Video

Transkriptio

Mikä on universumin todellinen olemus?

Vastatakseen tähän kysymykseen,

ihmiset kertovat tarinoita kuvaillakseen maailmaa.

Me koettelemme tarinoitamme ja opimme, mitkä tulee säilyttää ja mitkä heittää pois.

Mutta mitä enemmän opimme,

sitä monimutkaisemmiksi ja oudoiksi tarinamme käyvät.

Jotkin jopa niin oudoiksi

ettei niiden sisältöä oikeastaan ymmärrä.

Aivan kuin säieteoria.

Kuulusa, kiistanalainen ja usein väärin ymmärretty tarina

kaikkeuden olemuksesta.

Miksi päädyimme siihen ja onko se oikeassa?

Vai onko se vain turha ajatus?

Jotta ymmärtäisimme kaikkeuden todellisen olemuksen,

tutkimme tarkemmin eri asioita ja hämmästyimme.

Ihmeellisiä maisemia tomussa,

outojen olioiden eläintarhoja,

monimutkaisia proteiinirobotteja.

Ne kaikki koostuvat molekyylirakenteista,

jotka taas koostuvat lukemattomista vielä pienemmistä osista:

Atomeista.

Luulimme, että ne olivat viimeiset todellisuuden rakenteet,

kunnes törmäytimme niitä yhteen todella kovaa

ja löysimme asioita, joita ei voi enää jakaa pienemmäksi.

Alkeishiukkaset.

Syntyi kuitenkin ongelma:

Ne ovat niin pieniä, ettemme voineet enää nähdä niitä.

Mietitäämpä: Mitä on näkeminen?

Voidaksemme nähdä, tarvitsemme valoa eli elektromagneettisen aallon.

Aalto osuu kappaleen pintaan

ja heijastuu siitä silmään.

Aalto sisältää informaatiota kappaleesta,

jota aivot käyttävät luodakseen kuvan.

Siksi et voi nähdä jotakin, ilman että vuorovaikutat jollain tavoin siihen.

Näkeminen on koskemista, eli aktiivinen prosessi, ei passiivinen.

Tämä toimii suurimmalle osalle asioista.

Mutta hiukkastet ovat

Mutta hiukkastet ovat hyvin,

Mutta hiukkastet ovat hyvin, hyvin,

Mutta hiukkastet ovat hyvin, hyvin, hyvin pieniä.

Niin pieniä, että samat elektromagneettiset säteet joilla näemme

ovat liian suuria osuakseen niihin.

Näkyvä valo vain ohittaa ne.

Voimme yrittää ratkaista ongelman luomalla sähkömagneettisia aaltoja,

joita on enemmän ja pienempi aallonpituus.

Mutta tiheämpi aalto kuljettaa enemmän energiaa.

Kun suurienerginen aalto osuu hiukkaseen,

se muuttaa sitä.

Tutkimalla hiukkasta, muutamme sitä.

Siksi emme voi mitata alkeishiukkasia tarkasti.

Tälle tärkeälle ilmiölle on annettu nimi:

Heisenbergin epämääräisyysperiaate.

Koko kvanttifysiikan perusta.

Miltä hiukkanen sitten näyttää?

Mikä on sen olemus?

Emme tiedä.

Jos tutkimme todella tarkasti,

voimme huomata sekavan vaikutuskentän,

mutta emme hiukkasta itsessään.

Tiedämme vain, että ne ovat olemassa.

Kuinka voimme sitten tutkia niitä?

Teimme kuten ennenkin ja loimme uuden tarinan:

Matemaattisen fiktion.

Tarinan ideaalihiukkasesta.

Päätimme teeskennellä, että hiukkanen on piste avaruudessa.

Kaikki elektronit ovat pisteitä, joilla on tietty varaus ja massa,

ja jotka ovat samanlaisia keskenään.

Tällä tavoin fyysikot pystyivät määrittelemään ne

ja laskemaan niiden vuorovaikutuksia.

Luotiin kvanttikenttäteoria, joka on ratkaissut paljon ongelmia.

Koko hiukkasfysiikan standardimalli perustuu siihen.

Se myös ennustaa paljon asioita todella hyvin.

Esimerkiksi elektronin kvanttimekaniikkoja

on testattu sillä ja ne ovat tarkkoja

0,

0,00

0,0000

0,000000

0,00000000

0,0000000000

0,000000000000

0,0000000000002 % asti.

Vaikka hiukkaset eivät ole oikeasti pisteitä,

tulkitsemalla ne sellaisina,

saamme melko hyvän käsityksen universumista.

Tämä ajatus ei pelkästään edistänyt tiedettä,

vaan se johti myös moniin todellisiin arjen keksintöihin.

On kuitenkin valtava ongelma:

Painovoima.

