Ίθαν Σίγκελ, Εξήγηση για την πυρηνική σύντηξη. Ethan Siegel, Nuclear fusion explained

Γιατί η ενέργεια που παράγεται μέσω πυρηνικής σύντηξης θα είναι η μελλοντική, αλλά όχι η παρούσα, λύση για τις ενεργειακές ανάγκες της ανθρωπότητας. Το εσωτερικό ενός θαλάμου σύντηξης Tokamak υπό εκτέλεση εργασιών κατά την περίοδο συντήρησής του το 2017. Εφόσον το πλάσμα μπορεί να περιοριστεί μαγνητικά και να ελεγχθεί μέσα σε μια συσκευή όπως αυτή, μπορεί να παραχθεί ενέργεια σύντηξης, αλλά η διατήρηση του περιορισμού του πλάσματος μακροπρόθεσμα είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο έργο. Το σημείο ισορροπίας δεν έχει ακόμη επιτευχθεί για τη σύντηξη με μαγνητικό περιορισμό και δεν αναμένεται να επιτευχθεί μέχρι να τεθεί σε πλήρη λειτουργία ο ITER. Why power generated through nuclear fusion will be the future, but not the present, solution to humanity’s energy needs. The inside of a Tokamak fusion chamber being worked on during its maintenance period in 2017. So long as a plasma can be magnetically confined and controlled inside a device like this, fusion power can be produced, but maintaining plasma confinement over the long-term is an exceedingly difficult task. The breakeven point has not yet been achieved for magnetic confinement fusion, and is not expected to be until ITER is fully operational. Credit: Rswilcox/Wikimedia Commons

Όσον αφορά την παραγωγή ενέργειας και ισχύος, η φυσική μας δίνει πολλές επιλογές. Με απλή μηχανική, η ενέργεια της κίνησης ενός αντικειμένου τίθεται σε λειτουργία: χρησιμοποιώντας βάρη υπό την επίδραση της βαρύτητας, ρέον νερό ή κινούμενο αέρα για να περιστραφεί ένας τροχός ή μια τουρμπίνα. Αυτή η κίνηση χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή άλλων μορφών ενέργειας. Υπάρχουν επίσης χημικές αντιδράσεις, που εξαρτώνται από τις μεταβάσεις ηλεκτρονίων στον τρόπο με τον οποίο τα άτομα και τα μόρια συνδέονται μεταξύ τους: όπου κάποιο είδος καυσίμου μεταβολίζεται ή καίγεται για να παράγει ενέργεια, και αυτή η ενέργεια στη συνέχεια αξιοποιείται και τίθεται σε λειτουργία με παρόμοιο τρόπο. Και τέλος, υπάρχουν οι πυρηνικές αντιδράσεις, όπου οι δεσμοί μεταξύ νετρονίων και πρωτονίων μέσα σε έναν ατομικό πυρήνα είτε διασπώνται είτε σφυρηλατούνται για να απελευθερώσουν ενέργεια, και στη συνέχεια αυτή η ενέργεια τίθεται σε λειτουργία.

Ενώ η μηχανική εργασία εκμεταλλεύεται ελεύθερα τους ήδη υπάρχοντες περιβαλλοντικούς πόρους, όπως η υδροηλεκτρική και η αιολική ενέργεια, έχει επίσης ζητήματα αξιοπιστίας και επεκτασιμότητας, καθώς και τις δικές της περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Οι χημικές αντιδράσεις αξιοποιούνται από όλες τις μορφές ζωής, συμπεριλαμβανομένης της φωτοσύνθεσης στα φυτά και των μεταβολικών οδών στα ζώα, αλλά ως πηγή καυσίμου, οι αντιδράσεις καύσης είναι ένας πεπερασμένος, περιορισμένος πόρος με σημαντικές συνέπειες για τη ρύπανση.

Ωστόσο, η πυρηνική ενέργεια είναι μοναδική. Είναι κυριολεκτικά εκατοντάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια φορές πιο αποτελεσματική, όσον αφορά το κλάσμα της μάζας που μετατρέπεται σε ενέργεια, από όλες τις χημικές αντιδράσεις. Να τι είναι η πυρηνική σύντηξη και γιατί αποτελεί το μέλλον — αλλά όχι το παρόν — της παραγωγής ενέργειας εδώ στη Γη.

Αυτό το γράφημα δείχνει την ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο ως συνάρτηση του τύπου του στοιχείου που εξετάζουμε. Η κορυφή, η οποία αντιστοιχεί στα πιο σταθερά στοιχεία, βρίσκεται ακριβώς γύρω από στοιχεία όπως ο σίδηρος, το κοβάλτιο και το νικέλιο. Στοιχεία ελαφρύτερα από αυτό απελευθερώνουν ενέργεια όταν συντήκονται μεταξύ τους, ενώ στοιχεία βαρύτερα από αυτό απελευθερώνουν ενέργεια όταν διασπώνται σε μια αντίδραση σχάσης. This graph shows the binding energy-per-nucleon as a function of the type of element we’re looking at. The peak, which corresponds to the most stable elements, is right around elements like iron, cobalt, and nickel. Elements lighter than that release energy when they are fused together; elements heavier than that release energy when they are split apart in a fission reaction. (Credit: Fastfission/Wikimedia Commons)

Είναι μια παράξενη ιδέα να σκεφτεί κανείς: ότι ένα μικροσκοπικό δομικό στοιχείο της ύλης, ο ατομικός πυρήνας, έχει τη μεγαλύτερη δυνατότητα απελευθέρωσης ενέργειας. Κι όμως, είναι αλήθεια. Ενώ οι μεταβάσεις ηλεκτρονίων σε άτομα ή μόρια συνήθως απελευθερώνουν ενέργεια της τάξης του ~1 ηλεκτρονίου-βολτ, οι πυρηνικές μεταβάσεις μεταξύ διαφορετικών διαμορφώσεων απελευθερώνουν ενέργεια ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη, της τάξης του ~1 μεγαηλεκτρονίου-βολτ. Γενικά, υπάρχουν δύο τρόποι με τους οποίους μπορείτε να απελευθερώσετε ενέργεια μέσω μιας πυρηνικής αντίδρασης:

• με τη διάσπαση βαρέων πυρήνων σε αντιδράσεις σχάσης,
• ή με σύντηξη ελαφρών πυρήνων σε αντιδράσεις σύντηξης.

Και οι δύο τύποι πυρηνικών αντιδράσεων, η σχάση και η σύντηξη, μπορούν να απελευθερώσουν ενέργεια, καθώς τα πιο σταθερά στοιχεία βρίσκονται γύρω από τα στοιχεία 26 έως 28 (σίδηρος-κοβάλτιο-νικέλιο) στον περιοδικό πίνακα. Τα ελαφρύτερα στοιχεία απελευθερώνουν ενέργεια μέσω σύντηξης, ενώ τα βαρύτερα στοιχεία την απελευθερώνουν μέσω σχάσης.

Αν και η πυρηνική σχάση και η σύντηξη συνδέονται και οι δύο με τις ατομικές βόμβες, καθώς και οι δύο μπορούν να υποστούν ανεξέλεγκτες αντιδράσεις που συνεχίζουν να απελευθερώνουν ενέργεια όσο οι αντιδράσεις μπορούν να συνεχιστούν, και οι δύο έχουν και άλλες εφαρμογές.

Αυτό το διάγραμμα δείχνει την αλυσιδωτή αντίδραση που μπορεί να προκύψει όταν ένα εμπλουτισμένο δείγμα U-235 βομβαρδίζεται με ένα ελεύθερο νετρόνιο. Μόλις σχηματιστεί το U-236, διασπάται γρήγορα, απελευθερώνοντας ενέργεια και παράγοντας τρία επιπλέον ελεύθερα νετρόνια. Εάν αυτή η αντίδραση σταματήσει, θα έχουμε μια βόμβα. Εάν αυτή η αντίδραση μπορεί να ελεγχθεί, μπορούμε να κατασκευάσουμε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. This diagram shows the chain reaction that can ensue when an enriched sample of U-235 is bombarded with a free neutron. Once U-236 is formed, it quickly splits apart, releasing energy and producing three additional free neutrons. If this reaction runs away, we get a bomb; if this reaction can be controlled, we can build a nuclear reactor. (Credit: Fastfission/Wikimedia Commons)

Η πυρηνική σχάση συνήθως βασίζεται στην απορρόφηση ενός σωματιδίου, όπως ένα νετρόνιο, από έναν ασταθή πυρήνα. Όταν ο σωστός πυρήνας απορροφήσει ένα νετρόνιο, όπως το Ουράνιο-235, για παράδειγμα, θα διασπαστεί, απελευθερώνοντας ακόμη περισσότερα νετρόνια, επιτρέποντας την πραγματοποίηση μιας αλυσιδωτής αντίδρασης. Εάν ο ρυθμός αντίδρασης είναι ανεξέλεγκτος, θα έχετε μια βόμβα. Ωστόσο, εάν ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί να ελεγχθεί απορροφώντας νετρόνια και δημιουργώντας συνθήκες που περιορίζουν την ταχύτητά τους, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ελεγχόμενη παραγωγή ενέργειας. Αυτή είναι η βάση για τον τρόπο λειτουργίας όλων των σημερινών πυρηνικών αντιδραστήρων (σχάσης).

Η σύντηξη, από την άλλη πλευρά, προσφέρει τη δυνατότητα απελευθέρωσης ακόμη περισσότερης ενέργειας από τη σχάση. Εμφανίζεται σε όλα τα αστέρια με θερμοκρασίες πυρήνα που υπερβαίνουν τα ~4 εκατομμύρια K και είναι η κύρια αντίδραση που τροφοδοτεί τον Ήλιο μας. Όταν δημιουργείτε μια βόμβα σύντηξης, η ενεργειακή της απόδοση είναι πολύ μεγαλύτερη από οποιαδήποτε βόμβα σχάσης. Η πρώτη μετριέται συνήθως σε μεγατόνους, ενώ η δεύτερη μετριέται μόνο σε κιλοτόνους.

Κατ' αρχήν, αν μπορούμε να ελέγξουμε μια πυρηνική αντίδραση σύντηξης με την ίδια αποτελεσματικότητα που μπορούμε σήμερα να ελέγξουμε τις αντιδράσεις σχάσης, εξάγοντας ενέργεια με όποιους ρυθμούς επιλέξουμε, αυτή θα αντικαταστήσει όλες τις άλλες μορφές παραγωγής ενέργειας ως η κυρίαρχη πηγή ενέργειας στον πλανήτη Γη.

Πειραματικός πυρηνικός αντιδραστήρας RA-6 (Republica Argentina 6), en marcha. Η μπλε λάμψη είναι γνωστή ως ακτινοβολία Cherenkov, από τα σωματίδια που εκπέμπονται στο νερό με ταχύτητα μεγαλύτερη από το φως. Η πυρηνική σχάση, παρά τα οφέλη της, δεν έχει αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα για τις παγκόσμιες ενεργειακές μας ανάγκες, κυρίως για μη πραγματικούς φόβους. Reactor nuclear experimental RA-6 (Republica Argentina 6), en marcha. The blue glow is known as Cherenkov radiation, from the faster-than-light-in-water particles emitted. Nuclear fission, despite its benefits, has not replaced fossil fuels for our global energy needs, largely for non-factual fears. (Credit: Centro Atomico Bariloche/Pieck Dario)

Αυτή τη στιγμή, υπάρχουν τρεις κύριες ανησυχίες όσον αφορά τις πηγές ενέργειας και ισχύος που εξετάζουμε.

1. Διαθεσιμότητα. Θέλουμε αυτή η ενέργεια να είναι διαθέσιμη κατόπιν ζήτησης. Όταν χρειαζόμαστε περισσότερη, θέλουμε να είναι προσβάσιμη. Όταν χρειαζόμαστε λιγότερη, δεν θέλουμε να κάνουμε σπατάλη. Αν ελέγχουμε τη διαθεσιμότητα, όπως κάνουμε με τα ορυκτά καύσιμα ή τα υδροηλεκτρικά φράγματα με αξιόπιστα σταθερή ροή νερού, έχουμε μεγαλύτερη ευελιξία από ό,τι αν βασιζόμαστε εξ ολοκλήρου σε ιδιότροπους πόρους όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια.
2. Πανταχού παρούσα. Για τους σκοπούς μας στη Γη, η αιολική και η ηλιακή ενέργεια είναι πανταχού παρούσες. Οι άνεμοι και ο Ήλιος θα υπάρχουν πάντα. Τα ορυκτά καύσιμα, ωστόσο, δεν θα υπάρχουν. Υπάρχει μια πεπερασμένη ποσότητα άνθρακα, πετρελαίου και φυσικού αερίου στη Γη. Η πυρηνική σχάση είναι επίσης ένας πεπερασμένος πόρος, αν και πιο άφθονος από τα ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, οι ανάγκες εξόρυξης και επεξεργασίας ουρανίου και άλλων σχάσιμων στοιχείων σημαίνουν ότι όσο περισσότερο χρησιμοποιούμε, τόσο πιο δύσκολο θα είναι να βρεθούν νέες, παρθένες πηγές.
3. Βιωσιμότητα. Όταν καίμε ορυκτά καύσιμα, απελευθερώνουμε στην ατμόσφαιρα ρύπους που επηρεάζουν τον πλανήτη. Όταν παράγουμε αντιδράσεις πυρηνικής σχάσης, παράγουμε ραδιενεργά υποπροϊόντα, μερικά από τα οποία έχουν σύντομο χρόνο ημιζωής και άλλα που θα παραμείνουν για πολλές γενιές ανθρώπων στο μέλλον. Δεν είναι αστείο το γεγονός ότι η κατανάλωση ενέργειας, ως είδος, έχει αλλάξει σημαντικά το κλίμα στη Γη από την αυγή της βιομηχανικής επανάστασης. Ένα πρόβλημα που επιδεινώνεται με κάθε χρόνο που περνάει.

Αυτοί οι τρεις λόγοι τονίζουν γιατί η πυρηνική σύντηξη είναι το όνειρο της βιώσιμης ενέργειας. Αν μπορούμε να ελέγξουμε τον ρυθμό μιας αντίδρασης σύντηξης, μπορούμε να την αξιοποιήσουμε για να παράγουμε ενέργεια κατ' απαίτηση, ουσιαστικά χωρίς απόβλητα. Το καύσιμο, το υδρογόνο και τα ισότοπά του, είναι απίστευτα άφθονα εδώ στη Γη. Δεν υπάρχει «εξάντληση» του καυσίμου πυρηνικής σύντηξης, όχι για δισεκατομμύρια χρόνια. Και ενώ η πυρηνική σύντηξη μπορεί να παράγει μικρές ποσότητες ραδιενεργών προϊόντων όπως το τρίτιο, δεν υπάρχει ποτέ κίνδυνος κατάρρευσης του αντιδραστήρα ή μακροπρόθεσμης περιβαλλοντικής ζημίας. Σε σύγκριση ακόμη και με την ηλιακή ενέργεια, η οποία απαιτεί την εξόρυξη σπάνιων στοιχείων και τη χρήση χημικών ουσιών και σπάνιων πόρων για τη δημιουργία ηλιακών πάνελ, η πυρηνική σύντηξη είναι η πιο βιώσιμη ενεργειακή επιλογή.

Φυσικά, όλα αυτά βασίζονται σε μια υπόθεση που εμείς, ως είδος, δεν έχουμε ακόμη επιτύχει: ότι μπορούμε να φτάσουμε στο σημείο ισορροπίας όσον αφορά την πυρηνική ενέργεια σύντηξης. Το ιερό δισκοπότηρο της ενέργειας είναι να έχουμε μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που παράγει περισσότερη αξιοποιήσιμη ενέργεια από τις αντιδράσεις της από όση απαιτείται για να εισαχθεί στο σύστημα/συσκευή για να ξεκινήσουν οι αντιδράσεις σύντηξης εξαρχής.

Ο λόγος που αυτό είναι ένα τόσο δύσκολο πρόβλημα είναι διπλός. Πρώτον, δεν είναι ασήμαντο ζήτημα να δημιουργηθεί μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης. Εφόσον περιορίζεστε στην εργασία με υλικά όπως το υδρογόνο, το δευτέριο, το ήλιο-3 και άλλα σταθερά ελαφρά στοιχεία και ισότοπα, απαιτούνται τεράστιες θερμοκρασίες και ενέργειες για να πραγματοποιηθεί μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης. Ο έλεγχος και η διατήρηση αυτών των περιβαλλόντων δεν είναι εύκολη υπόθεση και απαιτεί τεράστιες ενέργειες ακόμη και στην αρχή για να δημιουργηθούν οι απαραίτητες συνθήκες για τη σύντηξη.

Και δεύτερον, δεν μπορείτε απλώς να προσεγγίσετε αυτό το θέμα με στόχο τη δημιουργία περισσότερης ενέργειας μέσω σύντηξης από όση βάζετε στο σύστημα για να ξεκινήσει η αντίδραση: αυτό είναι γνωστό ως βόμβα. Αντίθετα, αυτό που χρειάζεται να κάνετε είναι να παράγετε ενέργεια με αρκετά αργό ρυθμό ώστε να μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε για να παράγετε χρήσιμες ποσότητες ενέργειας: ενέργεια με την πάροδο του χρόνου.

