Лауреаты конкурса «Свободный полёт - 2013»

    О фонде  Конкурс Свободный полёт  Конкурс творческих идей  Собрание конкурсных работ  Физика  Математика  Это интересно 

100 фундаментальных экспериментов,
на которые опирается современная физика:
от Галилея до наших дней.

Заключение

В качестве заключения мы укажем некоторые нерешенные задачи современной фундаментальной физики, которые ожидают, в частности, своего экспериментального исследования. Такие проблемы по своему характеру можно отнести к нескольким классам:

  1. Собственно, проблемы, т.е. факты, естественные в рамках существующих теорий, однако, не согласующиеся с наблюдательными данными. Это говорит, конечно, о необходимости пересмотра теорий, однако направление, в котором следует искать обобщения, могли бы подсказать более конкретные эксперименты. Пример – проблема вклада вакуумной энергии в космологическую постоянную (см. список проблем ниже).
  2. Важные эксперименты, которые могли бы с большей точностью подтвердить уже имеющиеся и завоевавшие авторитет теории, а также, возможно, обнаружить явления за их пределами – но не осуществленные пока из-за недостатка времени, средств или материально-технологической базы. Эти эксперименты намечены на ближайшее будущее. Сюда можно отнести проект интерферометра, помещенного на орбите Земли, а также многие из экспериментов, проводящихся на Большом адронном коллайдере (они пока находятся в начальной стадии).
  3. Красивые теоретические концепции, которые стали уже принятыми в среде физиков-теоретиков, но не имеющие пока экспериментального подтверждения. Обычно соответствующие теории интересны тем, что решают какую-то фундаментальную теоретическую проблему, тем не менее, некоторые параметры теории остаются неизвестными. К примеру, развитие концепции суперсимметрии приводит к устранению многих расходимостей квантовой теории поля, что частично решает и проблему космологической постоянной, упомянутую выше. С другой стороны, существуют только пожелания относительно масштаба энергий суперсимметричной физики: проявляется она на этом масштабе или нет, доселе неизвестно. Эксперимент мог бы наложить оценки на этот масштаб, а также, возможно, вынести приговор о том, есть ли вообще в реальном мире отражение разработанной теоретиками красивой концепции.
  4. Поиск отклонений законов природы от общепринятых моделей (в первую очередь, стандартной модели элементарных частиц и общей теории относительности) с целью найти подтверждения теориям за их пределами. Прецезионное экспериментальное исследование позволяет здесь наложить ограничения сверху на параметры обобщенных теорий, описывающие их отклонения от стандартной модели и общей теории относительности. Если эти оценки оказываются достаточно строгими, некоторые обобщенные теории уже терпят крах, а некоторые становятся более конкретизированными. К этому классу проболем можно отнести поиски нарушения лоренц-инвариантности, возможность которого предсказывают многомерные теории поля и, главное, квантово-гравитационные модели, в частности, теория суперструн.

Итак, теперь мы перейдем к списку нерешенных проблем. В скобках римской цифрой указаны классы, к которым принадлежит данная проблема. Впоследствии по каждой из них также будут включены краткое описание и, если это возможно, гиперссылка на подробный материал для интересующегося читателя.

  1. Поиск высших размерностей пространства-времени (iv, iii)
  2. Великое объединение трех взаимодействий (iii, ii, iv)
  3. Суперсимметрия (iii, ii)
  4. Теории планковских масштабов, в частности, теория суперструн (iv, iii)
  5. Проблема иерархии (iii)
  6. Проблема тонкой подстройки (i, iii)
  7. Проблема космологической постоянной в связи с вкладом в нее энергии вакуума (i, iii)
  8. Причины осцилляций нейтрино и наличия у них ненулевой массы (iv, iii, ii)
  9. Исследования нарушения лоренц-инвариантности (iv)
  10. Прямая регистрация гравитационных волн (ii)
  11. Эксперименты с орбитальным интерферометром (ii)
  12. Высокотемпературная сверхпроводимость (ii)
  13. Сущность темной материи и темной энергии (i, iii, iv)
  14. Космологические концепции: инфляция, мультивселенная (Multiverse), войды (iii, iv).
  15. Проблема детерминистического описания черных дыр (iii, iv).
  16. ...

