Nieco ponad tydzień temu europejscy fizycy ogłosił zmierzyli siłę grawitacji w najmniejszej w historii skali.
W sprytnym eksperymencie stołowym naukowcy z Uniwersytetu w Lejdzie w Holandii, Uniwersytetu w Southampton w Wielkiej Brytanii oraz Instytutu Fotoniki i Nanotechnologii we Włoszech zmierzyli siłę około 30 attonów działającą na cząstkę o masie nieco poniżej pół miligrama. Attonewton to miliardowa część miliardowej niutona, standardowa jednostka siły.
Badacze powiedzieć praca ta może „odkryć więcej tajemnic dotyczących samej struktury wszechświata” i może być ważnym krokiem w kierunku kolejnej wielkiej rewolucji w fizyce.
Ale dlaczego tak jest? Nie chodzi tylko o wynik: to metoda, a to, co mówi o ścieżce rozwoju dla gałęzi krytyków nauki, może zostać uwięzione w pętli rosnące koszty i malejące zyski.
Powaga
Z punktu widzenia fizyka grawitacja jest niezwykle słabą siłą. Powiedzenie tego może wydawać się dziwne. Nie czujesz się słaby, gdy rano próbujesz wstać z łóżka!
Jednak w porównaniu z innymi znanymi nam siłami — takimi jak siła elektromagnetyczna odpowiedzialna za wiązanie atomów i wytwarzanie światła oraz silna siła jądrowa, która wiąże jądra atomów — grawitacja wywiera stosunkowo słabe przyciąganie między obiektami.
A w mniejszych skalach działanie grawitacji staje się coraz słabsze.
Łatwo jest zaobserwować wpływ grawitacji na obiekty wielkości gwiazdy lub planety, ale znacznie trudniej jest wykryć efekty grawitacji w przypadku małych, lekkich obiektów.
Konieczność sprawdzenia grawitacji
Pomimo trudności fizycy naprawdę chcą testować grawitację w małych skalach. Dzieje się tak, ponieważ może pomóc w rozwiązaniu stuletniej tajemnicy współczesnej fizyki.
W fizyce dominują dwie niezwykle udane teorie.
Pierwszą z nich jest ogólna teoria względności, która opisuje grawitację i czasoprzestrzeń w dużych skalach. Druga to mechanika kwantowa, czyli teoria cząstek i pól – podstawowych elementów budulcowych materii – w małych skalach.
Te dwie teorie są w pewnym sensie sprzeczne i fizycy nie rozumieją, co dzieje się w sytuacjach, w których obie powinny mieć zastosowanie. Jednym z celów współczesnej fizyki jest połączenie ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej w teorię „kwantowej grawitacji”.
Jednym z przykładów sytuacji, w której potrzebna jest grawitacja kwantowa, jest pełne zrozumienie czarnych dziur. Przewiduje je ogólna teoria względności – a ogromne zaobserwowaliśmy w przestrzeni kosmicznej – ale maleńkie czarne dziury mogą również pojawiać się w skali kwantowej.
Obecnie jednak nie wiemy, jak połączyć ogólną teorię względności i mechanikę kwantową, aby dać obraz działania grawitacji, a tym samym czarnych dziur, w sferze kwantowej.
Nowe teorie i nowe dane
Opracowano szereg podejść do potencjalnej teorii grawitacji kwantowej, m.in teoria strun, pętla grawitacji kwantowej, teoria mnogości przyczynowej.
Jednakże podejścia te są całkowicie teoretyczne. Obecnie nie mamy możliwości sprawdzenia ich w drodze eksperymentów.
Aby empirycznie przetestować te teorie, potrzebowalibyśmy sposobu na zmierzenie grawitacji w bardzo małych skalach, w których dominują efekty kwantowe.
Do niedawna wykonywanie takich badań było poza zasięgiem. Wydawało się, że będziemy potrzebować bardzo dużych elementów wyposażenia: nawet większych niż największy na świecie akcelerator cząstek, Wielki Zderzacz Hadronów, który wysyła wysokoenergetyczne cząstki krążące po 27-kilometrowej pętli, zanim zderzają się ze sobą.
Eksperymenty na stole
Dlatego właśnie niedawny pomiar grawitacji na małą skalę jest tak ważny.
