Die Gravitation eine unglaublich schwache Kraft. Nur denken Sie daran: Sie können reißen Ihr Bein von der Erde, trotz der ganzen Masse der Erde, die Sie anzieht. Warum ist Sie so schwach? Unbekannt. Und müssen sehr, sehr große wissenschaftliche Experiment, um das herauszufinden. James Beecham Physiker der Duke University, der arbeitet mit dem ATLAS-Detektor am berühmten large Hadron Collider in der Schweiz. Kürzlich beschrieb er seine physische Experiment für Gizmodo: unglaublich große Beschleuniger Atomen — Ultra-Hadron Collider — das Hotel liegt am äußeren Rand des Sonnensystems.
Ein solches Experiment könnte sich entscheiden die meisten Geheimnisse der Physik ein, zum Beispiel, offenbaren die wahre Natur der dunklen Materie beweisen oder die Möglichkeit von Zeitreisen.
Gedankenexperiment: Collider Größe einer Solaranlage
«Um zu verstehen, was geschah während des Urknalls, je näher wir zu dem Augenblick sicher arbeiten, desto höher ist die Energie, die wir brauchen für die Experimente am LHC beteiligt, so Collider zu bauen, die immer mehr», sagt Geißel. «Derzeit sind wir ziemlich gut verstehen, was passiert, wenn das Universum war so groß wie ein Apfel; dieses erreichen wir mit den Energien der TANK. Aber als Sie kleiner war, je weiter zurück in der Zeit, desto mysteriöser ist s».
Physik sicher, dass Sie wissen, die grundlegenden Prinzipien des Universums. Die Partikel interagieren durch Kräfte, von denen vier bekannt: Elektromagnetismus; «schwache» Kraft; «starke» Kraft; гравитаци. Jede Energie hat die Regeln, die wir gefunden haben im Verlauf der Experimente, die seit Hunderten von Jahren. Einige grundlegende Wechselwirkungen stärker, manche schwächer.
Im Vergleich mit den anderen drei «Gravitation nicht nur schwach, Sie ist fast geringfügiger», sagt Geißel. Weiter — in der ersten Person.
Am large Hadron Collider, wo ich gearbeitet habe, untersuchen wir die grundlegenden, elementaren Regeln der Natur, treibt die Protonen zusammen auf der hohen Energien. Die Regeln, die wir untersuchen, werden in der Terminologie der Teilchen und Kräfte, und die Schwerkraft ist die einzige der vier bekannten Kräfte, auf den wir auch nicht ignorieren, in der Hoffnung, die hochenergetische Kollision von Protonen. Wenn beilegen würde eine starke Wechselwirkung Kraft 1, wird die Schwerkraft ist eine Kraft von 10-39. 39 Nullen nach dem Komma. Das heißt, überhaupt nichts.
Dieses Rätsel der Wissenschaft eine der am meisten missverstandenen für uns. Warum Energie-Interaktionen so ausgekleidet? Warum ist die Gravitation so schwach?
Natur ist so, wie es ist, egal, welche Menschen Sie sind. Aber Experimente haben gezeigt, dass bei ausreichend hohen Energien der Elektromagnetismus und die schwache Kraft verschmelzen zusammen in einer einzigen Kraft. Bei noch höheren Energien, die Wissenschaftler glauben, eine starke Wechselwirkung wird auch sich Ihnen anzuschließen. Aber die Gravitation ist anders. Wissenschaftler wissen nicht, ob die Gravitation sich mit anderen Kräften bei relativ hohen Energien.
«Schwerkraft ist eine Kraft der Natur, aber seine Regeln — die Mathematik, die dieser zugrunde liegt, ist die genaue Beschreibung — irgendwie stark anders als der Rest», sagt Geißel. Und fährt Fort:
Die Gravitation am besten beschreibt die Allgemeine Theorie der Relativität, und drei andere Kräfte, die beschreibt das Standardmodell der Teilchenphysik, basiert auf der Quantenfeldtheorie. Und obwohl ähnlichkeiten gibt es, Sie sind anders. Das heißt, wenn wir naiv zu versuchen, Nähen Sie zusammen, wir bekommen sinnlose Antworten.
In unserem gegenwärtigen Universum, mit unserer heutigen Technologie, «fast unmöglich zu finden die Antwort auf diese Frage empirisch», sagt Geißel. Warum? «Wir kommen nicht an diesen hochenergetischen Kollisionen, in Erster Linie, weil Sie nicht bauen können Collider groß genug dafür». Er sagt, dass einige Theoretiker glauben, dass es etwas anderes (wie andere Partikel oder zusätzlichen räumlichen Dimensionen, wie folgt aus der Stringtheorie und Ihre erweiterten Modelle), was mag in dem Experiment, vereinigen Gravitation mit den anderen Kräften.
Aber dafür brauchen wir einen Collider mit der Größe der Solaranlage.
Sogar 27-Kilometer-Runde der large Hadron Collider verwendet supraleitenden Magneten, um zu beschleunigen und Kollisionen der Strahlen von Protonen auf 99,999999 Prozent der Lichtgeschwindigkeit, nicht groß genug, um diese Fragen zu beantworten. Er kann nur wissen welchem Universum war, wenn es war so groß wie ein Apfel. Wissenschaftler benötigen mehr Energie und damit größere Collider, um sich im Universum kleiner als die Größe des Apfels.
