Мы привыкли воспринимать наш мир как реальность, в которой материя не появляется из ниоткуда. Нам кажется, что наука построила теоретическую концепцию способную объяснить, все что мы видим вокруг как определенный набор взаимосвязанных правил и закономерностей, подтверждаемых в условиях научного эксперимента.
Но правда в том, что в действительности, все это может оказаться заблуждением, которое разрушится как карточный домик, как только экспериментальная наука получит достоверные лабораторные результаты, необъяснимые с точки зрения современной научной доктрины. И судя по всему, этот процесс уже идет…
Необъяснимые факты
Более 10 лет назад, на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон было зарегистрировано явление, которому физики до сих пор не смогли найти убедительного объяснения.
Стоит отметить, что это не сбой аппаратуры и не ошибка интерпретации результатов эксперимента. Статистическая значимость обнаруженного эффекта столь велика, что мы можем смело говорить о первом ярком экспериментально доказанном явлении, не укладывающемся в рамки Стандартной модели.
Прежде чем говорить о том, что произошло, нужно вкратце вспомнить что такое Стандартная модель в квантовой физике и какова ее роль в современном представлении об окружающем нас мире.
Все что мы знаем о материи или основа современной научной картины мира
Во второй половине 20 века в физике была создана так называемая Стандартная модель — теоретическая конструкция, описывающая три фундаментальных взаимодействия (электромагнитное, сильное и слабое) всех элементарных частиц. После двух незначительных расширений в конце восьмидесятых (открытие векторных бозонов) и в начале двухтысячных (описание нейтринных осцилляций) современную теоретическую конструкцию физики элементарных частиц можно считать состоявшейся. В 2012 ученые нашли подтверждение существования бозона Хиггса и с этого момента все 61 предсказанные Стандартной моделью элементарные частицы были обнаружены.
Говоря, кратко Стандартная модель — это наша научная картина мира, описывающая материю на атомном уровне. При этом важно отметить, что в рамки этой концепции не вписывается четвертое фундаментальное взаимодействие — гравитация.
Но вернемся к тому, что же было обнаружено на Тэватроне
Коллаборация CDF сообщила, что в ходе работы ускорителя было зарегистрировано много событий, обладающих очень необычными свойствами. Главными участниками этих событий были мюоны (элементарные частицы класса лептонов, к которым относятся и электроны). Мюоны интересны тем, что в отличии от электронов они очень редко взаимодействуют с другими частицами и способны проходить через многие метры материи без ионизации, потери энергии и поглощения.
Такая высокая проникающая способность объясняется весом (мюоны в 200 раз тяжелее электронов) и нечувствительностью мюонов к сильному ядерному взаимодействию. По этой причине любой процесс, в ходе которого рождается много мюонов, выглядит довольно странно, ведь по факту, у каждого мюона должна быть своя «причина» для рождения.
В зарегистрированных коллаборацией CDF событиях рождалось не просто много мюонов, они еще и появлялись на значительном удалении от экспериментальной зоны. Некоторые из частиц рождались не вблизи оси столкновения протонов участвующих в эксперименте, а вообще за пределами вакуумной трубы ускорителя, внутри которой летают протонные сгустки. Подобное возможно, только если в природе существуют неизвестные частицы переносчики способные незаметно вылетать из ускорителя и распадаться, порождая мюоны. Но проблема не только в том, что такие частицы неизвестны науке.
В ходе эксперимента было установлено что мюоны рождались группами по несколько штук, создавая эффект мюонной струи.
Это вообще не вписывается в рамки Стандартной модели и квантовой физики в целом. Все говорит о том, что причиной мюонных струй должен быть какой-то совершенно необычный и неуловимый материальный источник с невероятными, с точки зрения Стандартной модели, свойствами.
Эти экспериментальные данные заставляют задуматься над тем, соответствует ли наша научная картина мира объективной реальности?
Дальше больше!
Современные космологические наблюдения говорят о том, что Стандартная модель в принципе способна описать только 4 % материи во Вселенной. Остальные 96% — на треть темная материя и на две трети темная энергия. При этом последняя это, по сути, не имеющая никакого достоверного научного объяснения физическая субстанция.
Почему так поисходит?
Возможно, причина в том, что в основе общепринятой научной доктрины две научные теории, противостоящие друг другу?
Квантовая физика против гравитации
В начале статьи я сказал о том, что Стандартная модель не объясняет гравитацию и как следствие не стыкуется с ОТО (Общей Теорией Относительности).
Но правда в том, что фундамент современной науки — ОТО и Стандартная модель не просто разные теории, они прямые антагонисты друг другу.
ОТО это классическая теория поля, описывающая наблюдаемую Вселенную как детерминированный набор чисел, которые могут рассказать о состоянии пространства-времени везде и всегда и при этом сделают это с однозначной точностью.
Как сказал американский физик Джон Уиллер:
«Масса говорит пространству-времени как изгибаться, пространство-время говорит массе как двигаться.»
А в квантовой физике с ее Стандартной моделью все в точности, наоборот. Стандартная модель — это царство статистической вероятности и неопределенности, иногда лежащей за гранью здравого смысла и четкой описательной логики. В квантовом мире частицы взаимодействуют друг с другом при помощи других частиц – переносчиков взаимодействия, которые называются виртуальными частицами, способными на короткое время нарушать закон сохранения энергии (фундаментальный закон природы известный так-же как первое начало термодинамики).
