Tyngdekraften er en utrolig svage kraft. Tænk over det: du kan rive din fod fra jorden, på trods af massen af Jorden, der tiltrækker hende. Hvorfor er hun så svag? Ukendt. Og muligvis har brug for en meget stor videnskabelig eksperiment for at finde ud af. James beach, en fysiker fra Duke University, der arbejder med ATLAS detektoren på den berømte Large hadron Collider i Schweiz. Han har for nylig beskrevet hans fysiske eksperiment for Gizmodo: utrolig stor accelerator af atomer, Ultra — large hadron Collider — beliggende på den yderste del af solsystemet.
Dette eksperiment kunne løse de fleste af de mysterier af fysik på én gang, for eksempel til at afsløre den sande karakter af mørkt stof eller bevise muligheden af at rejse i tiden.
Tanke-eksperiment: den Collider størrelsen af solsystemet
“For at forstå, hvad der skete under Big Bang, jo tættere på det øjeblik, vi får, jo højere energi, vi har brug for eksperimenter på Collider, så du er nødt til at bygge colliders, mere og mere,” siger stranden. “I øjeblikket er vi ganske godt klar over, hvad der skete, da universet var på størrelse med et Æble, vi kan opnå med de energier, i LHC. Men da hun var mindre, jo længere tilbage i tiden, er det uforståeligt”.
Fysikere er sikker på at du kender de grundlæggende principper i Universet. Partikler interagerer via styrker, som der er fire: elektromagnetisme; de “svage” styrke; “stærk” kraft; tyngdekraften. Hver kraft har regler, som vi har fundet i forsøg udført gennem flere hundrede år. Nogle grundlæggende interaktioner er stærkere, nogle svagere.
I forhold til de tre andre “tyngdekraften er ikke bare er svagt, er det næsten irrelevant,” siger stranden. I det følgende i første person.
Ved Large hadron Collider, hvor jeg arbejdede, studerede vi de grundlæggende, elementære regler for naturen ved at kollidere protoner sammen ved høje energier. De regler, som vi undersøger, er beskrevet i form af partikler og kræfter, og tyngdekraften er den eneste af de fire kendte kræfter, som vi ikke selv er opmærksomme, håber den højenergi kollisioner af protoner. Om at give den stærke vekselvirkning, force 1, vil tyngdekraften har den styrke, 10-39. 39 nuller efter kommaet. Der er intet overhovedet.
Mysteriet om videnskab en af de mest uforståeligt for os. Hvorfor kraft interaktioner linet op på denne måde? Hvorfor tyngdekraften er så svag?
Naturen er det, der er, uanset hvad folk måtte repræsentere. Men eksperimenter har vist, at ved tilstrækkeligt høje energier, elektromagnetisme og den svage kraft flette sammen til en enkelt kraft. Ved endnu højere energi, forskerne mener, den stærke vekselvirkning, vil også være at slutte sig til dem. Men tyngdekraften er forskellige. Forskerne ved ikke, om at forene tyngdekraften med de andre kræfter ved høje energier.
“Tyngdekraften er en kraft i naturen, men dens regler for matematik, der ligger på dens grundlag, den mest præcise beskrivelse er på en eller anden måde meget forskellige fra resten,” siger stranden. Og han fortsætter:
Tyngdekraften er bedst beskrevet ved den Generelle relativitetsteori, og de andre tre kræfter, som er beskrevet af Standard-modellen for partikel fysik baseret på kvante felt teori. Og selv om der er ligheder, de er forskellige. Det er, når vi er naivt at prøve at sy dem sammen, får vi meningsløs svar.
I vores nuværende Univers ved hjælp af vores nuværende teknologi, “det er næsten umuligt at svare på dette spørgsmål empirisk,” siger stranden. Hvorfor? “Vi kan ikke nå frem til en sådan højenergi kollisioner i første omgang, fordi jeg ikke kan opbygge en Collider er stor nok til det.” Han siger, at nogle teoretikere mener, at der er noget andet (som andre partikler eller ekstra rumlige dimensioner, som stammer fra strengteori og dens udvidede modeller), der kan synes i eksperimentet, at forene tyngdekraften med de andre kræfter.
Men vi har brug for en Collider størrelsen af solsystemet.
Endnu en 27 kilometer rundt Large hadron Collider, ved hjælp af superledende magneter til at accelerere og kollisioner af stråler af protoner til 99,999999% af lysets hastighed, er ikke stort nok til at besvare disse spørgsmål. Han kan kun lære, hvad der var Universet når det var på størrelse med et Æble. Forskere kan kræve mere energi og dermed en større Collider for at forstå Universet, er mindre end størrelsen af et Æble.