Η επίτευξη του περίφημου σημείου ισορροπίας απαιτεί τόσο την παραγωγή περισσότερης ενέργειας από τις αντιδράσεις σας από όση βάζετε στο σύστημα για να ξεκινήσετε αυτές τις αντιδράσεις όσο και την εξαγωγή αυτής της ενέργειας και τη χρήση της. Μέχρι στιγμής, και τα δύο προβλήματα παραμένουν άλυτα παράλληλα, αλλά υπάρχουν τρεις κύριες προσεγγίσεις που ακολουθούν οι ερευνητές καθώς προσπαθούν να φέρουν επανάσταση στη σχέση της ανθρωπότητας με την ενέργεια.

Το πλάσμα στο κέντρο αυτού του αντιδραστήρα σύντηξης είναι τόσο ζεστό που δεν εκπέμπει φως. Μόνο το ψυχρότερο πλάσμα που βρίσκεται στα τοιχώματα είναι ορατό. Νύξεις μαγνητικής αλληλεπίδρασης μεταξύ του θερμού και του ψυχρού πλάσματος είναι ορατές. Τα μαγνητικά περιορισμένα πλάσματα έχουν πλησιάσει περισσότερο, από όλες τις προσεγγίσεις, στο να φτάσουν στο σημείο ισορροπίας. The plasma in the center of this fusion reactor is so hot it doesn’t emit light; it’s only the cooler plasma located at the walls that can be seen. Hints of magnetic interplay between the hot and cold plasmas can be seen. Magnetically confined plasmas have come the closest, of all approaches, to reaching the breakeven point. (Credit: National Fusion Research Institute, Korea)

Προσέγγιση #1: Σύντηξη με μαγνητικό περιορισμό. Το καύσιμο πυρηνικής σύντηξης, θυμηθείτε, δεν είναι απλώς άτομα, αλλά οι ατομικοί πυρήνες στους πυρήνες των ατόμων. Μια προσέγγιση στην πυρηνική σύντηξη είναι ο πλήρης ιονισμός των ατόμων, απογυμνώνοντας τα ηλεκτρόνιά τους, μέχρι να απομείνουν μόνο οι ατομικοί πυρήνες. Δημιουργώντας αυτό το υπερθερμασμένο πλάσμα ατομικών πυρήνων που μπορούν να συντηχθούν, η ιδέα είναι στη συνέχεια να έρθουν αυτοί οι πυρήνες κοντά, ξεπερνώντας την ηλεκτρικά απωστική δύναμη μεταξύ τους, για να ξεκινήσουν αντιδράσεις σύντηξης.

Η πιο επιτυχημένη προσέγγιση εδώ ήταν ο περιορισμός αυτού του υπερθερμασμένου πλάσματος χρησιμοποιώντας ισχυρούς ηλεκτρομαγνήτες, φέρνοντας τους ατομικούς πυρήνες κοντά μέσα σε μια κοιλότητα γνωστή ως Tokamak. Τα Tokamak έχουν ερευνηθεί εδώ και δεκαετίες και παράγουν αντιδράσεις σύντηξης μέσα σε αυτά όλο αυτό το διάστημα.

Οι βασικές δυσκολίες με αυτήν την προσέγγιση έγκεινται στη διατήρηση του πλάσματος περιορισμένου (διαφορετικά συγκρούεται με τα τοιχώματα της συσκευής) και στην εξαγωγή της ενέργειας που παράγεται από τις αντιδράσεις για τη δημιουργία αξιοποιήσιμης ενέργειας. Αν και αυτή η προσέγγιση θεωρείται εδώ και καιρό ως η πιο πολλά υποσχόμενη οδός προς την πυρηνική σύντηξη, έχει λάβει μια πενιχρή χρηματοδότηση σε σχέση με τα παροιμιώδη επίπεδα «προσγείωσης» που θα χρειαστούν για να υπάρξει μια νόμιμη πιθανότητα μακροπρόθεσμης επιτυχίας.

Στην Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης, πανκατευθυντικά λέιζερ υψηλής ισχύος συμπιέζουν και θερμαίνουν ένα σφαιρίδιο υλικού σε επαρκείς συνθήκες για την έναρξη της πυρηνικής σύντηξης. Μια βόμβα υδρογόνου, όπου μια αντίδραση πυρηνικής σχάσης συμπιέζει το σφαιρίδιο καυσίμου, είναι μια ακόμη πιο ακραία εκδοχή αυτού, παράγοντας μεγαλύτερες θερμοκρασίες ακόμη και από το κέντρο του Ήλιου. At the National Ignition Facility, omnidirectional high-powered lasers compress and heat a pellet of material to sufficient conditions to initiate nuclear fusion. A hydrogen bomb, where a nuclear fission reaction compresses the fuel pellet instead, is an even more extreme version of this, producing greater temperatures than even the center of the Sun. (Credit: Damien Jemison/LLNL)

Προσέγγιση #2: Σύντηξη αδρανειακού περιορισμού. Αντί να ασχολείστε με τα μαγνητικά πεδία, γιατί να μην δοκιμάσετε απλώς την προσέγγιση της ωμής δύναμης; Αυτό επιχειρεί να κάνει η σύντηξη αδρανειακού περιορισμού. Λαμβάνοντας ένα σφαιρίδιο υλικού που μπορεί να συντηχθεί, μια σειρά από λέιζερ υψηλής ισχύος από όλες τις πλευρές εκτοξεύονται στο σφαιρίδιο-στόχο, αυξάνοντας γρήγορα τη θερμοκρασία και την πυκνότητά του μέχρι να ενεργοποιηθεί μια πυρηνική αντίδραση σύντηξης. Αν και απαιτεί την αποθήκευση μιας τεράστιας ποσότητας ενέργειας για τη «βολή λέιζερ» που συμπιέζει το σφαιρίδιο, είναι πιθανό η αντίδραση σύντηξης που παράγεται να απελευθερώσει ακόμη περισσότερη ενέργεια, επιτρέποντάς μας κάποια μέρα να ξεπεράσουμε το σημείο ισορροπίας.

Αυτή η προσέγγιση, όπως και αυτή της μαγνητικής σύντηξης περιορισμού, υπάρχει επίσης εδώ και δεκαετίες, παράγοντας αντιδράσεις σύντηξης συνεχώς. Παρά τις πρόσφατες εξελίξεις που μας φέρνουν πιο κοντά στον τελικό στόχο του νεκρού σημείου, τα ίδια δύο προβλήματα παραμένουν. Παρόλο που παράγουμε ολοένα και μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας μέσω αυτής της μεθόδου, απαιτεί πρώτα να αποθηκεύσουμε μια τεράστια ποσότητα ενέργειας σε μια σειρά από συστοιχίες πυκνωτών και στη συνέχεια να απελευθερώσουμε αυτήν την ενέργεια μονομιάς. Δεν έχουμε μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση. μόνο μια μόνο έκρηξη, και στη συνέχεια δυσκολευόμαστε να συλλέξουμε και να αξιοποιήσουμε αυτήν την παραγόμενη ενέργεια.

Παρόλο που πλησιάζουμε στον τελικό στόχο, για άλλη μια φορά βρισκόμαστε πολλές τάξεις μεγέθους μακριά από το σημείο επίτευξης του κέρδους, και επειδή η χρηματοδότηση είναι σχετικά περιορισμένη σε σχέση με τις εκατοντάδες δισεκατομμύρια δολάρια που θα έπρεπε να επενδύσουμε σε αυτήν την τεχνολογία, η πρόοδος παραμένει αργή.

Η μαγνητισμένη σύντηξη στόχων, όπως την οραματίστηκε η εταιρεία General Fusion, είναι μια προσπάθεια για μια νέα και μικρότερης κλίμακας προσέγγιση στην πυρηνική σύντηξη από ό,τι είτε η μαγνητική συγκράτηση είτε η αδρανειακή συγκράτηση σύντηξης, αλλά μετά από 11 χρόνια υποσχέσεων, παραμένει πολύ πιο μακριά από το σημείο ισορροπίας από οποιαδήποτε από τις δύο. Magnetized Target Fusion, as envisioned by the company General Fusion, is an attempt at a novel and smaller scale approach to nuclear fusion than either magnetic confinement or inertial confinement fusion, but after 11 years of promises, it remains much farther from the breakeven point than either one. (Credit: General Fusion)

Προσέγγιση #3: Προσεγγίσεις τρίτου δρόμου. Εδώ εμπλέκονται πολλές ιδιωτικές πρωτοβουλίες - μερικές νόμιμες, μερικές ύποπτες και άλλες που είναι αναμφισβήτητα τσαρλατάνοι. Υπάρχουν δύο κύριες εναλλακτικές προσεγγίσεις στις κυρίαρχες μεθόδους και οι δύο μπορούν στην πραγματικότητα να δημιουργήσουν αντιδράσεις σύντηξης. Όπως αποδεικνύεται, δεν είναι τόσο δύσκολο να ξεκινήσει η σύντηξη, αλλά είναι αξιοσημείωτα δύσκολο να φτάσουμε τόσο κοντά στο σημείο ισορροπίας όσο η αδρανειακή συγκράτηση ή η μαγνητική συγκράτηση σύντηξης. Μπορείτε είτε:

• Επιχειρήστε μαγνητισμένη σύντηξη στόχου, όπου δημιουργείται ένα υπερθερμασμένο πλάσμα και περιορίζεται μαγνητικά, αλλά στη συνέχεια τα γύρω έμβολα συμπιέζουν το καύσιμο στο εσωτερικό την κρίσιμη στιγμή. Αυτό δημιουργεί μια μικρή έκρηξη σύντηξης, όπως ένας συνδυασμός των δύο προηγούμενων προσεγγίσεων, και είναι η πιο συνηθισμένη από τις εναλλακτικές λύσεις τρίτου τρόπου.
• Ή μπορείτε να επιχειρήσετε υποκριτική σύντηξη, όπου επιχειρείτε να ενεργοποιήσετε μια αντίδραση σύντηξης με μια υποκριτική (δηλαδή, μηδενική πιθανότητα τήξης) αντίδραση σχάσης. Αυτή η προσέγγιση έχει πολλούς νέους παίκτες στον χώρο, αλλά αυτή τη στιγμή είναι η πιο απομακρυσμένη από όλες αυτές τις μεθόδους από το σημείο ισορροπίας.

Όπως συμβαίνει με τις περισσότερες προσπάθειες στα περιθώρια της κυρίαρχης επιστήμης, υπάρχουν έγκυροι ερευνητές που εργάζονται πάνω στις τεχνολογίες πίσω από αυτά τα όνειρα, αλλά υπάρχουν επίσης πολλές ευσεβείς πόθοι και πολλές υποσχέσεις που είναι πολύ απίθανο να πραγματοποιηθούν. Μερικοί από τους παίκτες στο παιχνίδι ακολουθούν προσεγγίσεις παρόμοιες με τη Solyndra. Κάνουν κάποια βασική έρευνα ενώ βασίζονται σε μια απίθανη οδό προς την επιτυχία. Άλλοι μοιάζουν περισσότερο με το Theranos, όπου οι τεχνολογίες στις οποίες βασίζονται δεν υπάρχουν. Με απλά λόγια, ο χώρος της πυρηνικής σύντηξης είναι πραγματικά μια ζούγκλα εκεί έξω.

Η πιο απλή και χαμηλότερης ενέργειας εκδοχή της αλυσίδας πρωτονίου-πρωτονίου, η οποία παράγει ήλιο-4 από το αρχικό καύσιμο υδρογόνου. Σημειώστε ότι μόνο η σύντηξη δευτερίου και ενός πρωτονίου παράγει ήλιο από υδρογόνο. Όλες οι άλλες αντιδράσεις είτε παράγουν υδρογόνο είτε παράγουν ήλιο από άλλα ισότοπα ηλίου. Αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν στον Ήλιο και θα μπορούσαν να αναδημιουργηθούν στο εργαστήριο με επαρκείς θερμοκρασίες και πυκνότητες. The most straightforward and lowest-energy version of the proton-proton chain, which produces helium-4 from initial hydrogen fuel. Note that only the fusion of deuterium and a proton produces helium from hydrogen; all other reactions either produce hydrogen or make helium from other isotopes of helium. These reactions occur in the Sun, and could be recreated in the lab with sufficient temperatures and densities. (Credit: Sarang/Wikimedia Commons)

Μέχρι στιγμής, δυστυχώς, κανείς δεν είναι ιδιαίτερα κοντά στο σημείο ισορροπίας, και αυτό είναι το ένα ερώτημα που πρέπει πάντα να θέτετε όταν πρόκειται για τη βιωσιμότητα της τεχνολογίας πυρηνικής σύντηξης να αντικαταστήσει άλλες πηγές ενέργειας στις οποίες μπορεί να βασίζεται ο άνθρωπος.

• «Μπορείτε να παράγετε περισσότερη ενέργεια από όση χρειάζεται για να ξεκινήσει η αντίδραση;»
• «Πόση από την παραγόμενη ενέργεια μπορείτε να αξιοποιήσετε για να παράγετε αξιοποιήσιμη ενέργεια;»
• «Και πόσο κοντά βρίσκεστε, ποσοτικά, στο να φτάσετε στο σημείο ισορροπίας;»

Αυτά είναι τα ερωτήματα που πρέπει να θέτουμε κάθε φορά που μια εγκατάσταση ή εταιρεία ισχυρίζεται ότι η πυρηνική ενέργεια σύντηξης θα είναι διαθέσιμη και έτοιμη για χρήση σε λίγα μόνο χρόνια. Όπως το έθεσε αξέχαστα ο συνταξιούχος φυσικός πλάσματος Daniel Jassby στο δοκίμιό του του 2019, Voodoo Fusion Energy:

«Οι μόνιμοι οργανισμοί έρευνας και ανάπτυξης στον τομέα της σύντηξης, κυρίως εργαστήρια που υποστηρίζονται από την κυβέρνηση, είναι οι σιωπηλοί θεατές της παρέλασης των γυμνών αυτοκρατόρων, αμφισβητώντας μόνο περιστασιακά τους αβάσιμους ισχυρισμούς και προβλέψεις τους. Ένα χαρακτηριστικό που τα σχέδια σύντηξης βουντού μοιράζονται με τους αντιπάλους τους που παράγουν νετρόνια είναι ότι, ενώ δεν θα βάλουν ποτέ ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο, όλα τους καταναλώνουν άφθονη ενέργεια από το δίκτυο. Η αδηφάγα κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα αναπόφευκτο χαρακτηριστικό όλων των επίγειων σχεδίων σύντηξης.»

Μία από τις τρίτες προσεγγίσεις στην πυρηνική σύντηξη, η Z-pinch, λαμβάνει ένα πλάσμα υδρογόνου και το «τσιμπάει» στο κέντρο για να δημιουργήσει αντιδράσεις σύντηξης. Αν και αυτή η αντίδραση παράγει νετρόνια, είναι πολύ πιο μακριά από το σημείο ισορροπίας από οποιονδήποτε αντιδραστήρα τύπου Tokamak. One of the third-way approaches to nuclear fusion, the Z-pinch, takes a hydrogen plasma and “pinches” it in the center to generate fusion reactions. Although this reaction does produce neutrons, it’s much farther from the breakeven point than any Tokamak-type reactor. (Credit: Sandpiper at English Wikipedia)

Όλα αυτά υπογραμμίζουν το πραγματικό πρόβλημα που έχουμε δημιουργήσει για τους εαυτούς μας, ως κοινωνία, όσον αφορά τον ενεργειακό τομέα. Η τρέχουσα κύρια μέθοδος που διαθέτουμε για την παραγωγή ενέργειας σε όλο τον κόσμο παραμένει η τεχνολογία του 18ου αιώνα, η καύση ορυκτών καυσίμων, η οποία είναι εύκολα η μεγαλύτερη αιτία της αύξησης των επιπέδων CO2 στην ατμόσφαιρά μας, της οξίνισης των ωκεανών και του ταχέως και καταστροφικά μεταβαλλόμενου κλίματος. Η καλύτερη τεχνολογία που διαθέτουμε σήμερα για την αντικατάσταση αυτής της αρχαίας και γεμάτης συνέπειες τεχνολογίας, της πυρηνικής σχάσης, έχει δυσφημιστεί παγκοσμίως από πολλούς λόγω του φόβου για πυρηνικά απόβλητα, ρύπανση, πόλεμο και άλλα. Παρά την επιστημονική τεκμηρίωση υπέρ της πυρηνικής σχάσης, εξακολουθεί να παράγει μόνο ένα μικρό κλάσμα της παγκόσμιας ενέργειάς μας.

