TED / TED: James Beacham: How we explore unanswered questions in physics

James Beacham
Как мы ищем ответы на вопросы без ответов в физике
Опубликовано - декабрь 2016
Категория: Воодушевляющий, Познавательный

altay 03.01.17 в 13:19

0:12

altay 25.01.17 в 03:17

Существует нечто в физике, что действительно беспокоит меня с детства. Это вопрос, заданный учеными 100 лет назад, на который нет ответа: как мельчайшие объекты в природе, частицы квантового мира, образуя самые большие объекты в природе - планеты и звезды и галактики, удерживаются вместе под действием силы тяжести?

altay 03.01.17 в 13:36

0:42

altay 03.01.17 в 13:37

В детстве, я ломал голову над вопросами подобно этому. Я возился с микроскопами и электромагнитами, читал о силах микримира и о квантовой механике и я поражался, насколько хорошо описание совпадали с нашим наблюдением. Одновременно я смотрел на звезды, и я читал о том, как хорошо мы понимаем гравитацию, и я думал , безусловно, должен быть какой - то элегантный способ, объединяющий эти две системы. Но это не так. И книги говорят, что да, мы понимаем, многое в этих двух областях по отдельности, но когда пытаемся связать их математически, все рушится.

altay 04.01.17 в 06:27

1:19

altay 04.01.17 в 06:27

И вот уже 100 лет, нет и никогда не было ни одной идеи, подкрепленной доказательствами, о том, как решить основную проблему физики. И для маленького старого меня - маленького, любопытного, скептика Джеймса - это остаётся в высшей степени неудовлетворительным ответом.

altay 06.01.17 в 04:05

1:37

altay 06.01.17 в 04:05

Так что , я все еще скептический маленький ребенок. Давайте перенесемся из прошлого в декабрь 2015 года, где я оказался прямо в центре этого физического мира который переворачивается с ног на голову. Все началось, когда мы в ЦЕРНе увидели нечто интригующее в полученых данных: намек на новую частицу, намек на возможность экстраординарного решения этого вопроса.

altay 06.01.17 в 04:17

2:02

altay 06.01.17 в 04:17

Хотя я до сих пор маленький скептически настроенный ребенок, я надеюсь, но уже и охотник за частицами. Я физик ЦЕРНа Большого Адронного Коллайдера, самого крутого научного эксперимента из когда - либо проводимого. Это 27-километровый туннель на границе Франции и Швейцарии погребенный на 100 метров под землю. И в этом туннеле, мы используем сверхпроводящие магниты при сверхнизких температурах, холоднее, чем космическое пространство, для ускорения протонов до скорости света, чтобы их столкнуть друг с другом миллионы раз в секунду, собирая обломки этих столкновений для поиска новых, неизведанные фундаментальных частиц. Для его проектирования и строительства потребовались десятилетия работы тысячи физиков со всего земного шара, а летом 2015 года, мы работали не покладая рук, чтобы максимально увеличить энергию Большого Адронного Коллайдера, чем когда-либо, до этого использовалось людьми в эксперименте с коллайдером.

altay 18.01.17 в 02:45

2:56

altay 18.01.17 в 09:55

Сейчас, увеличение энергии имеет важное значение, так как для частиц, существует эквивалентность между энергией и массой частиц, а масса просто число, размеренность по своей природе. Для того, чтобы обнаружить новые частицы, мы должны достичь этих больших чисел. А для этого, мы должны строить больше, коллайдер с более высокой энергией, и самая большая, самая высокая энергия коллайдеров в мире это у Большого адронного коллайдера. А потом, мы сталкиваем протоны квадриллионы раз, и собираем данные этих столкновений очень медленно, в течение нескольких месяцев и месяцев. А далее новые частицы могут проявляться в наших данных, как бугорки - незначительные отклонения от того, что вы ожидаете, маленькие скопления точек данных, которые слегка искривляют линию. Например, этот бугорок, после нескольких месяцев сбора данных в 2012 году, привел к открытию бозона частицы - бозона Хиггса - и к Нобелевской премии за подтверждение ее существования.

altay 18.01.17 в 02:57

3:54

altay 18.01.17 в 09:55

Этот скачёк энергии в 2015 году означает что мы как вид имеем наилучшие шансы, на то что сейчас, как никогда мы сможем обнаружить новые частицы - новые ответы на давние вопросы, так как имеем почти в два раза больше энергии, чем тогда, когда обнаружили бозон Хиггса. Многие из моих коллег посвятили всю свою карьеру этому моменту и, честно говоря, для малекого любопытного меня, это был момент, который я ждал всю свою жизнь. Итак, 2015 год был переломным моментом.

altay 18.01.17 в 04:44

4:23

altay 18.01.17 в 09:56

И так июнь 2015 г. БАК снова в работе. Мои коллеги и я затаили дыхание и перекрестили пальцы, а затем, наконец, мы увидели первые столкновения протонов на этой высочайшей энергии. Аплодисменты, шампанское, праздник. Это было вехой для науки, и мы понятия не имели, какие новые данные мы здесь обнаружим. А потом, спустя недели, мы нашли бугорок. Он был не очень большой, но достаточно большим, чтобы вызвать поднятие брови. По шкале поднятия брови от одного до 10, если 10 указывает на то, что вы обнаружили новую частицу, это будет около четырех.

