Fizik nasıl tamamen değişti, cevabı 2010'larda bulalım
Bu on yıl sadece fizik tarihinde bir dönüm noktası değil, aynı zamanda bir dizi daha fazla dönüm noktası oldu.
Yeni bilgiler için, 2010'lar inanılmaz bir on yıldı.Daha da önemlisi, bu on yılın keşifleri o kadar büyük ki fizikçilerin kendi alanları hakkında düşünme şeklini değiştirdiler. Parçacık fiziği ve astrofizik, araştırmacıların bilimsel yaklaşımını yeniden şekillendirecek yeni bir döneme girdi. Kuantum mekaniği çerçevesine dayanan yeni teknolojilerin doğuşu, bilgi işlem, malzeme bilimi ve enerjiyi kullanma şeklimizde büyük bir değişikliği işaret edebilir.
Stanford Üniversitesi'nde parçacık fiziği ve astrofizik doçenti olan Natalia Toro, Astronomy Online ile yaptığı konuşmada şunları söyledi: "Bir paradigma değişiminde gibiyiz." "Yönümüz belirsiz. Ama bence bundan sonraki 50 yıl içinde, son on yıl fizik anlayışımızda büyük bir değişimin başlangıcı olacak. "
En küçük şeyi arıyorum
Son on yılda, bilim insanlarının büyüklük kavramını anlama şekli temelden değişti. Belki de en önemlisi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (İsviçre, Cenevre'de 17 mil uzunluğunda bir parçacık hızlandırıcı ve çarpıştırıcı) bilim adamları Higgs bozonu olan Higgs bozonunun kanıtlarını keşfettiler. Parçacık Fiziği Merkezi teorisinde tanımlanan son parçacıktır ve Standart Model olarak adlandırılır.
1964'ten önce, bazı teoriler evreni iyi tanımlayabiliyordu, ancak bir sorun vardı: Bazı fizikçilerin, kütleli parçacıkların kütlesiz olması gerektiğini zaten bildiklerini tahmin ettiler. Daha sonra, altı bilim adamı (en ünlüsü Peter Higgs'dir) bu sorunu çözmek için, ağır parçacıkların (ayar bozonları olarak adlandırılır) kullanıldığı bir mekanizmayı detaylandıran üç makale yayınladı. Kütle ortaya çıkabilir, bu nedenle evreni açıklayan teoriler hala geçerlidir. Bu mekanizma, Higgs bozonu adı verilen başka bir parçacığın varlığını gerektirir. Higgs bozonu, birçok aramaya rağmen, bu yüzyılın ilk on yılına kadar keşfedilmemiş olarak kaldı.
CERN, tarihteki en büyük bilimsel deney olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısını 2008'de başlattı. 4 Temmuz 2012'de, dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar oditoryumları ve konferans salonlarını kalabalıklaştırdı ve LHC araştırmacıları nihayet iki bina boyutundaki dedektörde (ATLAS ve CMS) Higgs'in kanıtını bulduklarını açıkladılar. Birçok insan Standart Model tarafından tahmin edilen tüm parçacıkların bulunduğunu, yani modelin tamamlandığını söylüyor ... değil mi?
Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda seçkin bir bilim insanı ve CERN CMS İşbirliği Sözcüsü Yardımcısı Patty McBride Astronomy Online'a şunları söyledi: "Standart modeli tamamladıysak, bu onu tamamladığımız anlamına gelir. Deney. "" Ama değil. "Standart Model hala birçok gizemi açıklayamıyor. Aslında, evrendeki gizemlerin yaklaşık% 96'sı var. 2012'den beri, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı çok sessiz. O zamandan beri, Standart Model üzerinde birçok ilginç test yapıldı, ancak Higgs bozonundan sonra yeni parçacık keşfedilmedi. Fizikçiler, CERN'in süper partnerler gibi diğer parçacıkların varlığına dair kanıt bulabileceğini umuyor. Bu parçacıkların, yerçekiminin neden diğer kuvvetlerden çok daha zayıf olduğunu eşzamanlı olarak açıklaması beklenmektedir (bir düşünün - dünyadaki tüm yerçekimi, buzdolabı mıknatısının atacı tutmasını engelleyemez) ve gerçek yerçekimi kimliği olarak hizmet edebilir. Karanlık madde, kozmik yapı iskelesinin gizemli maddesini oluşturuyor gibi görünüyor, ancak doğrudan gözlemlenmedi. Tarama için hala büyük miktarda LHC verisi bulunmasına rağmen ve LHC yüksek bir çarpışma oranını sürdürmek için yükseltme yapmayı planlasa da, bilim adamları bu parçacıkların varlığına dair kanıt bulup bulamayacaklarını merak etmeye başlıyorlar.
