1910'lar fiziği nasıl sonsuza dek değiştirdi?
Bu on yıl sadece fizikte değil, aynı zamanda bir dizi dönüm noktası olan tarihi dönüm noktasıdır.
1910'lar yeni bilgi için inanılmaz bir on yıldı, ama daha da önemlisi, bu on yılın keşifleri ve bunların bariz eksiklikleri, fizikçilerin kendi alanları hakkında düşünme şeklini değiştirdi. Parçacık fiziği ve astrofizik, araştırmacıların bilimsel araştırma yapma şeklini yeniden şekillendirecek yeni bir çağa girdi. Kuantum mekaniği çerçevesine dayanan yeni teknolojiler, hesaplama, malzeme bilimi ve enerji işlemede büyük bir değişime işaret edebilir.
Stanford Üniversitesi'nde parçacık fiziği ve astrofizik doçenti olan Natalia Toro, Gizmoto'ya şunları söyledi: "Görünüşe göre bir paradigma değişiminin ortasındayız. Nereye gideceğimiz henüz belli olmasa da, ben Bundan sonraki 50 yılın, son 10 yılı fizik anlayışımızda büyük bir değişimin başlangıcı olarak kabul edeceğine inanılıyor. "
Bu bilgisayar simülasyonu, iki kara deliğin çarpışmasının neden olduğu yerçekimi dalgalarını gösteriyor.
Kaynak: Ekstrem Uzay-Zaman Projesi Simülasyonu (NASA)
En küçük maddeyi keşfedin
Son on yılda, bilim adamları büyük ve küçük anlayışlarını kökten değiştirdiler. Belki de en önemlisi, İsviçre'nin Cenevre kentindeki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (17 mil çapında bir parçacık hızlandırıcı ve çarpıştırıcı) bilim adamları, Higgs bozonunun varlığının kanıtlarını keşfettiler. Bu, Center for Particle Physics teorisinde açıklanan son parçacık türüdür ve Standart Model olarak adlandırılır.
1964'ten önce, bazı teoriler evreni iyi tanımlayabiliyordu, ancak bir problemleri vardı: Bazı parçacıkların kütlesiz olması gerektiğini tahmin ediyorlardı ve fizikçiler bu parçacıkların kütle olduğunu zaten biliyorlardı. Daha sonra altı bilim adamı (en ünlüsü Peter Higgs) bu sorunu çözmek için üç makale yayınladılar ve kütlenin kuvvet taşıyan parçacıklarda görünebileceği bir mekanizma üzerinde durdular. Parçacıklara ayar bozonları denir, bu nedenle evreni açıklayan teoriler hala geçerlidir. Bu mekanizma başka bir parçacığın, Higgs bozonunun varlığını gerektirir. Pek çok araştırmaya rağmen, Higgs bozonu bu on yıla kadar keşfedilmedi.
Higgs bozonunu keşfetmenin ana yöntemi olan kompakt müon bobinindeki (CMS) parçacık çarpışma testinin şematik diyagramı.
Tarihin en büyük bilimsel deneyi olan Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN) Büyük Hadron Çarpıştırıcısı 2008'de başlatıldı. 4 Temmuz 2012'de dünyanın her yerinden araştırmacılar oditoryumları ve konferans salonlarını doldurdu. Büyük Hadron Çarpıştırıcısını dinleyen araştırmacılar nihayet iki deneysel bina büyüklüğünde bir dedektör üzerinde çalıştıklarını açıkladılar - ATLAS ) Ve kompakt müon bobini (CMS), Higgs bozonunun varlığının kanıtını buldu. Pek çok insan Standart Model tarafından tahmin edilen tüm parçacıkların bulunduğunu, yani modelin tamamlandığını söyledi ... ama gerçekten tamamlandı mı?
Dördüncü nesil doğrusal hızlandırıcı
Katkı Sağlayanlar: Robert Heradir, Monica Magal / ProStudio22.ch
Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda seçkin bir bilim insanı ve CERN Minato Bobin Kooperatifi Projesi sözcüsü yardımcısı Patty McBride, Gizmoto'ya "Standart modelin tamamlanması bittiği anlamına mı geliyor?" Dedi. "Öyle değil." Hala çözülmemiş birçok gizem var. Aslında, evrendeki şeylerin yaklaşık% 96'sı hala standart modelle açıklanamıyor.
Standart model, her standart parçacığın bir süper partiye sahip olabileceğini varsayar: her bir bozon bir fermiyona karşılık gelir ve her fermiyon bir bozona karşılık gelir. Yatay çizginin üst kısmı fermiyondur ve alt kısmı karşılık gelen bozondur.
