Mustad augud, stringiteooria ja palju muud: Q&A koos füüsiku Brian Greene'iga

Teoreetiline füüsik ja teaduse populariseerija Brian Greene esitleb maailma teadusfestivalil.

Teoreetiline füüsik ja teaduse populariseerija Brian Greene esitleb maailma teadusfestivalil. (Pildi krediit: World Science Festival/Greg Kessler)



Brian Greene on meie aja üks tähtsamaid teadlasi ja teadussuhtlejaid.



Greene, Columbia ülikooli teoreetiline füüsik, on aastakümneid töötanud selle nimel, et edendada meie arusaamist universumist ja selle toimimisest. See töö sisaldab olulisi avastusi stringiteooria valdkonnas, mis on üks paljulubavamaid 'kõige teooria' kandidaate, mis esitati kõigi kosmose tuntud nähtuste selgitamiseks.

Samuti peab ta esmatähtsaks selliste avastuste sõna levitamist massidele. Greene asutas ja juhtis näiteks maailma teadusfestivali ning on kirjutanud mitmeid enimmüüdud ja kriitikute poolt tunnustatud populaarteaduslikke raamatuid. Nende hulka kuuluvad 'Elegantne universum' (WW Norton, 1999), 'Kosmose kangas' (Knopf, 2004), 'Varjatud reaalsus' (Knopf, 2011) ja 'Icarus aja äärel' (Knopf, 2008) ), illustreeritud lasteraamat, mis sisaldab NASA kuulsate jäädvustatud pilte Hubble'i kosmoseteleskoop .



Seotud: Kõigi aegade parimad Hubble'i fotod

Ja eelmisel kuul õpetas Greene Varsity Tutorsi kaudu tasuta veebikursust. Interaktiivne loeng, mille ta oli suunatud neljandast kuni kaheksanda klassi lastele, kandis nime 'Seiklused astrofüüsikas: mustad augud'. (Kui olete selle vahele jätnud, saate vaadata a kordus YouTube'is .) Ta kavatseb peagi teha uue Varsity Tutorsi kursuse, seekord kosmoloogiast ja Suurest Paugust.

demokratija.eu jõudis Greene'ile järele, et arutada loodusõpetuse tähtsust, miks mustad augud on nii olulised ja huvitavad ning kas kõige teooria läbimurre võib silmapiiril olla. Järgmist vestlust on pikka aega muudetud.



demokratija.eu: Miks pidasite oluliseks Varsity juhendajate kursuse läbiviimist ja miks just seda teemat? Miks valisite mustad augud?

Brian Greene:Ma arvan üldiselt, et kui me jõuame noorema põlvkonnani ja innustame neid teaduslikest ideedest - see kõlab hämmeldunult, kuid ma arvan, et meil on võimalus maailma paremaks muuta, maailma muuta. Selle tunde sisendamine järgmisele põlvkonnale on äärmiselt oluline.

Ja nii paljud lapsed loodusteaduste klassis, nende vaated loodusteadustele on kõik selle fakti meeldejätmisest või selle või selle probleemi lahenduse leidmisest. Ja jah, see on oluline, kuid tegelikult on olulised just suured ideed. Ja mustad augud on teaduse esirinnas kõige mõistatuslikumad ja põnevamad valdkonnad ning põhiideede mõistmiseks ei pea te palju teadma. Seega suunasin arutelu neljanda ja kaheksanda klassi õpilaste vahel ning kommentaaridest, mida nägin, kui nad erinevates postitustes õpitu kokku võtsid, tundus, et paljud said sellest aru, mis on põnev.



demokratija.eu: Tundub, et me oleme tõesti jõudmas musta augu astronoomia kuldajale. Meil on sündmuste horisondi teleskoop, mis andis meile hiljuti oma esimene otsene pilt mustast august ja tänu LIGO projektile näeme palju musta augu ühinemisi. Kas teile tundub, et saame nende objektidega lõpuks paremini hakkama? Ja kui jah, siis mida võiks see meile universumi kohta öelda?

Greene:Jah, tohutult. Oli aeg, 10 aastat tagasi, kui sa võisid veel argumenteerida, et võib -olla pole mustad augud päris; need on lihtsalt matemaatika väljamõeldis. Kuid LIGO-ga, kahe musta augu kokkupõrkega, mis andis esimese kosmoselaine, ja EHT-ga-isegi selle aasta Nobeli preemia anti musta augu füüsikaga tegelemiseks. Nii et mustad augud on tõesti omaette tulnud.

Minusugusele, kes töötab tipptasemel teoreetiliste ideede kallal-me näeme praegu vaeva, et ühendada mustad augud ja kvantmehaanika, et saada täielik arusaam. Ja mustad augud on peamine teoreetiline labor meie ideede piiramiseks. Kui me suudame täielikult mõista musti auke ja kvantmehaanikat, kahtlustan, et meie arusaam universumist tõuseb uuele tasemele.

