Quanta Magazine: Τι σημαντικό έγινε στη Φυσική το 2020

 

             

1. Το πιο διάσημο παράδοξο στη Φυσική πλησιάζει στο τέλος του.
Οι φυσικοί υποστηρίζουν ότι απέδειξαν πως οι πληροφορίες δεν χάνονται μέσα στις μαύρες τρύπες – κάτι που φαίνεται αδύνατο εξ’ ορισμού. Φαίνεται να επιλύεται το παράδοξο που περιέγραψε ο Stephen Hawking για πρώτη φορά πριν από πέντε δεκαετίες.
Σε μια σειρά πρωτοποριακών εργασιών, οι θεωρητικοί φυσικοί πλησίασαν εντυπωσιακά την επίλυση του παράδοξου της πληροφορίας για τη μαύρη τρύπα που τους έχει προσελκύσει και κατακλύσει για σχεδόν 50 χρόνια. Οι πληροφορίες, λένε τώρα οι φυσικοί με σιγουριά, δεν χάνονται όταν πέφτουν μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Εάν πηδήξετε μέσα σε μια μαύρη τρύπα, δεν θα εξαφανιστείτε για πάντα. Σωματίδιο με σωματίδιο, οι πληροφορίες που απαιτούνται για την ανασύσταση του σώματός σας θα εμφανιστούν ξανά. Οι περισσότεροι φυσικοί υποθέτουν, εδώ και πολύ καιρό, ότι αυτό μπορεί να συμβεί
(διαβάστε σχετικά: Τι θα συμβεί αν ένας ελέφαντας πέσει σε μια μαύρη τρύπα; )
Αυτό ήταν συνέπεια της θεωρίας χορδών – ο βασικότερος υποψήφιος για μια ενοποιημένη θεωρία στη φυσική. Όμως, οι νέοι υπολογισμοί, αν και εμπνέονται από τη θεωρία χορδών, δεν βασίζονται σ’ αυτή. Χρησιμοποιούν μόνο την θεωρία της βαρύτητας με λίγες αναφορές στα κβαντικά φαινόμενα.
«Πρόκειται για το τέλος της αρχής, όσον αφορά την κατανόηση των μαύρων τρυπών», σύμφωνα με τον George Musser (διαβάστε περισσότερα: The Most Famous Paradox in Physics Nears Its End).

2. Υπεραγωγοί σε θερμοκρασία δωματίου
Μια ομάδα φυσικών στη Νέα Υόρκη ανακάλυψε ένα υλικό που συμπεριφέρεται ως υπεραγωγός σε θερμοκρασία δωματίου, δηλαδή εμφανίζει μηδενική αντίσταση στην διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος.
Πρόκειται για ένα ιστορικό επίτευγμα. Το υλικό που συνίσταται από υδρογόνο, άνθρακα και θείο (ανθρακούχο υδρίδιο του θείου) λειτουργεί ως υπεραγωγός στους 15 oC, σύμφωνα με την δημοσίευση του περιοδικού Nature [Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride]. Αλλά το υλικό αυτό μπορεί μεν να λειτουργεί ως υπεραγωγός στην θεμροκρασία ενός δροσερού υπογείου, ταυτόχρονα όμως απαιτείται πολύ υψηλή πίεση της τάξης των γιγα-πασκάλ (1 gigapascal=109 pascal, και η ατμοσφαιρική πίεση είναι 105 pascal).
Για τις πρακτικές εφαρμογές απαιτείται το υλικό να συμπεριφέρεται υπεραγώγιμα όχι μόνο σε θερμοκρασία τουλάχιστον δωματίου, αλλά και σε ατμοσφαιρική πίεση.
(διαβάστε περισσότερα: «Room-Temperature Superconductivity Achieved for the First Time»