Судя по всему, все что мы знаем о материи может оказаться придуманной интерпретацией реальности
Нам кажется, что современная наука имеет четкое представление о нашей Вселенной, но в действительности это совершенно не так.
Необъяснимые результаты экспериментов и противоречивость базовых научных теорий, описывающих Вселенную, говорят о том, что прямо сейчас мы стоим перед лицом фундаментальных изменений научной доктрины в целом и глубокой тектонической трансформации нашего мировосприятия.
Совершенно очевидно, что основа квантовой физики – Стандартная модель — это временная научная конструкция, которая не может достоверно описать реальность, ибо содержит много необъяснимых внешних параметров и не включает гравитацию.
С другой стороны, у гравитации и описывающей ее (ОТО) Общей теории относительности проблемы еще серьёзней. В отличии от других фундаментальных взаимодействий, гравитация работает со всеми видами масс и энергий. Если мы попробуем описать гравитация при помощи квантовой физики, нам придётся ввести частицу переносчик – гравитон. Но на малых расстояниях (ядро атома) рой гравитонов, необходимых для взаимодействия со всем вокруг, должен создавать сильнейшее гравитационное поле, которое в конечном итоге стремится к бесконечности. Но в реальном мире подобной бесконечности нет! Наоборот, гравитация как раз очень слабо действует именно в микромире.
Если обе фундаментальные теории, на которых построена современная наука настолько умозрительны и недостоверны, то как тогда физикам удается решать практические задачи? Как мы строим спутники, рассчитываем орбиты и вообще делаем сложные механизмы спросите вы?
Обман под названием «перенормировка»
Мало кому известно, но наши ученые просто подправляют свои расчеты при помощи так называемой перенормировки. По своей сути это математическое исправление результатов расчетов, сделанное с целью приведения теоретически предсказанных параметров в соответствие с наблюдаемыми результатами.
Перенормировка – простым языком
Представьте, например, что вы создали красивую теорию, в которой 2+2=5. Все в теории логично и понятно, но, когда вы к двум яблокам добавляете еще два, в итоге, получается 4, а не 5. В этот момент вы вводите поправочный коэффициент -1 и меняете ответ в расчетах, сделанных по вашей теории так, чтоб получилось 4.
Это математическое жульничество и называется перенормировкой. Именно благодаря подобным приемам физикам удается избавиться от бесконечностей в основных теориях.
Не все ученые согласны с такой практикой подтасовывания результатов. Вот, например, что говорил по этому поводу один из создателей квантовой электродинамики, знаменитый физик Ричард Фейнман.
Этот трюк, который мы делаем… Технически он называется перенормировкой. Но неважно насколько умным словом он назван, я бы назвал его сумасшествием! Обращение к таким фокус-покусам не дает нам права утверждать, что теория квантовой электродинамики математически консистентная. Удивительно, что до сих пор толком не удалось это доказать. Я думаю, перенормировка не может считаться верным решением с точки зрения математики.
При этом при рассмотрении гравитации все еще печальней. Бесконечность в энергиях, согласно ОТО, тянет за собой бесконечную кривизну пространства-времени везде на микроуровне. Такое нельзя исправить даже перенормировкой и физики просто не делают расчеты относительно расстояний меньше определенного предела.
Магия планковской длинны
При переходе к особо малым расстояниям называемым планковской длинной перестают работать все созданные нами теории. Это расстояние намного меньше атома. Расчеты, сделанные для таких малых объектов на основании общепринятых научных теорий, предсказывают совершенно абсурдные результаты. Квантовая механика утверждает, что при таких масштабах постоянно и абсолютно случайно возникают и исчезают крошечные черные дыры, а гравитация предполагает присутствие бесконечной энергии, которая неизвестно откуда берется. В общем сейчас мы совершенно не понимаем, как выглядит материя нашего мира в масштабах меньше планковской длинны.
Грустный и одновременно волнительный вывод
Мы можем констатировать неутешительный вывод о том, что современная научная картина мира — это смесь догадок и противоречивых умозаключений, вперемешку с откровенным математическим жульничеством. Мы не можем создать единую теорию способную описать окружающий нас мир и материю не потому, что еще не все исследовали и описали, а потому, что не понимаем основных принципов, на которых построена наша Вселенная. Это конечно грустно.
Но мы постепенно осознаем в чем заблуждались, когда строили свое представление о Вселенной. Рано или поздно, именно осознание этих ошибок расчистит место для создания новой единой теории пространства времени и материи.
Я убежден что такая теория одновременно будет и концепцией мультивселенной, способной объяснить не только как построена наша Вселенная, но и где ее место в большом материальном мире. Все это породит целый веер новых технологий с безумными по современным меркам возможностями. Жизнь людей сильно изменится и это безусловно волнительно.
Вместо послесловия
Занимаясь этой темой более четверти века, я понял, что дорога, которую предстоит пройти земной науке на пути создания единой теории пространства времени и материи, по всем признакам будет намного продолжительней чем жизнь одного поколения.
Но, с другой стороны, это не означает что в какой-то момент не будет сделан решительный рывок в создании новой научной доктрины. Я очень надеюсь, что это произойдет именно на наших глазах.
Печатая материалы на этом канале, я не только высказываю собственные идеи по этому поводу, но и пытаюсь пробудить интерес людей работать над этой темой самостоятельно.