Wie viel mehr? Vielleicht, starke und schwache Kernkraft könnte kombinieren mit Hilfe Collider gebaut um den mars. Aber damit fügen Sie die Schwerkraft in dieser Gleichung «nach einigen überschlagsrechnungen müssen Collider, Herpes Umlaufbahn von Neptun. Darüber hinaus haben einige Wissenschaftler behaupten, dass diese Schätzung sehr ungenau und wir müssen noch ein Ring mehr». Die Vorteile werden riesig — dies Collider in der Lage, versuchen, das Ausmaß der Bügel, die kleinsten Skalen, in die wir hineinschauen, Quantenmechanik ermöglichte. «Wir wüssten alles über die Schwerkraft, über die Quantenmechanik und inzwischen auch erhalten würde Integrale электрослабую und электросильную Kraft nur so, und folgte Ihr in der Zeit Reisen, Theorie, Stringtheorie, dunkle Materie, dunkle Energie, das Problem der Messung, Theorie mehrerer Universen und so weiter.
Was? Zeitreisen? Nach Meinung der Бичема, hätten wir so eine detaillierte Vorstellung über das Universum und über die Funktionsweise des Raum-Zeit -, dass vielleicht konnten Sie Ihre Kenntnisse in die Grundlage der zukünftigen Technologien der Manipulation mit der Zeit.
«Es ist durchaus möglich, dass die Kraft von Schwerkraft und andere Kräfte der Natur kombiniert, bei manchen extrem hohen Energien, aber um das Problem zu untersuchen, benötigen wir erstellen Collider nach der Art der BEHÄLTER, Herpes äußeren Grenzen des Sonnensystems oder sogar mehr».
Leider Gedankenexperiment Бичема derzeit nicht möglich:
«Technologien, die menschliche Kräfte und Ressourcen für die Erstellung von Collider Teilchen, Herpes zoster-die äußeren Grenzen des Sonnensystems, gibt es einfach nicht. Auch wenn wir eine vorhandene Technologie des Beschleunigers und des Detektors auf dem TANK, Maßstab wäre das Problem im praktischen Sinne: es ist unklar, ob es genug Material für die Erstellung dieser Koloss im Sonnensystem, auf allen Quellen — Erde, Mond, Planeten, Asteroiden usw.
Und um sich zu zerstreuen Protonen bis zu diesen hohen Energien, auch auf den TANK, wir benutzen supraleitende Magnete. Magnete erwerben die Eigenschaften der Supraleiter nur wenn Sie es tun Sie sehr kalt. Man könnte meinen, es wäre nützlich, um ein Teilchenbeschleuniger in den Weltraum. Kosmos doch sehr kalt. Aber für Supraleitung ist es nicht sehr kalt. Äußere Raum hat eine Temperatur von 2,7 Kelvin, aber die Magnete erfordern 1,9 Kelvin. Nah, aber immer noch nicht. Auf den TANK diese Temperatur erreicht wird mit Hilfe von flüssigem Helium. Es ist unklar, ob es genug von flüssigem Helium überhaupt irgendwo in der Nähe, um abzukühlen kreisförmige Beschleuniger in der Größe mit dem Sonnensystem.
Bei solchen Detektoren Energien müssen enorm sein. Sie müssen trainieren Physikern zu erwerben und unbegreifliche Menge an Rechenleistung. Sie benötigen fortschrittliche Robotik, Schutz vor Asteroiden, Kometen und anderen Müll. Und all dies muss noch in Bewegung bringen. Sie können die Energie der Sonne, weil die Maschine umgibt die Sonne in einem Abstand von Neptun. Gerät dieser Größe erfordern Durchbrüche im Bereich der Energie, die nicht möglich in Naher Zukunft.
Ein solches Experiment würde die Physik. Am Ende solche Experimente helfen, die Physiker verstehen, wie die Dinge funktionieren, und solche Beschleuniger gibt überzeugende Antworten auf viele Fragen. Es ändert sich das denken der Menschen. Ändert das, was wir unter «verstehen».
Wenn wir Collider gebaut um der äußeren Grenze des Sonnensystems, die Kenntnisse, die wir erworben haben — über die Natur der Gravitation, die besagt, wie binden wir in eine die Quantenmechanik und die Allgemeine Relativitätstheorie, über Zeitreisen, über das, was im Moment des Urknalls, darüber, ob unser Universum nur eines aus einer unendlichen Anzahl von mehreren Universen — so verändert unser Verständnis der Wirklichkeit, unser Verhältnis zur Natur, diese Sprache, Verständnis der Welt, der Menschheit, des Geschehens überhaupt, unseren Platz im Universum, was müssten wir erfinden ein neues Konzept verstehen, um es zu beschreiben.
Es ist offensichtlich, niemand arbeitet an so ein Experiment, obwohl CERN bereits auf dem Papier entwickelt die Zukunft Circular Collider, dem Tunnel wird 80-100 Kilometer lang. Doch vielleicht irgendwo jemand im Universum und arbeitet an einem solchen Projekt.
Es wäre fantastisch, wenn es eine Ferne Zivilisation irgendwo anders im Universum schon funktionieren würde, aber wir hatten zumindest die Fähigkeit zu finden und zu Kontaktieren, um Fragen über die Ergebnisse sogar herkömmlichen physikalischen Experimenten. Das gleiche bei Ihnen die Masse des Higgs-Boson? Haben Sie X-und Y-Bosonen, die die Vereinigung электрослабой und электросильной Kräfte? Gelangten Sie bis планковских Ausmaß? Was ist dunkle Materie? Können wir in der Zeit rückwärts zu bewegen?
Das Universum wird sich weiterhin nach den gleichen Gesetzen. Die eigentliche Frage ist, ob die Menschen jemals verstehen diese Gesetze.
In der Lage? Erzählen Sie uns in unserem Chat in Телеграме.
Wir wissen, wie die Geheimnisse von Zeit und Raum. Aber wir brauchen Collider Größe einer Solaranlage
Ilja Hel