Ευρηματικός:Paul J. Steinhardt
Ο Paul J. Steinhardt δεν μοιάζει με πυρίμαχο. Με τα γραφικά γυαλιά του και το κουμπωμένο ρουλεμάν, δεν θα φαινόταν παράταιρος σε ένα γραφείο λογιστών. Αλλά ο Διευθυντής του Κέντρου Θεωρητικής Επιστήμης του Πρίνστον είναι ένας ακαδημαϊκός ταραχοποιός, που επικρίνει φωνητικά την κορυφαία θεωρία της βρεφικής ηλικίας του σύμπαντος, μια θεωρία που ο ίδιος βοήθησε να δημιουργηθεί πριν από περισσότερα από 30 χρόνια. Σύμφωνα με αυτήν την εικόνα, που ονομάζεται πληθωρισμός, το ίδιο το διάστημα επεκτάθηκε ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός αμέσως μετά τη γέννηση του σύμπαντος στη Μεγάλη Έκρηξη, διπλασιάζοντας το μέγεθος 100.000 φορές σε λιγότερο από το ένα δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.
Αλλά μόλις ξεκινήσει, ο πληθωρισμός είναι δύσκολο να σταματήσει τελείως, έτσι οι θύλακες του διαστήματος θα πρέπει συνεχώς να εκτοξεύονται σε νέα σύμπαντα με διαφορετικές ιδιότητες. Σε ένα τέτοιο πολυσύμπαν, οτιδήποτε μπορεί να συμβεί θα συμβεί κάπου, και αυτό είναι ένα μοιραίο ελάττωμα για τον Steinhardt - μια θεωρία που δεν μπορεί να αποκλείσει τίποτα δεν είναι επιστημονική, υποστηρίζει. Ακολούθησε ένα εναλλακτικό σενάριο όπου το σύμπαν μας κινείται μεταξύ περιόδων διαστολής και συστολής, έτσι ώστε η μεγάλη έκρηξη ήταν πραγματικά μια μεγάλη αναπήδηση. Οι περισσότεροι άλλοι ερευνητές είναι δύσπιστοι ως προς την προσέγγιση, αλλά ο Steinhardt δεν αποθαρρύνεται.
Και η αναζήτησή του για εναλλακτικά σχήματα δεν περιορίζεται στην κοσμολογία. Για δεκαετίες, αναλογιζόταν τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους τα άτομα θα μπορούσαν να είναι διατεταγμένα σε κρυστάλλους, ανακαλύπτοντας ότι οι ρυθμίσεις που προηγουμένως θεωρούνταν αδύνατες επιτρέπονταν στην πραγματικότητα. Τα τελευταία χρόνια έσκασε ακόμη και στην έρημο της ρωσικής Άπω Ανατολής για να αναζητήσει τις πιο σπάνιες διευθετήσεις στη φύση, μια αποστολή που έδωσε ορυκτά νέα στην επιστήμη, συμπεριλαμβανομένου ενός που ονομάστηκε «steinhardtite».
Τόσο το πάθος του Steinhardt για τους άλυτους γρίφους όσο και οι κριτικές του για τις υπερβολικά προσαρμοστικές επιστημονικές θεωρίες εμφανίζονται στη συνέντευξή μας στο βίντεο.
Προβολή βίντεο
Τι σημαίνει ο όρος «Big Bang»;
Σύμφωνα με τη θεωρία του πληθωρισμού, πώς ήταν η πρώιμη διαστολή του σύμπαντος;
Τι προκάλεσε τη διαστολή του σύμπαντος;
Έχετε γίνει επικριτής του πληθωρισμού. Γιατί;
Γιατί είναι τόσο ανησυχητικό να πιστεύουμε ότι μπορεί να ζούμε σε ένα τυχαίο σύμπαν;
Πώς πιστεύετε για τα πρόσφατα ευρήματα που υποστηρίζουν την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων;
Εργάζεστε πάνω σε εναλλακτικές θεωρίες έναντι του πληθωρισμού. Τι είναι?
Τι είναι ένα κυκλικό σύμπαν;
Ποια είναι η κύρια κριτική για την εικόνα του κυκλικού σύμπαντος;
Μπορούμε ποτέ να μάθουμε την πλήρη ιστορία του σύμπαντος;
Τι σχέση έχει το μποζόνιο Χιγκς με την κοσμολογία;
Πώς μπήκατε στην επιστήμη;
Μπορείτε να μοιραστείτε μερικές ιστορίες για τον Νομπελίστα Ρίτσαρντ Φάινμαν;
Τι είναι οι οιονεί κρύσταλλοι;
Ένα οιονεί κρύσταλλο πήρε το όνομά σας. Πως έγινε αυτό?
Πώς ένας ερευνητής του πληθωρισμού σαν εσάς ήρθε να μελετήσει τους οιονεί κρυστάλλους;
Τι θα ήσουν αν δεν ήσουν επιστήμονας;
Μετάγραφο συνέντευξης
Τι σημαίνει ο όρος "Big Bang";
Οι φυσικοί εννοούν δύο πράγματα όταν μιλούν για τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό που συνήθως εννοούν οι κοσμολόγοι είναι η ιδέα ότι το σύμπαν κάποτε ήταν ζεστό και πυκνό και διαστέλλεται και ψύχεται. Έτσι, όταν οι άνθρωποι που δεν είναι επιστήμονες μας ρωτούν αν πιστεύουμε στη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, συνήθως γι' αυτό μιλάμε. Υπάρχουν στοιχεία ότι το σύμπαν ήταν κάποτε ζεστό και πυκνό και διαστέλλεται και ψύχεται; Και η απάντηση είναι:Υπάρχουν συντριπτικά στοιχεία για αυτό. Ωστόσο, όταν το κοινό μας ρωτά γενικά για τη θεωρία του Big Bang, έχει μια διαφορετική ιδέα στο μυαλό του. Έχουν την ιδέα αυτής της ίδιας της μεγάλης έκρηξης, της αρχής της μεγάλης έκρηξης, την ιδέα ότι το σύμπαν, ξέρετε, κάποια στιγμή δεν υπήρχε και ξαφνικά ξεπήδησε από το τίποτα σε κάτι και αυτό είναι το Big Bang. Και αν ρωτήσετε τους φυσικούς είναι σίγουροι για αυτή την ιδέα, η απάντηση είναι όχι. Υπάρχουν διαφορετικές ιδέες για το τι μπορεί να έχει συμβεί καθώς επιστρέφουμε σε εκείνη τη χρονική στιγμή. Οι άνθρωποι είχαν ιδέες για, ξέρετε, τον περασμένο αιώνα, για το τι θα μπορούσε να είχε συμβεί εκείνη την περίοδο και αυτό είναι ένα θέμα που είναι κεντρικό σε πολλές από τις συζητήσεις που έχουμε στην κοσμολογία σήμερα.