Eksperyment przeprowadzony wspólnie przez Holandię i Wielką Brytanię ma charakter eksperymentu „na stole”. Nie wymagało to ogromnych maszyn.
Eksperyment polega na unoszeniu cząstki w polu magnetycznym, a następnie przesuwaniu obok niej ciężarka, aby zobaczyć, jak „porusza się” w odpowiedzi.
Jest to analogiczne do sposobu, w jaki jedna planeta „porusza się”, gdy mija inną.
Lewitując cząstkę za pomocą magnesów, można ją odizolować od wielu wpływów, które utrudniają wykrycie słabych wpływów grawitacyjnych.
Piękno takich eksperymentów na stole polega na tym, że nie kosztują miliardów dolarów, co usuwa jedną z głównych barier w przeprowadzaniu eksperymentów grawitacyjnych na małą skalę i potencjalnym postępie w fizyce. (Najnowsza propozycja większego następcy Wielkiego Zderzacza Hadronów to: kosztować 17 miliardów dolarów.)
Pracuj do zrobienia
Eksperymenty na stole są bardzo obiecujące, ale wciąż pozostaje wiele do zrobienia.
Niedawny eksperyment zbliża się do domeny kwantowej, ale nie do końca tam dociera. Zaangażowane masy i siły będą musiały być jeszcze mniejsze, aby dowiedzieć się, jak działa grawitacja w tej skali.
Musimy być także przygotowani na to, że posunięcie eksperymentów na stole tak daleko może okazać się niemożliwe.
Mogą jednak istnieć pewne ograniczenia technologiczne, które uniemożliwiają nam prowadzenie eksperymentów z grawitacją w skalach kwantowych, co popycha nas z powrotem w stronę budowy większych zderzaczy.
Wracając do teorii
Warto również zauważyć, że niektóre teorie grawitacji kwantowej, które można przetestować za pomocą eksperymentów na stole, są bardzo radykalne.
Niektóre teorie, takie jak pętlowa grawitacja kwantowa, sugerują przestrzeń i czas mogą zniknąć w bardzo małych skalach lub przy wysokich energiach. Jeśli to prawda, przeprowadzenie eksperymentów w tej skali może nie być możliwe.
W końcu eksperymenty, jakie znamy, to rodzaje rzeczy, które dzieją się w określonym miejscu, w określonym przedziale czasu. Jeśli tego typu teorie są poprawne, być może będziemy musieli ponownie przemyśleć samą naturę eksperymentów, abyśmy mogli nadać im sens w sytuacjach, w których nie ma miejsca ani czasu.
Z drugiej strony sam fakt, że możemy przeprowadzać proste eksperymenty z grawitacją w małych skalach, może sugerować, że przestrzeń i czas mimo wszystko istnieją.
Które okażą się prawdą? Najlepszym sposobem, aby się tego dowiedzieć, jest kontynuowanie eksperymentów na stole i popychanie ich tak daleko, jak to możliwe.