Kvanttimekaniikassa kaikki fyysiset voimat toimivat hiukkasten välityksellä.

Mutta Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan,

painovoima ei ole kuin muut universumin voimat.

Jos universumi olisi näytelmä,

hiukkaset olisivat näyttelijöitä,

mutta painovoima olisi lava.

Toisin sanottuna, painovoima on geometrian teoria.

Aika-avaruuden teoria.

Etäisyyksistä, joita tulee kuvailla täydellisen tarkasti.

Mutta koska emme pysty mittaamaan tarkasti asioita kvanttimaailmassa,

tarinamme painovoimasta ei sovi tarinaamme kvanttifysiikasta.

Kun fyysikot yrittivät listätä painovoiman uutena hiukkasena tarinaan,

heidän matematiikka petti.

Tämä on suuri ongelma.

Jos voisimme yhdistää painovoiman hiukkasten standardimalliin,

saisimme teorian kaikkeudesta.

Tämän takia viisaat henkilöt keksivät uuden tarinan.

He pohtivat: Mikä on monimutkaisempi kuin piste?

Jana-

Jana tai säie.

Syntyi säieteoria.

Säieteoriassa hienointa on se,

että se kuvailee monet alkeishiukkaset

säikeiden erilaisina värähtelyinä.

Aivan kuin viulun kieli voi tuottaa eri säveliä värähdellessään eri tavoin,

säie voi tuottaa erilaisia hiukkasia.

Kaikkein tärkeimpänä, myös painovoiman.

Säieteoria lupaili yhdistävänsä kaikki perusvoimat universumissa,

synnyttäen valtaisaa jännitystä ja innostusta.

Säieteoria nousi pian mahdolliseksi teoriaksi kaikkeudesta.

Valitettavasti säieteorian mukana

tulee myös solmuja.

Suuri osa matematiikasta johdonmukaisessa säieteoriassa

ei toimi universumissamme, jossa on kolme avaruuden ja yksi ajan ulottuvuus.

Säieteoria vaatii kymmenen ulottuvuutta toimiakseen.

Säieteoreetikot tekivät laskelmia malliuniversumeissa

ja yrittivät sitten erottaa kuusi ylimääräistä ulottuvuutta ja kuvailla omaa universumiamme.

Mutta tähän mennessä kukaan ei ole onnistunut,

eikä yhtään säieteorian ennustusta ole todistettu kokeessa.

Loppujen lopuksi, säieteoria ei paljastanut universumimme olemusta.

Voitaisiin väittää tässä tapauksessa,

ettei säieteoriasta ole mitään hyötyä.

Tieteessä on kyse kokeista ja ennustuksista.

Mikäli emme voi tehdä niitä,

miksi vaivautuisimme yrittää säikeillä?

Kaikki perustuu käyttötapaan.

Fysiikka perustuu matematiikkaan.

Kaksi plus kaksi on neljä.

Se on tosi, vaikka kuinka väittäisit.

Matematiikka säieteoriassa toimii kuitenkin.

Siksi se on yhä hyödyllinen.

Kuvittele, että haluaisit rakentaa risteilyaluksen,

mutta sinulla on vain piirrustukset pienestä soutuveneestä.

Niiden välillä on paljon eroja:

moottori,

moottori, materiaalit

moottori, materiaalit ja koko.

Kuitenkin ne ovat perusperiaatteeltaan samanlaisia:

Kelluvia esineitä.

Tutkimalla soutuveneen suunnitelmia

voimme silti oppia rakentamaan risteilyaluksen lopulta.

Säieteorian avulla

voimme yrittää vastata osaan kysymyksistä kvanttipainovoimasta,

jotka ovat mietityttäneet fyysikkoja vuosikymmeniä.

Esimerkiksi, kuinka mustat aukot toimivat

tai informaatioparadoksi.

Säieteoria voi ohjata meitä oikeaan suuntaan.

Siten käytettynä,

säieteoriasta tulee tärkeä työkalu teoreettisille fyysikoille,

joka auttaa heitä löytämään uusia näkökulmia kvanttimaailmasta,

sekä kaunista matematiikkaa.

Ehkä säieteorian tarina

ei olekaan kaikkeuden teoria.

Mutta kuten ideaalihiukkasen tarinassa,

se voi olla erittäin hyödyllinen kertomus.

Emme vielä tiedä kaikkeuden todellista olemusta,

mutta luomme uusia tarinoita sen selvittämiseksi.

Kunnes eräänä päivänä,

Kunnes eräänä päivänä, toivottavasti,

Kunnes eräänä päivänä, toivottavasti, löydämme sen.

Tämän videon luomista on tukenut Sveitsin Kansallinen tiedejärjestö

ja se on toteutettu Alessandro Sfondrinin tieteellisillä neuvoilla.