Antworten auf die größten Aufgaben der Wissenschaft: wie weit wir gekommen sind?

Über die Natur des Universums vieles unbekannt. Gerade die Neugierde, die Menschen, die zur Suche nach Antworten auf diese Fragen, und treibt die Wissenschaft voran. Wir bereits angesammelt haben eine unglaubliche Menge an wissen, und die Erfolge von unseren beiden führenden Theorien der Quanten — Feldtheorie, die das Standardmodell und die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Gravitation — zeigen, wie weit wir in das Verständnis der Realität.

Viele Menschen pessimistisch beziehen sich auf versuche, unsere aktuellen und zukünftigen Pläne für die Lösung der großen kosmischen Rätsel, die uns in eine Sackgasse gebracht heute. Unsere besten Hypothesen für eine neue Physik, die суперсимметрию, zusätzliche Messungen, техниколор, die Theorie der Saiten und andere, nicht erhalten konnten keine experimentellen Bestätigung noch. Aber das bedeutet nicht, dass die Physik in der Krise. Das bedeutet, dass alles genau so, wie es kommen muss: die Physik sagt, die Wahrheit über das Universum. Unsere weiteren Schritte zeigen uns, wie wir gut zugehört.

Die großen Rätsel des Universums

Vor einem Jahrhundert die größten Fragen, die wir angeben konnten, umfassten und äußerst wichtige existentielle Rätsel, wie:

• Was sind die kleinsten Bestandteile der Materie?
• Ob unsere Theorie der Kräfte der Natur wirklich fundamental oder Sie müssen ein tieferes Verständnis dafür?
• Wie groß ist das Universum?
• Unser Universum existiert schon immer oder entstand irgendwann in der Vergangenheit?
• Wie Leuchten die Sterne?

Zu diesem Zeitpunkt diese Rätsel sind die Köpfe größten Menschen. Viele nicht dachten, dass Sie möglich sein wird, Antworten zu finden. Insbesondere forderten Sie die Anlagen so, scheinbar enormen Ressourcen, was vorgeschlagen wurde, einfach zufrieden sein mit dem, was wir wussten damals, und nutzen dieses wissen für die Entwicklung der Gesellschaft.

Natürlich können wir nicht tun. Investieren Sie in die Gesellschaft extrem wichtig, aber ebenso wichtig, die Grenzen des bekannten. Dank neuer Erkenntnisse und Forschungsmethoden, konnten wir folgende Antworten erhalten:

• Atome bestehen aus subatomaren Teilchen, von denen viele teilen sich in noch kleinere Komponenten; jetzt wissen wir die ganze Standard-Modell.
• Unsere klassische Theorie заменились Quanten, объединяющими vier fundamentale Kräfte: die starke nukleare, elektromagnetische, die schwache Kern-und gravitationswechselwirkung.
• Beobachtbaren Universums erstreckt sich auf 46,1 Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen; beobachtbaren Universums kann so viel mehr sein oder unendlich.
• Es vergingen 13,8 Milliarden Jahre nach dem Ereignis, bekannt als der Urknall, das Leben gab uns bekannten Universum. Ihm wurde eine inflationäre Epoche unbestimmter Dauer.
• Die Sterne Leuchten durch die Physik der Kernfusion, die Umwandlung der Substanz in Energie nach Einsteins Formel E = mc2.

Und doch, es ist nur vertieft die wissenschaftlichen Geheimnisse, die uns umgeben. Mit allem, was wir wissen über die fundamentalen Teilchen, wir wissen, dass im Universum sollte es viele andere Dinge, während der unbekannte uns. Wir können nicht erklären, die offensichtliche Präsenz der dunklen Materie, die dunkle Energie nicht verstehen und nicht wissen, warum das Universum expandiert genau so und nicht anders.

Wir wissen nicht, warum die Teilchen haben eine Masse, welche zu besitzen; warum das Universum voller Materie und nicht Antimaterie; warum Neutrinos Masse haben. Wir wissen nicht, ob das Proton stabil ist, zerfällt er jemals und ob Gravity sich die Quanten Kraft der Natur. Und obwohl wir wissen, dass eine Große Explosion der Inflation vorangegangen ist, wir wissen nicht, ob der Beginn der Inflation oder es ewig ist.

Ob die Menschen diese Rätsel lösen? Ob Experimente, die wir verbringen mit modernen oder zukünftigen Technologien, Licht auf diese grundlegenden Rätsel?

Die Antwort auf die erste Frage — vielleicht; wir wissen nicht, welche Geheimnisse hält die Natur noch nicht sehen. Die Antwort auf die zweite Frage ist eindeutig «ja». Auch wenn jede Theorie, die wir jemals führten zu einem Thema, das jenseits der Grenzen des bekannten Standardmodell und der Allgemeinen Relativitätstheorie — ist 100% falsch, es gibt eine Unmenge an Informationen, erhalten Sie, indem Sie die Experimente, die wir planen in der nächsten Generation. Nicht bauen all diese Einstellungen wäre eine riesige Dummheit, auch wenn bestätigen Horrorszenario, dessen Teilchenphysik fürchteten viele Jahre.