В конце изложения хотелось бы сослаться на литературу, которой автор пользовался при написании этого обзора (помимо многочисленных интернет-ресурсов):

[1]  Пурышева Н.С., Шаронова Н.С., Исаев Д.А. Фундаментальные эксперименты в физической науке. Элективный курс: Учебное пособие — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. — 159 стр.

[2]  Тригг Дж. Физика XX века: ключевые эксперименты. — М.: Мир, 1978. — 376 стр.

[3]  Мэрион Дж.Б. Физика и физический мир. — М.: Мир, 1975. — 624 стр.

[4]  под ред. Ландсберга Г.С. Элементарный учебник физики. т.2. Электричество. Магнетизм. — М.: Физматлит, 2006. — 480 стр.

Необходимо отметить, что данный обзор не является простой компиляцией источников (и тем более результатом дословного копирования их содержания). Знакомству с многими концепциями, затронутыми в обзоре, автор обязан учебе на физическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова и, главным образом, на кафедре теоретической физики этого факультета. Отдельную благодарность автор выражает сотрудникам кафедры А.В. Борисову и А.Е. Лобанову, без советов и замечаний которых обзор не вышел вы в свет в настоящем виде.

Немного официальности...

Весь текст, представленный в обзоре, является авторским, и его копирование возможно только по согласованию с автором О.Г. Харлановым, а также со ссылкой на сайт фонда «Новая мысль» и автора. Иллюстрации, помещенные в обзоре, по большей части, взяты из открытых источников в интернете, а также в некоторых случаях подредактированы автором. В тех случаях, когда гиперссылка внутри какой-либо статьи данного обзора ведет на внешний ресурс, расположенный не на сервере Финам.ru (чаще всего это отсылки к статьям в Википедии), автор не несет ответственности за возможное изменение или удаление соответствующей страницы уже после публикации данного обзора. С целью исправить выражающуюся в этом неполноту нашего обзора, рассматривается вопрос о создании на сайте «Новой Мысли» своеобразного глоссария, в котором будут разъяснены такие понятия, как векторное произведение или преобразования Лоренца.

Со всеми замечаниями, пожеланиями и советами не стесняйтесь обращаться к вашему покорному слуге и автору обзора — Олегу Харланову — по электронной почте okharl@mail.ru. Единственная просьба — не присылать огромный список пропущенных запятых “в 15 строке сверху на странице 138”. На все вопросы по существу я постараюсь ответить и учту Ваши замечания.

Напоследок желаю всем коллегам и просто интересующимся читателям экспериментировать в жизни, в науке и в своих концепциях, при этом не предаваясь пустым метаниям, а следуя некоторым, наполовину интуитивным, принципам. И помнить, что новые, прорывные отрасли физики зачастую развивались из соединения доселе разрозненных, нередко несоединимых концепций (квантовая механика — из механики и оптики, общая теория относительности — из геометрии и механики; на пути к квантовой теории гравитации придется преодолевать огромную пропасть между общей теорией относительности и квантовой теорией поля и т.д.). Физика — чудесная область, со своим юмором, диалектикой и понятиями о логичности и ее отсутствии. Понятиями, очень часто расходящимися с человеческим «здравым смыслом».

И чтобы окончательно разбить образ физики как каменного монолита, взирающего на нас со своим неприступным величием, приведу несколько цитат великих физиков, повествующих об их взглядах на соотношение теории и эксперимента:

«Красота уравнений важнее их согласия с экспериментом» (П. Дирак).

«Чем дальше эксперимент от теории, тем ближе он к Нобелевской премии» (Ф. Жолио-Кюри).

«Лишь теория решает, что наблюдаемо, а что — нет.» (А. Эйнштейн).

«Случайные открытия делают только подготовленные умы» (Б. Паскаль).

Необходимо отметить, что первые три автора являлись лауреатами Нобелевской премии по физике (а последний, естественно, жил задолго до появления на свет ее учредителя).

Закончу, пожалуй, афоризмом Марка Твена:

«Все обобщения ошибочны, включая и это».

Искренне Ваш,
Олег Харланов.