3. Mια νέα απάντηση στο αίνιγμα του χρόνου
Ρωτήστε τον μέσο θεωρητικό φυσικό για τη φύση του χρόνου και πιθανότατα θα σας πει ότι η ροή του χρόνου είναι κάτι σαν παραίσθηση. «Για εμάς τους πραγματικούς φυσικούς», έγραφε ο Αϊνστάιν το 1955, λίγες εβδομάδες πριν από το θάνατό του, «η διάκριση μεταξύ του παρελθόντος, του παρόντος και του μέλλοντος δεν είναι τίποτε άλλο από μια πεισματικά επίμονη ψευδαίσθηση».
Μια νέα ιδέα σχετικά με τον χρόνο και την τύχη, προερχόμενη από μια παλιά μαθηματική ιδέα, μπορεί να μας προσφέρει μια διέξοδο από τη φυλακή μας.
Ο Ελβετός φυσικός Nicolas Gisin δημοσίευσε τέσσερα άρθρα που επιχειρούν να διαλύσουν την ομίχλη που περιβάλλει τον χρόνο στη φυσική. Σύμφωνα με τον Gisin, το πρόβλημα από την αρχή ήταν μαθηματικό. Ο Gisin υποστηρίζει ότι ο χρόνος εκφράζεται εύκολα σε μια μαθηματική γλώσσα του περασμένου αιώνα που ονομάζεται διαισθητικά μαθηματικά, τα οποία απορρίπτουν την ύπαρξη αριθμών με άπειρα ψηφία. Όταν τα διαισθητικά μαθηματικά χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν την εξέλιξη των φυσικών συστημάτων, σύμφωνα με τον Gisin, «ο χρόνος κυλά πραγματικά και δημιουργούνται νέες πληροφορίες». Επιπλέον, με αυτόν τον φορμαλισμό, ο αυστηρός ντετερμινισμός που υπονοείται στις εξισώσεις του Αϊνστάιν οδηγεί σε μια κβαντική μη προβλεψιμότητα. Εάν οι αριθμοί είναι πεπερασμένοι και περιορισμένοι στην ακρίβειά τους, τότε η ίδια η φύση είναι εγγενώς ανακριβής και συνεπώς απρόβλεπτη [«Physics without Determinism: Alternative Interpretations of Classical Physics» , Flavio Del Santo, Nicolas Gisin]
Αν τα ψηφία των αριθμών που ορίζουν την κατάσταση του σύμπαντος αυξάνονται με την πάροδο του χρόνου, όπως προτείνει ο Gisin, τότε δημιουργούνται νέες πληροφορίες. Απορρίπτεται «απολύτως» η ιδέα ότι οι πληροφορίες διατηρούνται στη φύση, κυρίως επειδή «υπάρχουν σαφώς νέες πληροφορίες που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας μέτρησης».
Η κβαντική μηχανική «αποκλείει την ύπαρξη του συνεχούς». Τα κβαντικά μαθηματικά συνδυάζουν ενέργεια και άλλες ποσότητες σε πακέτα, τα οποία μοιάζουν περισσότερο με ακέραιους αριθμούς παρά με συνεχές.
Επίσης, οι άπειροι αριθμοί ‘κόβονται’ μέσα σε μαύρες τρύπες. Μια μαύρη τρύπα μπορεί να φαίνεται ότι έχει έναν συνεχώς άπειρο αριθμό εσωτερικών καταστάσεων, αλλά [αυτές] διακόπτονται, εξαιτίας των κβαντικών βαρυτικών επιδράσεων. Οι πραγματικοί αριθμοί δεν μπορούν να υπάρχουν, επειδή δεν μπορείτε να τους κρύψετε μέσα σε μαύρες τρύπες. Διαφορετικά, (οι μαύρες τρύπες) θα μπορούσαν να περιέχουν μια άπειρη ποσότητα πληροφοριών.
(διαβάστε περισσότερα: Does Time Really Flow? New Clues Come From a Century-Old Approach to Math)