Σύμφωνα με τη θεωρία του πληθωρισμού, πώς ήταν η πρώιμη διαστολή του σύμπαντος;
Έτσι, αν ο χώρος ανάμεσα σε εσάς και εμένα, για παράδειγμα, τεντωνόταν με αυτόν τον ρυθμό αυτήν τη στιγμή, είτε θα προσπαθούσατε να μου μιλήσετε στέλνοντας ένα ηχητικό κύμα είτε θα μπορούσαμε να στείλουμε φωτεινά σήματα, [και] το διάστημα μεταξύ θα τεντωνόμασταν τόσο γρήγορα που το φως θα έπρεπε να καλυφθεί ή ο ήχος θα έπρεπε να καλύψει τη νέα απόσταση. Θα δημιουργηθεί [χώρος] τόσο γρήγορα, που [ηχητικά κύματα/φωτεινά σήματα] δεν θα έφταναν ποτέ σε σένα, ούτε σε μένα το δικό σου. Θα χάναμε ο ένας τον άλλον και θα χάναμε την επικοινωνία μεταξύ μας. Αυτό είναι το είδος της επέκτασης για το οποίο μιλάμε όταν μιλάμε για πληθωρισμό.
Και για να βάλουμε μερικούς αριθμούς, σε χαρακτηριστικά παραδείγματα, ο πληθωρισμός ξεκινά όταν το σύμπαν είναι περίπου ένα δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό ενός δευτερολέπτου, και διπλασιάζεται σε μέγεθος περίπου κάθε δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου — ίσως για εκατό χιλιάδες διπλασιασμούς, ή ένα εκατομμύριο διπλασιασμούς, ή ίσως ένα δισεκατομμύριο διπλασιασμούς. Αυτό σημαίνει ότι διπλασιάζεται σε μέγεθος ή πολλαπλασιάζεται επί οκτώ σε όγκο, ξέρετε, κάθε δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό, δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου και μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, μια περιοχή που είναι μικρότερη από έναν πυρήνα φουσκώνει σε μέγεθος που είναι πολύ μεγαλύτερο από τον χώρο που παρατηρούμε σήμερα όταν κοιτάζουμε γύρω από το σύμπαν. Βλέπουμε μόνο ένα πεπερασμένο κομμάτι του σύμπαντος. Θα ήταν πολύ μεγαλύτερο από αυτό και θα ήμασταν απλώς ένα μικρό έμπλαστρο. αυτό που θα παρατηρούσαμε θα ήταν απλώς ένα μικροσκοπικό κομμάτι αυτού του κομματιού του χώρου που κάποτε ήταν μικρότερο από έναν πυρήνα, που ανατινάχθηκε και φουσκώθηκε εκείνη τη στιγμή.
Τι προκάλεσε τη διαστολή του σύμπαντος;
Δεν γνωρίζουμε τι προκάλεσε τον πληθωρισμό. Υπάρχουν, ξέρετε… Τα τελευταία 30 χρόνια, υπάρχουν πιθανώς εκατοντάδες, ίσως χιλιάδες έγγραφα με ανθρώπους με διαφορετικές προτάσεις για το ποιο είναι το ακριβές πεδίο ή η ακριβής μορφή ενέργειας που—όλοι πρέπει να έχουν την ιδιότητα που οι ίδιοι- Απόκρουση, όλα πρέπει να παράγουν αυτό το επιταχυντικό αποτέλεσμα, αλλά όσον αφορά την ακριβή ταυτότητά τους, υπάρχουν πολλές, πολλές και πολλές διαφορετικές ιδέες, μερικές από τις οποίες περιλαμβάνουν κβαντικά πεδία όπως η αρχική ιδέα. μερικά από τα οποία περιλαμβάνουν τη χρήση επιπλέον διαστάσεων. μερικά από τα οποία χρησιμοποιούν την ιδέα από τη θεωρία χορδών, τις κβαντικές χορδές ή τους κβαντικούς εγκεφάλους—μεμβράνες. πολλές, πολλές διαφορετικές ιδέες, και όποια κι αν επιλέξετε μέχρι τη στιγμή που θα… Αυτό που παρατηρούμε στο σύμπαν σήμερα δεν μας βοηθά να διακρίνουμε πολύ καλά ποια από αυτές τις ιδέες είναι σωστή. Μπορούμε να εξαλείψουμε κάποιες δυνατότητες, αλλά υπάρχουν τόσες πολλές—υπάρχουν πολλές διαφορετικές επιλογές.
Όλοι πρέπει να έχουν την περιουσία που με κάποιο τρόπο τελειώνει ο πληθωρισμός. Και το ακίνητο… Θέλω να πω ένα πράγμα που είναι πάντα, που με ενοχλούσε σχετικά με την ιστορία από το πρώτο κιόλας παράδειγμα, είναι η ιδιότητα του να παίρνω αυτόν τον πληθωρισμό και το να τελειώνει πάντα περιλάμβανε κάποιο βαθμό ρύθμισης ή λεπτομέρειας του μοντέλου, γνωρίζω, τελειοποίηση. Κάθε μοντέλο έχει κάποιο είδος αυτού που ονομάζουμε παραμέτρους ή συντελεστές ή χαρακτηριστικά σε αυτό που πρέπει να προσαρμοστούν προσεκτικά για να αποκτήσετε αυτό που θέλετε. Εάν δεν τα προσαρμόσετε σωστά, λαμβάνετε κάτι εντελώς διαφορετικό, το οποίο δεν θέλετε, το οποίο δεν συνάδει με αυτό που παρατηρούμε. Επομένως, δεν έχουμε αυτό που θα έλεγα μια όμορφη θεωρία, μια θεωρία που εξηγεί φυσικά αυτή τη διαδικασία και αυτό είναι, ξέρετε, ένα από τα προβλήματα αυτή τη στιγμή—είναι να βρούμε κάτι, μια φυσική εξήγηση, για αυτό που παρατηρούμε. Και καθώς παρατηρούμε περισσότερες ιδιότητες του σύμπαντος, αυτό γίνεται πιο αυστηρό και ένας πιο αυστηρός περιορισμός στα μοντέλα μας.
Έχετε γίνει επικριτής του πληθωρισμού. Γιατί;
Αυτό που ανακαλύψαμε είναι ότι είναι δυνατό, ότι στην πραγματικότητα είναι δυνατό, και τελικά συνειδητοποιήσαμε ότι είναι σχεδόν δύσκολο να αποφευχθεί ότι ο πληθωρισμός μόλις ξεκινήσει είναι πραγματικά αιώνιος – ότι μπορεί να τελειώσει σε μερικά σημεία, αλλά θα συνεχιστεί πάντα σε άλλα τμήματα του σύμπαν και όπου συνεχίζει, φουσκώνει τόσο πολύ σε όγκο που καταλαμβάνει τη συντριπτική πλειοψηφία του σύμπαντος. Και παρόλο που συνεχίζει να παράγει μπαλώματα εκεί που τελειώνει, τα μπαλώματα που φουσκώνουν ξεπερνούν πάντα τις περιοχές όπου τελειώνει, και έτσι καταλήγετε με μπαλώματα μετά από μπαλώματα όπου ο πληθωρισμός έχει καταλήξει να είναι μικροσκοπικές κηλίδες σε ένα σύμπαν όπου συνεχίζεται .