Και παρά την επιτακτική ανάγκη για βασική έρευνα στον ενεργειακό τομέα και την εξαιρετικά υποχρηματοδοτούμενη υπόσχεση της πυρηνικής σύντηξης, δεν έχει υπάρξει ούτε ένας χρόνος στην ιστορία των Ηνωμένων Πολιτειών όπου να έχουμε επενδύσει έστω και 1 δισεκατομμύριο δολάρια , έστω και προσαρμοσμένα στον πληθωρισμό, για τον στόχο της πυρηνικής σύντηξης. Εκτός αν κάνουμε μια βιώσιμη επένδυση μεγάλης κλίμακας στην πραγματική, νόμιμη τεχνολογία που έχουμε ακριβώς στα χέρια μας, θα καταδικαστούμε να μας εξαπατήσουν δύο είδη τσαρλατάνων:

1. οι καλοπροαίρετοι που καταλήγουν να ξεγελούν τους εαυτούς τους ότι μπορούν να πετύχουν εκεί που οι νόμοι της φυσικής στέκονται εμπόδιο στο δρόμο τους,
2. και τα φίδια στο γρασίδι που ξέρουν ότι σου λένε ψέματα για την υπόσχεση της τεχνολογίας τους, αλλά είναι ευτυχείς να πάρουν τα χρήματά σου ούτως ή άλλως.

Εδώ, μια δέσμη πρωτονίων εκτοξεύεται σε έναν στόχο δευτερίου στο πείραμα LUNA. Ο ρυθμός πυρηνικής σύντηξης σε διάφορες θερμοκρασίες βοήθησε στην αποκάλυψη της διατομής δευτερίου-πρωτονίου, η οποία ήταν ο πιο αβέβαιος όρος στις εξισώσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό και την κατανόηση των καθαρών αφθονιών που θα προέκυπταν στο τέλος της Πυρηνοσύνθεσης της Μεγάλης Έκρηξης. Η σύλληψη πρωτονίων είναι μια σημαντική πυρηνική διαδικασία, αλλά παίζει δεύτερο ρόλο μετά τη σύλληψη νετρονίων στη δημιουργία των βαρύτερων στοιχείων. Here, a proton beam is shot at a deuterium target in the LUNA experiment. The rate of nuclear fusion at various temperatures helped reveal the deuterium-proton cross-section, which was the most uncertain term in the equations used to compute and understand the net abundances that would arise at the end of Big Bang Nucleosynthesis. Proton capture is an important nuclear process, but plays second fiddle to neutron capture in the creation of the heaviest elements. (Credit: LUNA Experiment/Gran Sasso)

Όσον αφορά το Σύμπαν, δεν υπάρχει αντίδραση που να δίνει ζωή ή να συντηρεί περισσότερο από την πυρηνική σύντηξη. Βρίσκεται κυριολεκτικά στην καρδιά όχι μόνο κάθε αστέρα, αλλά και των αμέτρητων καφέ νάνων - δηλαδή, των αποτυχημένων αστεριών - που υφίστανται σύντηξη δευτερίου κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Όταν τα ελαφρά στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους, το νέο στοιχείο που παράγουν έχει ελαφρύτερη μάζα από τα αρχικά αντιδρώντα και αυτή η αντίδραση σύντηξης στη συνέχεια εκπέμπει ενέργεια ανάλογη με τη διαφορά μάζας: μέσω της εξίσωσης E = mc2 του Αϊνστάιν . Με βάση τις μετρήσεις της διαθεσιμότητας ενέργειας, της διαθεσιμότητας πηγών καυσίμου και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, η πυρηνική σύντηξη είναι μακράν η καλύτερη επιλογή από κάθε διαθέσιμη επιλογή για την παραγωγή ενέργειας.

Δυστυχώς, μια υποεπένδυση σε αυτήν την τεχνολογία για πάνω από 60 χρόνια μας έχει αφήσει κατάφωρα πίσω σε αυτό το σημαντικό επιστημονικό μέτωπο, και τώρα οι γύπες έχουν συγκεντρωθεί: γεμάτοι μεγάλα όνειρα και κενές υποσχέσεις, χωρίς τίποτα να δείξουν εκτός από μικρές ποσότητες σύντηξης που απέχουν πολύ από το να πλησιάσουν ακόμη και το σημείο του νεκρού σημείου. Αν υπάρχει μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που αξίζει μια επένδυση επιπέδου «φεγγαριού», αυτή είναι η πυρηνική σύντηξη. Είναι η πιο πολλά υποσχόμενη οδός για τον μετριασμό της τρέχουσας κλιματικής και ενεργειακής κρίσης. Αλλά δεν είναι η σημερινή τεχνολογία και είναι απίθανο να γίνει η αυριανή, εκτός αν αλλάξουμε δραματικά τον τρόπο με τον οποίο χρηματοδοτούμε και διεξάγουμε βασική έρευνα και ανάπτυξη εδώ στη Γη.

Πηγή: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/nuclear-fusion-explained/

 

Ίθαν Σίγκελ , Γιατί οι εξωγήινοι μπορεί να μην «μιλούν για φυσική» με τον ίδιο τρόπο που το κάνουμε εμείς. Ethan Siegel, Why aliens might not “speak physics” the same way we do

Ο φυσικός Ντάνιελ Γουάιτσον αμφισβητεί την άποψη ότι όλα τα νοήμονα είδη θα αποκαλύψουν τελικά τους ίδιους νόμους της φύσης. Συμφωνείτε; Διαφημιζόμενη ως φώτα UFO, αυτή η φωτογραφία του 2011 πάνω από το Λίβερπουλ, στην πραγματικότητα, καταγράφει μια σειρά από φώτα σε μια παράξενα αφύσικη εμφάνιση, αλλά αυτό δεν αποτελεί σε καμία περίπτωση πειστική απόδειξη για εξωγήινους. Στην πραγματικότητα, είναι απλώς μια εικόνα που κοιτάζει ψηλά τα φώτα του Πύργου Radio City υπό σκοτεινές, ομιχλώδεις συνθήκες, κάτι που δεν αποτελεί επιστημονική απόδειξη ούτε για UFO ούτε για εξωγήινους. Physicist Daniel Whiteson challenges the notion that all intelligent species would eventually uncover the same laws of nature. Do you agree? Touted as UFO lights, this 2011 photograph over Liverpool does, in fact, document a series of lights in an oddly unnatural-appearing configuration, but this is by no means compelling evidence for aliens. In fact, it's simply an image looking up at the lights of Radio City Tower under dark, foggy conditions, which does not constitute scientific evidence for either UFOs or aliens. Credit: dreese/Wikimedia Commons

Ένα από τα πιο σημαντικά γεγονότα που έχουμε ανακαλύψει για το Σύμπαν είναι το εξής: ανεξάρτητα από το πότε το κοιτάμε, κοντά ή μακριά, το παρατηρούμε και το μετράμε σύμφωνα με τους ίδιους νόμους, κανόνες και όντας φτιαγμένο από τα ίδια συστατικά που βλέπουμε εδώ στην αυλή μας. Αυτό οδηγεί την Κοπέρνικεια αρχή - την ιδέα ότι εμείς, εδώ στη Γη, δεν κατέχουμε μια ειδική, προνομιακή θέση - στην πιο γενική μορφή που μπορεί να φανταστεί κανείς. Ο Κοπέρνικος αναγνώρισε περίφημα ότι η Γη δεν ήταν μια προνομιακή τοποθεσία και ήταν απλώς ένας συνηθισμένος πλανήτης σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, όπως ο Ερμής, η Αφροδίτη, ο Άρης, ο Δίας και ο Κρόνος. Ομοίως, η κοσμική μας θέση, συμπεριλαμβανομένης της εποχής μας μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και της θέσης μας στην Τοπική Ομάδα, δεν έχουν τίποτα το «ιδιαίτερο» σε αυτήν. Είναι μια γενικά αποδεκτή αρχή και μια αρχή που συνάδει με το πλήρες σύνολο των παρατηρήσιμων στοιχείων.

Τα τελευταία εκατό χρόνια, οι άνθρωποι έχουν προχωρήσει, τόσο επιστημονικά όσο και τεχνολογικά, με τεράστια άλματα. Επιστημονικά, έχουμε ανακαλύψει τις θεμελιώδεις δυνάμεις που διέπουν το Σύμπαν, την πλήρη σειρά σωματιδίων που αποτελούν το Καθιερωμένο Μοντέλο, και έχουμε ανακατασκευάσει σχεδόν ολόκληρη την κοσμική μας ιστορία. Τεχνολογικά, μπορούμε να σπάσουμε τους δεσμούς της βαρύτητας που μας έχουν τόσο καιρό δεμένους με τη Γη, να στέλνουμε και να λαμβάνουμε σήματα σε τεράστιες διαστρικές αποστάσεις και να ελπίζουμε ότι κάποια μέρα θα στείλουμε διαστημόπλοια και, τελικά, ακόμη και ανθρώπους σε άλλους ενδεχομένως κατοικημένους κόσμους.

Αλλά αν και όταν βρούμε τον πρώτο μας νοήμονα εξωγήινο πολιτισμό, θα «μιλούσαν τους ίδιους νόμους της φυσικής» που μιλάμε εμείς; Αυτό είναι το μεγάλο ερώτημα που διερευνά ο φυσικός Ντάνιελ Γουάιτσον και ο συν-συγγραφέας του Άντι Γουόρνερ στο νέο τους βιβλίο, «Do Aliens Speak Physics? And Other Questions about Science and the Nature of Reality».

Κάποια μέρα, ίσως σύντομα, οι άνθρωποι ελπίζουν να ανακαλύψουν το πρώτο σημάδι εξωγήινης ζωής που ξεκίνησε κάπου αλλού εκτός της Γης. Αν αυτή η ζωή είναι έξυπνη, τεχνολογικά προηγμένη και διαστημική, συχνά υποθέτουμε ότι θα είχαν ανακαλύψει τους ίδιους νόμους της φυσικής που γνωρίζουμε σήμερα. Αλλά στο νέο βιβλίο, «Do Aliens Speak Physics?», αυτή η συμβατική σοφία αμφισβητείται με έναν έξυπνο, συναρπαστικό και χιουμοριστικό τρόπο. Someday, perhaps soon, humans hope to discover our first sign of alien life that began someplace other than Earth. If that life is intelligent, technologically advanced, and spacefaring, we often assume that they would have uncovered the same laws of physics that we know today. But in the new book, “Do Aliens Speak Physics?” this conventional wisdom is challenged in an intelligent, compelling, and humorous way. Credit: D. Whiteson and A. Warner, W.W. Norton and Company, 2025

Από την οπτική γωνία ενός φυσικού, μπορεί να φαίνεται ότι η επίτευξη των γνωστών μέχρι σήμερα νόμων της φυσικής — του καλύτερου και πιο επιτυχημένου πλαισίου που έχουμε βρει ποτέ για την ακριβή περιγραφή και πρόβλεψη των συμπεριφορών που παρατηρούνται στην πραγματικότητα — είναι αναπόφευκτη για κάθε εξωγήινο πολιτισμό που γίνεται τουλάχιστον τόσο προηγμένος όσο εμείς. Αλλά είναι αυτό απαραίτητα αλήθεια, ή μήπως είναι ένα ακόμη παράδειγμα της ανθρωποκεντρικής μας προκατάληψης: όπου παίρνουμε ό,τι έχουμε καταφέρει στη Γη και το θεωρούμε αναπόφευκτο για οποιοδήποτε εξίσου προηγμένο είδος που μπορεί να υπάρχει αλλού στο Σύμπαν;

Σίγουρα, οι κανόνες μπορεί να είναι οι ίδιοι παντού, καθώς το Σύμπαν χρησιμοποιεί ουσιαστικά τα ίδια θεμελιώδη συστατικά και τους ίδιους θεμελιώδεις νόμους για να σχηματίσει αστέρια, πλανήτες και οποιονδήποτε μοριακό μηχανισμό προκύπτει σε αυτούς τους κόσμους σε όλο το Σύμπαν. Αλλά δεδομένης της τεράστιας ποικιλομορφίας της ζωής που υπάρχει ήδη στη Γη, καθώς και του αμέτρητου αριθμού πιθανών εναλλακτικών αποτελεσμάτων που θα μπορούσαν να είχαν επιφυλαχθεί για τον κόσμο μας εάν μόνο ένα ή δύο τυχαία γεγονότα οδηγούσαν σε διαφορετικά αποτελέσματα, αξίζει να λάβουμε υπόψη ότι οι συνειδητοποιήσεις, οι επιφανειακές ανακαλύψεις και οι ανακαλύψεις που θεωρούμε «αναπόφευκτες» μπορεί να μην είχαν συμβεί απαραίτητα με τον ίδιο τρόπο για άλλους ευφυείς πολιτισμούς.

Είχα πρόσφατα την ευκαιρία να μιλήσω με τον Daniel Whiteson σχετικά με αυτά τα θέματα και ακολουθεί ένα απόσπασμα από δέκα ερωτήσεις και απαντήσεις από ολόκληρη τη συνέντευξή μας.

Το ραδιοτηλεσκόπιο MeerKAT, το πρώτο βήμα στην κατασκευή του διεθνούς έργου ραδιοτηλεσκοπίων Square Kilometre Array, έχει ήδη παράγει ένα πρωτοφανές σύνολο επιστημονικών εικόνων και δεδομένων που μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση του γαλαξιακού μας κέντρου. Η επιστήμη του SETI και η επιστήμη της αστρονομίας και της αστροφυσικής έχουν πολλές αλληλεπικαλύψεις καθώς επιδιώκουμε να αποκαλύψουμε όλα όσα υπάρχουν εκεί έξω στο Σύμπαν. The MeerKAT array, the first step in the construction of the Square Kilometer Array, has already produced an unprecedented set of science images and data that takes us one step closer toward understanding our galactic center. The science of SETI and the science of astronomy and astrophysics have many overlaps as we seek to uncover all that’s out there in the Universe. Credit: South African Radio Astronomy Observatory

Ίθαν Σίγκελ (IS) : Υποθέτω ότι ποτέ δεν μου είχε περάσει από το μυαλό ότι ένα νοήμον εξωγήινο είδος που είναι ικανό να γίνει τεχνολογικά προηγμένο, που είναι ικανό να πραγματοποιεί τουλάχιστον διαστρική επικοινωνία, αν όχι απευθείας διαστρικά ταξίδια, σίγουρα θα είχε τουλάχιστον ανακαλύψει τους ίδιους νόμους της φυσικής που έχουμε εδώ στην τεχνολογική μας νηπιακή ηλικία στον 21ο αιώνα. Αλλά όπως υποστηρίζετε στο βιβλίο, αυτό δεν ισχύει απαραίτητα. Μπορείτε να μας εξηγήσετε γιατί η σκέψη μου σε αυτό μπορεί να είναι η αφελής άποψη, και γιατί οι νοήμονες εξωγήινοι μπορεί να μην έχουν αναπτύξει απαραίτητα τους ίδιους κανόνες των μαθηματικών και τους ίδιους νόμους της φυσικής και να έχουν ανακαλύψει τα ίδια πράγματα που έχουμε εμείς εδώ στη Γη;

Ντάνιελ Γουάιτσον (DW) : Ναι, είναι μια εξαιρετικά διασκεδαστική ερώτηση για να εμβαθύνουμε. Και ένας λόγος που τη θεωρώ συναρπαστική είναι ότι η απάντηση που μόλις περιγράψατε είναι πολύ συναρπαστική. Είναι πολύ ελκυστική. Είναι πολύ σαγηνευτική. Υποδηλώνει ότι, όπως ο Νεύτωνας επέκτεινε την έννοια της φυσικής από τη Γη στους ουρανούς, τώρα μπορούμε να περιγράψουμε ολόκληρο το Σύμπαν. Και πιστεύουμε ότι οι ίδιοι νόμοι της φυσικής ισχύουν, ξέρετε, για ένα μήλο και για τη Σελήνη και για μακρινούς γαλαξίες. Αυτό θα μπορούσε επίσης να υποδηλώνει ότι οι κάτοικοι αυτών των γαλαξιών θα έπρεπε να βρουν τους ίδιους νόμους της φυσικής. Τώρα, αν συναντηθούμε, θα μπορούσαμε να κάνουμε μια συζήτηση για τη φυσική και την κβαντική βαρύτητα και να συνεργαστούμε σε όλα αυτά τα μυστήρια που ήταν μέρος μιας γαλαξιακής κοινότητας.

Αυτό είναι πολύ συναρπαστικό και ξέρετε ότι αυτό θέλω να ισχύει. Αλλά πρέπει πάντα να είμαστε σκεπτικοί, ειδικά με ιδέες που είναι κολακευτικές. Που μας τοποθετούν κατά κάποιο τρόπο στο κέντρο του Σύμπαντος. Έχουμε κάνει αυτό το λάθος πολλές φορές υποθέτοντας ότι υπάρχει κάτι ξεχωριστό σε εμάς ή στη Γη. Έτσι, υποθέτοντας ότι ο τρόπος που περιγράφουμε το Σύμπαν, ο τρόπος που εξηγούμε τα φαινόμενα που βλέπουμε εκεί έξω, είναι ο μόνος τρόπος για να το εξηγήσουμε, ίσως κάνουμε το ίδιο λάθος: ίσως συγχέουμε την περιγραφή μας για το Σύμπαν με το ίδιο το Σύμπαν.

