Чуть больше недели назад европейские физики объявило они измерили силу гравитации в самом маленьком из когда-либо существовавших масштабах.
В ходе умного настольного эксперимента исследователи из Лейденского университета в Нидерландах, Саутгемптонского университета в Великобритании и Института фотоники и нанотехнологий в Италии измерили силу около 30 аттоньютонов, воздействующую на частицу массой чуть менее полмиллиграмма. Аттоньютон — это миллиардная миллиардная доля ньютона, стандартная единица силы.
Исследователи сообщили эта работа может «раскрыть больше тайн о самой структуре Вселенной» и может стать важным шагом на пути к следующей большой революции в физике.
Но почему? Дело не только в результате: это метод, и то, что он говорит о пути вперед для отрасли науки, по мнению критиков, может оказаться в ловушке петли рост затрат и уменьшение прибыли.
Сила тяжести
С точки зрения физики, гравитация — чрезвычайно слабая сила. Это может показаться странным. Утром вы не чувствуете слабости, когда пытаетесь встать с постели!
Тем не менее, по сравнению с другими известными нам силами, такими как электромагнитная сила, которая отвечает за соединение атомов вместе и за генерацию света, а также сильная ядерная сила, которая связывает ядра атомов, гравитация оказывает относительно слабое притяжение между объектами.
А в меньших масштабах эффекты гравитации становятся все слабее и слабее.
Эффект гравитации легко увидеть для объектов размером со звезду или планету, но гораздо труднее обнаружить гравитационные эффекты для небольших и легких объектов.
Необходимость проверить гравитацию
Несмотря на сложность, физики действительно хотят проверить гравитацию в небольших масштабах. Это потому, что это может помочь раскрыть вековую загадку современной физики.
В физике доминируют две чрезвычайно успешные теории.
Первая — общая теория относительности, которая описывает гравитацию и пространство-время в больших масштабах. Второй — квантовая механика, которая представляет собой теорию частиц и полей — основных строительных блоков материи — в малых масштабах.
Эти две теории в некотором смысле противоречат друг другу, и физики не понимают, что происходит в ситуациях, когда обе теории должны применяться. Одна из целей современной физики — объединить общую теорию относительности и квантовую механику в теорию «квантовой гравитации».
Одним из примеров ситуации, когда необходима квантовая гравитация, является полное понимание черных дыр. Они предсказываются общей теорией относительности (и мы наблюдали огромные черные дыры в космосе), но крошечные черные дыры также могут возникать в квантовом масштабе.
Однако в настоящее время мы не знаем, как объединить общую теорию относительности и квантовую механику, чтобы объяснить, как гравитация и, следовательно, черные дыры, работают в квантовой сфере.
Новые теории и новые данные
Был разработан ряд подходов к потенциальной теории квантовой гравитации, в том числе струнная теория, петля квантовой гравитациии теория причинных множеств.
Однако эти подходы являются полностью теоретическими. В настоящее время у нас нет возможности проверить их с помощью экспериментов.
Чтобы эмпирически проверить эти теории, нам понадобится способ измерения гравитации на очень малых масштабах, где доминируют квантовые эффекты.
До недавнего времени проведение подобных испытаний было невозможным. Казалось, нам понадобится очень большое оборудование: даже больше, чем крупнейший в мире ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер, который отправляет частицы высокой энергии по 27-километровой петле, прежде чем столкнуть их друг с другом.
Настольные эксперименты
Вот почему недавние мелкомасштабные измерения гравитации так важны.
Эксперимент, проводимый совместно Нидерландами и Великобританией, является «настольным». Для этого не требовалась массивная техника.
В ходе эксперимента частица помещается в магнитное поле, а затем проносится мимо нее с грузом, чтобы увидеть, как она «покачивается» в ответ.
Это аналогично тому, как одна планета «качается», когда проходит мимо другой.
Левитируя частицу с помощью магнитов, ее можно изолировать от многих влияний, которые так затрудняют обнаружение слабых гравитационных воздействий.
Прелесть подобных настольных экспериментов в том, что они не стоят миллиардов долларов, что устраняет одно из главных препятствий для проведения мелкомасштабных гравитационных экспериментов и, возможно, для достижения прогресса в физике. (Последнее предложение о создании более крупного преемника Большого адронного коллайдера. стоимость $ 17 млрд..)
Работа, которую нужно сделать
Настольные эксперименты очень многообещающи, но еще есть над чем работать.
Недавний эксперимент приближается к квантовой области, но не совсем туда. Чтобы выяснить, как гравитация действует в таком масштабе, задействованные массы и силы должны быть еще меньшими.
Мы также должны быть готовы к тому, что настольные эксперименты не удастся продвинуть так далеко.
Возможно, существуют какие-то технологические ограничения, которые мешают нам проводить эксперименты с гравитацией на квантовых масштабах, подталкивая нас назад к созданию более крупных коллайдеров.
Вернемся к теориям
Стоит также отметить, что некоторые теории квантовой гравитации, которые можно проверить с помощью настольных экспериментов, очень радикальны.
Некоторые теории, такие как петлевая квантовая гравитация, предполагают пространство и время могут исчезнуть в очень малых масштабах или при высоких энергиях. Если это так, то, возможно, проведение экспериментов в таких масштабах окажется невозможным.