Kaynak: New Scientist Magazine
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, 2012'den beri son derece sessizdir. O zamandan beri, Standart Model testlerinin çok sayıda ilginç sonucu ortaya çıktı, ancak Higgs bozonundan sonra yeni parçacık keşfedilmedi. Fizikçiler, CERN'in süper simetrik ortaklar gibi diğer parçacıkların varlığına dair kanıt bulabileceğini umuyor. Bu parçacıkların bir cevap vermesi bekleniyor ... yerçekiminin neden diğer kuvvetlerden çok daha zayıf olduğu (bir düşünün, dünyanın tüm yerçekimi, bir buzdolabı etiketinin yerden bir ataç almasını engelleyemez) Aynı zamanda karanlık maddenin gerçek kimliği olarak da kullanılabilir, belki Evrenin iskelesini oluşturan gizemli maddedir, ancak doğrudan gözlemlenmemiştir. Hala taranacak büyük miktarda LHC verisi olmasına ve LHC'nin daha yüksek bir çarpışma oranını sürdürmek için yükseltilmesi beklenmesine rağmen, bilim adamları bu parçacıkların varlığına dair kanıt bulup bulamayacaklarından şüphe etmeye başlıyorlar. .
Ancak bir gün bu nadir keşifler fizik tarihinde bir dönüm noktası olarak değerlendirilebilir. Parçacık fizikçileri parçacıkları yeni yollarla aramaya başladılar.Örneğin, yüksek enerjili güçlü süper çarpıştırıcılar kullanmak yerine, bilim adamları teorik tahminlerden küçük ama istatistiksel olarak önemli sapmalar arayarak yüksek hassasiyetli deneyler kullanmaya daha meyilli. Çeşitli standart model tahminlerini test edin. Bu aynı zamanda teorisyenleri içsel düşünce kalıplarından çıkmaya ve karanlık madde için yeni açıklamalar bulmaya teşvik eder.
Chicago Üniversitesi Astronomi ve Astrofizik Bölümü'nde profesör olan Josh Freeman, "Parçacık hızlandırıcıları daha yüksek enerjilere itmek için teknoloji gittikçe daha zorlu hale geliyor." Yeni parçacıkları bulmak için, Chicago Üniversitesi Astronomi ve Astrofizik Bölümü profesörü Josh Freeman, Gizmoto'ya şunları söyledi: "Parçacık fiziği Akademik topluluk, çeşitlendirilmiş yöntemlere ihtiyacımız olduğunu fark etti ... Bu zor bir sorun olacak.Çok zor bir sorunla karşılaştığınızda, yeni araç kutunuzdaki tüm araçları kullanmak isteyeceksiniz. Fizik biraz utangaç. "
Zaman ve uzaydaki dalgalanmalar
Zaman ve uzay dalgalarının şematik diyagramı
Kaynak: Devon Henze (NASA)
Bu on yıl, fizikte de büyük ölçüde devrim yarattı. Bir asırdan fazla bir süre önce, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi, yüksek enerjili olayların, ışık hızında dalgalar oluşturacak ve yerçekimi dalgaları denilen zaman ve uzayın kendisinden geçecek bir tür rahatsızlık yayacağını öngörmüştü. Bilim adamları uzun zamandır süpernovaların ürettiği yerçekimi dalgalarını veya birbirlerini çevreleyen ve birbirleriyle çarpışan çift kara delikleri arıyorlar. Yerçekimi dalgalarının bu dolaylı kanıtı, ilk olarak PSR 1913 + 16 adı verilen pulsar (dönen bir nötron yıldızı) keşfedildiğinde ortaya çıktı. Birkaç yıl sonra bilim adamları, yörünge döneminin genel göreliliğin öngördüğü gibi kısaldığını, yani böyle bir sistemin yerçekimi dalgaları nedeniyle enerji kaybedeceğini fark ettiler. Ancak diğer araştırmalara rağmen, hiçbir doğrudan kanıt ortaya çıkmadı.
Bu on yıla kadar. ABD Doğu Saati, 14 Eylül 2015, sabah 05: 51'de, iki dik açılı tesis, dedektördeki lazerin faz değişimini kaydetti. Biri Washington Eyaletinde, diğeri Louisiana'da bulunan bu iki dik açılı tesisin her biri, dik açıdan bir milden daha uzaktaki bir çift tüneli birleştiriyor. Bu sarsıntılar, kütleleri Güneş'in kütlesinin 29 ve 36 katı olan iki kara delikten kaynaklanıyor. 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıkta, yerçekimi dalgalarını dünyaya yaymak için birbirine dolanmış ve birleşmiş durumda.
