การทดลองบางอย่างไม่สามารถทำได้ เป็นความจริงที่ยากลำบากที่นักฟิสิกส์ต้องเรียนรู้ที่จะเผชิญตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นของอาชีพ ปรากฏการณ์บางอย่างที่เราต้องการศึกษาจำเป็นต้องมีเงื่อนไขที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยเทคนิคและเทคโนโลยีปัจจุบันของเรา นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนักฟิสิกส์ทำนายเกี่ยวกับเอกภพในยุคแรกเริ่ม ทฤษฎีต่างๆ ตั้งสมมุติฐานว่าอนุภาคบางชนิดอาจถูกสร้างขึ้น
ในช่วงเวลา
ที่มีพลังงานสูงนี้ แต่การชนกันของเรานั้นไม่มีพลังมากพอที่จะจำลองสภาวะเหล่านั้น ซึ่งหมายความว่าเราไม่สามารถสร้างอนุภาคเองได้ ฟิสิกส์ที่มีอยู่เฉพาะในหลุมดำหรือรอบๆ หลุมดำก็ก่อปัญหาคล้ายกัน เนื่องจากวัตถุขนาดใหญ่เหล่านี้อยู่ห่างไกลมาก (วัตถุที่ใกล้เคียงที่สุดที่ทราบกันดีว่าอยู่ห่างออกไป
อย่างน้อยเราไม่สามารถทดสอบได้โดยตรง อีกวิธีหนึ่งในการดูกระบวนการที่ซับซ้อนเหล่านี้คือการใช้ “แอนะล็อก”: การทดลองกับระบบที่ดูแตกต่างอย่างสิ้นเชิงบนพื้นผิว แต่จำลองการคาดคะเนของทฤษฎีที่ยากต่อการทดสอบในบางลักษณะ หากสมการที่อธิบายระบบทางกายภาพที่ซับซ้อนมาก
เป็นสมการทางคณิตศาสตร์เหมือนกับสมการที่อธิบายระบบที่สามารถเข้าถึงได้จากการทดลอง (แอนะล็อก) ผลลัพธ์ของการทดสอบในระบบที่ง่ายกว่าจะเผยให้เห็นบางอย่างเกี่ยวกับระบบที่ซับซ้อนและให้การตรวจสอบทฤษฎีที่จำเป็น อย่างไรก็ตาม แอนะล็อกไม่เหมือนกับการทดลองโดยตรง
เราจึงไม่ทราบเสมอไปว่าความคล้ายคลึงทางคณิตศาสตร์ระหว่างสองระบบบอกเราว่าทฤษฎีที่เรากำลังทดสอบนั้นอธิบายบางสิ่งจริงหรือไม่เลียนแบบโมโนโพลผู้ซึ่งเป็นที่รู้จักกันเป็นอย่างดีจากผลงานของเขาในการรวมกลศาสตร์ควอนตัมเข้ากับแม่เหล็กไฟฟ้า ตระหนักว่าระบบควอนตัมหลายระบบเป็นระบบ
อะนาล็อกในอุดมคติ ตัวอย่างเช่น ระบบปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนในวัสดุต่างๆ มักจะซับซ้อนเกินกว่าจะจำลองในคอมพิวเตอร์ปกติ แต่นักฟิสิกส์สามารถสร้างวัสดุแบบกำหนดเองที่อิเล็กตรอนและอะตอมมีปฏิสัมพันธ์ในลักษณะดังกล่าวเพื่อก่อให้เกิดการกระตุ้นควอนตัมที่ควบคุมได้สูงซึ่งเรียกว่า เหล่านี้
สามารถ
ประพฤติตัวได้ทุกอย่างตั้งแต่อนุภาคไร้มวลไปจนถึงอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ใกล้ความเร็วแสง บางส่วนอาจเป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์ของวัสดุเท่านั้น แต่บางส่วนอาจสอดคล้องกับการคาดการณ์ทางทฤษฎีที่ยากต่อการทดสอบด้วยการทดลองโดยตรง โมโนโพลแม่เหล็กจัดอยู่ในประเภทที่สอง โดยทั่วไปแล้ว
สนามแม่เหล็กเกิดจากการเคลื่อนหรือหมุนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า และมักจะมาในรูปแบบไดโพล: ขั้วเหนือและขั้วใต้ที่จับคู่กัน อย่างไรก็ตาม s สมมุติเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนขั้วเหนือหรือขั้วใต้ที่แยกออกจากกันของแม่เหล็ก ในการทดลองทางความคิดที่มีชื่อเสียงในปี 1931 ได้ทำการหาปฏิสัมพันธ์
ระหว่างอิเล็กตรอนกับอนุภาคแม่เหล็กขั้วเดียวสมมุติฐาน เขาค้นพบว่าการมีอยู่ของขั้วเดียว แม้แต่ขั้วเดียวที่มีอยู่ทุกแห่งในเอกภพ สามารถอธิบายได้ว่าทำไมประจุไฟฟ้าจึงถูกวัดเป็นปริมาณ เกิดขึ้นเฉพาะในประจุพื้นฐานหลายขั้ว e ที่บรรทุกโดยอิเล็กตรอน ( การดำเนินการ ) ทฤษฎี เป็นข้อพิสูจน์หลัก