В конце концов, эксперименты в том виде, в каком мы их знаем, — это такие вещи, которые происходят в определенном месте, в определенный промежуток времени. Если подобные теории верны, нам, возможно, придется переосмыслить саму природу экспериментирования, чтобы иметь возможность понять его смысл в ситуациях, когда пространство и время отсутствуют.
С другой стороны, сам факт того, что мы можем проводить простые эксперименты с гравитацией в небольших масштабах, может указывать на то, что пространство и время все-таки существуют.
Что окажется правдой? Лучший способ выяснить это — продолжать проводить настольные эксперименты и продвигать их настолько далеко, насколько это возможно.
Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
Изображение Фото: Гарик Барсегян / Pixabay
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: 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/
- :является
- :нет
- :куда
- 30
- a
- О нас
- отсутствующий
- ускоритель
- Учетная запись
- через
- акты
- После
- тому назад
- Все
- причислены
- an
- и
- Другой
- любой
- Применить
- подходы
- МЫ
- возникать
- около
- гайд
- AS
- At
- привлечение
- назад
- барьеры
- основной
- BE
- Бьюти
- , так как:
- было
- до
- ниже
- ЛУЧШЕЕ
- между
- большой
- больший
- миллиарды
- переплет
- Черный
- черных дыр
- Блоки
- изоферменты печени
- Филиал
- приносить
- Строительство
- но
- by
- CAN
- нести
- Закрыть
- CO
- COM
- объединять
- выходит
- Commons
- сравненный
- проводятся
- проведение
- Разговор
- исправить
- Цена
- Расходы
- может
- счетчик
- творческий
- кредит
- Критиков
- Текущий
- В настоящее время
- описывает
- обнаруживать
- развитый
- Трудность
- уменьшающийся
- do
- не
- долларов
- домен
- Господствовать
- доминируют
- Dont
- легко
- эффекты
- полностью
- Оборудование
- Европейская кухня
- Даже
- НИКОГДА
- пример
- эксперимент
- Эксперименты
- чрезвычайно
- факт
- далеко
- чувствовать
- поле
- Найдите
- Во-первых,
- плавающий
- Что касается
- Форс-мажор
- Войска
- вперед
- от
- полностью
- Общие
- порождающий
- получить
- Дайте
- Go
- цель
- будет
- гравитационный
- вес
- было
- Половина
- рука
- происходить
- происходит
- Жесткий
- Сильнее
- Есть
- помощь
- High
- Отверстия
- Как
- How To
- Однако
- HTTPS
- огромный
- if
- важную
- in
- В том числе
- Институт
- в
- вовлеченный
- с участием
- изолированный
- IT
- Италии
- всего
- Сохранить
- виды
- Знать
- большой
- крупнейших
- последний
- Leap
- Лицензия
- легкий
- такое как
- ограничение
- машины
- Магнитное поле
- Магниты
- Главная
- сделать
- Создание
- многих
- Масса
- массы
- массивный
- Май..
- проводить измерение
- измерение
- механика
- метод
- может быть
- Модерн
- БОЛЕЕ
- много
- Тайна
- природа
- Необходимость
- необходимый
- Нидерланды
- Новые
- Ньютон
- следующий
- NIH
- отметив,
- ядерный
- номер
- объекты
- of
- on
- ONE
- те,
- or
- Другое
- внешний
- за
- страница
- особый
- мимо
- путь
- Выполнять
- выполнения
- Физика
- штук
- Часть
- планета
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- пожалуйста
- Точка
- Точка зрения
- возможность
- возможное
- потенциал
- потенциально
- предсказанный
- подготовленный
- представить
- предотвращает
- Прогресс
- многообещающий
- рассматривается
- Доказывать
- Push
- Нажимать
- Квантовый
- Квантовая механика
- вполне
- радикальный
- достигать
- Читать
- на самом деле
- область
- последний
- недавно
- относительно
- относительность
- удаление
- удаляет
- требовать
- исследователи
- решение
- ответ
- ответственный
- результат
- Революция
- правую
- s
- сообщили
- говорит
- Шкала
- Весы
- Наука
- Во-вторых
- секреты
- посмотреть
- казаться
- казалось
- посылает
- смысл
- набор
- должен
- ситуация
- обстоятельства
- Размер
- небольшой
- меньше
- So
- некоторые
- Саутгемптон
- Space
- Пространство и время
- стандарт
- Звезда
- Шаг
- По-прежнему
- простой
- прочность
- сильный
- успешный
- такие
- предлагать
- Качели
- ТАБЛИЦЫ
- TAG
- технологический
- тестXNUMX
- проверенный
- тестов
- чем
- который
- Ассоциация
- Нидерланды
- Великобритании
- Их
- тогда
- теоретический
- теория
- Там.
- Эти
- они
- задача
- вещи
- этой
- Таким образом
- время
- в
- вместе
- к
- ловушке
- правда
- пытается
- два
- Uk
- под
- понимать
- Ед. изм
- Университет
- us
- через
- очень
- с помощью
- Вид
- хотеть
- законопроект
- Путь..
- способы
- we
- слабый
- слабее
- неделя
- вес
- Что
- когда
- который
- зачем
- будете
- Работа
- работает
- мире
- стоимость
- бы
- еще
- зефирнет
- масштабирование