, наполненные обитателями. Это могут оказаться совершенно неверными понятиями, но они делают наше невежество конкретным и позволяют нам думать о том, как его исследовать.
При работе на переднем крае знаний, обдумывая вопросы времени и пространства, которые мы едва можем интуитивно или визуализировать, холодной логики и строгой приверженности экспериментам и фальсифицируемости может быть недостаточно.