การที่น่าตื่นเต้น แต่ก็ไม่ได้บอกว่าอนุภาคโมโนโพลมวลมากควรเป็นอย่างไร ทฤษฎีต่อมาที่รวบรวมพลังพื้นฐานของธรรมชาติได้ทำนายว่าโมโนโพลควรมีอยู่ แต่ก็ควรมีมวล 10 16เท่าของโปรตอน ด้วย แม้ว่าเครื่องตรวจจับ “แบบพาสซีฟ” จะมองหาโมโนโพลที่น่าจะสร้างขึ้นในเอกภพในยุคแรกเริ่ม
แต่แม้แต่เครื่องชนกันของอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดที่เรามีหรืออาจสร้างขึ้นในอนาคตอันใกล้ ก็ไม่สามารถผลิตพลังงานได้มากพอที่จะสร้างโมโนโพลตั้งแต่เริ่มต้นในฟินแลนด์และเพื่อนร่วมงานของเขาตระหนักว่า อย่างไรก็ตาม พวกเขาสามารถเลียนแบบ โดยใช้คอนเดนเสท ซึ่งเป็นระบบที่เย็นมากของอะตอม
ที่ทำงานร่วมกันเป็นเอนทิตีเดียวที่อธิบายโดยฟังก์ชันคลื่นควอนตัม นักวิจัยสามารถจำลองคุณสมบัติหลายอย่างของโมโนโพลได้ โดยการควบคุมฟังก์ชันคลื่นนั้น อย่างแรกคือพฤติกรรมของอิเล็กตรอนเมื่ออยู่ในโมโนโพล “เมื่อเราทำการทดลองโมโนโพล[อะนาล็อก] เราพบฟังก์ชันคลื่นของอนุภาคที่มีประจุ
(อาจเป็นอิเล็กตรอน) ที่อยู่รอบๆ โมโนโพล” เมิทเทินกล่าว “นั่นคือสิ่งที่เราได้รับจากการทดลอง โดยพื้นฐานแล้วคุณสมบัติของอิเล็กตรอนที่มีปฏิสัมพันธ์กับขั้วแม่เหล็ก ขณะนี้เราได้ผลิตระบบที่เป็นระบบอนาล็อค ไม่ใช่ระบบเดียวกัน แต่มีคุณสมบัติเหมือนกัน” ในขณะที่การทดลองนั้นจำลองพฤติกรรม
ของอนุภาค
ที่มีประจุไฟฟ้าต่อหน้าโมโนโพล และผู้ร่วมงานของเขาได้ทำการทดลองชุดที่สองโดยจำลองโมโนโพลเอง สิ่งนี้เกิดขึ้นในรูปแบบของ “ความบกพร่องทางทอพอโลยี” ในคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์: ช่องโหว่ชนิดหนึ่งในฟังก์ชันคลื่นควอนตัม ผลจากความบกพร่องของโมโนโพล
คือการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของฟังก์ชันคลื่นรอบๆ มัน การเปลี่ยนแปลงควอนตัมสปินและเฟสของสนามในลักษณะเดียวกับที่สนามแม่เหล็กทำ คุณสมบัติของสนามแม่เหล็กอะนาล็อก “สังเคราะห์” นี้ตรงตามที่ทำนายไว้สำหรับขั้วแม่เหล็ก “นั่นเป็นครั้งแรกที่ผู้คนทดลองสังเกตเห็นข้อบกพร่องของโทโพโลยี
แบบจุดในระบบควอนตัม” กล่าว “นั่นบอกเราในระดับทั่วไปว่าจุดบกพร่องแบบนี้มีอยู่ในธรรมชาติ”เป็นการค้นพบที่สำคัญ แต่เช่นเดียวกับการทดลอง ชี้ให้เห็นว่าภาระการพิสูจน์ยังคงเป็นของนักฟิสิกส์อนุภาค “มันไม่ได้รับประกันว่าพวกมันมีอยู่ในรูปของอนุภาคธรรมชาติ เช่นเดียวกับแม่เหล็กขั้วเดียวตามธรรมชาติ”
เขากล่าว “มีอยู่จริงในระบบควอนตัมหรือไม่? นี่เป็นสิ่งที่เราสามารถพูดได้ว่า ‘ใช่!’ พวกมันมีอยู่จริง”
พูดอีกอย่างก็คือ อนุภาคแม่เหล็กขั้วเดียวอาจมีหรือไม่มีอยู่ก็ได้ แต่ถ้ามีจริง การทดลองและเพื่อนร่วมงานของเขาแสดงให้เห็นว่าอนุภาคเหล่านี้น่าจะมีพฤติกรรมตามที่ทฤษฎีทำนายไว้ เป็นขั้นตอนที่สำคัญและแสดงให้เห็นทั้งพลังและข้อจำกัดของแอนะล็อกหลุมดำในอ่างอาบน้ำ
credit: sellwatchshop.com kaginsamericana.com NeworleansCocktailBlog.com coachfactoryoutletswebsite.com lmc2web.com thegillssell.com jumpsuitsandteleporters.com WagnerBlog.com moshiachblog.com