Τώρα αυτά τα μπαλώματα όπου τελείωσε είναι αρκετά μεγάλα - είναι αρκετά μεγάλα για να μας περιορίσουν - οπότε ίσως δεν θα έπρεπε, ίσως να μην ανησυχείτε στην αρχή. Αλλά το πρόβλημα είναι ότι λόγω των επιπτώσεων της κβαντικής φυσικής αυτά τα μπαλώματα δεν είναι όλα ίδια. Τα αποτελέσματα της κβαντικής φυσικής, όταν τα συμπεριλάβετε σωστά, οδηγούν σε μια κατάσταση όπου ορισμένα μπαλώματα είναι σαν εμάς, αλλά μερικά μπαλώματα δεν είναι σαν εμάς. Και στην πραγματικότητα, κάθε πιθανή πιθανή έκβαση του σύμπαντος μπορεί να συμβεί αν κοιτάξετε από μπάλωμα σε μπάλωμα σε μπάλωμα και δεν υπάρχει ιδιαίτερος λόγος για τον οποίο το δικό μας είναι πιο πιθανό από οποιοδήποτε άλλο. Έτσι, κατά μία έννοια θα ζούσαμε σε αυτή την εικόνα, σε ένα τυχαίο σύμπαν. Προσπαθούμε να εξηγήσουμε το σύμπαν με έναν απλό, σθεναρά ντετερμινιστικό τρόπο, και αντ' αυτού σε αυτό το σύμπαν του πληθωρισμού, φαίνεται ότι είναι ατύχημα που ζούμε στο σύμπαν όπως εμείς. Θα μπορούσε να έχει πολλές ευρέως διαφορετικές ιδιότητες.
Γιατί είναι τόσο ανησυχητικό να πιστεύουμε ότι μπορεί να ζούμε σε ένα τυχαίο σύμπαν;
Πρώτα απ 'όλα, το γεγονός ότι το σύμπαν είναι τόσο απλό σε μεγάλες κλίμακες. Αν παρατηρήσετε κάτι που θα μπορούσε να είναι περίπλοκο, αλλά αποδεικνύεται πολύ απλό, σας ουρλιάζει ότι υπάρχει κάποια εξήγηση για το γιατί είναι έτσι. Τώρα το πρόβλημα με ένα τυχαίο σύμπαν είναι ότι δεν είναι καθόλου εξήγηση. Δεν είναι καν μια επιστημονική θεωρία με τη μορφή για την οποία μιλάμε - με την έννοια ότι επιτρέπει κάθε πιθανή δυνατότητα. Εάν επιτρέψετε κάθε πιθανή πιθανότητα, τότε δεν υπάρχει καμία δοκιμή ή συνδυασμός δοκιμών που μπορεί να διαψεύσει μια τέτοια ιδέα. Επιτρέπεται να έχετε αυτή την ιδέα αν θέλετε, αλλά δεν είναι πλέον στη σφαίρα της επιστήμης - είστε κάποιο είδος μεταφυσικής ή φιλοσοφίας, που βρίσκεται έξω από τη σφαίρα της επιστήμης.
Έτσι, το πρόβλημα με τον πληθωρισμό είναι ότι ξεκίνησε ως μια ιδέα που φαινόταν να έχει σαφείς προβλέψεις και ιδιότητες και, και με την ανακάλυψη του αιώνιου πληθωρισμού, το πολυσύμπαν, μετακόμισε σε αυτήν την τυχαία εικόνα του σύμπαντος όπου δεν έχει πλέον καμία συγκεκριμένη δοκιμή ή συνδυασμό δοκιμών που μπορούν να το διαψεύσουν. Είναι τόσο ευέλικτο—και αυτή είναι μόνο μια μορφή ευελιξίας για την οποία μιλάμε αυτή τη στιγμή, έχει άλλες μορφές ευελιξίας—αλλά είναι τόσο ευέλικτο μόνο λόγω αυτού του πολυσύμπαντος που δεν υπάρχει τίποτα… οτιδήποτε θα παρατηρούσατε θα λέγατε, " Ω, αυτό θα μπορούσε να συμβεί σε ένα πολυσύμπαν. Θα μπορούσε να συμβεί κι αυτό», ξέρετε. Θα μπορούσατε απλώς να συνεχίσετε και να συνεχίσετε. Δεν θα υπήρχε τίποτα που θα σας έλεγε ότι η θεωρία μπορεί να είναι λάθος. Και τέτοιες ιδέες, όπως λέω, βρίσκονται έξω από τον τομέα των κανονικών επιστημών που ασκούνται τα τελευταία 400 χρόνια. Οπότε νομίζω ότι είναι πολύ… Είναι ένα είδος, θα το έλεγα, μια λειτουργία αποτυχίας. Ξέρετε, συνήθως έχουμε συνηθίσει να αποτυγχάνουν οι θεωρίες επειδή κάνουν μια σαφή πρόβλεψη, εσείς πηγαίνετε να κάνετε την παρατήρηση και αυτή διαφωνεί. Αυτή είναι η επιστήμη όπως την καταλαβαίνουμε συνήθως. Κάνει μια πρόβλεψη, δοκιμάζεται και αποτυγχάνει. Αυτό είναι διαφορετικό. Αυτή είναι μια θεωρία που νομίζατε ότι έκανε σαφείς προβλέψεις και τώρα έχετε ανακαλύψει ότι έχει αυτού του είδους την άπειρη διέξοδο και έτσι αυτό σημαίνει ότι δεν είναι πλέον, ξέρετε, μια συνηθισμένη επιστημονική ιδέα, που είναι ένας διαφορετικός τρόπος αποτυχίας από αυτό που έχουμε συνηθίσει.