Wenn Sie hören über Teilchenbeschleuniger, werden Sie wahrscheinlich vorstellen, all diese neuen Entdeckungen, die uns erwarten bei höheren Energien. Versprechen neue Teilchen, neue Kraft, neue Interaktionen oder sogar völlig neue Geschäftsfelder der Physik — das ist etwas, was gerne погрезить Theoretiker, auch wenn das Experiment für das Experiment плошают und diese Versprechen nicht erfüllen.

Es gibt guten Grund dafür: die meisten Ideen, die man sich vorstellen kann in der Physik, schon wurden entweder ausgeschlossen oder stark eingeschränkt Daten, die bei uns bereits vorhanden sind. Wenn Sie einen öffnen möchten neues Teilchen, das Feld, die Interaktion oder das Phänomen sollte man nicht postulieren etwas, was unvereinbar ist mit dem, was wir bereits sicher wissen. Natürlich könnten wir machen Annahmen, die sich später als falsch erweisen, aber die Daten selbst müssen in der Vereinbarung mit jeder neuen Theorie.

Das ist, warum die größten Anstrengungen in der Physik gehen nicht auf die neue Theorie oder neue Ideen, sondern auf Experimente, die es uns ermöglichen, verlassen die Grenzen dessen, was wir bereits erforscht haben. Natürlich, die Entdeckung der Higgs-Boson kann an der Empfindung, sondern wie stark Hicks verbunden mit Z-бозоном? Was sind alle diese Beziehungen zwischen den beiden Teilchen und in anderen Standard-Modell? Wie einfach Sie zu erstellen? Und nach der Gründung, ob die gegenseitigen Zerfälle, die sich von zerfallenden Higgs-Boson des Standard-Plus Standard-Z-Boson?

Es gibt eine Technik, die Sie verwenden können, um dies zu untersuchen: erstellen Elektron-позитронное Kollision mit der exakten Masse des Higgs-Boson und Z-Boson. Statt ein paar Dutzend oder Hunderte von Ereignissen, die eine хиггсовский und Z-Boson, wie es macht den BEHÄLTER, können Sie Tausende, Hunderttausende oder sogar Millionen solcher.

Natürlich, einem breiten Publikum mehr begeistern die Entdeckung des neuen Teilchens, als alles andere, aber nicht jedes Experiment ist für die Bildung neuer Partikel — und es ist nicht notwendig. Einige dienen dazu, zu erforschen, die uns schon bekannte Materie im Detail zu studieren und Ihre Eigenschaften. Große Elektron-positronic Collider, der Vorgänger TANK und fand nie einen neuen fundamentalen Teilchen. Wie das Experiment DESY, blicken die Elektronen mit Protonen. Und relativistische schweren Ionen Collider auch.

Und das war zu erwarten; der Zweck dieser drei Collider war anders. Sie Bestand darin, die Materie zu erforschen, die wirklich existiert, mit einer zuvor ungeahnten Genauigkeit.

Es scheint nicht, dass diese Experimente nur bestätigt das Standardmodell, obwohl alles, was Sie fanden, entsprach nur das Standardmodell. Sie schufen neue zusammengesetzte Teilchen und Maßen die Beziehungen zwischen Ihnen. Entdeckt wurden die Beziehungen des Verfalls und der Verzweigung sowie die feinen Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie. Einige Partikel verhielten sich nicht so, wie Ihre gespiegelten Gegenstücke. Andere Art, wie verletzt die Symmetrie der Behandlung der Zeit. Allerdings wurde festgestellt, dass andere miteinander vermischt werden, wodurch die zugehörigen Zustände, von denen wir nicht einmal ahnten.

Das Ziel der nächsten großen wissenschaftlichen Experiments nicht darin, einfach zu suchen eine Sache oder testen Sie eine neue Theorie. Müssen Sie sammeln eine riesige Menge von unzugänglichen Daten in anderer Hinsicht, und lassen Sie diese Daten, um die Entwicklung der Branche.

Natürlich können wir entwerfen und bauen Experimente oder der Sternwarte, die sich auf das, was wir erwarten zu finden. Aber die beste Wahl für die Zukunft der Wissenschaft wird ein Mehrzweck-Maschine, die in der Lage, sammeln große und vielfältige Datenmengen, die wäre es unmöglich, zu sammeln ohne solche riesigen Investitionen. Das ist, warum Hubble war so erfolgreich, warum Fermilab TANK und den Grenzen weiter als je zuvor, und warum zukünftige Missionen wie das James Webb Space Telescope, zukünftige Sternwarte 30-Meter-Klasse oder zukünftige Collider brauchen wir, wenn wir jemals Antworten auf die grundlegendsten Fragen von allen.

In der Wirtschaft gibt es ein altes Sprichwort, das gleiche gilt auch für die Wissenschaft: «Schneller. Besser. Billiger. Wählen Sie zwei». Die Welt bewegt sich schneller als je zuvor. Wenn wir anfangen zu sparen und nicht wir investieren in die «besten», dies ist äquivalent zu sagen, sich zu ergeben.

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