Τα δεδομένα WISPR από το Parker Solar Probe, σε μονόχρωμη μορφή, ταιριάζουν σαφώς με τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας που φαίνονται από τα σημαντικά μεγαλύτερα από τα οπτικά μήκη κύματος του τροχιακού διαστημοπλοίου Magellan, τα οποία εμφανίζονται στο αντίστοιχο χρώμα. Η θέα της Αφροδίτης από το Parker Solar Probe αντιπροσωπεύει την πρώτη φορά που τα νέφη της Αφροδίτης έχουν παρατηρηθεί να χωρίζονται, αποκαλύπτοντας την επιφάνεια από κάτω. The WISPR data from the Parker Solar Probe, in monochrome, clearly matches the surface features seen by the significantly longer-than-optical wavelengths of the orbiter Magellan, shown in assigned color. The view of Venus from the Parker Solar Probe represents the first time the clouds of Venus have ever been seen parting, revealing the surface below. Credit: NASA/APL/NRL (monochrome); Magellan Team/JPL/USGS (color)

IS : Οπότε μπορώ, μπορώ να συμφωνήσω με πολλά από αυτά επιφανειακά, σίγουρα, σωστά; Όταν κοιτάζω πώς έχει αναπτυχθεί η επιστήμη εδώ στη Γη, ήμασταν φυσικά περιορισμένοι στις πρώτες μέρες της επιστήμης στο να εξετάζουμε τι μπορούσαμε να παρατηρήσουμε ή να μετρήσουμε ή να πειραματιστούμε με τις πέντε αισθήσεις μας, σωστά; Αν οι εξωγήινοι ζούσαν σε έναν πολύ θολό πλανήτη, μπορεί να μην χρησιμοποιούσαν την αστρονομία για να αποκαλύψουν ποιοι είναι οι νόμοι της βαρύτητας και μπορεί να μην έκαναν τη σύνδεση μεταξύ των πραγμάτων που συμβαίνουν στην επιφάνεια του κόσμου τους και αυτών που συμβαίνουν στους ουρανούς από πάνω τους όπως έκανε ο Νεύτωνας.

Αλλά μου αρέσει να πιστεύω ότι καθώς έχουμε γίνει πιο προηγμένοι, καθώς ουσιαστικά, ξέρετε, έχουμε ανακαλύψει τα είδη τεχνολογιών που θα μας επιτρέψουν να αφήσουμε τους δεσμούς της βαρύτητας του πλανήτη μας, που θα μας επιτρέψουν να επικοινωνούμε σε εξαιρετικά μεγάλες αποστάσεις σε όλο τον γαλαξία. Νομίζω, λοιπόν, σίγουρα οι εξωγήινοι, ακόμα κι αν το διατυπώνουν διαφορετικά, ακόμα κι αν το βλέπουν διαφορετικά, για παράδειγμα, αν χρησιμοποιούσαν τη μηχανική πινάκων του Heisenberg αντί για την εξίσωση Schrodinger, ή αν χρησιμοποιούσαν τους φορμαλισμούς της κβαντικής θεωρίας πεδίου του Tomonaga αντί για τους φορμαλισμούς της κβαντικής θεωρίας πεδίου του Feynman ή του Schwinger, σίγουρα θα έβρισκαν ακόμα τους ίδιους νόμους της φυσικής, επειδή αυτό είναι ένα από τα τεράστια πράγματα που έχουμε καταφέρει να διαπιστώσουμε, είναι ότι οι νόμοι της φυσικής που βλέπουμε εδώ και τώρα στη Γη φαίνονται στην πραγματικότητα οι ίδιοι παντού και ανά πάσα στιγμή σε όλο το Σύμπαν.

Θα είχατε κάποιο αντίλογο να προβάλετε σε αυτή την άποψη;

DW : Θεέ μου, έχω πολλά αντεπιχειρήματα; Καταλαβαίνω ότι είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τα πράγματα να λειτουργούν με διαφορετικό τρόπο ή οι εξωγήινοι να μην κάνουν επιστήμη με τον τρόπο που κάνουμε εμείς. Αλλά με τον ίδιο τρόπο, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς, ξέρετε, κάποιον να μην ξεκινάει το πρωί του με καφέ ή να μην κοιμάται σε ένα κρεβάτι με τον τρόπο που κάνω εγώ ή να οργανώνει την οικογενειακή του δομή με τρόπο που μου είναι οικείος. Και αυτές είναι πολιτισμικές επιλογές, προφανώς, σωστά; Αλλά εξακολουθεί να είναι δύσκολο για εμάς να βγούμε από αυτό το sandbox και να φανταστούμε άλλους τρόπους ζωής. Επομένως, επειδή μας είναι δύσκολο να το φανταστούμε δεν σημαίνει, φυσικά, ότι είναι αδύνατο.

Αυτό είναι το δύσκολο κομμάτι: να προσπαθήσουμε να ξεφύγουμε από αυτό το sandbox και να σκεφτούμε πραγματικά αν είναι δυνατοί και άλλοι τρόποι, αν ο δικός μας τρόπος είναι ο μόνος δυνατός ή απλώς ο τρόπος που μας βγάζει νόημα επειδή είναι αυτό με το οποίο είμαστε εξοικειωμένοι. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν με αυτό που δηλώσατε: με την αντίληψη. Αντιλαμβάνονται οι εξωγήινοι το ίδιο Σύμπαν με εμάς, και θα μπορούσε αυτό να επηρεάσει την επιστήμη τους; Ξέρετε, υπάρχουν συναρπαστικά βιολογικά ερωτήματα εδώ σχετικά με τις αισθήσεις που μπορεί να εξελίξουν οι εξωγήινοι. Θα έβλεπαν το ίδιο ορατό φάσμα με εμάς; Θα ανέπτυσσαν αισθήσεις για μαγνητικά πεδία ή ηλεκτρικά πεδία; Αυτά είναι πραγματικά διασκεδαστικά βιολογικά ερωτήματα που εξαρτώνται από τις λεπτομέρειες του περιβάλλοντός τους. Και ακόμη και εδώ στη Γη, μπορείτε ήδη να δείτε ένα απίστευτο φάσμα διαφορετικών ειδών αισθήσεων που αναπτύσσουν τα ζώα στη Γη.

Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν περισσότερες αισθήσεις εκεί έξω από ό,τι έχουμε εμείς οι άνθρωποι. Και γνωρίζουμε επίσης πιο ουσιαστικά ότι υπάρχει μεγάλο μέρος του Σύμπαντος που δεν αισθανόμαστε, σωστά; Νετρίνα με τα οποία δεν μπορούμε να αλληλεπιδράσουμε. Η σκοτεινή ύλη είναι το μεγαλύτερο μέρος της ουσίας στο Σύμπαν και δεν έχουμε αισθήσεις που να μας επιτρέπουν να αλληλεπιδράσουμε με αυτήν. Είναι εντελώς μη διαθέσιμη στο αισθητήριό μας σώμα.

Ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων είναι ταξινομημένος ως έχει (σε ​​περιόδους που μοιάζουν με γραμμές και σε ομάδες που μοιάζουν με στήλες) λόγω του αριθμού των ελεύθερων/κατειλημμένων ηλεκτρονίων σθένους, ο οποίος είναι ο νούμερο ένα παράγοντας στον προσδιορισμό των χημικών ιδιοτήτων κάθε ατόμου. Τα άτομα μπορούν να συνδεθούν για να σχηματίσουν μόρια σε τεράστιες ποικιλίες, αλλά η ηλεκτρονική δομή του καθενός είναι αυτή που καθορίζει κυρίως ποιες διαμορφώσεις είναι πιθανές, πιθανές και ενεργειακά ευνοϊκές. The periodic table of the elements is sorted as it is (in row-like periods and column-like groups) because of the number of free/occupied valence electrons, which is the number one factor in determining each atom’s chemical properties. Atoms can link up to form molecules in tremendous varieties, but it’s the electron structure of each one that primarily determines what configurations are possible, likely, and energetically favorable. Credit: Adobe Stock

IS : Δυσκολεύομαι ακόμα να πιστέψω ότι δεν θα είχαν διερευνήσει τις ίδιες ιδιότητες της φύσης, ότι δεν θα είχαν βρει, για παράδειγμα, ότι υπάρχουν άτομα διαφορετικών ειδών και μπορούν να ταξινομηθούν σε ένα είδος περιοδικού πίνακα, ακόμα κι αν σχεδιάζουν τον πίνακά τους διαφορετικά, ότι τα στοιχεία στις ίδιες στήλες έχουν παρόμοιες ιδιότητες. Δυσκολεύομαι να πιστέψω ότι δεν θα είχαν προχωρήσει παραπέρα και δεν θα είχαν αποκαλύψει τι υπάρχει μέσα στο άτομο και δεν θα είχαν αναπτύξει την πυρηνική και σωματιδιακή φυσική. Δυσκολεύομαι να πιστέψω ότι δεν θα είχαν βρει τους ίδιους νόμους δύναμης που διέπουν το Σύμπαν, ακόμα κι αν δεν είχαν την έννοια της δύναμης και απλώς μιλούσαν γι' αυτήν ως παράγωγο ενός δυναμικού ή ως την ώθηση που παρέχεται από ένα πεδίο ή, ή κάποιον άλλο ισοδύναμο φορμαλισμό.

DW : Μπορεί να ισχυριστείτε, «Εντάξει Ντάνιελ, δεν χρησιμοποιούμε πλέον μόνο τις ακατέργαστες αισθήσεις μας. Χρησιμοποιούμε τεχνολογικά μάτια, μπορούμε να δούμε στο υπέρυθρο, έχουμε υπεριώδη διαστημικά τηλεσκόπια, έχουμε ανιχνεύσει σκοτεινή ύλη, ουσιαστικά έχουμε επεκτείνει την ικανότητά μας να αλληλεπιδρούμε με το Σύμπαν μέσω της τεχνολογίας». Πράγμα που είναι αλήθεια. Αλλά αυτό που αναρωτιέμαι είναι αν αυτό που πραγματικά επεκτείναμε είναι ο τρόπος μας να αντιλαμβανόμαστε το Σύμπαν, επειδή στο μυαλό σας οι αισθήσεις σας χτίζουν ένα μοντέλο του Σύμπαντος.

Κοιτάξτε, για παράδειγμα, το δωμάτιο στο οποίο βρίσκεστε αυτή τη στιγμή. Η όρασή σας, ο ήχος σας και όλες οι αισθήσεις σας έχουν συνθέσει στο κεφάλι σας ένα μοντέλο για το τι συμβαίνει γύρω σας. Ξέρετε ότι αυτό λείπει. Ξέρετε ότι, για παράδειγμα, δεν περιγράφετε τη σκοτεινή ύλη ή τα νετρίνα ή το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που υπάρχει γύρω σας. Το μοντέλο που έχετε κατασκευάσει είναι περιορισμένο. Και αποδεικνύεται ότι κάθε φορά που σκέφτομαι ότι αυτό επηρεάζει έντονα και τον τρόπο με τον οποίο χτίζουμε ένα μοντέλο φυσικής, επειδή κάθε φορά που αναπτύσσουμε ένα από αυτά τα τεχνολογικά μάτια, καταλήγουμε να μεταφράζουμε την έξοδο του πίσω στο εγγενές αισθητήριο σώμα μας.

Όταν κοιτάτε εικόνες από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb, για παράδειγμα, δεν τις βλέπετε στο ακατέργαστο υπέρυθρο. Θα σας φαίνονταν απλώς μαύρες. Το χρώμα τους μεταβάλλεται. Όταν ακούμε για βαρυτικά κύματα, μας τα αντιλαμβάνονται ως ήχο επειδή [έτσι] μπορούμε να τα βιώσουμε. Έτσι, πιστεύω ότι υπάρχει ένας τρόπος με τον οποίο εκφράζουμε την κατανόησή μας για το Σύμπαν, ο οποίος ορίζεται θεμελιωδώς ή επηρεάζεται από τις αισθήσεις στις οποίες εξελιχθήκαμε εγγενώς, επειδή τείνουμε να μεταφράζουμε τα πάντα πίσω σε αυτήν τη γλώσσα. Η Φυσική ασχολείται με την εξήγηση του άγνωστου με όρους του οικείου.

Προσπαθούμε να εκφράσουμε «τι είναι ένα φωτόνιο;» Το περιγράφουμε με όρους όπως κύματα και σωματίδια και τέτοια πράγματα. Κανένα από αυτά τα πράγματα δεν είναι απολύτως κατάλληλο, επειδή ένα φωτόνιο δεν έχει ακριβές διαισθητικό ανάλογο. Όλα αυτά σημαίνουν ότι πιστεύω ότι οι αισθήσεις μας μπορεί να είναι διαφορετικές από των εξωγήινων, και αυτές οι αισθήσεις μπορούν πραγματικά να επηρεάσουν τον τρόπο που σκεφτόμαστε το φυσικό Σύμπαν και τον τρόπο που το εξηγούμε. Όχι μόνο το μοντέλο που φτιάχνετε στο κεφάλι σας στο δωμάτιό σας, αλλά και το φυσικό μοντέλο που χτίζουμε για το Σύμπαν. Και έτσι νομίζω ότι αυτό είναι ένα σημείο εκκίνησης για να αναρωτηθούμε αν η βιολογική μας ιστορία, η εξελικτική μας πορεία προς αυτό το σύνολο αισθήσεων έχει επηρεάσει με κάποιο τρόπο τον τρόπο που περιγράφουμε το Σύμπαν.

Αν κάθε φορά που λαμβανόταν μια κβαντική απόφαση, το χρονοδιάγραμμά μας χωριζόταν ώστε να επιτρέπει δύο (και μόνο δύο) πιθανά αποτελέσματα, τότε ο αριθμός των συνολικών πιθανοτήτων θα αυξανόταν απίστευτα γρήγορα, ανάλογα με το ποιοι συνδυασμοί αποτελεσμάτων και ποια σειρά αλληλεπιδράσεων επιτρέπονται. Αυτές οι πιθανότητες δεν μπορούν να χωρέσουν όλες στο φυσικό, παρατηρήσιμο Σύμπαν μας, αλλά η μαθηματική δομή που είναι γνωστή ως χώρος Hilbert, η οποία αξιοποιείται στους κβαντομηχανικούς υπολογισμούς, μπορεί να τις περιέχει όλες. If each time a quantum decision were made, our timeline split to allow for two (and only two) possible outcomes, then the number of overall possibilities would increase incredibly rapidly, depending on which combinations of outcomes and what order-of-interactions are allowed. These possibilities cannot all fit within our physical, observable Universe, but the mathematical structure known as a Hilbert space, leveraged in quantum mechanical calculations, can contain them all. Credit: E. Siegel/public domain

ΙS : Συμφωνώ με πολλά από αυτά: ότι οι αισθήσεις μας όντως επηρεάζουν όχι μόνο το πώς κατανοούμε τα άλλα φαινόμενα στον κόσμο, αλλά και το πώς λειτουργεί η διαίσθησή μας. Και νιώθω ότι αυτό είναι ταυτόχρονα ευλογία και κατάρα για εμάς. Θα σας πω κάτι που πιθανότατα δεν θα αρέσει πολύ στο κοινό μου: Το βρίσκω απλά θανάσιμα βαρετό όταν οι άνθρωποι διαφωνούν για ερμηνείες της κβαντομηχανικής, ότι οι άνθρωποι διαφωνούν ποια ερμηνεία είναι η καλύτερη. Μπαίνοντας σε αυτό το κβαντικό βασίλειο, έχουμε επιτέλους συναντήσει κάτι που είναι ξένο προς τη διαίσθησή μας, κι όμως μπορούμε να γράψουμε τους κανόνες στους οποίους υπακούει και μπορούμε να υπολογίσουμε όλα όσα είναι υπολογίσιμα για αυτό το σύστημα και ποια θα είναι η κατανομή πιθανοτήτων των αποτελεσμάτων αυτού του συστήματος υπό μια τεράστια ποικιλία πειραματικών συνθηκών.

Κι όμως, αυτό δεν μας αρκεί. Έχουμε την ιδέα ότι οι άνθρωποι πρέπει με κάποιο τρόπο να το κατανοήσουν, σαν να μην το περιγράφουμε φυσικά ακριβώς όπως το κατανοούμε. Έχουμε την ανάγκη να το εντάξουμε σε ένα πιο διαισθητικό πλαίσιο. Και ειλικρινά, νομίζω ότι εκεί κάνουμε λάθος. Θα έλεγα ότι θα είχε νόημα αυτό που οι εξωγήινοι θα θεωρούσαν φυσική να είναι αυτό που ένας μαθηματικός θα ονόμαζε «ισομορφικό» ή «ολομορφικό» με βάση τη δική μας ερμηνεία της φυσικής: τη δική μας άποψη για το πώς λειτουργεί. Ίσως έχουν διαφορετικούς τρόπους να το περιγράψουν, ίσως έχουν διαφορετικούς όρους που χρησιμοποιούν και ίσως έχουν διαφορετικά παρατηρήσιμα μεγέθη που μετρούν. Αλλά στο τέλος, θα είναι ένας ισοδύναμος υποκείμενος νόμος.