Πώς πιστεύετε για τα πρόσφατα ευρήματα που υποστηρίζουν την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων;
Δεν μπορείτε να είστε σίγουροι τι προκαλεί αυτό το σήμα. Είναι πραγματικά ένα σήμα από το βαθύ μέρος του ουρανού πέρα από τους γαλαξίες, το πράγμα που προσπαθείτε να ανιχνεύσετε; Είναι ένα σήμα που προκαλείται από τη σκόνη μέσα στον γαλαξία μας, που στρίβει το φως καθώς διασκορπίζεται από αυτή τη σκόνη; Είναι ένα σήμα που προκαλείται από την ατμόσφαιρα, η οποία συνεχώς αυξομειώνει και παραμορφώνει το φως καθώς έρχεται στον ανιχνευτή μου; Είναι φως που αναπηδά από το έδαφος και μπαίνει στον ανιχνευτή μου και παραμορφώνεται με αυτόν τον τρόπο ή είναι φως που παραμορφώνεται από τον φακό στον ανιχνευτή μου; Υπάρχουν πολλές πηγές που θα πρέπει να αναζητήσετε με μία μόνο συχνότητα. Έτσι, αυτό που προσπαθούσαν να κάνουν ήταν εξαιρετικά δύσκολο και θα έλεγα περισσότερα από όσα θα μπορούσαν να γίνουν, και έτσι υπήρχαν λόγοι να ανησυχούμε αμέσως και η μεγαλύτερη ανησυχία ήταν αν είχαν λάβει σωστά υπόψη τη σκόνη στη δική μας γαλαξίας? Και αυτό είναι το θέμα στο οποίο οι άνθρωποι έχουν επικεντρωθεί περισσότερο μέχρι αυτό το σημείο.
Επειδή ξέρουμε ότι υπάρχει, στον δικό μας γαλαξία, σκόνη, η οποία έχει την ιδιότητα ότι το φως που έρχεται, που διασκορπίζεται από αυτό, γίνεται πολωμένο—και δηλαδή όταν το φως έρχεται, διασκορπίζεται από πάνω μας, διασκορπίζεται μακριά από τη σκόνη. Αντί το φως να έρχεται προς το μέρος του με τα ηλεκτρικά πεδία να ταλαντώνονται προς κάθε δυνατή κατεύθυνση, προτιμώνται κάποιες κατευθύνσεις έναντι άλλων ανάλογα με το συγκεκριμένο σωματίδιο σκόνης από το οποίο διασκορπίζεται. Τώρα αυτό προσπαθούσε να μετρήσει το BICEP2—ήταν η πόλωση του φωτός, όχι από τη σκόνη, αλλά που προκλήθηκε στο πρώιμο σύμπαν από βαρυτικά κύματα. Αλλά δεν μπορούν να διακρίνουν από μόνοι τους που το προκάλεσε. Η σκόνη? Ή μήπως ήταν τα βαρυτικά κύματα;
Τώρα, διάφορες ομάδες προσπάθησαν να βελτιώσουν αυτό που έκαναν και συμπέραναν ότι [πιθανότατα], ότι η σκόνη είναι ένας μεγάλος παράγοντας και ίσως ολόκληρη η πηγή του σήματος που έβλεπαν. Και περιμένουμε τώρα τα αποτελέσματα από το πείραμα του δορυφόρου Planck, το οποίο θα πρέπει να μας παρουσιάζει έναν λεπτομερή χάρτη της συγκεκριμένης περιοχής του ουρανού που μέτρησε η ομάδα BICEP2 και μετά θα είμαστε σε θέση να πούμε περισσότερα για την πιθανότητα να είδε αυτά τα βαρυτικά κύματα. (Δείτε τη σχετική ανάρτηση ιστολογίου, «Ο ενθουσιασμός για τα κύματα βαρύτητας καταρρέει», η οποία αναφέρει τη διαπίστωση της ομάδας Planck ότι το σήμα πόλωσης θα μπορούσε να εξηγηθεί εξ ολοκλήρου από τη σκόνη και όχι από τα βαρυτικά κύματα.)
Έχετε εργαστεί σε εναλλακτικές θεωρίες έναντι του πληθωρισμού. Τι είναι?
Τι θα γινόταν αν δεν ξεκινούσαμε από το Big Bang; Ίσως αυτή να μην είναι η αρχή του χώρου και του χρόνου. και ίσως αυτό που θεωρούμε σαν κρότο, είναι πραγματικά μια αναπήδηση:μια μετάβαση από μια προϋπάρχουσα φάση - ας πούμε της συστολής - [και μετά] μια αναπήδηση σε επέκταση. Τώρα ξαφνικά υπάρχει ένας εντελώς νέος τομέας χρόνου, πριν από την αναπήδηση, πριν από την έκρηξη, [με τον οποίο μπορείτε να εισαγάγετε διαδικασίες που φυσικά θα εξομάλυναν και θα ισοπέδωναν το σύμπαν.
Έτσι, οι θεωρίες που έχω δουλέψει έχουν αυτή την ιδιότητα. Μετατρέπουν την έκρηξη σε αναπήδηση και εισάγουν διαδικασίες που θα συνέβαιναν φυσικά όταν, σε ένα σύμπαν που συστέλλεται αυτόματα, τείνουν να ισοπεδώσουν και να εξομαλύνουν το σύμπαν. Και στη συνέχεια προσθέτετε την κβαντική φυσική σε αυτό - διαφορετικές περιοχές του διαστήματος συστέλλονται σε διαφορετικούς χρόνους λόγω αυτών των τυχαίων κβαντικών διακυμάνσεων. Δεν μπορείτε να συγχρονίσετε πλήρως τα πράγματα - η κβαντική φυσική δεν το επιτρέπει - έτσι η ελαφρά ανομοιομορφία στον ρυθμό συστολής θα μεταφραστεί σε διακυμάνσεις, διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα μετά την αναπήδηση, που θα παράγουν τις διακυμάνσεις που βλέπετε στο φόντο του φούρνου μικροκυμάτων. Αλλά επειδή αυτή η διαδικασία συστολής είναι πολύ ήπια και αργή σε σύγκριση με την πολύ γρήγορη πληθωριστική επέκταση, δεν παράγει τα βίαια αποτελέσματα που παράγουν τα μεγάλα βαρυτικά κύματα, αυτό το βαρυτικό κύμα υψηλού πλάτους που παράγει ο πληθωρισμός. Αντίθετα, παράγει βαρυτικά κύματα τα οποία είναι πολύ, πολύ πιο αδύναμα, πολύ αδύναμα για να τα παρατηρήσουμε.
Έχουμε αυτήν την πιο ρεαλιστική, σύγχρονη εκδοχή, η οποία παράγει ένα πολυσύμπαν στο οποίο όλα μπορούν να συμβούν και είναι εντελώς απρόβλεπτο. Και τότε έχουμε μια θεωρία που λέει στη θεωρία αναπήδησης, δεν πρέπει να βλέπουμε τα βαρυτικά κύματα σε αυτό το συγκεκριμένο είδος… σε αυτό το είδος της θεωρίας αναπήδησης, δεν πρέπει να βλέπετε αυτά τα βαρυτικά κύματα. Και αυτό είναι το φάσμα των μοντέλων που γνωρίζουμε επί του παρόντος και μπορεί να υπάρχουν άλλα μοντέλα που δεν έχουν βρεθεί ακόμη.