Seotud: Musta auku ajaloolised esimesed pildid näitavad, et Einsteinil oli õigus (jälle)

demokratija.eu: Ja kas olete optimistlik, et see juhtub suhteliselt kiiresti? Kas arvate, et silmapiiril on läbimurdeid?

Greene:Jah. Meid on palju, neid inimesi, kes töötavad stringiteooria ja kvantgravitatsiooni kallal - keskendumine mustadele aukudele on praegu valdav amet.

Ja toimub nii palju põnevat tööd, et ma kahtlustaksin, et isegi aasta või kahe pärast näib meie tänane arusaam uute väljatöötatavate ideede suhtes suhteliselt primitiivne.

demokratija.eu: Nendes suundades: äsja ilmusid uudised - g-2 katse . Kas teil on mõtteid g-2 kohta ja selle kohta, mida see võib tähendada meie arusaamast füüsikast? [Toimetaja märkus: G-2 uurimisrühm märkas aatomiliste osakeste, mida nimetatakse müonideks, liigset võnkumist, mis viitab sellele, et mõni eksootiline aine või energia võib neid suruda.]

Greene:Vastan hea meelega. Alustuseks ütleksin, et sellel enesekindluse tasemel tulemused-nn kolm sigmat, neli sigmat-tulevad ja lähevad. Seega tuleb seda kõike võtta soola teraga, kuni jõuame näiteks viie sigmani - selle enesekindlustasemeni, kus statistilise vea tõenäosus on umbes üks miljonist või üks paarist miljonist, mitte üks. tuhandes, kus me praegu oleme.

Kuid kui see kõrvale jätta, siis kui tulemus peab ajaproovile vastu, võib arvata, et osakeste füüsika standardmudel, mis on olnud mõistmise kuldstandard, tuleb võib -olla uuesti läbi vaadata. Võib -olla on lisaks teadaolevale veel viies jõud neli loodusjõudu . See oleks tohutult põnev. Võib -olla on veel teisi osakesi, mida me pole veel avastanud ja mis muudavad muoni magnetmomendi väärtust.

Jällegi tahan rõhutada ühte asja: A [erinev] paber ilmus looduses alles kaks päeva tagasi -

demokratija.eu: Jah, ja see ei näinud nihet [mida tegi g-2 eksperiment].

Greene:See on õige. Ja see kasutab teoreetilisi meetodeid, kuid on väga ettevaatlik ja arvutusi. Ja nad väidavad, et see väärtus, mida nähakse, vastab täpselt sellele, mida vaniljelt oodata võiksite Osakeste füüsika standardmudel , ilma muudatusteta. Seega on olukord väga vedel. Ootame ja vaatame, kuidas see kõik välja kukub.

demokratija.eu: Mulle tundub, et sellised leiud näitavad, kui tähtis on teha selliseid asju nagu äsja õpetatud veebikursus. Inimesed viskavad sageli käed püsti pärast seda, kui nad on lugenud uuringut, milles öeldakse, et oleme teinud suure läbimurde, ja siis näevad nad teist uuringut, mis ütleb: „Tegelikult ei.” Paljud inimesed ei tea, kuidas teadus töötab, et see on protsess, mis põhineb asjadel samm -sammult ja kõik on alati muutumises. Niisiis, kas see on midagi, mida proovite neile lastele teada anda, kui õpetate neile loodusteadusi?

Greene:See on. Sest kui te vaatate teadust lihtsalt staatiliste faktide kogumina, siis on teil puudu avastuse draamast, kus inimesed esitavad ideid, teised reageerivad ideedele, inimesed katsetavad ja jälgivad ning tulevad tagasi. See on imeline, dünaamiline inimeste avastamise protsess. Ja kui näete teadust selles valguses, siis see elustab seda viisil, mida faktide õpik kunagi ei suuda.

demokratija.eu: Jah. Ja ma leian, et räägin inimestega ja eriti lastega - nad ei pea sageli isegi teadlasi tõelisteks inimesteks. Filmides nähakse neid karikatuuridena, metsikute juustega. Ma arvan, et lastele on tõesti oluline rõhutada, et teadlased on lihtsalt sellised inimesed nagu nad või nende ema või isa, ja see on asi, mida enamik inimesi tegelikult ei sisalda.

Greene:Jah, see on oluline õppetund. Ja on olnud katseid - telesaateid, teate, võib -olla on 'Suure Paugu teooria' neist silmapaistvaim. Aga jällegi, 'Suure paugu teoorias' olid teadlased mõnevõrra karikatuurid, eks? Niisiis, oli hea, et see oli mainstream, kuid siiski on tendents, nagu te ütlete, näha teadlasi selle imeliku kollektsioonina.

Igas suures rühmas on imelikke inimesi. Kuid valdav enamus inimesi on täpselt nagu kõik teised ja keskenduvad lihtsalt teatud küsimustele.