Hvor meget mere? Måske de stærke og svage nukleare styrker kunne kombineres med Collider, der er bygget rundt om Mars. Men for at tilføje grovhed at den ligning, “ifølge nogle grove skøn, vil du har brug for en Collider, der omfatter kredsløb af Neptun. Desuden, nogle forskere hævder, at dette skøn er meget omtrentlige, og vi bliver nødt til at bygge en ring endnu mere.” De fordele, der vil være enorm — sådan en Collider vil være i stand til at teste Planck skalaen, den mindste skala, som vi kan se det tillades af kvantemekanik. “Vi ønsker at forstå alt om tyngdekraften, kvantemekanik, og i mellemtiden fik også en kombineret electroweak og Elektrosila kraft, og bag hende at rejse i tiden, strengteori, mørkt stof, mørk energi, måling problem, teorien om flere universer, og så videre.
Hvad? At rejse i tiden? Ifølge beacham, vi ville have et tilstrækkeligt detaljeret billede af Universet, og hvordan rum-tid, som kan være i stand til at sætte din viden på grundlag af fremtidens teknologier for manipulation over tid.
“Det er muligt, at tyngdekraften og andre kræfter i naturen kommer sammen med nogle meget høje energier, men for at studere dette spørgsmål, er vi nødt til at skabe en Collider på typen af TANK, som omkranser den ydre grænser af solsystemet, eller endnu mere.”
Desværre, det tankeeksperiment beacham er umuligt på nuværende tidspunkt:
“Teknologi, menneskelig magt og ressourcer til at skabe en partikel Collider, omkring den ydre grænser af solsystemet simpelthen ikke eksisterer. Selv hvis vi tog den eksisterende teknologi på speederen og detektor på TANKEN, at omfanget vil være et problem i en praktisk forstand: det er ikke klart, om der er nok materiale til at skabe denne kolos i solsystemet, alle kilder, der er af Jorden, Månen, planeter, asteroider, osv.
Og for at accelerere protoner til disse høje energier, selv ved LHC, vi bruger superledende magneter. Magneter til at erhverve de ejendomme af superledere, men kun hvis du gør det meget koldt. Du vil tænke, at det ville være nyttigt at oprette en partikel accelerator i rummet. Plads det er meget koldt. Men for superledning det ikke er meget koldt. Det ydre rum, har en temperatur på 2,7 Kelvin, men kræver magneter til 1,9 Kelvin. Tæt på, men stadig nr. TANK disse temperaturer er opnået ved hjælp af flydende helium. Det er uklart, om der er nok flydende helium er generelt et eller andet sted i nærheden for at køle cirkulær accelerator størrelsen af solsystemet.
På disse energier, de detektorer, der er nødt til at være enorme. Du er nødt til at uddanne fysikere og opnå en ufattelig mængde computerkraft. Du får brug for avanceret robotteknologi, beskyttelse fra asteroider, kometer og andre vragdele. Og alt dette stadig brug for at blive sat i bevægelse. Du kan ikke bruge Solens energi, fordi maskinen omgiver Solen på afstand af Neptun. En enhed af denne størrelse vil kræve gennembrud inden for energi, som ikke synes muligt i den nærmeste fremtid.
Et sådant eksperiment ville ændre fysik. I slutningen sådanne forsøg hjælpe fysikere til at forstå, hvordan tingene fungerer, og speederen vil give overbevisende svar på mange spørgsmål. Dette vil ændre den tænkning, af mennesker. Vil ændre, hvad vi forstår ved “forståelse”.
Hvis vi skulle bygge en Collider omkring de ydre grænser af solsystemet, den viden, vi har erhvervet om karakteren af tyngdekraften, om, hvordan til at linke i en kvantemekanik og Almen relativitetsteori, tidsrejser, hvad der var på tidspunktet for Big Bang, om hvorvidt vores univers blot være et af en uendelig række af flere universer — så ville ændre vores opfattelse af virkeligheden, vores forhold til naturen, at dens sprog, forståelse af verden, menneskeheden, hvad der sker i Almindelighed, vores plads i universet, er vi nødt til at opfinde et nyt begreb i forståelse af at beskrive det.
Det er klart, der er ingen, der arbejder på et sådant eksperiment, selv om CERN arbejder allerede på papiret, Fremtiden cirkulære Collider tunnel, som er 80-100 kilometer lang. Men måske, hvor en person i Universet, og arbejder på dette projekt.
Ville være fantastisk, hvis en fjern civilisation, et andet sted i Universet, allerede ville have arbejdet på det, og vi havde mindst mulighed for at finde og kontakte hende for at spørge, om de resultater, selv i almindelige fysiske eksperimenter. Så de har massen af Higgs-bosonen? Hvis de har fundet X-og Y-bosoner, som viser, at indførelse af electroweak og elektrosignal kræfter? De nåede Planck skalaen? Hvad er mørkt stof? Kan vi gå tilbage i tiden?
Universet vil fortsætte med at operere under de samme love. Det virkelige spørgsmål er, vil folk nogensinde forstå disse love.
Du kan? Fortæl os i vores chat i Telegrammet.
Vi ved, hvordan til at afsløre mysterierne om tid og rum. Men vi har brug for en Collider størrelsen af solsystemet
Ilya Hel