Τι είναι το κυκλικό σύμπαν;
Το μοντέλο αναπήδησης που μόλις περιέγραψα είναι ένα στο οποίο μίλησα μόνο για μία μόνο αναπήδηση—παίρνοντας το πιο πρόσφατο χτύπημα και λέγοντας ας υποθέσουμε ότι είναι αναπήδηση και ας υποθέσουμε… Σε αυτή την περίπτωση επιτρέπει, ανοίγει την πιθανότητα εξομάλυνσης των λογαριασμών για την ομαλότητα που βλέπουμε σήμερα, [ότι] παρήχθη κατά την περίοδο συστολής πριν από αυτήν την αναπήδηση.
Αναπτύξτε λίγο την ιστορία. Ήταν η μόνη αναπήδηση; Θα μπορούσε να υπήρχε μια ακολουθία αναπηδήσεων; Θα μπορούσε να υπήρχε ένα είδος επεισοδιακού ή κυκλικού σύμπαντος; Ναι, όλα αυτά τα πράγματα είναι φυσικές δυνατότητες. Είναι φυσικές πιθανότητες, αλλά πρέπει να πω ότι κατά τη διάρκεια κάθε περιόδου συστολής, και σε κάθε προηγούμενη… [και] κάθε τέτοια αναπήδηση, θα υπάρχει πάντα αυτή η διαδικασία εξομάλυνσης, αυτή η διαδικασία ισοπέδωσης που έχει την ιδιότητα ότι κατά μία έννοια «Κάπως σβήνει πληροφορίες, ή διαδίδει πληροφορίες τόσο αραιά από ό,τι προηγήθηκε, [που] δεν υπάρχει σχεδόν κανένα ίχνος τους στο σύμπαν που μπορείτε να δείτε σήμερα. Πρέπει να αναζητήσετε έμμεσα στοιχεία αυτής της διαδικασίας.
Επομένως, δεν βλέπετε άμεσες ενδείξεις παλαιότερων κύκλων, αλλά θα μπορούσατε να συμπεράνετε ότι μπορεί να υπάρχουν με βάση το γεγονός ότι βλέπετε την ομαλότητα και την επιπεδότητα και την απουσία βαρυτικών κυμάτων και ίσως άλλες ιδιότητες που εξηγούνται από αυτό το είδος επεισοδιακού ή κυκλικού σύμπαντος . Τώρα, αφού έχετε αυτή τη δυνατότητα θεωρητικά, μπορείτε επίσης να κάνετε την ερώτηση καλά, πώς ξεκίνησε; Είχε αρχή; Μπορεί. Θα μπορούσε να είχε μια αρχή και στη συνέχεια να εγκατασταθεί σε ένα κανονικό μοτίβο, ή όσο μπορούμε να πούμε θεωρητικά, μπορεί να είχε συνεχιστεί για πάντα στο παρελθόν και για πάντα στο μέλλον. Υπάρχει λοιπόν… ο τρόπος που ξεπερνάς το πρόβλημα της αρχής είναι ότι δεν υπάρχει αρχή. Ήταν πάντα εκεί και το έκανε αυτό, για πάντα στο παρελθόν και για πάντα στο μέλλον.
Ποια είναι η κύρια κριτική για την εικόνα του κυκλικού σύμπαντος;
Το ένα θέμα που απομένει είναι η ίδια η αναπήδηση. Τι ακριβώς συμβαίνει με την αναπήδηση, τι περιγράφει η φυσική αυτή την αναπήδηση και εκεί, υπάρχουν πολλές ιδέες που έχουν οι άνθρωποι. Κάποιοι, σε ορισμένες περιπτώσεις, η μία [πλευρά] σκέφτεται για αναπηδήσεις στις οποίες το σύμπαν συστέλλεται σε ένα σημείο και στη συνέχεια αντιστρέφεται και αρχίζει να διαστέλλεται αμέσως πριν φτάσει στο μηδέν μέγεθος – πριν χρειαστεί να ανησυχήσει για τις επιπτώσεις της κβαντικής βαρύτητας. Και έτσι κατασκευάσαμε και οι δύο τέτοια παραδείγματα. Και υπάρχουν επίσης παραδείγματα όπου [άλλος] λέει όχι, ας προχωρήσουμε και ας προχωρήσουμε και να δούμε αν μπορούμε να εξερευνήσουμε εάν η κβαντική βαρύτητα θα οδηγούσε φυσικά σε αναπήδηση. Τώρα και οι δύο αυτές ιδέες βρίσκονται υπό ανάπτυξη.
Και η άποψή μου είναι αυτό, αυτό είναι το βασικό πρόβλημα. Το αν μπορούμε ή όχι να έχουμε αυτή την αναπήδηση είναι το βασικό πρόβλημα της θεμελιώδους φυσικής και της κοσμολογίας. Σχετίζεται με τη θεμελιώδη φυσική της κβαντικής βαρύτητας, με το πρόβλημα της κοσμολογίας. Θα μπορούσε η εξομάλυνση να έχει συμβεί πριν; Μπορούμε να αποφύγουμε το πρόβλημα του πολυσύμπαντος; Σχετίζονται. Ξέρετε, όλα αυτά τα πράγματα είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους και νομίζω ότι είναι το βασικό πρόβλημα στο οποίο πρέπει να εστιάσουμε, ξέρετε, καθώς μπαίνουμε στον 21ο αιώνα. Είναι το βασικό πρόβλημα στο οποίο πρέπει να εστιάσουμε γιατί αν μπορούμε να δείξουμε ότι είναι αδύνατο, τότε πρέπει, οπωσδήποτε να κερδίσουμε, να κερδίσουμε το πολυσύμπαν. Πάρτε τον έλεγχο του. Αν είναι δυνατό, τότε απλώς πιστεύω ότι είναι μια πολύ πιο απλή ιδέα από τον πληθωρισμό και το πολυσύμπαν. Απλώς απορρίψτε το, και νομίζω ότι αυτή η αναπηδητική ιδέα είναι ένας πολύ πιο απλός τρόπος να εξηγήσουμε το σύμπαν στο οποίο… το απλό σύμπαν, το οποίο παρατηρούμε.
Μπορούμε ποτέ να μάθουμε την πλήρη ιστορία του σύμπαντος;
Είμαι αισιόδοξος για το ότι μπορούμε να καταλάβουμε την ιστορία του σύμπαντος σε αυτό το σημείο, επειδή αυτό που έχουμε παρατηρήσει γι 'αυτό σε μεγάλη κλίμακα είναι αυτή η εξαιρετική απλότητα. Αν ήταν περίπλοκο, αν φαινόταν σαν να βγήκε από κάποια περίπλοκη μηχανή παρασκευής λουκάνικων, τότε θα έλεγες, καλά το γεγονός ότι μπορώ να παρατηρήσω μόνο ένα μέρος του και βλέπω μόνο ένα μικρό κομμάτι από το λουκάνικο , μου είναι αρκετά δύσκολο να καταλάβω το μηχάνημα που το παρήγαγε. Αλλά δεν είναι αυτό που παρατηρούμε. Δεν παρατηρούμε κάποιο περίπλοκο λουκάνικο -παρατηρούμε ένα εξαιρετικό σύμβολο ένστολου, χωρίς χαρακτηριστικά-πολύ λίγους βαθμούς ελευθερίας εδώ για να περιγράψουμε το σύμπαν σε μεγάλες κλίμακες.
