Кончится ли физика (элементарных частиц)?

[Mirage_Pick]

...потому что банально не хватит денег. К слову, именно так озаглавлен последний раздел воспоминаний профессора Иоффе Б. Л. "Без ретуши. Портреты физиков на фоне эпохи." — М.: «Фазис», 2004 г. Уточнение же в скобке моё. Вот ключевой аргумент, приведенный в этой книге:

Цитата:

...Я думаю, тем не менее, что физика элементарных частиц, т.е. исследование микроструктуры пространства, времени и материи скорее всего действительно закончится в обозримом будущем - в течение 15-20 лет. И причина будет лежать вне науки $\;-$ грубо говоря, в отсутствии денег. Дело в том, что для экспериментальных исследований областей всё меньших расстояний нужно строить ускорители на всё большие энергии. Таков общий закон, вытекающий из принципа неопределённости $\Delta r \sim \hbar/\Delta p\colon\;$ расстояниям $10^{-20}$ отвечает энергия $10^3$ ТэВ, а планковской длине $10^{-33}$ см $-$ энергия $10^{16}$ ТэВ. Сейчас строится ускоритель со встречными пучками протонов $\;-$ коллайдер $7\times 7$ ТэВ в ЦЕРНе (сооружение коллайдера $20\times 20$ ТэВ в США было прекращено из-за его высокой стоимости $\;-$ 12 млрд. долларов). Ожидается, что с его помощью удастся проводить поиски частиц с массами до нескольких ТэВ, т.е. доходить до расстояний $\sim 10^{-17}\;- 5\times 10^{-18}$ см. Стоимость этого ускорителя $\sim \;$ 5 млрд. долларов, длина кольца $\;-$ 27 км. Вероятно, будет построен линейный $e^+e^$-коллайдер с энергией пучков $0,5$-$1$ ТэВ; может быть, ещё мюонный и фотонный коллайдеры. На всех ускорителях, этих и других, которые не существуют даже в замыслах, вряд ли удастся исследовать расстояния, меньшие $10^{-18}\;-10^{-19}$ см, а о том, чтобы дойти до планковской длины, не может быть и речи. Здесь не поможет никакой прогресс в ускорительной технике (сейчас проводятся эксперименты по созданию ускорителей, где электроны ускоряются бегущей плазменной волной. Есть надежда, что в таких ускорителях удастся добиться темпа ускорения $500$-$1000$ МэВ/м. В современных ускорителях элекронов темп ускорения $\sim 50\;$ МэВ/м. Но и на таких ускорителях область доступных для исследований расстояний не будет меньше $10^{-18}$ см)...

Весь раздел можете прочитать по ссылке.

Моё понимание таково, что дальнейшее улучшение и построение ускорителей потребует экспоненциально больших вливаний денег, таких больших, что в мире не хватит денег.

Этот пассаж перевернул моё представление о физике элементарных частиц, да и о науке в целом, честно говоря. По сути, это означает, что мы обречены пребывать в неведении относительно физики на планковских масштабах, что накладывает серьезное ограничение сверху на возможности науки в целом. Такое серьезное, что из-за этого чуть ли не возникают вопросы о значении науки в судьбе человечества: если это так, то за что борются теоретики?

Я хочу спросить форумчан, разделяют ли они это пессимистическое видение будущего физики, либо же всё-таки у кого-нибудь есть, что сказать по этому поводу аргументированного и жизнеутверждающего.

[Утундрий]

Лично я думаю, что открытия происходят случайно и не поддаются предсказанию. К тому же, планировать на десять лет вперёд сейчас может только законченный оптимист.

[sergey zhukov]

Mirage_Pick
Найдут другие пути. Сталкивание частиц в ускорителях - это же в некотором смысле грубый, примитивный метод работы с микромиром. Наверняка можно найти более тонкие способы.

[Anton_Peplov]

Есть такое мнение, что технология ускорителей действительно скоро упрется в предел, когда для небольшого увеличения энергии и/или светимости будут требоваться все большие затраты. Пока этого еще не произошло, так что проекты больших ускорителей обсуждаются. Смогут ли эти ускорители найти что-то новое - вопрос отдельный.