Daha sonra daha fazla gözlem yapıldı, ancak belki de çığır açan keşif, sonda (şimdi İtalya'da benzer bir Başak deneyine katılıyor) aynı anda yerçekimi dalgalarını ölçtüğünde, tüm dünyadaki teleskoplarda gerçekleşti. Keşfedilen radyo, ultraviyole, kızılötesi ve bu ışık radyasyonunun hepsi gökyüzünde aynı noktadan geliyor. Enerji patlaması, iki nötron yıldızının (bir şehir büyüklüğünde ölüm yıldızları) çarpışmasının sonucudur. Bu tek olay, bilim adamlarının periyodik tablodaki en ağır unsurlardan bazılarının kökenini anlamalarına olanak sağladı ve bir gün evrenin ne kadar hızlı hızlandığına dair mevcut fizik "krizini" çözmeye yardımcı olabilir.
Bu yıkıcı keşif, çoklu haberci astronomisinin ayırt edici özelliğidir - yani astronomide, bilim adamları bir ışık kaynağını aynı anda tespit etmek ve gözlemlemek için ışık dalgalarını ve diğer parçacıkları veya dalgaları kullanır. Teleskop başlangıçta yalnızca görünür ışığı kullandı ve ardından x-ışınları veya radyo dalgaları gibi diğer elektromanyetik radyasyon dalga boylarına genişledi.Şimdi ek gözlemevleri, nötrinolar veya yerçekimi dalgaları gibi uzaydan gelen parçacıklar hakkında veriler içerebilir.
Harvard Üniversitesi bilim tarihinde fizik profesörü Peter Galison Gizmoto'ya "Bu çoklu haberci astronomisinin altın çağıdır" dedi.
Kara delikler alanının keşfi de bir dönüm noktası anı yaşadı.Bilim adamları, Event Horizon Teleskopu'nu (dünyadaki radyo teleskoplarının toplu bir işbirliği) çalıştırdılar ve M87 galaksisinin merkezinde bulunan 6,5 milyar güneş kütlesine sahip kara deliği hedeflediler. Bu, dünyanın ilk kara delik görüntüsünü ya da daha doğrusu, kara deliğin arkasındaki nesneye yaptığı gölge yarattı. Araştırmacılar uzun zamandır bu nesnelerin ışığı çarpıttığına dair kanıtlar görmüş olsalar da - bu devler zamanı ve uzayı o kadar derin bir şekilde bozmuştur ki ışık yerçekimlerinden kaçamaz - ancak bu gözlem bize en iyi sezgisel perspektifi sağlar. . Bilim adamları, bu keşfin kara delik biliminde yeni bir çağ başlatacağını ve süper kütleli kara deliklerin merkezinden fırlatılan devasa madde jetlerini daha iyi anlayabileceklerini umuyorlar.
Event Horizon Teleskobu, M87 galaksisinin merkezindeki kara deliği yakalar.Aktif ufkunun yakınında, etrafındaki sıcak gazın dönüşünün ürettiği radyasyon, güçlü yerçekimi nedeniyle ana hatlarını çizer.
Galison, "Kara delikler, kozmik ölçekli fenomeni şekillendirebilir" dedi. "Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra parlayan bu nesneleri gördük. Görünür evrenin kenarındaki fenerler gibiler, bize ışıklarını veriyorlar. Bu jetlerin kökenini anlamak bize galaksileri neyin etkileyebileceğini daha iyi anlamamızı sağlayacaktır. Maddenin dağılımı büyük önem taşıyor. "
Gerçek dünya fiziği
Geçtiğimiz on yılda, astrofizik ve parçacık fiziği alanlarında bilinmeyen bir kahraman oldu - devasa veri kümelerini sınıflandırmak için gittikçe daha fazla makine öğrenme algoritması kullanılıyor. Doro, Gizmoto'ya makine öğrenimi yoksa, kara delik görüntülerinin var olması imkansızdır - son on yılda parçacık fiziğindeki uygulaması bir "dönüm noktası" yaşıyor.
Bu on yıl, parçacık fiziğinin (kuantum bilgisayarlar gibi) tuhaflığına dayanan yeni bir teknoloji çağını da başlattı. MIT matematikçisi Peter Shaw, Shaw'un çarpanlara ayırma algoritmasından sonra Gizmoto'ya şunları söyledi: "Sanırım kesinlikle bu tür bir on yıl. Kuantum bilgisayarlar bilimkurguyu gerçeğe dönüştürebilir. yıl."
18 Ekim 2019'da International Business Machines Corporation Araştırma Merkezi direktörü Dario Gill, şirketin Yorktown Heights, New York'taki Q System One araştırma tesisinin önünde durdu.
