Gravitation är en otroligt svag kraft. Tänk på det: du kan riva din fot från marken, trots att massan av Jorden som lockar henne. Varför är hon så svag? Okänd. Och kan behöva en mycket stor vetenskapliga experiment för att ta reda på. James beach, en fysiker från Duke University, som arbetar med ATLAS-detektorn vid den berömda Large hadron Collider i Schweiz. Han nyligen beskrev sin fysiska experiment för Gizmodo: otroligt bra accelerator av atomer, Ultra — large hadron Collider — som ligger vid den yttre kanten av solsystemet.
Detta experiment kan lösa de flesta av mysterierna i fysik på en gång, till exempel, för att avslöja den sanna naturen av mörk materia eller bevisa möjligheten att resa i tiden.
Tankeexperiment: Collider storleken på solsystemet
“För att förstå vad som hände vid Big Bang, närmare det ögonblick vi får, desto högre energi som vi behöver för experimenten vid Lhc, så du måste bygga colliders, mer och mer, säger strand. “Just nu är vi ganska väl medvetna om vad det var som hände när universum var storleken på ett Äpple; vi kan uppnå med energier av LHC. Men när hon var mindre, ju längre tillbaka i tiden, det obegripliga”.
Fysiker är övertygade om att du känner till de grundläggande principerna i Universum. Partiklar växelverkar via krafter, av vilka det finns fyra: elektromagnetism; “svag” styrka; “stark” kraft, gravitation. Varje kraft har regler som vi har hittat i experiment som utförts under hundratals år. Några grundläggande interaktioner är starkare, lite svagare.
Jämfört med de andra tre “gravity är inte bara svag, det är nästan irrelevant, säger strand. Nedan i första person.
Vid Large hadron Collider, där jag arbetade, studerade vi de grundläggande, elementär regler för naturen genom att kollidera protoner tillsammans vid höga energier. De regler som vi undersöka beskrivs i termer av partiklar och krafter och gravitation är den enda av de fyra kända krafter som vi inte ens uppmärksamma, hoppas hög energi kollisioner av protoner. Om att ge den starka växelverkan kraft 1, tyngdkraften kommer att få styrka i 10-39. 39 nollor efter decimalkommat. Det är, ingenting alls.
Mysteriet med vetenskap en av de mest obegripliga för oss. Varför tvinga interaktioner uppradade på detta sätt? Varför gravitationen är så svag?
Naturen är vad den är, oavsett vad man representerar. Men experiment har visat att vid tillräckligt höga energier elektromagnetism och den svaga kraften, slås ihop till en enda kraft. Vid ännu högre energier, forskare tror, den starka kraften kommer också att gå med dem. Men gravitation är olika. Forskarna vet inte om att förena gravitationen med andra krafter vid höga energier.
“Gravitationen är en kraft i naturen, men dess regler för matematik, som ligger på dess grundval, den mest korrekta beskrivningen är på något sätt väldigt annorlunda från resten, säger strand. Och han fortsätter:
Gravitationen är som bäst beskrivs av den Allmänna relativitetsteorin, och de andra tre krafterna beskrivs av standardmodellen för partikelfysik baserat på quantum field theory. Och även om det finns likheter, de är olika. Det är när vi naivt försök att sy ihop dem, vi får meningslösa svar.
I vårt nuvarande Universum med hjälp av vår nuvarande teknik, “det är nästan omöjligt att svara på denna fråga empiriskt, säger strand. Varför? “Vi kan inte nå en sådan hög-energi kollisioner i första hand, eftersom jag inte kan bygga en Collider tillräckligt stor för det.” Han säger att vissa teoretiker anser att det är något annat (som att andra partiklar eller extra rumsdimensioner, som härrör från string-teorin och dess utvidgade modeller) som kan verka i experimentet, att förena gravitationen med andra krafter.
Men vi behöver en Collider storleken på solsystemet.
Även en 27-kilometers-runda Large hadron Collider, lhc, med hjälp av supraledande magneter för att påskynda och kollisioner av strålar av protoner 99.999999% av ljusets hastighet, är inte tillräckligt stort för att besvara dessa frågor. Han kan bara lära sig vad som var Universum när det var storleken på ett Äpple. Forskare kan kräva mer energi och därmed en större Collider för att förstå Universum är mindre än storleken på ett Äpple.