altay 18.01.17 в 04:56

5:07

altay 18.01.17 в 09:56

(Смех)

altay 18.01.17 в 02:58

5:09

altay 18.01.17 в 09:56

Я проводил часы, дни, недели на секретных встречах, споря с коллегами по поводу этого небольшого бугорка, тыкая и подталкивая его нашими самыми безжалостными экспериментальными палками, чтобы увидеть, насколько он выдерживает критику. Но даже после нескольких месяцев лихорадочной работы - сон в офисах не уходя домой, конфеты на обед, кофе ведрами - физики являются машинами по переработке кофе в диаграммы -

altay 18.01.17 в 10:04

5:36

altay 18.01.17 в 10:04

(Смех)

altay 18.01.17 в 02:58

5:38

altay 18.01.17 в 10:04

Этот маленький бугорок не уходил. Так что через несколько месяцев, мы представили его миру с очень четким посланием: этот маленький бугорок интересен , но не является окончательным, так что давайте следить за ним, соберем больше данных. Таким образом, мы пытаемся быть очень критичными к этому.

altay 18.01.17 в 10:11

5:58

altay 18.01.17 в 10:12

Но в любом случае он вошел в мир. Новостям он понравился. Люди говорили, он напомнает тот бугорок, который был на пути к открытию бозона Хиггса. И более того, мои коллеги-теоретики - я люблю своих коллег-теоретиков - мои коллеги-теоретики написали 500 статей об этом маленьком бугорке.

altay 18.01.17 в 10:16

6:19

altay 18.01.17 в 10:17

(Смех)

altay 18.01.17 в 02:59

6:21

altay 18.01.17 в 10:17

Мир физики элементарных частиц перевернулся с ног на голову. Но что конкретно это за бугорок, от которого тысячи физиков коллективно потеряли хладнокровие? Этот маленький бугорок был уникален. Этот маленький бугорок показал, что, неожиданно, мы видим большое число столкновений, чьи осколки состоят только из двух фотонов, двух частиц света. И это редкость.

altay 19.01.17 в 08:19

6:50

altay 19.01.17 в 08:19

Столкновения частиц не похожи на автомобильные. У них разные правила. Когда две частицы сталкиваются почти со скоростью света, квантовый мир меняется. И в квантовом мире эти две частицы могут за короткое время создать новую частицу, которая живет крошечную долю секунды перед разделением на другие частицы, попадающие в наш детектор. Представьте себе столкновение автомобилей, где две машины исчезают при ударе, а на этом месте появляется велосипед-

altay 19.01.17 в 08:23

7:14

altay 19.01.17 в 08:24

(Смех)

altay 18.01.17 в 02:59

7:15

altay 19.01.17 в 08:24

А потом, велосипед взрывается и появляются два скейтборда, попадающие в наш детектор.

altay 19.01.17 в 08:25

7:19

altay 19.01.17 в 08:33

(Смех)

altay 18.01.17 в 02:59

7:20

altay 19.01.17 в 08:33

Надеюсь, не в буквальном смысле. Они очень дорогие.

altay 20.01.17 в 06:20

7:25

altay 23.01.17 в 01:56

Вероятность регистрации детектором только двух фотонов очень мала. И из-за особых квантовых свойств фотонов число возможных новых частиц - этих мифических велосипедов - которые могут дать рождение только двум фотонам очень мало. Но один из этих вариантов огромен, и он должен решить давнишний вопрос, что не даёт покоя мне, с раннего детства, о силе тяжести.

altay 23.01.17 в 04:18

7:52

altay 23.01.17 в 04:18

Гравитация может показаться вам супер сильной, но на самом деле она безумно слаба по сравнению с другими силами природы. Я могу справится с гравитацией, когда прыгаю, но я не могу забрать протон из моей руки. Сила тяжести по сравнению с другими силами природы? Это 10 в минус 39 степени. Десятичное число с 39 нулями после запятой.

altay 23.01.17 в 04:23

8:16

altay 23.01.17 в 04:23

Хуже всего, что все другие известные силы природы прекрасно описывается тем, что мы называем Стандартной Моделью, которая, в настоящий момент является лучшим описанием природы в малых масштабах, и , откровенно говоря, одно из самых успешных достижений человечества - - за исключением гравитации, которая отсутствует в Стандартной Модели. Это безумие. Это почти как если бы бОльшая часть тяжести без вести пропала. Мы чувствуем немного её, но где же остальное? Никто не знает.

altay 23.01.17 в 04:28

8:47

altay 23.01.17 в 04:28

Но одна из теорий, объясняя, предлагает дикое решение. Вы и я - и вы там на галёрке - живем в трех измерениях пространства. Я надеюсь, что это неоспоримое утверждение.

altay 23.01.17 в 04:30

9:00

altay 23.01.17 в 04:30