Fizik Nereye Gidiyor (ve Oraya Ne Zaman Varacağız)?

Beykozlu

New member
Araştırma fonları için NASA ve Enerji Bakanlığı gibi federal kurumlara dilekçe veren bilim adamlarının çok iyi bildiği gibi, gelecek ona hazırlananlara aittir. Bir uzay teleskobu veya parçacık hızlandırıcı gibi büyük biletlerin fiyatı 10 milyar dolara kadar çıkabiliyor.

Ve böylece geçtiğimiz Haziran ayında, fizik camiası bundan sonra ne yapmak istediklerini ve neden yapmak istediklerini düşünmeye başladı.

Bu, Ulusal Bilimler Akademisi tarafından atanan ve Temel Parçacık Fiziği: İlerleme ve Umut adlı bir komitenin görevidir. Başkanlığı iki önde gelen bilim insanı paylaşıyor: California Teknoloji Enstitüsü’nde Fizik Profesörü Shang-Yi Ch’en Maria Spiropulu ve Chicago Üniversitesi’nde fahri profesör olan kozmolog Michael Turner, Ulusal Bilim’in eski müdür yardımcısı American Physical Society’nin kuruluşu ve eski başkanı.


Kredi… ariel davis

1980’lerde Dr. Turner, Büyük Patlama’yı ve evrenin evrimini incelemek için parçacık fiziğinin araçlarını ve parçacık fiziği hakkında bilgi edinmek için evreni çalışmaya başlayan bilim adamları arasında yer aldı. Yunanistan doğumlu Dr. Spiropulu, 2012 yılında CERN olarak bilinen Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü’nde uzun zamandır aranan Higgs bozonunu keşfeden ekipte yer aldı; şimdi solucan deliklerinin özelliklerini araştırmak için kuantum bilgisayarları kullanıyor. Komitenin raporunun Haziran 2024’te yayınlanması planlanıyor.


Geçenlerde The Times, grubun ilerleyişini, son 20 yılın hayal kırıklıklarını ve önümüzdeki zorlukları tartışmak üzere iki bilim insanı ile bir araya geldi. Konuşma netlik ve kısalık için düzenlendi.

Şimdi bu komite neden toplandı?

Turner
: Uzay ve zamanı, madde ve enerjiyi ve temel parçacıkları – eğer bunlar parçacıksa bile – anlama fırsatları açısından parçacık fiziğinde her şeyin hiç bu kadar heyecan verici olmadığını hissediyorum. Bir parçacık fizikçisine alanın nereye gittiğini sorsanız, birçok farklı yanıt alırsınız.

Ama büyük vizyon nedir? Bu alanda bu kadar heyecan verici olan ne? 1980’de büyük birleşme fikri beni çok heyecanlandırmıştı ve bu, önümüzdeki olasılıklara kıyasla şimdi küçük görünüyor.

Kredi… ariel davis

Einstein’ın doğanın tüm güçlerini kapsayan tek bir denklem hayalini gerçekleştirmenin bir yolu olarak kabul edilen Büyük Birleşik Teorilerden veya BUT’lardan bahsediyorsunuz. Birleşme konusunda neredeyiz?


Turner
: Bildiğimiz kadarıyla maddenin temel yapı taşları kuarklar ve leptonlardır; onları yöneten kurallar, Standart Model adı verilen kuantum alan teorisi tarafından tanımlanır. Yapı taşlarına ek olarak, elektromanyetik kuvvetin kuvvet taşıyıcıları olan foton vardır; güçlü renk kuvvetinden sekiz gluon; zayıf nükleer kuvvetin W ve Z bozonları ve bazı parçacıkların neden kütleye sahip olduğunu açıklayan Higgs bozonu. Higgs bozonunun keşfi Standart Modeli tamamladı.

Ancak temel kuralların arayışı henüz bitmedi. Neden iki farklı türde yapı taşı? Neden bu kadar çok “temel” parçacık var? Neden dört kuvvet? Karanlık madde, karanlık enerji, yerçekimi ve uzay-zaman nasıl uyum sağlar? Bu soruları cevaplamak temel parçacık fiziğinin işidir.

Kredi… ariel davis

Spiropulu: Eğri top, bir hidrojen atomunun kütlesinin yaklaşık 125 katı olan Higgs’in kütlesini anlamamamızdır.