DW : Λοιπόν, ξέρετε, τα προσωπικά μου συναισθήματα είναι ότι δεν ξέρουμε, φυσικά, δεν μπορούμε να ξέρουμε, και είμαι ενθουσιασμένος που θα συναντήσω τους εξωγήινους και θα το ανακαλύψω πραγματικά. Νομίζω ότι ο ρόλος μου εδώ σήμερα είναι να υποστηρίξω την άλλη πλευρά αυτού και να προτείνω ότι υπάρχει ένα ευρύτερο φάσμα πιθανοτήτων από ό,τι αρχικά φανταζόμασταν. Θα είχαν αναπτύξει οι εξωγήινοι μια εναλλακτική θεωρία; Και συμφωνώ μαζί σας ότι πολλά από τα ερωτήματα με τα οποία παλεύουν οι άνθρωποι, όπως για την κβαντομηχανική, αυτά είναι οι φιλοσοφικές επιπτώσεις της φυσικής, και δεν χρειάζεται να μιλήσετε γι' αυτό αν θέλετε απλώς να ασχοληθείτε με τη φυσική. Αν το μόνο που πρόκειται να κάνετε είναι να κάνετε τους υπολογισμούς και να προβλέψετε τα πειράματα που δεν σας ενδιαφέρουν πραγματικά, όπως «τι είναι πραγματικό» και «τι σημαίνει, φίλε;»

Αλλά νομίζω ότι αυτό αγνοεί τι σημαίνει φυσική για μερικούς ανθρώπους. Για μερικούς ανθρώπους, ναι, είναι απλώς ας προβλέψουμε το αποτέλεσμα του επόμενου γύρου πειραμάτων στο CERN ή στο διάστημα. Αλλά για πολλούς ανθρώπους, η φυσική υπάρχει για να απαντήσει σε αυτά τα ερωτήματα, για να μας πει πώς λειτουργεί το Σύμπαν, ποια είναι η ιστορία, τι συμβαίνει πίσω από τα παρασκήνια. Και νομίζω ότι στο τέλος, αυτό είναι στην πραγματικότητα λίγο αναπόφευκτο. Ακόμα κι αν θέλετε απλώς να πάρετε τα μαθηματικά και να τα χρησιμοποιήσετε για να υπολογίσετε, ότι τα μαθηματικά και αυτή η θεωρία κάνουν πάντα κάτι, μας λένε πάντα κάτι για τις αόρατες πτυχές του Σύμπαντος. Οι μηχανισμοί συμβαίνουν πίσω από την κουρτίνα.

Πάρτε για παράδειγμα τη γενική σχετικότητα: υπάρχει η αντίληψη ότι ο χώρος έχει μια μετρική και αυτή την αόρατη καμπυλότητα, η οποία είναι ο λόγος για τον οποίο τα πράγματα κινούνται. Και αυτό περιγράφει την πραγματικότητα πολύ, πολύ καλά, αλλά είναι ένα είδος αόρατου μηχανισμού που έχουμε προσθέσει στο Σύμπαν και τον οποίο χρησιμοποιούμε για να κάνουμε αυτούς τους υπολογισμούς. Έτσι, όταν ρωτάτε, θα μπορούσαν οι εξωγήινοι να έχουν μια άλλη θεωρία φυσικής και πρέπει να είναι εντελώς ισόμορφη με τη δική μας; Δεν υπάρχει γνωστή απάντηση σε αυτό το ερώτημα. Και οι φιλόσοφοι της φυσικής διαφωνούν γι' αυτό ατελείωτα.

Είναι δυνατόν να έχουμε μια άλλη θεωρία φυσικής που δεν είναι ισόμορφη: η οποία δεν αντιστοιχίζεται απλώς απευθείας όπως από τα πεδία στα «Σμιέλντ»; Ίσως έχουν ένα εντελώς διαφορετικό σύνολο εννοιών. Είναι δυνατόν να γίνει αυτό; Λοιπόν, κατ' αρχήν, θα έπρεπε να είναι. Δηλαδή, οποιοδήποτε σύνολο δεδομένων έχετε, αν μετρήσετε την τροχιά μιας μπάλας που πετάει στον αέρα, μπορείτε πάντα να το εξηγήσετε με μία καμπύλη. Και υπάρχει πάντα ένα άπειρο σύνολο άλλων καμπυλών που θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε για να περιγράψετε τα ίδια δεδομένα. Επειδή δεν έχετε άπειρα δεδομένα για το πού πήγε η μπάλα, θα μπορούσατε να προσαρμόσετε πολλές διαφορετικές καμπύλες σε αυτήν. Και ακόμα κι αν είχατε άπειρα δεδομένα, θα υπήρχαν πάντα κενά σε αυτές τις μετρήσεις δεδομένων. Είναι πάντα κάτι που δεν γνωρίζετε. Έτσι, κατ' αρχήν, υπάρχει πάντα μια εναλλακτική υπόθεση που θα μπορούσε να εξηγήσει τα δεδομένα.

Είναι η βαρύτητα μια δύναμη; Είναι απλώς η καμπυλότητα του χώρου; Επομένως, νομίζω ότι είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς εξωγήινους να επινοούν ένα πολύ ακριβές σύνολο μηχανισμών που μπορούν να προβλέψουν το αποτέλεσμα των πειραμάτων στο CERN και των κβαντικών πειραμάτων και της γενικής σχετικότητας έως και 17 ψηφία χωρίς να χρησιμοποιούν τον ίδιο μηχανισμό ή μηχανισμούς που θα μπορούσαμε να αντιστοιχίσουμε με τους δικούς μας. Αυτό δεν σημαίνει ότι είναι αδύνατο. Για μένα αυτό είναι συναρπαστικό γιατί μας λέει κάτι για τη φύση της αλήθειας. Όπως τι συμβαίνει αν εμφανιστούν εξωγήινοι και έχουν μια εντελώς διαφορετική θεωρία που δεν μπορεί να αντιστοιχιστεί με τη δική μας και όμως είναι εξίσου αποτελεσματική; Αυτό θα ήταν εκπληκτικό. Θα μας έλεγε ότι η περιγραφή μας για το Σύμπαν είναι απλώς μια περιγραφή, όχι η περιγραφή. Είναι δύσκολο να το φανταστεί κανείς, και προσωπικά είμαι επιφυλακτικός ότι ισχύει, αλλά δεν έχουμε κανένα ισχυρό επιχείρημα, καμία απόδειξη ότι υπάρχει μια μοναδική περιγραφή του Σύμπαντος.

Αντί για ένα άδειο, κενό, τρισδιάστατο πλέγμα, η τοποθέτηση μιας μάζας προκαλεί αυτό που θα ήταν «ευθείες» γραμμές να καμπυλωθούν κατά ένα συγκεκριμένο ποσό. Στη γενική σχετικότητα, ο χώρος και ο χρόνος είναι συνεχείς, με όλες τις μορφές ενέργειας να συμβάλλουν στην καμπυλότητα του χωροχρόνου. Ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκεστε από μια σημειακή μάζα, η καμπυλότητα του χώρου δεν φτάνει ποτέ στο μηδέν, αλλά παραμένει πάντα σε μια μη μηδενική τιμή, ακόμη και σε άπειρη εμβέλεια. Instead of an empty, blank, three-dimensional grid, putting a mass down causes what would have been ‘straight’ lines to instead become curved by a specific amount. In general relativity, space and time are continuous, with all forms of energy contributing to spacetime’s curvature. No matter how far away you get from a point mass, the curvature of space never reaches zero, but always remains at a non-zero value, even at infinite range. Credit: Christopher Vitale of Networkologies and the Pratt Institute

IS : Μπορώ να φανταστώ εξωγήινους εκεί έξω που έχουν έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο να βλέπουν τον κόσμο, να τον αντιλαμβάνονται, να αλληλεπιδρούν με τον κόσμο, και ίσως ένα διαφορετικό σύνολο μαθηματικών μηχανισμών που είναι είτε πιο περιοριστικοί είτε λιγότερο περιοριστικοί από τους δικούς μας. Για παράδειγμα, αν εργαζόμαστε στη φυσική, λέμε ότι το άθροισμα όλων των πιθανοτήτων κάθε πιθανού αποτελέσματος πρέπει να αθροίζεται στο 100%. Αλλά αν οι εξωγήινοι δεν είχαν αυτή την έννοια της πιθανότητας, ή αν οι εξωγήινοι είχαν μια πιο περιοριστική έννοια της πιθανότητας, ίσως να είχαν καταλήξει με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο να διατυπώνουν, ξέρετε, τα σύνολα αποτελεσμάτων τους.

Ίσως αν οι εξωγήινοι δεν είχαν αναπτύξει μιγαδικούς αριθμούς ή τα τεταρτημόρια ή τα οκτονιόνια, θα έλεγαν, λοιπόν, δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτούς τους μιγαδικούς αριθμούς στους υπολογισμούς σας, αλλά εμείς εξάγουμε το πραγματικό μέρος από αυτό και έχουμε έναν τύπο για να το χρησιμοποιήσουμε με όρους ταλαντώσεων που χρησιμοποιούμε αντ' αυτού. Και έτσι το επινοούμε. Ίσως δεν έχουν πεδία και ίσως δεν έχουν δυναμικά, αλλά δυσκολεύομαι πολύ να πιστέψω ότι δεν θα είχαν κάτι που θα έδινε μια εξαιρετικά κοντινή προσέγγιση σε αυτό που μοιάζει η στενή μας προσέγγιση της πραγματικότητας.

Επειδή αυτό ακριβώς είναι η φυσική στην καρδιά της, δεν λέει «αυτή είναι η πραγματικότητα». Λέει ότι αυτό είναι το καλύτερο μοντέλο πραγματικότητας που έχουμε βρει για την ερμηνεία ολόκληρης της σειράς δεδομένων. Και θα υποστήριζα ότι εκτός αν οι νοήμονες εξωγήινοι κάνουν και κάποια εκδοχή αυτού, τότε δεν θα κάνουν επιστήμη και επίσης δεν θα είναι σε θέση να φτάσουν στο επίπεδο τεχνολογικής προόδου που αποδίδουμε σε έναν εξωγήινο πολιτισμό που θα ήταν ικανός είτε να μας φτάσει μέσω ενός διαστρικού ταξιδιού είτε να επικοινωνήσει μαζί μας μέσω διαστρικής επικοινωνίας.

DW : Λοιπόν, νομίζω, Ίθαν, ότι πιθανότατα είσαι πολύ ασυνήθιστος μεταξύ των φυσικών. Νομίζω ότι η συντριπτική πλειοψηφία των φυσικών δεν νιώθει άνετα να λέει ότι η φυσική είναι απλώς το μοντέλο και δεν έχουμε ιδέα τι είναι η πραγματικότητα. Αυτό είναι πολύ αγνωστικιστικό σχετικά με τη φύση των απαντήσεων στις ερωτήσεις που νομίζω ότι έχουν πολλοί άνθρωποι. Για παράδειγμα, αν περπατήσω στο CERN και ρωτήσω τους ανθρώπους: «Ε, είναι το μποζόνιο Χιγκς πραγματικό ή είναι απλώς μέρος του μοντέλου μας για να περιγράψει τα πειράματά μας;» Θα με κοιτάξουν σαν, ξέρεις, μήπως ήπιες κακό καφέ ή κάτι τέτοιο, πρέπει να ξανακοιμηθείς για το jet lag σου; Φυσικά και το μποζόνιο Χιγκς είναι πραγματικό. Κέρδισαν βραβείο Νόμπελ για την πρόβλεψή του και μετά το ανακαλύψαμε. Επειδή νομίζω ότι πολλοί άνθρωποι κάνουν φυσικά αυτό το άλμα να πουν, κοίτα, η φυσική μας είναι πολύ ακριβής και επομένως περιγράφει την πραγματικότητα. Δεν είναι απλώς ένα πολύ αποτελεσματικό μοντέλο.

Νομίζω ότι υπάρχει μια σημαντική διάκριση για πολλούς ανθρώπους. Και αυτό ακριβώς θέτει το ερώτημα. Ασχολούνται οι εξωγήινοι με τη φυσική όπως εμείς, δηλαδή ρωτάμε για την καθολικότητα της δικής μας φυσικής; Είναι απλώς ένα μοντέλο και είναι το μόνο δυνατό μοντέλο; Θέλω να επανέλθω σε αυτό το ερώτημα, πρέπει αυτοί οι καρχαρίες να ασχολούνται με την επιστήμη για να επικοινωνήσουν μαζί μας; Και πρέπει να χρησιμοποιούμε τα μαθηματικά ως βάση της γλώσσας μας;

Πρέπει να έχουμε αναπτύξει την επιστήμη με τον ίδιο τρόπο; Ας υποθέσουμε ότι οι εξωγήινοι ασχολούνται με την επιστήμη, χρησιμοποιούν μαθηματικά, βλέπουν τον κόσμο με τον ίδιο τρόπο που τον βλέπουμε εμείς, ενδιαφέρονται για τα ίδια πράγματα με εμάς, κάνουν τις ίδιες ερωτήσεις και θα δεχόντουσαν το ίδιο είδος απαντήσεων. Ακόμα και στην καλύτερη περίπτωση, όσον αφορά την επιστημονική επικάλυψη ανθρώπου/εξωγήινου, μπορεί να μην έχουμε πολλά κοινά, ανάλογα με τη σειρά με την οποία αναπτύσσεται η επιστήμη.

Είσαι από τους ανθρώπους που έχουν παίξει Civilization ή SimCity ή οτιδήποτε άλλο, υπάρχει αυτό το φυσικό ένστικτο να πιστεύουν ότι ο τρόπος με τον οποίο έχουμε αναπτύξει την κατανόησή μας για το Σύμπαν είναι ο μόνος τρόπος: ότι είναι κάπως γραμμικό. Ανακαλύπτεις αυτό, μετά ανακαλύπτεις εκείνο, μετά παίρνεις πυρίτιδα, τελεία, τελεία, διαστημόπλοια. Αλλά, ξέρεις, η ιστορία μας δείχνει ότι υπάρχει πολλή τυχαιότητα και αταξία. Στην πραγματικότητα, όπως λες, πολλοί από τους λόγους που καταλαβαίνουμε πράγματα είναι επειδή οι μαθηματικοί ανέπτυξαν τα εργαλεία που χρειαζόμασταν, όχι επειδή τους ένοιαζε. Απλώς ασχολούνταν με τους αριθμούς ή τα μοτίβα. Για παράδειγμα, όλες οι εξελίξεις στη γεωμετρία στα τέλη του 1800, αυτοί οι άνθρωποι δεν νοιάζονταν για τη βαρύτητα. Ενδιαφέρονταν απλώς για τις επιφάνειες και τη γεωμετρία και σκεφτόντουσαν αυτά τα πράγματα. Και τότε ο Αϊνστάιν ήταν κάπως, Ε, αυτό είναι ακριβώς το εργαλείο που χρειάζομαι για να λύσω αυτό το πρόβλημα. Και υπάρχουν πολλά άλλα παραδείγματα.

Ουσιαστικά, τα ερωτήματα που θέτουμε, η πορεία που ακολουθούμε για την κατανόηση του Σύμπαντος δεν είναι η μόνη. Ακόμα και σε ένα σενάριο όπου έχουμε ουσιαστικά πλήρη, τέλεια βιολογική και φιλοσοφική επικάλυψη με τους εξωγήινους, νομίζω ότι θα εκπλαγούμε όταν διαπιστώσουμε πόσο διαφορετική ήταν η πορεία τους.

