Черни дупки, теория на струните и други: Въпроси и отговори с физика Брайън Грийн

Теоретичният физик и популяризатор на науката Брайън Грийн представя на Световния фестивал на науката.

Теоретичният физик и популяризатор на науката Брайън Грийн представя на Световния фестивал на науката. (Изображение: Световен фестивал на науката/Грег Кеслер)



Брайън Грийн е един от най -известните учени и научни комуникатори на нашето време.

Грийн, теоретичен физик от Колумбийския университет, работи от десетилетия, за да подобри нашето разбиране за Вселената и как тя работи. Тази работа включва значителни открития в областта на струнната теория, една от най -обещаващите „теория на всичко“, която кандидатите излагат, за да обяснят всички известни явления в космоса.

Той също така прави приоритет разпространяването на думите за подобни открития сред масите. Грийн е съосновател и председател на Световния фестивал на науката например и е написал редица бестселъри, популярни научно-популярни книги. Те включват „Елегантната вселена“ (WW Norton, 1999), „Тъканта на Космоса“ (Knopf, 2004), „Скритата реалност“ (Knopf, 2011) и „Икар на ръба на времето“ (Knopf, 2008 ), илюстрирана детска книга, която представя изображения, заснети от известната НАСА Космическият телескоп Хъбъл .



Свързани: Най -добрите снимки на Хъбъл за всички времена

А миналия месец Грийн преподава безплатен онлайн курс чрез Varsity Tutors. Интерактивната лекция, която той насочи към деца от четвърти до осми клас, беше наречена „Приключения в астрофизиката: Черни дупки“. (Ако сте го пропуснали, можете да гледате a повторение в YouTube .) Той планира скоро да проведе още един курс по Varsity Tutors, този път за космологията и Големия взрив.

demokratija.eu се срещна с Грийн, за да обсъди значението на научното образование, защо черните дупки са толкова важни и интересни и дали пробивът на теорията на всичко може да бъде на хоризонта. Следният разговор е редактиран за дължина.



demokratija.eu: Защо смятате, че е важно да проведете курс по Varsity Tutors и защо тази конкретна тема? Защо избрахте черни дупки?

Брайън Грийн:Като цяло мисля, че ако можем да достигнем до по -младото поколение и да ги развълнуваме от научните идеи - това звучи отвратително, но мисля, че имаме шанс да подобрим света, да променим света. Вдъхването на този смисъл в следващото поколение е изключително важно.

И толкова много деца в класната стая по естествени науки, техният възглед за науката е, всичко е за запаметяване на този факт или за намиране на решение на този или онзи проблем. И да, това е важно, но големите идеи са наистина важни. А черните дупки са сред най -загадъчните и вълнуващи области на водещата наука и не е нужно да знаете много, за да разберете основните идеи. Затова насочих дискусията между ученици от четвърти и осми клас и от коментарите, които видях, когато обобщаваха наученото в различни публикации, имах чувството, че много от тях са го разбрали, което е вълнуващо.



demokratija.eu: Има чувството, че наистина навлизаме в златен век на астрономията с черни дупки. Имаме телескоп Event Horizon, който наскоро ни даде нашия първото директно изображение на черна дупка и виждаме много сливания на черни дупки, благодарение на проекта LIGO. Имате ли чувството, че най -накрая ще се справим по -добре с тези обекти? И ако е така, какво би могло да ни каже за Вселената?

Грийн:Да, много. Имаше време, преди 10 години, когато все още можеше да се аргументираш, че може би черните дупки не са реални; те са само плод на математиката. Но с LIGO, с сблъсъка на две черни дупки, които дават първото вълнение в тъканта на космоса, и с EHT-дори Нобеловата награда тази година беше присъдена за работа по физиката на черните дупки. Така че черните дупки наистина си дойдоха на мястото.

За някой като мен, който работи върху авангардни теоретични идеи-сега се борим да обединим черните дупки и квантовата механика, за да разберем напълно. А черните дупки са основната теоретична лаборатория за изтласкване на идеите ни до краен предел. Когато можем да разберем напълно черните дупки и квантовата механика, подозирам, че нашето разбиране за Вселената ще скочи на ново ниво.