Keşif olmamasına rağmen bu, fizik tarihinde de bir dönüm noktası olarak kabul edilebilir. Parçacık fizikçileri, çeşitli standart modellerin tahmin sonuçlarını test etmek için yüksek hassasiyetli deneyler kullanmak gibi yeni yollarla parçacıkları bulmaya başladılar. Yöntem, kullanmak yerine teorik tahminlerden küçük ama istatistiksel olarak önemli sapmalar aramaktır. Yüksek enerjili, güçlü süper çarpıştırıcı. Aynı zamanda teorisyenleri kutunun dışında düşünmeye ve karanlık madde gibi şeyler için yeni açıklamalar bulmaya teşvik eder.
Chicago Üniversitesi Astronomi ve Astrofizik Bölümü'nde profesör olan Josh Frieman, Astronomy Online'a şunları söyledi: "Daha yüksek enerjilere itmek giderek daha fazla teknik zorluklarla karşı karşıya." "Parçacık fiziği topluluğu bizden haberdar. Pek çok yol gerektirir. Bu zor bir problem. Zorlu bir problemle karşılaştığınızda, alet kutusundaki tüm araçları kullanmak istersiniz çünkü yeni fizik bir problem haline geliyor. "
Dalgalanma zamanı ve alanı
Bu on yıl aynı zamanda fizikteki en büyük değişiklikleri de beraberinde getirdi. Yüz yıldan fazla bir süredir Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi, yüksek enerjili olayların yerçekimi dalgaları adı verilen ışık hızında zaman ve uzayda dalgalanan rahatsızlıklar üretebileceğini öngördü. Uzun zamandır bilim adamları, süpernovaların ürettiği yerçekimsel dalgaları veya birbirlerini çevreleyen ve çarpışan çift kara delikleri arıyorlar. PSR 1913 + 16 olarak adlandırılan ikili pulsarın (bir spin nötron yıldızı) keşfedilmesiyle, dalgaların dolaylı kanıtı ilk olarak ortaya çıkmaya başladı. Birkaç yıl sonra bilim adamları, yörünge döneminin, genel göreliliğin böyle bir sistemin yerçekimi dalgaları nedeniyle enerji kaybedeceğini öngördüğü şekilde doğru bir şekilde azaldığını fark ettiler. Ancak, diğer aramalara rağmen, doğrudan kanıtlar gerçekleşmedi.
Başka bir deyişle, bu on yıla kadar. 14 Eylül 2015, Doğu Saati 05: 51'de, her biri bir ila bir mil uzunluğunda bir tünelden oluşan ve biri Washington Eyaletinde diğeri Louisiana'da dik açılarla kesişen L şeklinde iki tesis vardı. Bu durumda, lazerleri dedektöre birbirleriyle faz dışı ve faz dışı olacak şekilde kaydedildi. Bu yalpalamalar iki kara deliğin sonucudur. Bu iki kara deliğin kütleleri sırasıyla Güneş'in 29 ve 36 katıdır.Birbirlerine sarmallaşıp 1.3 milyar ışıkyılı uzaklıkta birleşerek yerçekimi dalgalarını dünyaya yaydılar.
Daha sonra daha fazla gözlem yapıldı ve sonda İtalya'daki Başak deneyiyle birleştirildiğinde ve dünya teleskobu gökyüzünde aynı noktadan radyo dalgalarını, ultraviyole ışınlarını, kızılötesi ışınları ve ışık radyasyonunu gözlemlediğinde 2017 yılında daha fazla çığır açan keşif yapıldı. . Enerji patlaması, şehir büyüklüğündeki yıldızların cesetleri olan iki nötron yıldızının çarpışmasının sonucudur. Bu olay, bilim adamlarının periyodik tablodaki en ağır unsurlardan bazılarının kökenini anlamalarını sağladı ve gelecek planları, günümüz fiziğinde evrenin ivmesinin "krizini" çözmek için faydalı olabilir.