Μια διατομή του θόλου Wealden, στη νότια Αγγλία, η οποία απαιτούσε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μόνο και μόνο για να εξηγήσει τα χαρακτηριστικά διάβρωσης που παρατηρήθηκαν, με απολιθώματα προηγούμενης ζωής να βρίσκονται στα διαφορετικά στρώματα. Τα κοιτάσματα κιμωλίας εκατέρωθεν, που απουσιάζουν στο κέντρο, παρέχουν στοιχεία για ένα απίστευτα μακρύ γεωλογικό χρονικό διάστημα που απαιτείται για την παραγωγή αυτής της δομής: μεγαλύτερο από ό,τι θα μπορούσε να παράσχει οποιαδήποτε σύγχρονη εξήγηση για την ενέργεια του Ήλιου στα τέλη του 19ου αιώνα. Αυτό σημειώθηκε από κανέναν άλλον εκτός από τον Κάρολο Δαρβίνο στα μέσα του 1800 και θα παρουσίαζε ένα αίνιγμα που δεν θα λυόταν μέχρι να γίνει κατανοητή η διαδικασία που τροφοδοτεί τον Ήλιο, η πυρηνική σύντηξη. A cross-section of the Wealden Dome, in the south of England, which required hundreds of millions of years just to explain the erosion features observed, with fossils of past life found in the different layers. The chalk deposits on either side, absent in the center, provide evidence for an incredibly long geological timescale required to produce this structure: longer than any contemporary explanation for the Sun’s energy could have provided in the late 19th century. This was noted by none other than Charles Darwin in the mid-1800s, and would present a puzzle that would not be resolved until the process powering the Sun, nuclear fusion, became understood. Credit: ClemRutter/Wikimedia Commons

IS : Συμφωνώ με αυτό. Νομίζω ότι είναι πολύ πιθανό, στην πραγματικότητα. Νομίζω ότι η σειρά με την οποία ανακαλύψαμε πράγματα εδώ στη Γη είναι πιθανώς μοναδική για εμάς, εδώ, στη Γη. Για παράδειγμα, όταν ανακαλύψαμε για πρώτη φορά, γεωλογικά, ποια ήταν η ηλικία της Γης, αντιμετωπίσαμε αυτό το πρόβλημα: δεν καταλαβαίναμε ακόμα πώς λειτουργούσαν τα αστέρια και πώς λειτουργούσε το Σύμπαν. Έτσι, καταλήξαμε στο άβολο συμπέρασμα, πριν από περίπου 130 χρόνια, ότι η Γη ήταν περίπου διπλάσια από την ηλικία του Σύμπαντος. Αυτό προφανώς ήταν ένα ελάττωμα στην κατανόησή μας: της ηλικίας του Σύμπαντος. Αλλά ίσως, για έναν εξωγήινο, θα ήταν πολύ πιο εύκολο να προσδιορίσει την ηλικία του Σύμπαντος παρά να προσδιορίσει την ηλικία του πλανήτη του με βάση τη σειρά που ανακάλυψε τα πράγματα. Επομένως, είναι πολύ πιθανό τα πράγματα να είχαν εξελιχθεί πολύ διαφορετικά.

Αλλά θα σας ανταπέδιδα, αν ήθελα να υποστηρίξω την άλλη πλευρά, ότι όταν αντιμετωπίζουμε παράδοξα όπου ανακαλύπτουμε κάτι και αυτό έρχεται σε αντίθεση με μια διαφορετική ανακάλυψη που είχαμε κάνει προηγουμένως, τότε το βλέπουμε αυτό ως μια ευκαιρία να προωθήσουμε την κατανόησή μας. Επειδή και τα δύο αυτά πράγματα δεν μπορούν να ισχύουν ταυτόχρονα. Η Γη δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 4 δισεκατομμυρίων ετών αν το Σύμπαν είναι νεότερο από 2 δισεκατομμύρια χρόνια. Ήταν αυτό το είδος έντασης που μας οδήγησε στην αποκάλυψη του πώς λειτουργούν στην πραγματικότητα τα αστέρια, από πού αντλούν την ενέργειά τους: στην επιστήμη της πυρηνικής φυσικής. Πιστεύω λοιπόν ότι όσον αφορά τη σειρά των λειτουργιών ή τη σειρά ανακάλυψης, τα πράγματα είναι σχεδόν εγγυημένα διαφορετικά αλλού. Αλλά όσον αφορά τους νόμους με τους οποίους καταλήγετε ή τους ισοδύναμούς τους, δυσκολεύομαι πολύ να πιστέψω ότι οι εξωγήινοι δεν θα είχαν φτάσει στο ίδιο επίπεδο πολυπλοκότητας που έχουμε φτάσει εμείς. Φαίνεται ότι όταν ανακαλύπτεις κάτι για το Σύμπαν που σε εκπλήσσει, είσαι υποχρεωμένος να το ερευνήσεις.

DW : Λοιπόν, ξέρετε, πρέπει οι εξωγήινοι να είναι περίεργοι; Περιγράψατε την επιστήμη ως κάτι που υποκινείται από την ανθρώπινη περιέργεια. Και συμφωνώ απόλυτα μαζί σας. Και νομίζω ότι κάτι που πολλοί άνθρωποι δεν εκτιμούν είναι το πόσο προσωπικό, υποκειμενικό συναίσθημα υπάρχει σε ποια ερωτήματα επιλέγουμε να διερευνήσουμε. Γιατί είμαι φυσικός σωματιδίων; Επειδή για μένα, το βαθύτερο ερώτημα στο Σύμπαν, το πιο ενδιαφέρον, αυτό που αποφάσισα να περάσω τη ζωή μου ερευνώντας είναι το ερώτημα ποια είναι τα θεμελιώδη μέρη του Σύμπαντος;

Αυτό θα ρωτούσα έναν μάντη αν μπορούσα να του μιλήσω. Άλλοι άνθρωποι θέλουν να τριγυρνούν στο τροπικό δάσος, να βρέχουν τις κάλτσες τους και να μελετούν πώς οι αράχνες αιωρούνται μέσα στα δέντρα, και να τους δίνουν ακόμη μεγαλύτερη δύναμη. Χαίρομαι πολύ που έχουμε μια ποικιλομορφία στην περιέργεια στην επιστήμη, αλλά αυτό είναι προσωπικό. Είναι υποκειμενικό. Είναι ότι οι άνθρωποι πηγαίνουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις επειδή είναι περίεργοι για αυτά τα πράγματα και ότι η περιέργεια είναι ανθρώπινη, αλλά δεν ξέρουμε αν είναι αποκλειστικά ανθρώπινη. Θα έπρεπε οι εξωγήινοι να είναι περίεργοι για το Σύμπαν με τον ίδιο τρόπο;

Δεν υπάρχει μαθηματική απόδειξη γι' αυτό. Αυτό είναι το ερώτημα τι κοινό έχουμε με τους εξωγήινους. Θα μπορούσαμε να βρούμε εξωγήινους που είναι απλώς, ξέρετε, σωροί από λάσπη σε βράχους. Θα μπορούσαμε να βρούμε εξωγήινους που φαίνονται έξυπνοι, αλλά δεν μπορούμε πραγματικά να συνδεθούμε μαζί τους όπως δεν μπορούμε ούτε με τις φάλαινες και τα δελφίνια εδώ στη Γη. Μπορεί να βρούμε εξωγήινους που είναι πολύ τεχνολογικά καταρτισμένοι και να αναρωτιέστε: «Πρέπει αυτά τα είδη να είναι, αν είναι τεχνολογικά προηγμένα και μπορούν να επικοινωνήσουν μαζί μας ή να μας επισκεφτούν, πρέπει επίσης να έχουν ανακαλύψει τα ίδια πράγματα με εμάς;» Νομίζω ότι είναι πολύ πιθανό η περιέργεια και η ανάπτυξη ενός είδους νοητικού μοντέλου του Σύμπαντος να είναι συνηθισμένη επειδή είναι ένας τόσο ισχυρός επιταχυντής. Θέλετε να αναπτύξετε τεχνολογία και διαστημικά ταξίδια... σαν να φαίνεται δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι θα μπορούσατε να το κάνετε αποτελεσματικά χωρίς να κατανοήσετε επίσης πώς λειτουργεί το Σύμπαν. Έτσι, μπορείτε, αντί να σκοντάφτετε στα τυφλά στην τεχνολογική εξερεύνηση, μπορείτε να το σκεφτείτε.

Αυτό το διάγραμμα σε κλίμακα δείχνει τις σχετικές μάζες των κουάρκ και των λεπτονίων, με τα νετρίνα να είναι τα ελαφρύτερα σωματίδια και το κορυφαίο κουάρκ να είναι το βαρύτερο. Καμία εξήγηση, μόνο στο Καθιερωμένο Μοντέλο, δεν μπορεί να εξηγήσει αυτές τις τιμές μάζας. Γνωρίζουμε τώρα ότι τα νετρίνα δεν μπορούν να έχουν μεγαλύτερη μάζα από 0,45 eV/c² το καθένα, που σημαίνει ότι η διαφορά μεταξύ της μάζας ενός νετρίνο και της μάζας ενός ηλεκτρονίου είναι περισσότερο από τρεις φορές μεγαλύτερη από τη διαφορά μεταξύ της μάζας του ηλεκτρονίου και της μάζας του κορυφαίου κουάρκ. This to-scale diagram shows the relative masses of the quarks and leptons, with neutrinos being the lightest particles and the top quark being the heaviest. No explanation, within the Standard Model alone, can account for these mass values. We now know that neutrinos can be no more massive than 0.45 eV/c² apiece, meaning that the difference between a neutrino’s mass and an electron’s mass is more than three times as large as the difference between the electron’s mass and the top quark’s mass. Credit: Luis Álvarez-Gaumé/CERN Latin American School of HEP, 2019

IS : Δεν λέω απαραίτητα ότι όλοι γοητεύονται από τη ραδιενεργό διάσπαση με τον ίδιο τρόπο που το κάνουμε εμείς ή ότι γοητεύονται από τη φυσική που συμβαίνει μέσα στον Ήλιο. Αλλά στοιχηματίζω ότι κάποια στιγμή οι εξωγήινοι θα είχαν ανακαλύψει νετρίνα και αντινετρίνα. Στοιχηματίζω ότι κάποια στιγμή θα είχαν ανακαλύψει την παραβίαση CP στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις. Στοιχηματίζω ότι κάποια στιγμή θα είχαν ανακαλύψει τις συνθήκες Ζαχάρωφ για τη δημιουργία ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης στο Σύμπαν. Φαίνεται ότι αν κοιτάξετε το Σύμπαν σε ένα ορισμένο επίπεδο λεπτομέρειας ή γνωρίζοντας επίσης ορισμένα άλλα πράγματα για το Σύμπαν, είναι σχεδόν σίγουρο ότι θα πείτε: «Ε, βλέπω κάτι περίεργο εδώ. Βλέπω κάτι που δεν συμφωνεί με τις βασικές προβλέψεις ή υποθέσεις που θα είχα κάνει πριν από αυτό. Ας το διερευνήσω περαιτέρω».

Αυτό το πνεύμα, αυτή η περιέργεια είναι που οδηγεί στην επιστήμη και γι' αυτό μου αρέσει τόσο πολύ να υπενθυμίζω στους ανθρώπους ότι αν χάναμε όλη την επιστημονική γνώση που συλλέξαμε ποτέ εδώ στη Γη, χάναμε όλα τα δεδομένα, χάναμε όλες τις μεθόδους, χάναμε όλα τα αρχεία κάθε πειράματος, μέτρησης, παρατήρησης που έγινε ή διεξήχθη ποτέ, θα μπορούσαμε να βγούμε έξω, να παρατηρήσουμε το Σύμπαν σήμερα και να καταλήξουμε στα ίδια συμπεράσματα από την αρχή απλώς ξεκινώντας την επιστήμη από την αρχή. Μπορεί να χρειαστεί λίγος χρόνος και μπορεί να μην ακολουθήσουμε την ίδια πορεία για να φτάσουμε εκεί, αλλά τελικά θα βρούμε τους ίδιους νόμους που διέπουν την πραγματικότητα επειδή οι ίδιοι νόμοι διέπουν την πραγματικότητα παντού και ανά πάσα στιγμή. Και δεν νομίζω ότι το αντικρούετε αυτό.

DW : Νομίζω ότι αυτό είναι πραγματικά συναρπαστικό γιατί, ξέρετε, αναρωτηθείτε, αντί να μιλάτε για μιόνια και αντιμιόνια, κάντε μια μικρή σμίκρυνση και αναρωτηθείτε: «Θα ανέπτυσσαν οι εξωγήινοι τις εξισώσεις Navier-Stokes;» Ξέρετε, «Θα είχαν αναπτύξει οι εξωγήινοι την προσέγγιση του Νεύτωνα στη βαρύτητα του Αϊνστάιν;» Αυτές είναι αποτελεσματικές θεωρίες. Λειτουργούν μόνο σε ορισμένες περιπτώσεις. Δεν αποτελούν μια θεμελιώδη περιγραφή του τρόπου λειτουργίας του Σύμπαντος. Λειτουργούν σε μια συγκεκριμένη φάση του Σύμπαντος, όταν η θερμοκρασία είναι σωστή, όταν οι ταχύτητες είναι σωστές, όταν η πυκνότητα είναι σωστή. Είναι αποτελεσματικές και ισχυρές, αλλά δεν αποτελούν πραγματικότητα με κανέναν τρόπο.

Αποδεικνύεται ότι όλες οι θεωρίες μας για τη φυσική είναι έτσι. Ακόμα και η περιγραφή μας για αυτό που τώρα ονομάζουμε θεμελιώδη φυσική, των ηλεκτρονίων και των νετρίνων, αυτές είναι αποτελεσματικές θεωρίες. Δεν ξέρουμε τι συμβαίνει από κάτω. Δεν ξέρουμε αν αυτό είναι το βαθύτερο στρώμα της πραγματικότητας. Στην πραγματικότητα, υποψιαζόμαστε έντονα ότι δεν είναι, ότι αυτές είναι ηθικά ισοδύναμες με τις εξισώσεις Navier-Stokes και άλλες αποτελεσματικές θεωρίες του Σύμπαντος. Και με αυτή την έννοια, είναι έγκυρες εντός ορισμένων ορίων.

Ο τρόπος με τον οποίο η εξίσωση Navier-Stokes λειτουργεί πολύ καλά για τα ρευστά, αλλά μόλις την καταψύξετε, είναι εντελώς άσχετη. Μόλις την βράσετε στον ατμό, δεν λειτουργεί πολύ καλά. Μόνο σε ορισμένα όρια ισχύει αυτή η αποτελεσματική θεωρία. Αυτό ισχύει επίσης για όλες τις θεωρίες της φυσικής μας. Ισχύουν εντός ορισμένων ορίων. Κάνετε κάποιες υποθέσεις και στη συνέχεια μπορείτε να εξαγάγετε αποτελεσματικούς νόμους της φυσικής υποθέτοντας βάσει αυτών των υποθέσεων και αυτό περιορίζει την εφαρμογή αυτών των θεωριών. Και αυτό που δεν γνωρίζουμε είναι αν καθεμία από αυτές τις αποτελεσματικές θεωρίες της φυσικής είναι σαν ένα έμπλαστρο σε κάποια μεγαλύτερη αλήθεια ή αν είναι απλώς αποτελεσματικές περιγραφές. Δεν μπορείτε να ξεκινήσετε, για παράδειγμα, από το Καθιερωμένο Πρότυπο και να προβλέψετε τον καιρό, σωστά; Είναι εντελώς αδύνατο να κάνετε αυτά τα άλματα.

Στην πραγματικότητα, μόνο με λίγες περιπτώσεις όπως ο νόμος των ιδανικών αερίων, μπορούμε να ξεκινήσουμε από τα σωματίδια και να εξαγάγουμε κάποιο είδος αποτελεσματικής θεωρίας σε σμίκρυνση. Έτσι, μας απομένει αυτό το συνονθύλευμα εξηγήσεων του Σύμπαντος που είναι πολύ ισχυρό εντός ορίων. Αλλά δεν γνωρίζουμε αν θα μπορούσαμε τελικά να το συνδυάσουμε σε κάποια μεγαλύτερη αλήθεια ή αν αυτή η μεγαλύτερη αλήθεια υπάρχει καν ή αν το μόνο που έχουμε είναι αυτές οι αποτελεσματικές θεωρίες. Έτσι, αν αυτό που κάνουμε είναι απλώς να περιγράφουμε το Σύμπαν με αποτελεσματικές θεωρίες, τότε αυτό που θα συνοδεύει τη θεωρία εξαρτάται από το κομμάτι που εξετάζετε.

Είμαστε περίεργοι για αυτό το είδος φαινομένου; Μόνο αν οι εξωγήινοι είναι περίεργοι για τα ρευστά θα αναπτύξουν εξισώσεις Navier-Stokes. Οπότε, αν περιμένετε να εμφανιστούν εξωγήινοι και να μας μιλήσουν για τη ρευστοδυναμική, μπορεί να απογοητευτείτε πολύ. Έτσι, τα άλλα πράγματα που αναφέρατε, η παραβίαση CP, κ.λπ., υπάρχουν επίσης στο πλαίσιο των αποτελεσματικών θεωριών μας. Και αν οι εξωγήινοι έχουν ακολουθήσει μια διαφορετική προσέγγιση, διαφορετικές υποθέσεις, έχουν μεγεθύνει σε διαφορετικό επίπεδο ή έχουν επιλέξει ένα διαφορετικό κομμάτι του Σύμπαντος για να εστιάσουν, θα μπορούσαν να έχουν ένα πολύ διαφορετικό σύνολο αποτελεσματικών θεωριών που λειτουργούν επίσης για να περιγράψουν το Σύμπαν, σωστά; Αλλά θα μπορούσαν να είναι κάπως ασυνάρτητα όταν προσπαθούμε να τα συνδυάσουμε με το σύνολο της φυσικής μας.