Higgs’i keşfettiğimizde, beklediğimiz ilk şey bu yeni süpersimetrik parçacıkları bulmaktı, çünkü ölçtüğümüz kütle onlar olmadan kararsızdı, ama onları henüz bulamadık. (Higgs alanı çökerse, farklı bir evrene geçebilirdik ve tabii ki bu henüz olmadı.)

Bu biraz ezici oldu; 20 yıldır süpersimetrik parçacıkları kovalıyorum. Farlardaki geyikler gibiyiz: Süpersimetri bulamadık, parçacık olarak karanlık madde bulamadık.

Turner . Güçlerin birleşmesi, olup bitenlerin sadece bir parçasıdır. Ancak uzay ve zamanla ilgili daha büyük sorulara kıyasla sıkıcı. Uzay ve zamanın ne olduğunu ve nereden geldiklerini tartışmak artık parçacık fiziğinin alanına giriyor.


Kozmoloji açısından bakıldığında, Big Bang, en azından Einstein’ın genel göreliliği açısından, uzay ve zamanın kökenidir. Yani evrenin kökeni, uzay ve zaman birbiriyle bağlantılıdır. Ve evrenin bir sonu var mı? Çoklu evren var mı? Kaç boşluk ve zaman var? Bu soru mantıklı mı?

Kredi… ariel davis

Spiropulu : Bu arada bana göre birleşme sıkıcı değil. Sadece söylüyorum.

Turner : Göreceli olarak sıkıcı demek istedim. Hala çok ilginç!

Spiropulu : Doğanın birliğine dair sahip olduğumuz en güçlü ipucu parçacık fiziğinden geliyor. Yeterince yüksek enerjilerde, temel kuvvetler – yerçekimi, elektromanyetizma ve güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler – eşit görünüyor.

Ama parçacık hızlandırıcılarımızda Tanrı ölçeğine ulaşamadık. Bu yüzden muhtemelen soruyu yeniden çerçevelendirmemiz gerekiyor. Benim görüşüme göre, nihai yasa kalıcı bir bilmece olmaya devam ediyor ve onu çözme şeklimiz yeni düşünce yoluyla olacak.

Turner : Maria’nın söylediklerini beğendim. Yapbozun tüm parçaları masanın üzerindeymiş gibi geliyor; Gördüğümüz dört farklı güç, birleşik bir gücün sadece farklı yönleri gibi görünüyor. Ancak soruyu ifade etmenin doğru yolu bu olmayabilir.


Büyük bilimin ayırt edici özelliği budur: Bir soru sorarsınız ve çoğu zaman yanlış soru olduğu ortaya çıkar, ancak yanlış soru olduğunu anlamak için bir soru sormanız gerekir. Eğer öyleyse, yenisini soruyorsun.

California Teknoloji Enstitüsü’nden Maria Spiropulu, solda, Chicago Üniversitesi’nden Michael Turner, ortada, muhabir Dennis Overbye ve kahvaltıyla. Kredi… The New York Times için Stephen Ross Goldstein

Sicim teorisi – övülen “her şeyin teorisi” – doğadaki temel parçacıkları ve kuvvetleri titreşen enerji sicimleri olarak tanımlar. Onu daha iyi anlamak için ufkumuzda umut var mı? Bu iddia edilen sıkılık, yalnızca şimdiye kadar hayal edilmiş herhangi bir parçacık hızlandırıcı tarafından elde edilebilecek olandan milyonlarca kat daha yüksek enerjilerde ortaya çıkıyor. Bazı bilim adamları sicim teorisini bilimin dışında olmakla eleştiriyor.

Spiropulu
: Test edilemez.

Turner : Ama güçlü bir matematiksel araçtır. Ve bilimin son 2500 yıldaki ilerlemesine bakarsanız, matematiksiz başlayan Miletoslulardan günümüze, matematik hızlanan öğe olmuştur. Geometri, cebir, Newton ve matematik ve Einstein ve Riemann olmayan geometri.

Spiropulu : Daha cüretkar olacağım ve sicim kuramının, keşfettiğimiz diğer çerçeveler gibi, içinde fiziksel dünyayı açıklamaya çalıştığımız bir çerçeve olduğunu söyleyebilirim. Standart Model bir çerçevedir ve onu test edebileceğimiz enerji aralıklarında, çerçevenin yararlı olduğu kanıtlanmıştır.