Hur mycket mer? Kanske är den starka och svaga kärnkraften krafter skulle kunna kombineras med Collider, som byggdes runt Mars. Men att lägga tyngdpunkten på den ekvationen, “enligt vissa uppskattningar, du kommer att behöva en Collider som omfattar Neptunus. Dessutom, vissa forskare hävdar att denna uppskattning är mycket ungefärliga och vi kommer att bygga en ring ännu mer.” Fördelarna skulle vara stort — en sådan Collider kommer att kunna testa Planck skala, den minsta omfattning som vi kan se accepteras av kvantmekaniken. “Vi skulle förstå allt om gravitation, kvantmekanik och under tiden, fick också en kombination electroweak och Elektrosila kraft, och bakom henne en resa i tiden, strängteori, mörk materia, mörk energi, mätning problem, teorin om flera universa och så vidare.
Vad? En resa i tiden? Enligt beacham, vi skulle ha en tillräckligt detaljerad bild av Universum och hur tid och rum, som kan ha möjlighet att sätta dina kunskaper på grund av framtida tekniker för manipulation över tid.
“Det är möjligt att tyngdkraften och andra krafter i naturen kommer tillsammans med några extremt höga energier, men för att studera denna fråga, måste vi skapa en Collider på den typ av TANK som omger de yttre gränserna för solsystemet eller ännu mer.”
Tyvärr, de trodde att experimentet beacham är omöjligt just nu:
“Teknik, människors kraft och resurser för att skapa en partikel Collider, kring de yttre gränserna för solsystemet helt enkelt inte existerar. Även om vi tog den befintliga tekniken för accelerator och detektor på den TANKEN, att skalan skulle vara ett problem i en praktisk mening: det är inte klart om det finns tillräckligt med material att skapa denna koloss i solsystemet, alla källor av Jorden, Månen, planeter, asteroider, etc.
Och för att accelerera protoner till dessa höga energier, även vid LHC, vi använder supraledande magneter. Magneter förvärva fastigheter för supraledare men bara om du gör det mycket kallt. Man skulle kunna tro att det skulle vara användbart att skapa en partikel accelerator i rymden. Utrymme är det mycket kallt. Men för supraledning det är inte särskilt kallt. Med yttre rymden som har en temperatur på 2.7 Kelvin, men kräver magneter till 1,9 Kelvin. Nära, men ändå inte. TANK dessa temperaturer uppnås med hjälp av flytande helium. Det är oklart om det finns tillräckligt med flytande helium är generellt någonstans i närheten för att kyla cirkulär accelerator storleken på solsystemet.
På dessa energier, detektorer måste vara enorm. Du måste träna fysiker och skaffa sig en ofattbar mängd datorkraft. Du kommer att behöva avancerad robotteknik, skydd från asteroider, kometer och annat skräp. Och allt detta måste sättas i rörelse. Du kan inte använda Solens energi eftersom maskinen omger Solen på ett avstånd av Neptunus. En enhet av den här storleken kommer att kräva genombrott på energiområdet, som inte verkar vara möjligt i en nära framtid.
Ett sådant experiment skulle ändra fysik. I slutet, så försök att hjälpa fysiker att förstå hur saker och ting fungerar, och accelerator kommer att ge övertygande svar på många frågor. Detta kommer att förändra tänkande människor. Kommer att ändra vad vi menar med “förståelse”.
Om vi skulle bygga en Collider runt de yttre gränserna för solsystemet, den kunskap vi har fått om naturen på allvar, om hur länk i en kvantmekanik och Allmän relativitetsteori, en resa i tiden, vad var vid tiden för Big Bang, om vårt universum är bara en av ett oändligt antal flera universum — så skulle förändra vår syn på verkligheten, vår relation till naturen, att dess språk, att förstå världen, mänskligheten, vad är det som händer i Allmänt, vår plats i universum, skulle vi vara tvungna att uppfinna ett nytt begrepp för förståelse av att beskriva det.
Självklart är det ingen som arbetar på ett sådant experiment, även om CERN arbetar redan på papper, Future circular Lhc-tunneln, som är 80-100 kilometer lång. Men kanske är där någon i Universum och arbetat på det här projektet.
Skulle vara fantastiskt om någon avlägsen civilisation någon annanstans i Universum redan skulle ha arbetat på det, och vi hade minst möjlighet att hitta och kontakta henne för att fråga om de resultat även av vanliga fysiska experiment. Så de har massa av Higgs boson? Om de har hittat X-och Y-bosoner, som visar enandet av electroweak och elektrosignal krafter? De nådde Planck skala? Vad är mörk materia? Kan vi gå tillbaka i tiden?
Universum kommer att fortsätta att verka under samma lagar. Den verkliga frågan är, kommer människor någonsin att förstå dessa lagar.
Du kan? Berätta för oss i vår chatt i Telegram.
Vi vet hur vi ska lösa mysterier tid och rum. Men vi behöver en Collider storleken på solsystemet
Ilya Hel