В 1900 году в Оксфорде известный физик лорд Кельвин обратился к Британской ассоциации содействия развитию науки со словами: «В физике нет ничего нового, что можно было бы открыть».
Что скажешь, был ли он прав? Следующий век полностью изменил физику. Сумасшедшее количество теоретических и экспериментальных открытий изменило представление о нашем месте во Вселенной. А в ближайшие 50 лет?
Не ожидайте, что этот век будет другим. Во Вселенной есть океан загадок, которые еще предстоит раскрыть, и новые технологии помогут нам раскрыть еще больше.
Первое касается основ нашего существования.
Физика предсказывает, что Большой взрыв произвел равное количество материи, из которой мы состоим, и чего-то еще, называемого антиматерией.
У большинства частиц материи есть двойник антивещества. Он идентичен, но с противоположным электрическим зарядом. Когда материя и антивещество встречаются, они нейтрализуют друг друга, и вся их энергия превращается в свет.
Но наблюдаемая нами Вселенная почти полностью состоит из материи. Так куда же делась вся антиматерия?
Большой адронный коллайдер (LHC) он предложил нам несколько интересных идей. Это заставляет протоны сталкиваться с невообразимой скоростью, создавая тяжелые частицы вещества и антивещества, которые разлагаются на более легкие частицы. Многие из них никогда не видели раньше.
БАК продемонстрировал, что материя и антиматерия распадаются с несколько разной скоростью. Это могло бы объяснить, почему в природе никогда не бывает идеальной симметрии, несмотря на видимость.
Проблема в том, что по сравнению с физическими экспериментами прошлого века БАК по-прежнему похож на игру в пинг-понг теннисной ракеткой. Поскольку протоны состоят из более мелких частиц, при столкновении они производят «обломки», которые «разлетаются» повсюду, что значительно затрудняет обнаружение новых частиц. По этой причине измерение их свойств затруднено и сопряжено с более чем реальным риском возникновения многочисленных ошибок в расчетах. Вкратце: мы не знаем, почему исчезло так много антиматерии.
Три новых научных структуры полностью изменят сценарий в ближайшие десятилетия. Основным из них является Будущий Круговой Коллайдер (FCC) – туннель длиной 100 км, который будет окружать Женеву: в качестве остановки на маршруте он будет использовать нынешний БАК (27 км). Вместо протонов он будет сталкивать электроны и их античастицы, позитроны, на скоростях, намного превышающих те, которых мог бы достичь БАК.
В отличие от протонов, электроны и позитроны неразделимы: поэтому мы будем точно знать, что мы наблюдаем.
Мы также сможем изменять энергию столкновений, производить определенные частицы антивещества и гораздо точнее измерять их свойства (в частности, способ их разложения).
Абсолютно новая физика
Эти исследования в течение следующих 50 лет могут открыть совершенно новую физику.
Одна из возможностей заключается в том, что исчезновение антиматерии может быть связано с существованием темной материи — ранее необнаружимых частиц, составляющих колоссальные 85% массы Вселенной.
Отсутствие антиматерии и преобладание темной материи, вероятно, обусловлены условиями, существовавшими во время Большого взрыва, поэтому эти эксперименты напрямую исследуют истоки нашего существования.
Невозможно предсказать, что следующие открытия изменят нашу жизнь. В последний раз, когда мы смотрели на мир через более мощное увеличительное стекло, мы обнаружили субатомные частицы и квантовую механику: открытия, которые сегодня производят революцию в вычислениях, медицине и производстве энергии.
Кто слушает?
Не менее важно открыть в космическом масштабе извечный вопрос о том, одиноки ли мы во Вселенной. Несмотря на недавнее открытие жидкой воды на Марсе, доказательств существования микробной жизни до сих пор нет. Марс 2020 также расскажет нам об этом.
Поиски жизни на планетах других звездных систем пока не принесли плодов, но скорое вступление в строй космического телескопа Джеймса Веббакоторый мы запустим в 2021 году, революционизирует способ обнаружения обитаемых экзопланет в течение следующих 50 лет.
Космический телескоп Джеймса Вебба будет использовать инструмент под названием коронограф обнаружить свет звезды, входящей в телескоп. Он работает почти так же, как рука, помещенная перед глазами, чтобы солнечный свет не ослепил нас. Техника позволит телескопу непосредственно наблюдать маленькие планеты, которые обычно покрываются ярким свечением звезды, вокруг которой они вращаются.
Телескоп Джеймса Уэбба не только сможет обнаружить новые планеты, но также сможет определить, способны ли они поддерживать жизнь. Когда свет звезды достигает атмосферы планеты, некоторые длины волн поглощаются, оставляя пробелы в отраженном спектре. Подобно штрих-коду, эти пробелы обозначают атомы и молекулы, составляющие атмосферу планеты.
Телескоп сможет прочитать эти «отпечатки пальцев», чтобы определить, есть ли в атмосфере планеты условия, необходимые для жизни.
В течение следующих 50 лет у нас могут быть цели для будущих межзвездных космических полетов, чтобы определить, что или кто может жить на других планетах.
Ближе к нам Европа. Спутник Юпитера был идентифицирован как место в нашей солнечной системе, где может обитать жизнь. Несмотря на низкую температуру (-220°C), гравитационные силы Юпитера могут заставить протекать под поверхностью достаточно воды, чтобы предотвратить ее замерзание. Это делает его возможным домом для микробов или даже водной жизни.
Новая миссия под названием Europa Clipper Ожидаемый в 2025 году, он подтвердит существование подводного океана и определит подходящую точку приземления для последующей миссии. Он также будет наблюдать за струями жидкой воды, выбрасываемыми с ледяной поверхности планеты, чтобы проверить наличие органических молекул.
Короче говоря, будь то мельчайшие строительные блоки нашего существования или необъятность космоса, Вселенная по-прежнему таит в себе множество загадок.