Turner : Bunu söylemenin bir başka yolu da, doğayı anlatmak için yeni kelimelere ve dile sahip olduğumuzdur. Matematik bilimin dilidir ve dilimiz ne kadar zenginleşirse doğayı o kadar eksiksiz anlatabiliriz. Sicim teorisinden ne çıkacağını bekleyip görmemiz gerekecek, ama bence bu büyük olacak.

Kredi… ariel davis

Sicim teorisinin pek çok özelliği arasında, denklemlerin 10⁵⁰⁰ çözümü var gibi görünüyor – 10⁵⁰⁰ farklı olası evrenleri veya daha fazlasını açıklıyor. Çoklu evrende mi yaşıyoruz?


Turner
: Kulağa çılgınca gelse de bununla başa çıkmamız gerektiğini düşünüyorum. Ve çoklu evren başımı ağrıtıyor; test edilebilir değil, en azından henüz değil, bilim değil. Ama zamanımızın en önemli fikri olabilir. Masadaki şeylerden biri. Baş ağrısı olsun ya da olmasın, bununla baş etmeliyiz. Yukarı veya dışarı çıkması gerekiyor; ya bilimin bir parçasıdır ya da bilimin bir parçası değildir.

Standart kozmoloji modelinin evrenin yüzde 95’inin ne olduğunu söylememesi neden bir zafer olarak görülüyor? Sadece yüzde 5’i yıldızlar ve insanlar gibi atomik maddelerdir; Yüzde 25 başka bir “karanlık madde” ve yaklaşık yüzde 70 daha da tuhaf bir şey – Mike buna “karanlık enerji” adını verdi – bu da evrenin artan bir hızla genişlemesine neden oluyor.

Turner
: Bu büyük bir başarı, evet. Tüm ana bileşenleri adlandırdık.

Ama çoğunun ne olduğunu bilmiyorsun.

Spiropulu
: Çok derine indiğimizde oyalanırız. Ve bir noktada vites değiştirmemiz gerekiyor – soruyu veya metodolojiyi değiştirmeliyiz. Günün sonunda, evrenin fiziğini anlamak, parkta yürümek değildir. Cevaplanandan daha fazla soru cevapsız kalır.

Kredi… ariel davis

Eğer birleşme yanlış soruysa doğru soru nedir?

Turner
: Evrenin tarihinden bahsetmeden uzay, zaman, madde, enerji ve temel parçacıklar hakkında konuşabileceğinizi sanmıyorum.

Büyük Patlama, uzay ve zamanın kökeni gibi görünüyor ve bu nedenle uzay ve zamanın gerçekte ne olduğunu sorabiliriz. Einstein bize bunların Newton’un dediği gibi sadece olayların meydana geldiği yer olmadığını gösterdi. Dinamiktirler: uzay bükülebilir ve zaman bükülebilir. Ama şimdi şu soruyu cevaplamaya hazırız: Nereden geldiler?


Bizler zamanın yaratıklarıyız, bu yüzden evrenin tamamen zamanla ilgili olduğunu düşünüyoruz. Ve bu, evrene bakmanın yanlış yolu olabilir.

Daha önce söylediklerini aklımızda tutmalıyız. Parçacık fiziğindeki araçların çoğunun geliştirilmesi çok uzun zaman alır ve çok pahalıdır. Bu yatırımlar, genellikle bilimin akışını değiştiren büyük sürprizlerle, her zaman ıslık çalar.

Bu da ilerlemeyi zorlaştırıyor. Ama parçacık fiziği konusunda iyimserim çünkü fırsatlar hiç bu kadar büyük olmamıştı ve bu alan yıllardır bilimin kanayan sınırında. Parçacık fiziği büyük, “bilim” ve ulusal ve şimdi “küresel” imkanlar icat etti. Tarih herhangi bir rehber ise, hiçbir şey onların büyük soruları cevaplamasını engelleyemez!

James Webb Uzay Teleskobu’nu inşa etmek otuz yıl sürdü.

Spiropulu:
Uzay – tombala!

Turner: Demek istediğim, bilim tamamen büyük hayallerle ilgilidir. Bazen rüyalar hemen ulaşamayacağın kadar uzaktadır. Ancak bilim, insanlığın büyük şeyler yapmasına izin verdi – Kovid aşıları, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi, Webb teleskobu. — vizyonumuzu ve geleceğimizi şekillendirme gücümüzü genişleten. Bugünlerde bu büyük şeyleri yaptığımızda, onları birlikte yapıyoruz. Büyük hayaller kurmaya ve birlikte çalışmaya devam edersek, önümüzde daha da harika şeyler var.
 
Üst