Αυτή η ανακατασκευή των τροχιών σωματιδίων δείχνει ένα υποψήφιο συμβάν Higgs στον ανιχνευτή ATLAS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN. Σημειώστε πώς ακόμη και με τις σαφείς υπογραφές και τις εγκάρσιες τροχιές, υπάρχει μια βροχή άλλων σωματιδίων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα πρωτόνια είναι σύνθετα σωματίδια και στο γεγονός ότι δεκάδες συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου συμβαίνουν με κάθε διασταύρωση δέσμης. Σε υψηλότερες ενέργειες, καθίστανται δυνατές ανακαλύψεις που δεν εμφανίζονται σε χαμηλότερες ενέργειες. Οι σύγχρονοι ανιχνευτές σωματιδίων είναι σαν ένα κέικ στρώσεων, με την ικανότητα να παρακολουθούν τα σωματιδιακά υπολείμματα προκειμένου να ανακατασκευάσουν τι συνέβη όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο σύγκρουσης. This reconstruction of particle tracks shows a candidate Higgs event in the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at CERN. Note how even with the clear signatures and transverse tracks, there is a shower of other particles; this is due to the fact that protons are composite particles, and due to the fact that dozens of proton-proton collisions occur with every bunch crossing. At higher energies, discoveries that don’t appear at lower energies become possible. Modern particle detectors are like a layer-cake, with the ability to track the particle debris in order to reconstruct what happened as close to the collision point as possible. Credit: CERN/ATLAS Collaboration

IS : Συμφωνώ πραγματικά με όλα όσα είπατε εδώ αυτή τη φορά και θέλω να επιστρέψω σε κάτι που αναφέρατε νωρίτερα, όπου μιλήσατε για το να φανταστείτε να περνάτε από τους διαδρόμους του CERN και να ρωτάτε άλλους φυσικούς, είναι το μποζόνιο Χιγκς πραγματικό; Γιατί, ξέρετε, αυτό που θα έλεγα αν με ρωτούσατε αν είναι το μποζόνιο Χιγκς πραγματικό; Θα σας έλεγα πιθανώς ότι είναι πραγματικό. Πιθανώς δεν θα έλεγα, λοιπόν, ότι είναι η καλύτερη προσέγγισή μας για το τι είναι η πραγματικότητα. Αλλά θα έλεγα ότι είναι πραγματικό με την έννοια ότι οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο στο καθιερωμένο μοντέλο είναι πραγματικό. Αν με ρωτούσατε λεπτομερώς για αυτό, θα έλεγα: «Λοιπόν, ακούστε, ξέρω ότι αυτή είναι η καλύτερη προσέγγισή μας για την πραγματικότητα. Μέσα στο πλαίσιο που κατανοούμε αυτήν τη στιγμή την πραγματικότητα, στο βαθύτερο ή πιο θεμελιώδες επίπεδο, το μποζόνιο Χιγκς είναι ένα σωματίδιο όπως ακριβώς το φωτόνιο είναι ένα σωματίδιο ή ένα γκλουόνιο είναι ένα σωματίδιο ή ένα κουάρκ ή ένα ηλεκτρόνιο είναι ένα σωματίδιο. Αυτά είναι σωματίδια επειδή μπορούμε να μετρήσουμε ορισμένες ιδιότητες που έχουν και συμπεριφέρονται σαν σωματίδια υπό ορισμένες συνθήκες».

Αυτό που μόλις αναφέρατε τώρα είναι κάτι που συχνά επικοινωνώ στους ανθρώπους με μια ελαφρώς διαφορετική γλώσσα, είναι ότι λέω ότι κάθε φυσική θεωρία που έχουμε ποτέ επινοήσει έχει ένα καθιερωμένο εύρος εγκυρότητας. Έχει αυτό το σύνολο συνθηκών υπό τις οποίες αποτελεί ένα καλό μοντέλο πραγματικότητας. Και αν βγείτε έξω από αυτό το εύρος εγκυρότητας, ξαφνικά μπορεί να ισχύει ή όχι. Υπάρχουν πολλά πράγματα που έχουμε ως την τρέχουσα καλύτερη προσέγγισή μας της πραγματικότητας και πέρα ​​από ένα ορισμένο όριο, είτε αυτό αφορά την ενέργεια, τη θερμοκρασία, την πυκνότητα, οτιδήποτε. Δεν γνωρίζουμε αν αυτοί οι νόμοι εξακολουθούν να ισχύουν, αν αυτοί οι κανόνες εξακολουθούν να ισχύουν. Δεν γνωρίζουμε πού κατατάσσονται αυτοί οι κανόνες.

Αλλά πιστεύω επίσης ότι αν πρόκειται να εφεύρετε, ξέρετε, την πυραυλική τεχνολογία και τα διαστρικά ταξίδια, θα πρέπει να κατανοήσετε από τι αποτελείται η ύλη και πώς συνδυάζεται με τρόπους που οδηγούν στην απελευθέρωση ενέργειας: ενέργεια που θα σας επιτρέψει να προωθηθείτε σε διαστρικές αποστάσεις. Μου αρέσει να πιστεύω ότι αν θέλετε να μεταδώσετε μια εκπομπή επαρκούς ισχύος και που είναι αρκετά στοχευμένη ώστε να ξέρετε πού να στείλετε αυτό το σήμα υψηλής ισχύος για να επικοινωνήσετε αποτελεσματικά, ομοίως, θα πρέπει να έχετε κάποια βασική κατανόηση της φυσικής τουλάχιστον που να είναι ισοδύναμη με τον τρόπο που την καταλαβαίνουμε εμείς, αλλιώς δεν θα μπορούσατε να φτάσετε εκεί. Τώρα, ίσως να είστε σε θέση να επινοήσετε κάποια έξυπνη βιολογία όπου μπορούν να το κάνουν αυτό χωρίς καν να χρειάζεται να γνωρίζουν ότι το κάνουν, και τότε θα σας έλεγα: «Λοιπόν, είναι αυτό το εξωγήινο είδος καν τεχνολογικά προηγμένο ή είναι απλώς πραγματικά πολύ τυχερό με τα είδη οργάνων που τους έχει προικίσει η ιστορία της ζωής τους στον κόσμο τους;»

DW : Ναι, ήταν πολύ διασκεδαστικό και στο βιβλίο γράφω στην πραγματικότητα ένα σωρό από αυτές τις μικρές υποθετικές καταστάσεις που αντιπαραβάλλονται με άλλα γεγονότα. Έτσι, το βιβλίο δεν είναι απλώς του στυλ, «ορίστε ένα σωρό φιλοσοφικά ερωτήματα» όπως «ορίστε ένα παράδειγμα για το πώς μπορεί να είναι η πρώτη επαφή με εξωγήινους που είναι διαφορετικοί με κάποιον περίεργο τρόπο που μας είναι δύσκολο να κατανοήσουμε».

Νομίζω ότι έχεις δίκιο για το ερώτημα τι θα έλεγαν οι άνθρωποι στους διαδρόμους του CERN, επειδή νομίζω ότι οι περισσότεροι φυσικοί δεν σκέφτονται πολύ το ερώτημα «τι είναι πραγματικό» και «τι σημαίνει πραγματικό;». Γιατί τελικά, είναι ένα φιλοσοφικό ερώτημα, σωστά; Όταν ρωτάμε «είναι το μποζόνιο Χιγκς πραγματικό», ρωτάμε για τη διαφορά μεταξύ του να βρίσκεται στο μοντέλο μας και του να βρίσκεται εκεί όταν δεν το κοιτάμε. Και αυτό δεν είναι ένα επιστημονικό πείραμα που μπορείς να κάνεις. Δεν μπορείς να διεξάγεις ένα πείραμα για να μάθεις τι θα συνέβαινε αν δεν έκανες ένα πείραμα. Είναι πραγματικά ένα ζήτημα φιλοσοφίας.

Νομίζω ότι αυτή η φιλοσοφία έχει ένα κακό όνομα στη φυσική τις περισσότερες φορές. Νομίζω ότι γύρω στις γιορτές, ορισμένοι άνθρωποι πιθανότατα απορρίπτουν τη φιλοσοφία, όπως, «Τέλος πάντων, απλώς κάνουμε τους υπολογισμούς. Ποιος νοιάζεται για τα φιλοσοφικά ερωτήματα;» Κι όμως έχουν ισχυρές φιλοσοφικές απόψεις για το τι είναι το πραγματικό. Νομίζω ότι αν το εξηγήσεις αυτό στους ανθρώπους, τι εννοούμε με το «είναι εκεί που δεν κοιτάμε;» Θα πουν, «Φυσικά και είναι εκεί. Τι είσαι, τρελοί, που καπνίζεις φλούδες μπανάνας;» Νομίζω λοιπόν ότι οι επιχειρήσεις γενικά έχουν ισχυρές φιλοσοφικές απόψεις, αλλά τείνουν να υποτιμούν τη φιλοσοφία με περίεργο τρόπο. Αλλά νομίζω ότι η φιλοσοφία πραγματικά επηρεάζει αυτά τα ερωτήματα. Και μας βοηθά πραγματικά να σκεφτούμε ποιες είναι οι υποθέσεις μας.

Υπάρχει μια κατηγορία φιλοσόφων που υποστηρίζουν ότι το μόνο που έχουμε είναι συνονθύλευμα εξηγήσεων του Σύμπαντος. Ότι ανάμεσα στις κηλίδες, δεν υπάρχει μεθοδολογική εξήγηση γι' αυτό. Υπάρχει αυτό το βιβλίο της Nancy Cartwright με τίτλο "Πώς ψεύδονται οι νόμοι της Φυσικής" , το οποίο υποδηλώνει ότι δεν μπορείτε καν να ελέγξετε τι συμβαίνει ανάμεσα στις κηλίδες επειδή τα πειράματα είναι πολύ περίπλοκα. Πάρτε ένα απλό παράδειγμα. Ρίξτε μια δεκάρα έξω και, μπορείτε να την περιγράψετε; Ναι, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις εξισώσεις του Νεύτωνα για να την περιγράψετε. Εντάξει, τώρα μετατρέψτε την σε φύλλο. Μπορείτε να την περιγράψετε; Σίγουρα, μπορείτε να προσθέσετε την αντίσταση του αέρα. Η θεωρία σας πρέπει να γίνει λίγο πιο περίπλοκη, αλλά μπορείτε ακόμα να την περιγράψετε. Εντάξει, τώρα προσθέστε έναν ανεμοστρόβιλο. Έτσι, το φύλλο έχει πολύ, πολύ σύνθετες αλληλεπιδράσεις και προσθέστε 10 φύλλα και κολλήστε τα μεταξύ τους με λαστιχάκια. Και μπορώ να συνεχίσω να προσθέτω λεπτομέρειες σε αυτήν την κατάσταση μέχρι να γίνει αδύνατο για εμάς πρακτικά να κάνουμε μια πρόβλεψη για το τι θα συμβεί.

Είμαστε ήδη εκεί στην ατμόσφαιρά μας, σωστά; Μπορούμε να προβλέψουμε τον καιρό σε λίγες μέρες, αλλά όχι σε μία ή δύο εβδομάδες, οπότε το επιχείρημα της Nancy Cartwright είναι ουσιαστικά ότι υπάρχει πάντα κάποια κατάσταση όπου είμαστε ανίκανοι να προβλέψουμε τι θα συμβεί. Έτσι, ίσως υπάρχουν γωνιές του Σύμπαντος όπου, όπως λέει, αυτό που συμβαίνει, συμβαίνει κατά το ήμισυ. Και για μένα, είναι πολύ παράξενο να φανταστούμε ότι το Σύμπαν μπορεί να μην ακολουθεί κάποιους νόμους, ότι δεν υπάρχει κάποιο σύνολο κανόνων εκεί έξω που να καθορίζει τι πραγματικά συμβαίνει;

Αλλά το επιχείρημα του Cartwright ουσιαστικά είναι ότι δεν μπορούμε να το γνωρίζουμε αυτό. Αυτή είναι μια φιλοσοφική υπόθεση. Αυτή είναι μια φιλοσοφική θέση: το να πούμε ότι το Σύμπαν πρέπει να είναι λογικό, πρέπει να ακολουθεί νόμους. Μέχρι στιγμής, από την εμπειρία μας, έχει, αλλά και πάλι, δεν είμαστε εγγυημένοι. Έτσι, ένα από τα ερωτήματα αυτού του βιβλίου είναι να μας βοηθήσει να διατυπώσουμε τις υποθέσεις μας και να αναρωτηθούμε, λοιπόν, ποια από τα πράγματα που υποθέτουμε είναι ακλόνητα και ποια απλώς υποθέτουμε; Και ποια πράγματα έχουμε στην πραγματικότητα δεδομένα να υποστηρίξουμε; Και πολλοί άνθρωποι, όπως αποδεικνύεται, έχουν εξίσου έντονες απόψεις για φιλοσοφικές απόψεις με θέματα για τα οποία έχουμε δεδομένα που τις υποστηρίζουν.

Είναι δυνατό να γράψουμε μια ποικιλία εξισώσεων, όπως οι εξισώσεις του Maxwell, που περιγράφουν το Σύμπαν. Μπορούμε να τις γράψουμε με διάφορους τρόπους, αλλά μόνο συγκρίνοντας τις προβλέψεις τους με φυσικές παρατηρήσεις μπορούμε να εξαγάγουμε κάποιο συμπέρασμα σχετικά με την εγκυρότητά τους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η εκδοχή των εξισώσεων του Maxwell με μαγνητικά μονόπολα (δεξιά) δεν αντιστοιχεί στην πραγματικότητα, ενώ αυτές χωρίς (αριστερά) αντιστοιχούν. Ο όρος του ρεύματος μετατόπισης (ο δεύτερος όρος στην τέταρτη εξίσωση) προέκυψε από την προσπάθεια του Maxwell να διορθώσει την ατέλεια στον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό που υπήρχε πριν από το έργο του: ένα σημαντικό θεωρητικό άλμα που αποδείχθηκε ότι αντανακλούσε με ακρίβεια την πραγματικότητα. It’s possible to write down a variety of equations, like Maxwell’s equations, that describe the Universe. We can write them down in a variety of ways, but only by comparing their predictions with physical observations can we draw any conclusion about their validity. It’s why the version of Maxwell’s equations with magnetic monopoles (right) doesn’t correspond to reality, while the ones without (left) do. The displacement current term (the second term in the fourth equation) arose from Maxwell’s attempt to fix the incompleteness in electricity and magnetism that existed prior to his work: an important theoretical leap that turned out to accurately reflect reality. Credit: Ed Murdock

IS: Θα υποστήριζα ότι υπάρχουν συνθήκες που έχουμε συναντήσει πολλές φορές στην επιστήμη και οι οποίες οδηγούν σε μια ευρύτερη εικόνα της ενοποίησης. Και θα έλεγα ότι ένα από αυτά τα πράγματα ήταν όταν ο Νεύτωνας, μεταξύ άλλων, αναγνώρισε ότι ο νόμος της βαρύτητας που διέπει τον τρόπο με τον οποίο πέφτουν τα σώματα εδώ στη Γη, όπως διερευνήθηκε από τον Γαλιλαίο και άλλους, είναι ο ίδιος νόμος της βαρύτητας που κάνει τους πλανήτες να περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο και τα φεγγάρια να περιστρέφονται γύρω από τους πλανήτες. Αυτή ήταν μια τεράστια γνώση, αλλά είναι εξαιρετικά βαθιά. Δυσκολεύομαι πολύ να φανταστώ ότι οι εξωγήινοι δεν θα πρόσεχαν αυτή τη γνώση.

Ήταν μια αξιοσημείωτη διορατικότητα τον 19ο αιώνα, όταν οι Faraday, Ampere και Maxwell ένωσαν τα προηγουμένως άσχετα φαινόμενα του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού, κάτω από την ίδια βάση, όπου τώρα τα γνωρίζουμε ως ηλεκτρομαγνητισμό. Επιπλέον, υπάρχει το γεγονός ότι δεν είναι εντελώς συμμετρικά: επειδή έχουμε θεμελιώδη ηλεκτρικά φορτία, θετικά και αρνητικά φορτία, αλλά δεν έχουμε θεμελιώδη μαγνητικά φορτία, δεν έχουμε βόρεια και νότια μαγνητικά μονόπολα. Εξετάζοντας αυτές τις ιδέες, όπου η ενοποίηση βοήθησε, προχωρώντας μέχρι τη σύγχρονη σωματιδιακή φυσική και παρατηρώντας ότι, ω, η ηλεκτρική δύναμη και η ασθενής πυρηνική δύναμη δεν είναι διαχωρίσιμες, αλλά είναι στενά συνδεδεμένες μεταξύ τους. Η ηλεκτρασθενής δύναμη είναι το σωστό σχήμα για την ενοποίησή τους. Οδηγούν στις προβλέψεις, μεταξύ άλλων, των μποζονίων W, Z και Higgs, οι οποίες συμφωνούν με την πραγματικότητα σε αντίθεση με όλες τις άλλες πιθανές προβλέψεις που υπάρχουν.