Είναι επίσης αλήθεια ότι η θεμελιώδης φυσική μας, αν ξέρετε… οι πρόσφατες ανακαλύψεις σχετικά με το Higgs στη θεμελιώδη φυσική μόλις έδειξαν ότι είναι απλούστερο από ό,τι πολλοί θεωρητικοί πίστευαν ότι θα έπρεπε να είναι. Τι… αυτή τη στιγμή, λέω ότι παρατηρείται μια συναρπαστική απλότητα σε μεγάλες κλίμακες. Παρατηρείται μια συναρπαστική απλότητα σε μικρές κλίμακες. Αυτό με κάνει να αισιοδοξώ ότι θα έπρεπε να είναι, ότι θα έπρεπε να αναζητούμε μια πολύ απλή λύση με τόσο λίγους, τόσο λίγους βαθμούς ελευθερίας στην οποία θα βρισκόσαστε, θα μπορούσατε αμέσως να αναγνωρίσετε ότι αυτό είναι ένα πολύ λογικό συναρπαστικό μοντέλο εξηγήστε τι παρατηρούμε.
Τι σχέση έχει το μποζόνιο Χιγκς με την κοσμολογία ?
Αν υποθέσουμε προς το παρόν ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων έχει δει όλα τα σωματίδια να φαίνονται σε υψηλές, λογικά υψηλές ενέργειες, υπάρχει ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα που προκύπτει από αυτή την ανάλυση. Και αυτό είναι ότι το σημερινό μας σύμπαν βρίσκεται σε μια μετασταθερή κατάσταση. Αντί να βρίσκεται στη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση στο σύμπαν, βρίσκεται στην πραγματικότητα σε μια κατάσταση σχετικά υψηλής ενέργειας σε σύγκριση με το ελάχιστο. Διαχωρίζεται από αυτό το ελάχιστο από ένα μεγάλο ενεργειακό φράγμα, γι' αυτό βρισκόμαστε στην κατάσταση στην οποία βρισκόμαστε και δεν πηδάμε αμέσως σε μια κατάσταση χαμηλής ενέργειας. Αλλά τελικά αν αυτή η εικόνα είναι σωστή, δεν μπορούμε να είμαστε σε σταθερή κατάσταση. Τελικά, κάποιο είδος κβαντικής διακύμανσης ή μια θερμική διακύμανση θα μπορούσε να μας διώξει και δεν θα είμαστε πλέον στην παρούσα κατάσταση κενού.
Αυτό σημαίνει ότι στην παρούσα κατάσταση κενού μας, αντί να είμαστε σε ένα σύμπαν στο οποίο το κενό, η ενέργεια στο κενό είναι σχετικά μικρή και θετική - όπως είναι σήμερα - και αντί να βρίσκεται σε ένα σύμπαν που επιταχύνει την διαστολή του , κάποια στιγμή θα μεταβεί σε μια κατάσταση στην οποία… ότι το σύμπαν θα αρχίσει να συστέλλεται.
Αυτό το είδος ιδέας είναι ενδιαφέρουσα γιατί στο είδος του κυκλικού σύμπαντος όπως περιέγραψα, αυτό ακριβώς πρέπει να συμβαίνει. Εάν το σύμπαν πρόκειται να κάνει κύκλο, δεν μπορεί να παραμείνει στο παρόν επιταχυνόμενο σύμπαν, πρέπει τελικά να τερματίσει την επιτάχυνσή του και να εισέλθει σε μια φάση συστολής και εδώ είναι το Higgs, ίσως να μας δώσει αυτή την υπόδειξη ότι αυτό θα είναι, ότι αυτό θα μπορούσε να συμβεί. Στη συνέχεια, αν αποδειχθεί ότι όταν συστέλλεστε αναπηδάτε, αυτό θα οδηγήσει στο να επιστρέψει το Higgs στο τρέχον κενό, αλλά τώρα σε ένα σύμπαν που είναι ζεστό και διαστέλλεται ξανά και η διαδικασία διαστολής και ψύξης και σχηματισμού γαλαξιών και αστεριών θα μπορούσε να ξεκινήσει πάλι.
Έτσι, αυτή η εργασία στη μικροφυσική, την οποία εμείς, στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, τον οποίο κανονικά δεν θεωρούμε ως κοσμολογία - στην πραγματικότητα σχεδιάστηκε απλώς για να δούμε αν μπορούσαμε να δούμε αν υπήρχε καθόλου Higgs - αποδείχθηκε ότι είναι δυνητικά πολύ ενδιαφέρον για την κοσμολογία, πολύ πιο ενδιαφέρον ίσως ακόμα και τότε θα λέγατε για τη σωματιδιακή φυσική γιατί μπορεί να μας υποδεικνύει νέες δυνατότητες για το παρελθόν και το μέλλον του σύμπαντος μας ότι, ότι δεν ονειρευόμασταν ήταν δυνατό και ότι το Higgs μας υποδεικνύει.
Πώς μπήκατε στην επιστήμη;
Νομίζω ότι από τότε που ήμουν μικρός πάντα ήθελα να γίνω επιστήμονας. Ο πατέρας μου μου έλεγε - δεν ήταν επιστήμονας, ήταν δικηγόρος - για κάποιο λόγο, μου έλεγε ιστορίες για επιστήμονες και ανακάλυπτε πράγματα στην επιστήμη και αυτό μου φαινόταν τόσο συναρπαστικό να ανακαλύπτω κάτι νέο που κανείς δεν είχε γνωρίσει ποτέ πριν. Απλώς το βρήκα εξαιρετικά συναρπαστικό και έτσι πάντα ήθελα να γίνω επιστήμονας κάποιου είδους. Και έτσι ξέρετε από τα πρώτα βιβλία που θυμάμαι ότι ξέρετε, όλες οι εμπειρίες μου ήταν… η επιστήμη ήταν πάντα ένα μεγάλο μέρος της ζωής μου. Και έτσι ξέρετε, ως παιδί που μεγάλωνα είχα ένα εργαστήριο χημείας ανάμεσα σε ένα εργαστήριο βιολογίας, ανάμεσα σε ένα τηλεσκόπιο και να κάνω κάτι τέτοιο, να κάνω πολλή έρευνα που μπορούσα. Ξέρεις να παίρνω, να ασχολούμαι με την έρευνα όσο πιο νέος μπορούσα.