Bu paradigma değişiminin keşfi, çoklu haberci astronominin ayırt edici özelliğidir, yani astronomide, bilim adamları sinyal kaynağını gözlemlemek için hem ışık dalgalarını hem de diğer parçacıkların veya dalgaların tespitini kullanırlar. Teleskoplar başlangıçta yalnızca görünür ışığı kullandılar ve daha sonra elektromanyetik radyasyonun diğer dalga boylarını kullandılar (X ışınları veya radyo dalgaları gibi) ve şimdi tamamlayıcı gözlemevleri, nötrinolar veya yerçekimi dalgaları gibi parçacıklardan gelen uzaydan verileri içerebilir.
Harvard Üniversitesi bilim tarihi profesörü Peter Galison, Gizmodo'ya "Bu çoklu haberci astronomisinin altın çağı" dedi.
Bilim adamları, Event Horizon teleskopunu dünyanın dört bir yanındaki radyo teleskoplarıyla işbirliği içinde çalıştırıp merkezde 6,5 milyar güneş kütlesiyle kara deliğe hedeflediklerinde, kara delik alanı başka yollarla su havzasına ulaştı. Galaxy M87. Bu, dünyanın ilk kara deliğinin veya daha doğrusu, kara deliğin arkasındaki nesneye yaptığı gölgenin bir görüntüsünü oluşturdu. Araştırmacılar bu kavisli nesnelerin kanıtlarını uzun zamandır keşfetmiş olsalar da (devasa devler, zaman ve mekanı bozar, böylece ışık çekimlerinden kaçamaz), gözlem sonuçları doğrudan en iyi gözlemlerden biridir. Bilim adamları, bu keşfin kara delik biliminde yeni bir çağ başlatacağını ve süper kütleli kara deliklerin merkezinden fırlatılan devasa maddeyi daha iyi anlayabileceklerini umuyorlar.
Garrison, "Bu, evrenin ölçeğini şekillendirebilen bir fenomendir" dedi. "Büyük Patlama'dan beri, bu nesnelerin sadece küçük bir süre için ışık yaydığını gördük. Görünür evrenin kenarındaki işaretler gibiler, bize ışıldıyorlar. Bu jetlerin kökeni daha iyi anlaşılabilir ... galakside maddenin dağılımını şekillendiren nesneler büyük önem taşıyor. "
Gerçek dünyada fizik
Belki de geçtiğimiz on yılda, astrofizik ve parçacık fiziğinin bilinmeyen bir kahramanı, büyük veri kümelerini sınıflandırmak için makine öğrenimi algoritmalarını daha çok kullandı. Toro, Gizmodo'ya, kara delik görüntülerinin makine öğrenimi olmadan var olamayacağını ve son on yılda parçacık fiziğinde bir "dönüm noktası" yaşadıklarını söyledi.
Bu on yıl, kuantum bilgisayarlar gibi parçacık fiziğinin tuhaflıklarına dayanan yeni bir teknoloji çağını da başlattı. MIT'de çarpanlara ayırma algoritmaları üzerine çalışan bir matematikçi olan Peter Shor Astronomy Online'a "Bence bu on yıl kesinlikle kuantum bilgisayarların bilim kurgudan gerçeğe dönüştüğü bir zaman" dedi.
Bu kuantum cihazları, 1981'de Richard Feynman tarafından önerilen ünlü çözümlerdir. Geleneksel bilgisayarlar tarafından kullanılamayan geleneksel mantık yerine bazı garip ve yıkıcı atomik olasılık matematiğini çözmek için tasarlanmıştır. Bilim insanları, özellikle bir gün simüle edilmiş moleküllerin davranışını ayarlamak için yeni matematiği kullanabileceklerini veya bazı karmaşık algoritmalar çalıştırabileceklerini umuyorlar. Temel olarak, bu makinelerin sadece bozuk paraları çevirerek olasılık dağılımları oluşturması gibi, bu ters çevrilmiş paralar enerji darbeleri ile itilebilir ve geleneksel olasılık kurallarının aksine, "madeni paralar" birbirine eklendiğinde, bu kuantum olasılıkları negatif olabilir. Sayı, bu daha karmaşık bir olasılık dağılımına yol açacaktır.