Θα έλεγα ότι είναι λογικό να περιμένουμε ότι οι εξωγήινοι θα φτάσουν τόσο μακριά. Και το λέω αυτό ως κάποιος που, ειλικρινά, δεν νομίζω ότι η φυσική έχει φτάσει πολύ μακριά. Σαν να είναι εκπληκτικό αυτό που έχουμε κάνει. Θα μπορούσα να περάσω τη ζωή μου μαθαίνοντας όλες τις απίστευτες λεπτομέρειες αυτού που έχουμε κάνει. Αλλά εξετάζω επίσης όλη την ανεξερεύνητη περιοχή εκεί έξω. Εξετάζω, ξέρετε, τις 15 τάξεις μεγέθους μεταξύ του σημείου που μας έχει φέρει ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων και της κλίμακας Planck. Εξετάζω τις εννέα τάξεις μεγέθους μεταξύ των κοσμικών ακτίνων υψηλότερης ενέργειας και της κλίμακας Planck. Και λέω, ουάου, υπάρχει τόση περισσότερη φυσική εκεί έξω που πρέπει να διερευνηθεί. Εξετάζω το γεγονός ότι έχουμε ένα θεμελιώδες όριο στα μεγέθη των σωματιδίων μας, αν δεν είναι μεγαλύτερα από 10-19 μέτρα . Και μετά σκέφτομαι, πού είναι η κλίμακα Planck; Τι; 10-35 μέτρα ; Κοιτάξτε πόση ακόμα φύση έχουμε να διερευνήσουμε εκεί έξω.

Μας κοιτάζω ακόμα όπως ο Ισαάκ Νεύτωνας έβλεπε τον εαυτό του: ότι είμαστε σαν παιδιά που παίζουν στην ακτή του μεγάλου κοσμικού ωκεανού, όπου μόλις έχουμε μπει στα νερά, αλλά ούτε καν μέχρι τον λαιμό μας. Και κοιτάμε τα όμορφα βότσαλα και λέμε, κοίτα αυτόν τον όμορφο κοσμικό ωκεανό. Κι όμως, έχουμε τόσο βαθιά άγνοια για ολόκληρο τον ωκεανό που υπάρχει εκεί έξω. Θα έλεγα, ειλικρινά, Ντάνιελ, αν συναντήσουμε νοήμονες εξωγήινους και δεν είναι πολύ πιο προηγμένοι επιστημονικά και τεχνολογικά από εμάς, θα είναι μια τεράστια απογοήτευση.

DW : Το ξέρω. Είναι τόσο απογοητευτικό να φανταζόμαστε ότι θα μπορούσαν να βρίσκονται εκεί έξω, αυτή τη στιγμή, και να έχουν απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα. Θα μπορούσαν απλώς να μας τα στείλουν με το στόχαστρο ή να εμφανιστούν και να μας εξηγήσουν. Και νομίζω ότι αυτή είναι η φαντασίωση που τροφοδοτεί αυτό το βιβλίο για μένα: είναι ότι θέλω να είναι αλήθεια. Θέλω να εμφανιστούν και να μας προωθήσουν γρήγορα στο επιστημονικό μας μέλλον. Και ουσιαστικά αυτό είναι η αναρωτιέσαι: «Τι θα μπορούσε να είναι αυτό το επιστημονικό μέλλον; Και ποιες εκπλήξεις μας περιμένουν;» Επειδή είμαι σχεδόν βέβαιος ότι υπάρχουν κάποιες βασικές αρχές, κάποιες υποθέσεις που κάνουμε για τη φύση του Σύμπαντος που είναι λανθασμένες.

Η ιστορία της επιστημονικής μας ανάπτυξης ανακαλύπτει, μία προς μία, ότι η διαίσθησή μας μας έχει παραπλανήσει και ότι οι υποθέσεις που έχουμε κάνει σχετικά με τον τρόπο που πρέπει να λειτουργεί το Σύμπαν - όπως τα πράγματα πρέπει να έχουν μια θέση και μια ταχύτητα σε όλα τα χρονικά σημεία, αν τα πράγματα είναι εδώ και μετά εκεί πρέπει να πηγαίνουν από εδώ εκεί - που απλώς έχουν νόημα, φυσικά είναι αλήθεια και απολύτως λογικό, δηλώσεις σαν κι αυτές έχουν ανατραπεί φυσικά από πειράματα που μας έχουν δείξει ότι το Σύμπαν δεν λειτουργεί έτσι στην παραμικρή κλίμακα. Και έτσι πρέπει να διατηρήσουμε αυτόν τον σκεπτικισμό, ακόμη και απέναντι σε δηλώσεις που φαίνονται να έχουν προφανές νόημα. Αν δεν γνωρίζουμε, με βεβαιότητα, αν δεν τις έχουμε αποδείξει, τότε δεν μπορούμε να βασιστούμε σε αυτές.

Πάρτε λοιπόν το επιχείρημά σας ότι σίγουρα μπορούμε να μοντελοποιήσουμε αυτόν τον ανεμοστρόβιλο από φύλλα επειδή έχουμε μοντελοποιήσει δύο πράγματα και μετά τρία πράγματα και μετά τέσσερα πράγματα. Και καθώς συνεχίζουμε να ενισχύουμε τις υπολογιστικές μας ικανότητες, τα πράγματα τελικά λειτουργούν. Αυτό είναι αλήθεια, αλλά υπάρχει πάντα κάτι που δεν έχουμε μοντελοποιήσει. Το ότι μπορούμε να κάνουμε δύο και τρία δεν σημαίνει ότι μπορούμε να κάνουμε 47.000. Είναι πιθανό να αναδυθούν κάποιες άλλες δυναμικές σε αυτά τα σενάρια που δεν περιγράφονται από τη φυσική μας. Και η Νάνσι Κάρτραϊτ κάνει αυτό το επιπλέον άλμα, με το οποίο δυσκολεύομαι, το παραδέχομαι, αλλά φιλοσοφικά, νομίζω ότι έχει κάποιο κύρος να πει ότι δεν γνωρίζουμε καν ότι υπάρχουν νόμοι που περιγράφουν αυτά τα σενάρια επειδή, εκ κατασκευής, δεν μπορούμε να τα ελέγξουμε επειδή τα ορίζουμε να βρίσκονται σε μέρη που είναι πολύ περίπλοκα, πολύ χαοτικά για να τα μοντελοποιήσουμε.

Πάντα θα υπάρχουν τέτοιες γωνιές του Σύμπαντος, επειδή όλες οι θεωρίες μας βασίζονται σε κάποιες υποθέσεις, σε κάποιες προσεγγίσεις και έχουν κάποια όρια. Επομένως, δεν είναι απαραίτητα αλήθεια ότι μπορούμε να αναπτύξουμε αυτές τις θεωρίες μαζί για να τις κάνουμε να κατανοήσουν το Σύμπαν. Και από την άλλη πλευρά, έχετε δίκιο ότι έχουμε αυτή την απίστευτη, συναρπαστική ιστορία ενοποίησης ιδεών που έρχονται και συνδέονται με τον πιο ικανοποιητικό τρόπο για να αποκαλύψουν κάτι βαθιά αληθινό για το Σύμπαν. Αυτό είναι πραγματικά ισχυρό και υποδηλώνει κάτι άλλο για το Σύμπαν που νομίζω ότι πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι πρέπει να έχουμε κοινό με τους εξωγήινους.

Γενικά υποτίθεται ότι σε κάποιο επίπεδο, η βαρύτητα θα είναι κβαντική, όπως ακριβώς και οι άλλες δυνάμεις. Ενώ η ημι-κλασική προσέγγιση για τον υπολογισμό της διάσπασης των μαύρων τρυπών περιλαμβάνει την εκτέλεση κβαντικών υπολογισμών στο κλασικό υπόβαθρο του καμπύλου χώρου του Αϊνστάιν, αυτή η προσέγγιση μπορεί να μην είναι έγκυρη για την καταγραφή ολόκληρης της φυσικής συμπεριφοράς που διαθέτει η εξερχόμενη ακτινοβολία, ιδίως όσον αφορά τις πληροφορίες. It’s generally assumed that at some level, gravity will be quantum, just like the other forces. While the semi-classical approximation for computing the decay of black holes involves performing quantum calculations in the classical background of Einstein’s curved space, that approach might not be valid for capturing the full suite of physical behavior that the outgoing radiation possesses, particularly as far as information is concerned. Credit: Aurore Simmonet

IS : Όσο για τον ισχυρισμό της Nancy Cartwright: μπορεί να έχει δίκιο. Μπορεί να υπάρχουν προβλήματα εκεί έξω όπου πρέπει να κατανοήσετε νόμους που δεν έχουμε ακόμη ανακαλύψει για να τα λύσετε. Αλλά τα φύλλα στον ανεμοστρόβιλο δεν είναι ένα από αυτά. Δεν θα ασχοληθώ λοιπόν με αυτό το παράδειγμα. Αν κατανοήσουμε τους νόμους της φυσικής, τις οριακές συνθήκες και τις αρχικές συνθήκες του συστήματός μας, τότε με αρκετή υπολογιστική ισχύ, θα μπορούσαμε να προβλέψουμε αυτά τα φύλλα και την κίνησή τους αυθαίρετα στο μακρινό μέλλον. Και δεν έχω κανένα πρόβλημα να το υποστηρίξω αυτό όσον αφορά την άποψη του «χωρίς αριθμούς».

Νομίζω ότι είναι μάλλον εντάξει που μπορείς να κάνεις αυτό το χονδροειδές επίπεδο «σχεδόν επιστήμης» να λειτουργήσει. Αλλά αυτό που διαχωρίζει, για μένα, τη σύγχρονη επιστήμη από οποιαδήποτε αρχαία φιλοσοφία με την οποία προσπαθούμε να ασχοληθούμε με την επιστήμη είναι η ποσοτική βάση. Ότι η επιστήμη δεν σε ρωτάει απλώς τι συμβαίνει. Λέει, «Πόσο;» «Σε ποια ποσότητα;» «Με ποια ποσότητα, με ποιο μέτρο;» Συνδυάζοντας αυτά τα πράγματα, απαντώντας στην ερώτηση «πόσο», «τι συμβαίνει και με πόσο», αυτό είναι που την κάνει επιστήμη. Αυτό είναι που κάνει τα πράγματα να κινούνται. Αυτό είναι που μας επιτρέπει να είμαστε αποτελεσματικοί. Αυτό είναι που μας επιτρέπει να κάνουμε ακριβείς προβλέψεις για, ξέρετε, 10, 15, 17 σημαντικά ψηφία που στη συνέχεια βγαίνουν και συμφωνούν με πειράματα. Και όπου διαφωνούν, αυτό μας δείχνει πού υπάρχουν τα ελαττώματα στις θεωρίες μας. Αν το μόνο που είχαμε ήταν αυτή η ποιοτική εξήγηση, ξέρετε, θα μπορούσε να κάνει κάποιον αρχαίο φιλόσοφο όπως τον Πλάτωνα πολύ, πολύ χαρούμενο που έχουμε φτάσει ως εδώ, αλλά για τη σύγχρονη επιστήμη, απαιτούμε πολύ περισσότερα από αυτό.

DW : Επιτρέψτε μου να θίξω το βασικό ζήτημα: την ίδια τη μέθοδο της επιστήμης. Αναφέρεστε σε αυτή τη διαδικασία της σύγχρονης επιστήμης, την οποία νομίζω ότι αντιπαραβάλλετε με αρχαίους τρόπους σκέψης που είναι απλώς εξερευνητικοί και περιπλανώμενοι στο Σύμπαν και διερευνούν πράγματα στο μυαλό μας. Νομίζω ότι είναι διαφωτιστικό να θυμόμαστε ότι αυτό που ονομάζουμε σύγχρονη επιστήμη είναι πολύ καινούργιο. Ο τρόπος που μιλάμε για την επιστήμη, ο τρόπος που εσείς και εγώ έχουμε μια καριέρα ως επιστήμονες, έχουμε θεσμούς στον πολιτισμό μας, τουλάχιστον προς το παρόν, που τους ονομάζουμε επιστημονικούς θεσμούς, και η ίδια η διαδικασία της επιστήμης, ο τρόπος που την εφαρμόζουμε, είναι αρκετά καινούργιος στην ανάπτυξή μας.

Αλλά έχουμε κάνει ερωτήσεις και έχουμε ελέγξει πράγματα. Υπάρχει αυτή η ιστορία ότι οι Έλληνες δεν ήταν επιστήμονες, αλλά έκαναν πειράματα. Όπως ο Ερατοσθένης μέτρησε την ακτίνα της Γης χρησιμοποιώντας ένα ραβδί και σκιές. Αυτό είναι ένα πείραμα. Ήταν ποσοτικός σε αυτό. Νομίζω λοιπόν ότι η ανάπτυξη της ίδιας της επιστήμης είναι πιο σταδιακή από ό,τι θέλουν να πιστεύουν οι άνθρωποι, κάτι που είναι σημαντικό να λάβουμε υπόψη, επειδή υποδηλώνει ότι ίσως η επιστήμη δεν βρίσκεται, όπως, σε κάποιο τελικό οροπέδιο. Νομίζω ότι πολλοί άνθρωποι φαντάζονται, «Εντάξει, βρήκαμε την επιστήμη και τώρα κάνουμε επιστήμη». Αλλά η ίδια η διαδικασία της επιστήμης εξελίσσεται, συνεχίζει να αλλάζει. Και είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι σε χίλια ή ένα εκατομμύριο χρόνια, αν είμαστε ακόμα εδώ, οι άνθρωποι θα εξακολουθούν να κάνουν επιστήμη με τον τρόπο που την κάνουμε τώρα.

Είναι πιθανό να έχουν κάποια άλλη νέα προσθήκη στη διαδικασία ή την κατεύθυνση που έχουν ακολουθήσει, η οποία καθιστά πολύ πιο ισχυρή την εξέταση του Σύμπαντος και την αποκάλυψη των δομών του. Με τον τρόπο που η προσθήκη εμπειρισμού ή προσομοιώσεων έχει κάνει στη σύγχρονη διαδικασία της επιστήμης μας. Έτσι, αν μιλάμε για το "είναι οι εξωγήινοι επιστήμονες;" ίσως είναι, αλλά πιθανότατα είναι πολύ, πολύ διαφορετικό από τους τρόπους με τους οποίους είμαστε εμείς επιστημονικοί. Θα μπορούσαν να μας κοιτάξουν πίσω και να φανταστούν κάτι σαν, "Ουάου, η επιστήμη σας είναι πραγματικά πρωτόγονη. Δεν έχετε καν καταλάβει ότι πρέπει να κάνετε το Χ, το Ψ και το Ω." Πράγματα που δεν έχουμε φανταστεί.

Έτσι, πιστεύω επίσης ότι είναι πιθανό οι εξωγήινοι να είναι επιστημονικοί με διαφορετικό τρόπο. Αν είμαστε ανοιχτοί στο να φανταστούμε ότι οι εξελίξεις της επιστήμης, τα επίπεδα γνώσης που έχουν αποκαλυφθεί από τη διαδικασία της επιστήμης, θα μπορούσαν να εξελιχθούν με πολύ διαφορετικούς τρόπους. Αν επαναλάβουμε τη Γη ως πείραμα χίλιες φορές (ή φυσικά σε εξωγήινους πλανήτες), τότε και η ίδια η διαδικασία της επιστήμης θα μπορούσε να αναπτυχθεί με διαφορετική σειρά ή να ακολουθήσει διαφορετική πορεία. Και αυτό που ονομάζουμε επιστήμη, αυτό που θεωρούμε και βρίσκουμε τόσο σημαντικό ως τη μέθοδό μας για την ανακάλυψη του Σύμπαντος, θα μπορούσε να είναι πολιτισμικά πολύ διαφορετικό σε έναν εξωγήινο πλανήτη.

Ξέρετε, επιτρέψτε μου να τελειώσω με ένα ανόητο παράδειγμα. Φαντάζομαι ότι όταν έρθουν εξωγήινοι, μόλις οι γλωσσολόγοι καταλάβουν κάποια πράγματα, ξέρετε, θα είμαστε στον πίνακα μιλώντας με τους φυσικούς τους, αλλά έχουν καν φυσικούς; Έχουν πλάσματα που περνούν τη ζωή τους ερευνώντας αυτά τα ερωτήματα; Ίσως έχουν μια πολύ διαφορετική κοινωνική δομή και ποιον θα στείλουν να μας μιλήσει; Αν οι εξωγήινοι φυσικοί έρχονταν στη Γη πριν από 500 χρόνια, μπορεί να τους στέλναμε τους ιερείς μας ή κάτι τέτοιο. Οπότε είναι αστείο να το φανταστεί κανείς. Υπάρχει καν το εξωγήινο αντίστοιχο με εσένα και εμένα; ​​Ποιοι είναι οι εξωγήινοι Ντάνιελ και Ίθαν με τους οποίους θα μπορούσαμε να μιλήσουμε αν έφταναν καν;

Το νέο βιβλίο του Daniel Whiteson, Do Aliens Speak Physics? And Other Questions about Science and the Nature of Reality, είναι διαθέσιμο για προπαραγγελία. Κυκλοφορεί επίσημα από τις 4 Νοεμβρίου 2025.

Πηγή: https://startswithabang.substack.com/p/the-universal-language-of-physics