Свързани: Първите исторически изображения на черна дупка показват, че Айнщайн е бил прав (отново)

demokratija.eu: И оптимист ли сте, че това ще се случи сравнително скоро? Смятате ли, че има пробиви на хоризонта?

Грийн:Да. Има много от нас, тези хора, които работят върху теорията на струните и квантовата гравитация - фокусирането върху черните дупки наистина е преобладаващото занимание в момента.

И се случва толкова вълнуваща работа, че бих подозирал, че дори след година -две нашето разбиране днес ще изглежда относително примитивно спрямо новите идеи, които ще бъдат разработени.

demokratija.eu: В този смисъл: Има новини, които току -що излязоха - експеримент g-2 . Имате ли мисли за g-2 и за това какво би могло да означава за нашето разбиране на физиката? [Забележка на редактора: Изследователският екип на g-2 забеляза прекомерно клатене от субатомни частици, наречени мюони, което предполага, че върху тях може да се натиска някакъв екзотичен вид материя или енергия.]

Грийн:Щастлив съм да отговоря. Бих го предговорил, като кажа, че резултатите на това ниво на доверие-така наречените три сигми, четири сигми-те наистина идват и си отиват. Така че човек трябва да вземе всичко със зрънце сол, докато не достигнем, да речем, петте сигми - това ниво на доверие, при което шансът да бъдеш статистически случай е като един на милион или един на няколко милиона, за разлика от един в хиляда, което е мястото, където се намираме в момента.

Но като оставим това настрана: Ако резултатът издържи изпитанието на времето, това би подсказало, че може да се наложи да се преразгледа Стандартният модел на физиката на частиците, който е бил златният стандарт за разбиране. Може би има известна пета сила четири природни сили . Това би било изключително вълнуващо. Може би има други частици, които тепърва ще открием, които променят стойността на мюонния магнитен момент.

Отново искам да подчертая едно: А [различно] хартия излезе в Nature само преди два дни -

demokratija.eu: Да, и този не е видял промяната [както направи експериментът g-2].

Грийн:Това е вярно. И това с помощта на теоретични методи, но много внимателно и компютърни изчисления. И те твърдят, че стойността, която се вижда, съвпада точно с това, което бихте очаквали от ванилията Стандартен модел на физиката на частиците , без никакви промени. Така че ситуацията е много течна. Нека просто изчакаме и ще видим как ще изпадне всичко.

demokratija.eu: Прави ми впечатление, че тези констатации показват важността да се правят неща като онлайн курса, който току -що сте преподавали. Хората често повдигат ръце, след като прочетат проучване, в което се казва „Направихме голям пробив“ и след това виждат друго проучване, което казва „Всъщност не“. Много хора не знаят как работи науката, че това е процес, който се основава на нещата стъпка по стъпка и всичко винаги се променя. И така, това ли е нещо, което се опитваш да предадеш на тези деца, когато ги учиш на наука?

Грийн:То е. Защото, ако разглеждате науката само като набор от факти, които са статични, тогава пропускате драматизма на откритието, където хората предлагат идеи, други реагират на идеите, хората тестват и наблюдават и се връщат. Това е прекрасен, динамичен процес на човешко откритие. И когато видите науката в тази светлина, тя я оживява по начин, който учебникът по факти никога не може.

demokratija.eu: Да. И откривам, че говоря с хора и особено с деца - те често дори не гледат на учените като на истински хора. Те се възприемат като карикатури, момчетата с дива коса във филмите. Мисля, че е наистина важно да се подчертае на децата, че учените са просто хора като тях или като майка им или баща им и това е нещо, което повечето хора не интернализират наистина.

Грийн:Да, това е важен урок. И имаше опити - телевизионни предавания, знаете, „Теорията за големия взрив“ може би е най -известният от тях. Но отново в „Теория за големия взрив“ учените бяха донякъде карикатури, нали? Така че беше добре, че беше мейнстрийм, но все пак има тенденция, както казвате, да виждате учените като тази странна колекция.

Във всяка голяма група има странни хора. Но по -голямата част от хората са като всички останали и просто фокусират вниманието си върху определен клас въпроси.