Ο μόνος τομέας στον οποίο είχα πολύ μικρή έκθεση μέχρι εκείνο το σημείο ήταν η φυσική και μόνο όταν ήμουν προπτυχιακός στο Caltech… Εννοώ ότι έκανα φυσική στο γυμνάσιο, αλλά ήταν αρκετά πεζά μαθήματα, αλλά όταν πρωτοπήγα, ξέρετε, συνειδητοποίησα ότι η φυσική ήταν πραγματικά ενδιαφέρουσα ήταν όταν ήμουν προπτυχιακός στο Caltech και εγώ, το πρώτο έτος που αναγκάστηκα να πάρω φυσική, για τα πρώτα δύο χρόνια και αυτός ο καθηγητής… ξέρετε, μέσα σε λίγες εβδομάδες είχα γνωρίσει ξέρετε, πολύ συναρπαστικοί άνθρωποι, συμπεριλαμβανομένου του Richard Feynman και εγώ, πουληθήκαμε εντελώς:Αυτή ήταν η επιστήμη που ήθελα να κάνω. Και μετά άρχισα να εξερευνώ διαφορετικούς τομείς της φυσικής γιατί δεν ήξερα πολλά για τη φυσική όταν ξεκίνησα να ασχολούμαι με αυτήν και το τελευταίο στο οποίο ήρθα ήταν η κοσμολογία. Όπως ανέφερα προηγουμένως, ήταν πραγματικά ως μεταδιδακτορικός και έτυχε να μπω σε μια διάλεξη του Alan Guth -πραγματικά δεν είχα παρακολουθήσει ποτέ μάθημα κοσμολογίας- τότε ήταν που εκτέθηκα για πρώτη φορά σε αυτό και έχει καταλάβει μεγάλο μέρος της ερευνητικής μου ζωής έκτοτε.
Μπορείτε να μοιραστείτε μερικές ιστορίες για τον Νομπελίστα Ρίτσαρντ Φάινμαν;
Είχα αρκετές αλληλεπιδράσεις με τον Φάινμαν. Ξεκίνησα ένα μάθημα μαζί του που ονομάζεται «Φυσική Χ». Ο συγκάτοικός μου κι εγώ τον ρωτήσαμε αν θα ήταν διατεθειμένος να διδάξει ένα «ψευτομάθημα» —ένα ψεύτικο μάθημα— που ονομάζεται «Φυσική Χ» στο οποίο ερχόταν κάθε εβδομάδα και απαντούσε σε όποιες ερωτήσεις μπορεί να του ρίξετε. Και αυτό ήταν μια πραγματική συγκίνηση γιατί κυριολεκτικά η συζήτηση, ξέρετε, κυμάνθηκε σε όλο τον χάρτη. Δεν ήταν μόνο για πράγματα που ξέρετε, τα προφανή πράγματα για τη σωματιδιακή φυσική για τα οποία θα μπορούσατε να ρωτήσετε. Δεν του άρεσε καν αυτή η ερώτηση. Ήθελε να φέρεις κάποιο φαινόμενο, κάποιο μυστηριώδες φαινόμενο και θα συζητούσαμε για το τι μπορεί να εξηγήσει αυτό το φαινόμενο. Και έτσι είναι, ήταν μια πολύ σημαντική εμπειρία με επιρροή για μένα.
Και μετά έκανα επίσης την εργασία μου για την ανώτερη διατριβή μαζί του, έτσι αυτό ήταν ένα άλλο σύνολο εμπειριών και έτσι άφησε εκεί ένα πραγματικό σημάδι στη σκέψη μου, συμπεριλαμβανομένης της σκέψης μου για την επιστήμη που μου επιστρέφει από το BICEP2. Πολλά… Το BICEP2 έχει φέρει σε πολλές ενδιαφέρουσες συζητήσεις για… που δεν θα νομίζατε ότι οι επιστήμονες θα έπρεπε να συζητήσουν για το ποια είναι η φύση της επιστήμης, αυτό το ζήτημα του εάν είναι σημαντικό η επιστήμη να είναι ελεγχόμενη ή όχι, παραποιήσιμο ή μη παραποιήσιμο. Αυτά ήταν θέματα που νομίζω ότι στο μυαλό του Φάινμαν ήταν εξαιρετικά ξεκάθαρα και νομίζω συμβατικά —θα έλεγα συμβατικά— και σίγουρα κατά τη γνώμη μου, συμβατικά και πολύ ξεκάθαρα, αλλά, ξέρετε, έχω ακούσει μερικές πολύ ενδιαφέρουσες απόψεις που , ξέρετε, το να έχεις μια θεωρία που δεν μπορεί να παραποιηθεί μπορεί να είναι εντάξει στην επιστήμη - και το βρίσκω πολύ παράξενο και στην πραγματικότητα το βρίσκω μάλλον επικίνδυνο - αλλά κάπως με έφερε πίσω στο να ξανασκεφτώ κάποια από την εμπειρία μου με τον Φάινμαν από εκείνες τις μέρες.
Τι είναι οι οιονεί κρύσταλλοι;
Πίσω στη δεκαετία του 1980, ο μαθητής μου και εγώ είχαμε υποθέσει ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν μορφές ύλης στις οποίες τα άτομα και τα μόρια θα μπορούσαν να οργανωθούν σε μοτίβα που ήταν αδύνατα για τους κρυστάλλους, αλλά δεν ήταν και τυχαία. Στην πραγματικότητα θα είχαν συμμετρίες που έχουν οι κρύσταλλοι, τα σχέδια, αλλά συμμετρίες που δεν επιτρέπεται να έχουν οι κρύσταλλοι.
Είναι λοιπόν γνωστό εδώ και 200 χρόνια ότι τα άτομα θα μπορούσαν να οργανωθούν σαν δομικά στοιχεία σε συγκεκριμένα μοτίβα όπου τα άτομα ή τα σμήνη ατόμων επαναλαμβάνονται τακτικά. Αυτό είναι που κάνει έναν κρύσταλλο κρύσταλλο. Και αν φτιάχνω πράγματα από δομικά στοιχεία με αυτόν τον τρόπο, είναι γνωστό εδώ και σχεδόν 200 χρόνια, υπάρχουν μόνο ορισμένες συμμετρίες που είναι δυνατές. Έτσι, όλοι οι κρύσταλλοι που παρατηρείτε στη φύση μέχρι πρόσφατα, συμμορφώνονται μόνο με μία από τις 32 πιθανότητες συμμετρίας που καθιερώθηκαν, ξέρετε, τον 19ο αιώνα. Όλα όσα γνωρίζαμε μέχρι εκείνο το σημείο ζούσαν έτσι.