Bu kuantum cihazları, 1981'de Richard Feynman tarafından önerildi. Sıradan bilgisayarların çözemediği bazı problemleri çözmek için geleneksel mantık yerine atomların tuhaf ve yıkıcı olasılıklı matematiğini kullanmaya adanmışlardır. Bilim insanları, bir gün moleküllerin davranışını simüle edebileceklerini veya bazı karmaşık algoritmaları çalıştırmak için yeni matematiksel ayarlamalar kullanabileceklerini umuyorlar. Temel olarak, bu makineler olasılık dağılımları oluşturmak için sadece bozuk paraları çevirir. Bu paralar havada enerji darbeleriyle çalıştırılabilir.Geleneksel olasılık kurallarının aksine, "paraları" birlikte eklediğinizde, bu kuantum olasılıklarının negatif işaretleri olabilir. , Normal yazı tura atmalarından daha karmaşık bir olasılık dağılımıyla sonuçlanır.
2007 yılına kadar Yale Üniversitesi'ndeki fizikçiler, yapay atomların ve kuantum hesaplamanın en küçük birimi olarak hizmet veren süper iletken tellerden oluşan bir döngü olan "transmon kübiti" icat etmedi. Hem International Business Machines Corporation hem de Google, belirli sorunlarla uğraşırken geleneksel bilgisayarlardan daha yüksek hızlar göstermeye başlayan 50'den fazla kuantum makinesi geliştirdi. Aynı zamanda, başka şirketler de lazerlerle sabitlenen atomların boyutuna benzer cihazlar piyasaya sürdü. Bu makineler için yazılım araçları veya donanım bileşenleri sağlayan şirketlerin tüm ekosistemi de büyüyor.
Süslü rastgele sayı üreticilerine ek olarak, bu makinelerin geleneksel makinelere göre avantajlarını göstermesi onlarca yıl sürebilir. Dış titreşim veya radyasyon nedeniyle orijinal kuantumlarını (qunatumness) kaybedinceye kadar onları kontrol etmek zordur. Yine de yanlış sonuçlar üretebilirler - örneğin, ikili bir dizede 1 olarak verilmesi gereken bir 0. Araştırmacılar artık hatalara meyilli olmayan mükemmel bir "makul" kübit oluşturmak için birden fazla kübiti birleştirerek hata düzeltme elde etmek için çalışıyorlar. Fizikçilerin hayalini kurduğu, gerçekten "hataya dayanıklı" genel amaçlı bir kuantum bilgisayar, tam potansiyelini gerçekleştirmek için milyonlarca kübite ihtiyaç duyabilir.
Ancak fizikçiler, pek iyi yapmasalar bile, hala bazı ilginç şeyler yapan bu küçük, gürültülü cihazların kullanımını keşfedebileceklerini umuyorlar. 2017'nin başlarında, California Institute of Technology'de fizikçi olan John Preskill, yeni bir kuantum hesaplama çağına girdiğimizi duyurdu.Bu yeni döneme gürültülü ara kuantum teknolojisi (NISQ) çağı deniyor.
Bu on yılda, bilim adamları kuantum mekaniğinin tekilliklerini yeni algılama teknolojilerine dahil ettiler.Çin bilim adamları ayrıca kuantum mekaniğinin matematiksel ilkelerini kullanarak Çin ve Avusturya arasındaki video görüşmelerini şifrelemek için bir uydu fırlattılar. . Materyal bilimine ne kadar çok proton girerse, araştırmacılar elektriği neredeyse oda sıcaklığında dirençsiz ileten ilk materyali yaratmış olabilir - on yıllardır mayalanmakta olan bir başka keşif. Daha geçen yıl, bilim insanları süperiletkenliği sadece bir dönüşle iki grafen katmanında açıp kapatabileceklerini keşfettiler.Bu keşif, o zamandan beri iki boyutlu sistemler üzerinde bir takip araştırması dalgasını tetikledi.
1910'lar fizik tarihindeki en iyi dönem olmayabilir Sonuçta, 20. yüzyılın başında, bilim adamlarının evrenin en büyük ve en küçük ölçeklerine ilişkin görüşlerini tamamen altüst eden düzinelerce yeni keşif yapıldı. Bu bir sürprizler çağı değil, keşiflerinin çoğu yıllar içinde demlendi. Ancak tarihçilerin geçmiş on yıla dönüp baktıklarında, yeni teknolojiler, deneysel yöntemler ve tarihin akışını değiştiren düşünme biçimleri dahil olmak üzere tüm fizik alanında bir paradigma değişimi görecekleri inkar edilemez.
McBride, "Bunun fizikte harika bir on yıl olduğunu düşünüyorum." Dedi.
FY: Ryan F.Mandelbaum
Eser sahibi: leaf
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