Seotud: Suurimad lahendamata mõistatused füüsikas

demokratija.eu: Jah. Niisiis, tulles tagasi väga suurte küsimuste juurde: teadlased püüavad välja mõelda teooria kõige kohta, et leida see, mis ajaproovile vastu peab. Kas teile ikka tundub, et sellest saab stringiteooria? Kas see, mida oleme viimase viie või kümne aasta jooksul õppinud, on muutnud teie arvamust suurimate küsimuste kohta?

Greene:Noh, lihtsalt selgeks: kuigi ma olen tuntud selle poolest, et tegelen stringiteooriaga ja viin stringiteooria üldpopulatsioonidesse, pole ma kunagi öelnud, et usun stringiteooriasse. Olen alati öelnud, et olen kindel, et see on meie tähelepanu vääriv huvitav idee, mis võib lõppkokkuvõttes olla lõplik teooria, kuid me lihtsalt ei tea seda veel.

Nii et minu hinnang on üsna stabiilne; see on üsna sama. Viimastel aastatel on stringiteoorias toimunud suuri teoreetilisi läbimurdeid. Eksperimendiga on suheldud vähem, kui oleksin lootnud. Ma lootsin, et suur hadronite põrkur paljastab mõned vihjed stringiteooriale. Seda pole juhtunud. Kuid see võib tähendada, et teooria vajab selle uurimiseks suuremat, paremat ja võimsamat masinat ning see pole ootamatu.

Nii et ma ütleksin, et teooria poolel toimuvad arengud kiires ja raevukas tempos, lootuses, et meil on mitte liiga kauges tulevikus mingi seos eksperimentide või vaatlustega. Kuid seda on raske ennustada.

demokratija.eu: Kas on mingeid katseid või projekte, mille tulemusi te sellega seoses kõige rohkem ootate? Mis võiks aidata meil edusamme teha?

Greene:Praegu on tõenäoline, et kui saame vaatlustest stringiteooriasse mingeid teadmisi, võib see pärineda näiteks gravitatsioonilainete vaatluskeskuste kontrollimisest, mis võivad enneolematu täpsusega uurida musta augu ääreala. On mõeldav, et selliseid katseid tehes saame vihje.

Aga kui te küsite minult südamest, siis ma arvan, et tõenäoliselt juhtub nii, et meie eluajal ei saa me seda tähelepanekut ega eksperimentaalset arusaamist. See võib olla järgmine põlvkond või põlvkond väljaspool seda.

demokratija.eu: See on individuaalsest vaatenurgast omamoodi masendav, sest me kõik tahame teada; me kõik tahame saada vastuseid. Kuid teadus on protsess ja me oleme sellega tegelenud - püüdnud abielluda kõigi loodusjõududega ja kõik üheks ühtseks tervikuks - umbes sajandi, eks?

Greene:Isegi vähem mingil tasemel. Sajand tagasi oli tööd, kuid ma ütleksin, et [viimane] 50 aastat on see, kui tegelik töö on toimunud. Ja me püüame oma arusaamist viia nii kaugele, et tänased katsed ei jõua kohale, et pole üllatav, et selleni jõudmiseks võib kuluda paar põlvkonda.

Püüame vastata mõnele sügavamale küsimusele, mida kunagi on küsitud. Kuidas universum alguse sai? Kuidas põhijõud üksteisega lõimuvad? Millised on põhikomponendid? Need on küsimused, mida oleme ühel või teisel viisil küsinud tuhat või paar tuhat aastat. Ja kui reaalse ülevaate saamiseks kulub veel käputäis aastakümneid, on see just nii.

demokratija.eu: Aga kas teil on kindlus, et meie aju on tegelikult võimeline neid sügavusi veetorustiku ehitama? Põhimõtteliselt oleme ahvid, kes arenesid välja, et ellu jääda savannil 70 aasta jooksul. Kas me oleme tegelikult võimelised jõudma nende saladuste põhja, mis võivad olla palju -palju sügavamad, kui suudame mõista?

Greene:Olen põhimõtteliselt optimistlik inimene, seega olen alati ette kujutanud, et vastus sellele küsimusele on jaatav. Aga sa vaatad sellel planeedil ringi ja seal on intelligentseid olendeid nagu koerad ja kassid, kes ma kahtlustan, et ei mõista Einsteini üldist relatiivsusteooriat. Võib -olla ma eksin; võib -olla naeravad koerad ja kassid praegu meie üle. Võib -olla said nad lõpliku vastuse.

Aga kui see kõrvale jätta: Jah, võib juhtuda, et meie aju on lõpliku vastuse saamiseks lihtsalt liiga piiratud, kuigi see vaatab meile praegu näkku. Aga sa lähed edasi, surud nii kõvasti kui suudad. Me pole veel ületamatuid takistusi tabanud ja seega säilitame oma optimismi ning püüame leida lõpliku vastuse.

Teose autor on Mike Wall Seal väljas '(Grand Central Publishing, 2018; illustreerinud Karl Tate), raamat tulnukate elu otsimisest. Jälgige teda Twitteris @michaeldwall. Jälgi meid Twitteris @Spacedotcom või Facebookis.