Свързани: Най -големите неразгадани мистерии във физиката

demokratija.eu: Да. И така, да се върнем към много големите въпроси: Учените се опитват да измислят теория за всичко, да намерят такава, която да издържи теста на времето. Усещате ли все още, че това ще бъде струнна теория? Дали това, което научихме през последните пет или 10 години, промени ли вашето мислене по най -големите въпроси?

Грийн:Е, само за да бъда ясен: Въпреки че съм известен с това, че работя върху теорията на струните и довеждам теорията на струните към общите популации, никога, никога не съм казвал, че вярвам в теорията на струните. Винаги съм казвал, че имам увереност, че това е интересна идея, достойна за нашето внимание, която в крайна сметка може да бъде окончателната теория, но просто все още не знаем.

Така че оценката ми е доста стабилна; почти същото е. През последните няколко години имаше големи теоретични пробиви в теорията на струните. Имаше по -малък контакт с експеримента, отколкото бих се надявал. Надявах се, че Големият адронен колайдер ще разкрие някои от намеците на теорията на струните. Това не се е случило. Но това може да означава, че теорията се нуждае от по -голяма, по -добра, по -мощна машина, за да я изследва, и това не е неочаквано.

Така че бих казал, че развитието се случва с бързи и яростни темпове от теоретична страна с надеждата, че ще имаме някаква връзка с експерименти или наблюдения в не толкова далечното бъдеще. Но това е трудно да се предвиди.

demokratija.eu: Има ли конкретни експерименти или проекти, чиито резултати най -много очаквате да видите в това отношение? Какво може да ни помогне да постигнем напредък?

Грийн:В момента е вероятно, ако получим някаква представа от наблюденията в теорията на струните, тя да може да дойде, да речем, от проверка на обсерватории на гравитационни вълни, които биха могли да изследват покрайнините на черна дупка с безпрецедентна точност. Възможно е в подобни експерименти да получим намек.

Но ако ме питате от сърце, мисля, че вероятно ще се окаже така, че през целия си живот няма да получим това наблюдение или експериментално прозрение. Може да е следващото поколение или поколението отвъд това.

demokratija.eu: Това е някак потискащо от индивидуална гледна точка, защото всички искаме да знаем; всички искаме да получим отговорите. Но науката е процес и ние сме били само в това - опитвайки се да обединим всички сили на природата и всичко в едно сплотено цяло - от около век, нали?

Грийн:Още по -малко на някакво ниво. Имаше работа преди един век, но бих казал, че [последните] 50 години е истинската работа. И ние се опитваме да изтласкаме разбирането си толкова далеч от обсега на днешните експерименти, че не е изненадващо, че може да отнеме няколко поколения, за да стигнем до там.

Опитваме се да отговорим на някои от най -дълбоките въпроси, които някога са били задавани. Как започна Вселената? Как се интегрират основните сили помежду си? Кои са основните съставки? Това са въпроси, които по един или друг начин си задаваме от хиляда или няколко хиляди години. И ако са необходими още няколко десетилетия, преди да получим истинска представа, това е точно така.

demokratija.eu: Но имате ли увереност, че нашият мозък всъщност е способен да изведе тези дълбочини? По същество ние сме маймуни, които са се развили, за да оцелеят на саваната в рамките на 70 -те години. Способни ли сме всъщност да стигнем до дъното на тези мистерии, които може да са много, много по -дълбоки, отколкото можем да разберем?

Грийн:В основата си съм оптимистичен човек, така че винаги съм си представял, че отговорът на този въпрос е да. Но оглеждате тази планета и има интелигентни същества като кучета и котки, които подозирам, че не разбират общата теория на относителността на Айнщайн. Може би греша; може би всички кучета и котки ни се смеят в момента. Може би са получили окончателния отговор.

Но като оставим това настрана: Да, възможно е мозъкът ни да е твърде ограничен, за да получи достъп до окончателния отговор, въпреки че в момента ни гледа в лицето. Но вървите напред, натискате колкото можете. Все още не сме преодолели непреодолими препятствия и затова поддържаме оптимизма си и се опитваме да намерим окончателния отговор.

Майк Уол е автор на „ Навън “(Grand Central Publishing, 2018; илюстрирана от Карл Тейт), книга за търсенето на извънземен живот. Следвайте го в Twitter @michaeldwall. Следвайте ни в Twitter @Spacedotcom или Facebook.