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Kredytowych Image: Garika Barseghyana / Pixabay
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://singularityhub.com/2024/03/04/gravity-experiments-on-the-kitchen-table-why-a-tiny-tiny-measurement-may-be-a-big-leap-forward-for-physics/
- :Jest
- :nie
- :Gdzie
- 30
- a
- O nas
- nieobecny
- akcelerator
- Konto
- w poprzek
- Dzieje Apostolskie
- Po
- temu
- Wszystkie kategorie
- również
- an
- i
- Inne
- każdy
- Aplikuj
- awanse
- SĄ
- powstać
- na około
- artykuł
- AS
- At
- atrakcja
- z powrotem
- bariery
- podstawowy
- BE
- Uroda
- bo
- być
- zanim
- poniżej
- BEST
- pomiędzy
- Duży
- większe
- miliardy
- wiążący
- Czarny
- czarne dziury
- Bloki
- obie
- Oddział
- przynieść
- Budowanie
- ale
- by
- CAN
- nieść
- Zamknij
- CO
- COM
- połączyć
- byliśmy spójni, od początku
- Lud
- w porównaniu
- przeprowadzone
- prowadzenia
- Rozmowa
- skorygowania
- Koszty:
- Koszty:
- mógłby
- Przeciwdziałać
- Twórczy
- kredyt
- Krytycy
- Aktualny
- Obecnie
- opisuje
- wykryć
- rozwinięty
- Trudność
- zmniejsza się
- do
- Nie
- dolarów
- domena
- Zdominować
- zdominowany
- nie
- łatwo
- ruchomości
- całkowicie
- sprzęt
- europejski
- Parzyste
- EVER
- przykład
- eksperyment
- eksperymenty
- niezwykle
- fakt
- daleko
- czuć
- pole
- Znajdź
- i terminów, a
- unoszący się
- W razie zamówieenia projektu
- wytrzymałość
- Siły
- Naprzód
- od
- w pełni
- Ogólne
- generujący
- otrzymać
- Dać
- Go
- cel
- będzie
- grawitacyjny
- powaga
- miał
- Pół
- ręka
- zdarzyć
- dzieje
- Ciężko
- trudniej
- Have
- pomoc
- Wysoki
- Dziury
- W jaki sposób
- How To
- Jednak
- HTTPS
- olbrzymi
- if
- ważny
- in
- Włącznie z
- Instytut
- najnowszych
- zaangażowany
- z udziałem
- odosobniony
- IT
- Włochy
- właśnie
- Trzymać
- rodzaje
- Wiedzieć
- duży
- największym
- firmy
- Skakać
- Licencja
- lekki
- lubić
- ograniczenie
- maszyny
- Pole magnetyczne
- Magnesy
- Główny
- robić
- Dokonywanie
- wiele
- Masa
- Masy
- masywny
- Może..
- zmierzyć
- pomiary
- mechanika
- metoda
- może
- Nowoczesne technologie
- jeszcze
- dużo
- Tajemnica
- Natura
- Potrzebować
- potrzebne
- Holandia
- Nowości
- niuton
- Następny
- NIH
- Zauważając
- jądrowy
- numer
- obiekty
- of
- on
- ONE
- te
- or
- Inne
- na zewnątrz
- koniec
- strona
- szczególny
- Przeszłość
- ścieżka
- wykonać
- wykonywania
- Fizyka
- sztuk
- Miejsce
- planeta
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- Proszę
- punkt
- Punkt widzenia
- możliwość
- możliwy
- potencjał
- potencjalnie
- Przewiduje
- przygotowany
- teraźniejszość
- zapobiega
- Postęp
- obiecujący
- wniosek
- Udowodnij
- Naciskać
- Popychanie
- Kwant
- Mechanika kwantowa
- całkiem
- radykalny
- dosięgnąć
- Czytaj
- naprawdę
- królestwo
- niedawny
- niedawno
- stosunkowo
- względność
- usunąć
- usuwa
- wymagać
- Badacze
- rozwiązać
- odpowiedź
- odpowiedzialny
- dalsze
- Rewolucja
- prawo
- s
- powiedzieć
- mówią
- Skala
- waga
- nauka
- druga
- tajniki
- widzieć
- wydać się
- wydawało się
- wysyła
- rozsądek
- zestaw
- powinien
- sytuacja
- sytuacje
- Rozmiar
- mały
- mniejszy
- So
- kilka
- Southampton
- Typ przestrzeni
- Przestrzeń i czas
- standard
- Gwiazda
- Ewolucja krok po kroku
- Nadal
- bezpośredni
- jest determinacja.
- silny
- udany
- taki
- sugerować
- Huśtawki
- stół
- TAG
- techniczny
- test
- przetestowany
- Testy
- niż
- że
- Połączenia
- Holandia
- UK
- Im
- następnie
- teoretyczny
- teoria
- Tam.
- Te
- one
- rzecz
- rzeczy
- to
- A zatem
- czas
- do
- razem
- w kierunku
- uwięziony
- prawdziwy
- stara
- drugiej
- Uk
- dla
- zrozumieć
- jednostka
- uniwersytet
- us
- za pomocą
- początku.
- przez
- Zobacz i wysłuchaj
- chcieć
- była
- Droga..
- sposoby
- we
- słaby
- słabszy
- tydzień
- waga
- Co
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- który
- dlaczego
- będzie
- w
- Praca
- działa
- świat
- wartość
- by
- jeszcze
- zefirnet
- powiększanie