Anton_Peplov в сообщении #1540887 писал(а):

К 2040 году CERN обещает 100-километровый Future Circular Collider, но это будет (сначала) электрон-позитронный коллайдер FCC-ee с максимальной энергией 365 ГэВ. Так что новая физика там может проявиться только за счёт статистики (светимость будет большая, в максимуме - на два порядка выше, чем у LHC, правда, это только при 91 ГэВ). Какие-нибудь редкие распады или отклонения частоты известных распадов от предсказаний теории... Потом, правда, планируется переделать его в протон-протонный коллайдер FCC-hh с энергией до 100 ТэВ, и если уж тут новую физику не найдут, то с мечтой можно будет проститься.

Но всё это пока ручкой по бумаге писано. Ещё даже проект FCC-ee окончательно не согласовали, а уж построят ли его и если да, то когда... В США вон SSC даже строить начали, и на 20% построили, что не помешало конгрессу его закрыть.

Однако могут быть принципиально лучшие способы ускорять частицы, чем гонять их по кольцевой трубе с электромагнитами. Например, лазерно-плазменные ускорители длиной в десятки сантиметров уже ускоряют электроны до 8 ГэВ. ГэВ - это, конечно, не ТэВ, но... Вообще странно считать, что лучше синхротрона ничего и выдумать нельзя. Хотя если б я мог это выдумать, я бы не на форуме сидел, а нобелевку по физике обмывал.

Другой вопрос: может ли быть, что никакие ускорители на каких угодно технологиях не достигнут энергий, потребных для проверки теории великого объединения? А запросто. Что ж делать, в другую галактику тоже не слетаешь. Но пока, имхо, такие выводы преждевременны.

[Yadryara]

Mirage_Pick в сообщении #1612938 писал(а):

Я хочу спросить форумчан, разделяют ли они это пессимистическое видение

Разделяю. Дальше что? Если Вас интересовало только это, удобнее было бы опрос добавить.

Или Вы надеетесь, что Вас кто-то переубедит?

Ну я могу попробовать. Левша на самом деле умел и ковать, и квантовать. Первое он лично проделал с блохой, второе — с гравитацией. Берёте подходящий мелкоскоп и убеждаетесь воочию

[Dmitriy40]

Mirage_Pick
Такие прогнозы существенным образом опираются на два предположения:
1. Предел известных технологий ускорения частиц уже не за горами.
2. Никогда не будет придумано ничего лучше.
И если первое обосновывается легко, то второе совершенно точно некорректно и тому масса примеров в истории (никогда не говори никогда).

Теперь как можно преодолеть первое.
Есть космические источники частиц сверхвысоких энергий, до $10^{20}$эВ (и это прямо здесь, а у источника может ещё на несколько порядков выше, те до нас не долетают или мы их не засекли). Можно или слетать к такому, или организовать подобное рядышком (скажем на обратной стороне Луны). Возможно нейтронные звёзды тоже генерят какой-то поток (особенно если сбрасывать на них мусор), а их точно есть несколько штук до 1000 св.лет от нас.
Подобраться же к планковскому порогу можно так: найти (или разместить) два источника частиц сверхвысоких энергий рядом (и направить джеты друг на друга) и ждать событий случайного образования чёрной дыры при столкновении двух таких частиц, она разумеется тут же испарится, но этот процесс непохож на обычные ливни частиц от столкновений и принципиально зависит от эффектов как раз планковского масштаба (и не построенной теории квантовой гравитации).
Фантастика? Конечно. Но научная, никаких принципиальных запретов на это нет, даже и по деньгам, когда-нибудь хватит вполне себе конечного имеющегося количества.

[DimaM]

Dmitriy40 в сообщении #1612952 писал(а):

Есть космические источники частиц сверхвысоких энергий, до $10^{20}$эВ

$10^{20}$ эВ у протона в столкновении с неподвижным протоном - эквивалентно $\sim 3\cdot 10^{14}$ эВ во встречных пучках, что не сильно отличается от достигнутого на LHC.

[wrest]

Mirage_Pick в сообщении #1612938 писал(а):

Я хочу спросить форумчан, разделяют ли они это пессимистическое видение будущего физики, либо же всё-таки у кого-нибудь есть, что сказать по этому поводу аргументированного и жизнеутверждающего.

Ну у нас же недалеко есть звезда, в ней много энергии. Ну и вообще, в космосе можно делать то, что нельзя на Земле, типа бомбу взорвать термоядерную или бесплатно получить вакуума сколько хочешь. На той же Луне полно вакуума, и т.п.