4. Oι αστρονόμοι αποκαλύπτουν την πηγή ταχέων ραδιοφωνικών εκρήξεων
Οι ισχυρές εκρήξεις ραδιοκυμάτων (Fast Radio Burst-FRB) ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 2007 και έκτοτε έχουν εντοπισθεί στο σύμπαν περισσότερες από 20. Διαρκούν κλάσματα του δευτερολέπτου, κάτι που δυσκολεύει πολύ τον εντοπισμό της πηγής τους. Αυτή τη φορά, τρεις ανεξάρτητες ομάδες από τον Καναδά, την Κίνα, τις ΗΠΑ και άλλες χώρες, οι οποίες συνδύασαν παρατηρήσεις από πολλά επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια (με κυριότερο το καναδικό ραδιοτηλεσκόπιο CHIME), εντόπισαν την κοντινότερη μέχρι σήμερα πηγή αστραπιαίων δαδιοφωνικών παλμών, συγκεκριμένα των ραδιοκυμάτων της εκπομπής FRB 200428, προερχόμενη κατά πάσα πιθανότητα από το μάγναστρο SGR 1935+2154. Είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες έχουν στα χέρια τους δεδομένα παρατηρήσεων που να δείχνουν ότι τα μάγναστρα -μια ειδική περίπτωση των πάλσαρ- όντως μπορούν να προκαλέσουν FRBs.
(διαβάστε περισσότερα: Source of Fast Radio Bursts)

5. Ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξη νέων σωματιδίων
Το σύμπαν περιέχει δυο είδη σωματιδίων: τα μποζόνια (ή φορείς δυνάμεων) και τα φερμιόνια (ή ‘στίγματα’ ύλης). Όμως αν δημιουργήσετε ένα υποθετικό σύμπαν, με δυο χωρικές διαστάσεις αντί των γνωστών τριών, οι κανόνες της συμπεριφοράς των σωματιδίων αλλάζουν. Σ’ αυτό το 2D σύμπαν, οι κανόνες της τοπολογίας επιτρέπουν την ύπαρξη ενός τρίτου τύπου σωματιδίων: τα ενυόνια (διαβάστε σχετικά: Πως εντοπίζονται τα anyons (ενυόνια); )
Tα σωματίδια αυτά προβλέφθηκαν για πρώτη φορά την δεκαετία του 1980, αλλά μόνο φέτος τα πειράματα κατάφεραν να επιβεβαιώσουν οριστικά την ύπαρξή τους [Fractional statistics in anyon collisions].
(διαβάστε περισσότερα: «‘Milestone’ Evidence for Anyons, a Third Kingdom of Particles» )

6. Τεράστια μαγνητικά πεδία θα μπορούσαν να λύσουν κοσμικό γρίφο
Ένα από τα μεγαλύτερα παζλ στη κοσμολογία σήμερα σχετίζεται με την σταθερά του Hubble, μια παράμετρο που μας δείχνει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν. Τα δεδομένα από το αρχέγονο σύμπαν προβλέπουν μια τιμή. Τα δεδομένα από το σύγχρονο σύμπαν προβλέπουν μια άλλο. (διαβάστε σχετικά: Η διαφορά του 9%).
Γιατί εμφανίζεται αυτή η διαφορά; Οι κοσμολόγοι προτείνουν διάφορες ιδέες για την επίλυση του προβλήματος, αλλά μια περιφρονημένη επιλογή είναι η πιθανή ύπαρξη μαγνητικών πεδίων κατά την γέννηση του σύμπαντος. Επιχειρήματα υπέρ αυτής της υπόθεσης προέκυψαν όταν οι αστρονόμοι ανακάλυψαν το μεγαλύτερο μέχρι σήμερα μαγνητικό πεδίο στο σύμπαν, που διαχέεται σε ένα εύρος 10 εκατομμυρίων ετών φωτός μεταξύ σμηνών γαλαξιών. Από πού θα μπορούσε να προέρχεται, αν όχι από την ίδια την Μεγάλη Έκρηξη;
(διαβάστε περισσότερα: The Hidden Magnetic Universe Begins to Come Into View)

πηγή: https://www.quantamagazine.org/quantas-year-in-physics-2020-20201223/

Μετάφραση: https://physicsgg.me/