Yale Üniversitesi'ndeki fizikçiler, yapay bir atom görevi gören ve en küçük kuantum hesaplama birimi olan süper iletken bir tel döngü olan "transmon kübiti" icat etmeleri 2007 yılına kadar değildi. Günümüzde hem IBM hem de Google 50 kübitten fazla makine geliştirmiş, bu makineler bazı sorunlar için kullanılmaya başlanmış ve geleneksel bilgisayarların yetenekleri geliştirilmiştir. Aynı zamanda, diğer şirketler de ilk kez lazerlerle sabitlenen atomlara dayalı benzer büyüklükte cihazlar piyasaya sürdü. Bu makineler için yazılım araçları veya donanım bileşenleri sağlayan tüm girişim ekosistemi de büyüyor.
Süslü rastgele sayı üreticilerine ek olarak, bu makinelerin geleneksel bilgisayarlara göre başka avantajlara sahip olması onlarca yıl alabilir. Başıboş titreşim veya harici radyasyon nedeniyle kuantum noktalarını kaybetmeden önce kontrol etmek zordur. Yanlış sonuçlar verebilirler - örneğin, ikili dizedeki sıfır bir olmalıdır. Araştırmacılar şimdi, hatalara eğilimli olmayan dev bir "mantıksal" kübit oluşturmak için birden fazla kübiti birleştirerek hata düzeltme elde etmek için çalışıyorlar. Fizikçilerin hayalini kurduğu gerçek "hataya dayanıklı" evrensel kuantum bilgisayar, tam potansiyelini gerçekleştirmek için milyonlarca kübite ihtiyaç duyabilir.
Bununla birlikte, fizikçiler bu küçük, gürültülü cihazlardan yararlanabileceklerini umuyorlar ve iyi yapmasalar bile, yine de bazı ilginç şeyler yapacaklar. 2017'nin başlarında, California Institute of Technology'de fizikçi olan John Preskill, yeni bir kuantum hesaplama çağına, gürültülü ara kuantum teknolojisi (NISQ) çağına girdiğimizi duyurdu.
On yıl boyunca, bilim adamları kuantum mekaniğinin tuhaflığını yeni algılama teknolojilerine dahil ettiler.Çin bilim adamları, Çin ve Avusturya arasındaki video görüşmelerini şifrelemek için kuantum mekaniği matematiğini kullanan bir uydu fırlattılar. Kuantum teknolojisinin ötesinde ve malzeme bilimi alanına giren araştırmacılar, elektriği oda sıcaklığında çok az dirençle ileten ilk malzemeyi yaratmış olabilirler.Bu, on yıllardır bir başka keşiftir. Ve daha geçen yıl, bilim adamları iki grafen tabakası arasındaki süper iletken özellikleri açıp kapatabileceklerini keşfettiler ve bu keşfin o zamandan beri iki boyutlu sistemlerde birçok takip çalışması oldu.
2010'lar fizik tarihindeki en iyi zaman olmayabilir. 20. yüzyılın başlarında düzinelerce yeni keşif yapıldı ve bunların çoğu bilim adamlarının evren hakkındaki düşüncelerini en büyük ve en küçük ölçeklerde tamamen altüst etti. Bu bir sürprizler çağı değil, keşiflerinin çoğu yıllar içinde geliştirildi. Ancak geçmiş on yıla bakıldığında tarihçilerin yeni teknolojiler, deneysel yöntemler ve tarihin akışını değiştiren düşünme biçimleri dahil olmak üzere fizikte paradigmaların değiştiğini görmeleri yadsınamaz.
McBride, "Bunun fizikte harika bir on yıl olduğunu düşünüyorum." Dedi.
Referans
1. WJ Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. Ryan F. Mandelbaum-Ren Shiguang
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