Αλλά αυτό που δείξαμε, ο μαθητής μου, ο Dov Levine και εγώ, είναι ότι αν ξεφύγεις από την ιδέα μιας μόνο επαναλαμβανόμενης μονάδας, αν επιτρέψεις στον εαυτό σου, ας πούμε δύο επαναλαμβανόμενες μονάδες, άρα δύο επαναλαμβανόμενα άτομα, που επαναλαμβάνονται σε διαφορετικές συχνότητες, ξαφνικά γίνονται δυνατές συμμετρίες που ήταν αδύνατες. Έτσι, για παράδειγμα, οι κρύσταλλοι δεν μπορούν ποτέ να οργανωθούν σε οποιοδήποτε είδος δομής που έχει πενταπλάσια συμμετρία. Απαγορεύεται για τους κρυστάλλους - μαθηματικά, είναι αδύνατο. Αλλά τα σχεδόν, τα συστήματα που σκεφτόμασταν και τα οποία ονομάζουμε οιονεί κρύσταλλοι θα μπορούσαν. Στην πραγματικότητα, θα μπορούσαν να τακτοποιηθούν και να σχηματίσουν ένα στερεό με τη συμμετρία μιας μπάλας ποδοσφαίρου - η οποία έχει πολλά πεντάγωνα πάνω της, πολλούς, πολλούς διαφορετικούς άξονες πενταπλής συμμετρίας - θα μπορούσαμε ακόμη και να έχουμε αυτό το είδος δομής. Και ενώ εργαζόμασταν πάνω σε αυτήν την ιδέα, υπήρχε μια ομάδα στο Εθνικό Γραφείο Προτύπων με επικεφαλής τον Dan Shechtman, που κοίταζε διάφορα κράματα αλουμινίου και έπεσε πάνω σε ένα που παρήγαγε ένα σχέδιο περίθλασης που είχε πενταπλάσια συμμετρία. που ήταν ασυνεπής με τους νόμους της κρυσταλλογραφίας. Δεν είχαν καμία εξήγηση για αυτό, αλλά, ξέρετε, είπαν, «Εδώ είναι! Δεν το καταλαβαίνουμε, αλλά ξέρετε, εδώ υπάρχει μια πιθανότητα». Και αποδείχθηκε ότι τα μοτίβα που έπαιρναν συμμορφώθηκαν ακριβώς με τα είδη των μοτίβων που είχαμε προβλέψει υποθετικά. Και έτσι έγινε η ιδέα, έτσι έγινε η ανακάλυψη των οιονεί κρυστάλλων - η συνειδητοποίηση ότι η υποθετική ιδέα και η πειραματική ιδέα όντως σχετίζονται, προέκυψε από αυτό και το 2011, ο Dan Shechtman κέρδισε το Νόμπελ Χημείας για την ανακάλυψή του … ονομάζουμε τώρα τον πρώτο οιονεί κρύσταλλο.
Ένας οιονεί κρύσταλλος έχει πάρει το όνομά σας. Πώς έγινε αυτό;
Όλοι οι οιονεί κρύσταλλοι που έχουν ανακαλυφθεί από το 1984, μέχρι πρόσφατα, ανακαλύφθηκαν στο εργαστήριο συνθετικά — και οι άνθρωποι υποστήριξαν ακόμη και ότι το απαιτούσαν. ήταν τόσο λεπτές μορφές ύλης που μπορούσαν να σχηματιστούν μόνο με αυτόν τον τρόπο, ενώ, η δική μου σκέψη βασισμένη σε, ξέρετε, θεωρητικό συλλογισμό δεν υπήρχε λόγος να είναι έτσι. Μερικοί οιονεί κρύσταλλοι μπορεί να είναι ενεργειακά σταθεροί και αν ναι, ίσως να βρίσκονταν στη φύση. So I launched a search, a worldwide search to look for natural quasicrystals around 1998 and there’s a long story that goes with it, but about 10 years later we actually found a sample in a museum in Florence thanks to a mineralogist there, Luca Bindi, who helped us search. We found a sample of quasicrystal in a very complicated rock and there’s no question it was a quasicrystal so that could have been the end of the story, but what happened was that when we began to show this rock to geologists, or our results to geologists, they became very skeptical that it could possibly be natural. Not because it was a quasicrystal, but because it… of the particular chemistry of our quasicrystal. It had metallic aluminum in it and aluminum has a strong affinity for oxygen—so in nature, there’s lots of aluminum but there’s no metallic aluminum unless you go to as aluminum foundry. So they said this must come from an aluminum foundry, not from nature.
So that then launched a quest to try to figure out where this guy came from—where the sample from Florence came from—and over the next two years we eventually were able to show that it came from a very obscure region of far Eastern Russia, was found in the ground, was not formed in a foundry, and was actually part of a meteorite that fell there—probably about 10,000 years ago—and a meteorite that comes from the very beginning of the solar system, about 4 and a half billion years ago, so our quasicrystal’s about 4 and a half billion years old. And then I put together a geological expedition… I put together a geological expedition to go there to look for more samples, which we found, because we only had the one in the museum to begin with, and we found more and it not only had the quasicrystal but it had other new minerals that had never been seen before. And one of them is a mixture of aluminum, iron, and nickel and the team decided… so when you find a new mineral you have to write a paper explaining its properties and then you have to post a name for it and they did me the honor of calling it Steinhardtite. So that’s the Steinhardtite mineral. It’s one of the minerals found this meteorite that’s 4 and a half billion years old and that includes the first known natural quasicrystal.
How did an inflation researcher like you come to study quasicrystals?
I came to physics rather late, so when I decided I was interested in physics, I had to find out what area of physics I wanted to investigate. So what I decided to do was spend, you know, each of my undergraduate years exploring some area of science, physics rather, to decide which one I would want to choose, figuring at the end I would choose one. But what actually… I didn’t choose. Every one of those experiences led to some, you know, by some trajectory or another, to other projects that continued, almost all of them up to the present day, including spending a summer at Yale University studying, what was originally their structure of amorphous silicon—so silicon when you cool it rapidly will form a random network, and its properties have never been… were at that time and even today aren’t really fully understood, so I started on that project. That got me interested into thinking about what kind of structures, atoms, and molecules can form. Do they have to really conform to the rules of crystallography? And then again like most of you know these stories, there’s a long circuitous story—trying different things, failing, eventually led to the idea of quasicrystals.
I’m always looking around for good problems to work on so I don’t have any rules about what problems I work on, I have to… but I need an idea. So I’m always listening, to lots of different areas of science in hopes that I’ll find a good puzzle.
What would you be if you weren’t a scientist?
Χμμ. That’s tough because really, that’s the only thing I’ve been thinking about. What would I be doing if I were not a scientist? Well I’d probably be teaching something about science. Yeah, I wouldn’t be a scientist but I’d probably be a teacher of some sort. At least I could… you know, I enjoy learning about it as well as doing research in it. But it’s hard for me to believe that I wouldn’t be doing research in it—at least tinkering on my own.
Maggie McKee is a freelance science writer focusing mainly on astronomy and physics. Previously an editor at New Scientist and Astronomy, she lives near Boston with her husband.
