Kort:
- hvorfor moderne fysikk har nådd en blindvei.
- at Einstein og Hawking ikke hadde tid til å utforske.
- hvordan man kan kombinere kvantemekanikk og generell relativitet.
Med hjelp av Internett kan du lære alt - fra design av en forbrenningsmotor til utvidelseshastigheten av universet. Men det er spørsmål, hvis svar ikke er kjent ikke bare av Google, men også de største forskerne i vår tid.
Hvis du plutselig er heldig nok til å snakke med de nyeste nobelprisvinnerne i fysikk, ikke spør dem om eksoplaneter og mørk materie, de har allerede sagt dette hundrevis av ganger.
Spør bedre hvorfor forskjellige objekter i vår verden overholder forskjellige fysiske lover. For eksempel hvorfor planeter, stjerner og andre store gjenstander samhandler med hverandre, etter visse lover, og partikler på det minste nivået, som atomer, bare adlyder seg selv.
Et slikt spørsmål vil forvirre lekmannen, og en utdannet person som svarer på den, vil fortelle deg hvorfor moderne vitenskap har nådd en blindvei, hva er forskjellen mellom standardmodellen for fysikk og generell relativitet (heretter - GR), og også hvorfor betydningen av Higgs bosons og strengteori faktisk er saken er overvurdert.
Salgsfremmende video:
Til tross for disse forklaringene, vil ingen, inkludert den oppstandne Albert Einstein, være i stand til å forklare deg forskjellige fysiske fenomener på mikro- og makronivå. Hvis du selv kan løse dette problemet - gratulerer, er du den første forfatteren av teorien om alt, den største hjernen i menneskehetens historie, vinneren av alle mulige priser og faren (eller moren) - grunnleggeren av den nye fysikken.
Men før du presenterer en revolusjonerende oppdagelse for verden, er det bedre å forstå hva teorien om alt betyr, hvilke spørsmål den skulle svare på, og hvem som kom nærmest oppdagelsen.
Teorien om alt er en kombinasjon av to av de mest kjente begrepene innen moderne fysikk - Albert Einsteins generelle relativitet og kvantemekanikk. Den første teorien beskriver alt som omgir oss i form av rom-tid, samt samspillet mellom alle objekter i universet ved bruk av bare tyngdekraft. Kvantemekanikk beskriver på sin side samspillet mellom elementære partikler ved bruk av tre indikatorer samtidig - elektromagnetisk, og sterk / svak kjernefysisk interaksjon.
Dermed snakker det om tyngdekraften og store objekter som planeter og stjerner og kvantemekanikk - om elementære partikler og deres elektromagnetiske og svake / sterke kjernefysiske interaksjoner. Vi kommer tilbake til dette litt senere.
Newtons arvtaker
For første gang ble generell relativitet uttalt av Albert Einstein. På den tiden supplerte en ung ansatt ved det østerrikske patentverket Newtons klassiske gravitasjonsteori og beskrev alle de ukjente i den. Spesielt, takket være denne oppdagelsen, lærte folk hva tyngdekraften egentlig er, og hvordan den bestemmer samspillet ikke bare mellom eplet og jorden, men også mellom solen og alle planetene i solsystemet.
Einstein antydet at rom og tid henger sammen og danner et enkelt rom-tid kontinuum - grunnlaget for fremveksten av gravitasjonskreftene til alle objekter. I motsetning til Newtons teori, er dette kontinuumet (eller rom-tiden) fleksibelt og kan endre form avhengig av massen av objekter og følgelig deres energi.
Einsteins formodninger ble bare bekreftet i praksis for noen år siden, da de la merke til hvordan lys - og følgelig rom-tid - bøyer, som passerte nær en massiv gjenstand - Solen - på grunn av tyngdekraften. Selv uten dette beviset, har generell relativitet lenge blitt grunnlaget for moderne fysikk, og så langt har ingen vært i stand til å tilby en mer underbygget forklaring av kroppens og feltets tyngdekraft i rommet.
Til tross for dette er romtiden fortsatt dårlig forstått, og forskere vet ikke hvordan den er dannet og hva den består av. Svar på disse spørsmålene er bare begynt å bli søkt innen kvantemekanikk - en teoretisk gren av fysikk som beskriver naturen til fysiske fenomener på nivå med molekyler, atomer, elektroner, fotoner og andre ørsmå partikler.
Kvantemekanikk
I følge Einsteins teori skal absolutt alle objekter i universet bukke under for tyngdekraften. Men samtidig med oppdagelsen av generell relativitet, undersøkte andre forskere hvordan gjenstander samhandler på det subatomære nivået.
Det viste seg at tyngdekraften i en slik skala er helt ubrukelig. I stedet ble elektromagnetiske og svake / sterke kjernefysiske interaksjoner definerende. Ved hjelp av disse kreftene samhandler de minste partiklene med hverandre - fotoner, gluoner og bosoner.
Men forskere vet fremdeles ikke etter hvilke prinsipper disse partiklene interagerer, fordi de kan ha en ekstremt høy energitetthet, og fremdeles ikke låner seg til tyngdekraften. Derfor - så uforklarlige fenomener som bølge-partikkel dualisme (manifestasjon av egenskapene til en bølge av en partikkel), samt effekten av en observatør med det resulterende i form av en levende og død Schrödingers katt.
På grunn av dette kolliderte to fysikkens verdener med panna deres - Einsteins, der alle objekter har visse egenskaper, egner seg til tyngdekraften, kan beskrives og forutsiges, og kvante, der det raser et helt annet, uforutsigbart liv, der alt kontinuerlig endrer og nivåer rombegrepet. tid som sådan.
Hva må gjøres for å forene disse to verdenene? Vi snakket om tyngdekraft i generell relativitet og om det elektromagnetiske, sterke / svake kjernefysiske samspillet i fysikkens standardmodell. Altså, tyngdekraften er nesten perfekt, den lar oss forstå nesten alt som omgir oss, men det tar ikke hensyn til den veldig uforklarlige oppførselen til partikler på det minste nivået. Elektromagnetisk og sterk / svak kjernefysisk interaksjon er en alternativ del av fysikken som skjuler nye funn og representerer et enormt reservoar for forskning, men tar ikke hensyn til gravitasjonslovens generelle relativitet.
Det siste stadiet i forskningen og livet til Albert Einstein var etableringen av teorien om kvantetyngdekraft, som ville tillate å forene alle mulige interaksjoner mellom objekter på makro- og mikronivå, og også forklare hvorfor de oppfører seg annerledes. Einstein var aldri i stand til å finne svar på disse spørsmålene, og etter ham begynte den mulige samlingen av generell relativitet og kvantemekanikk å bli kalt teorien om alt.
Teorien om alt
I sin søken etter en teori om alt har forskere undersøkt noen av de mest uvanlige objektene i universet - sorte hull. De er så tunge at de låner seg til tyngdekraften, og så komprimerte at kvanteeffekter teoretisk kan observeres når de faller ned i et svart hull. Men dessverre så langt, bortsett fra Hawking-stråling, som er i strid med kvantemekanikk, og et nylig bilde av hendelseshorisonten, har sorte hull hjulpet lite for moderne vitenskap. Selv om de eksisterer, er det en nesten umulig oppgave for mennesker å nå dem.
De begynte å søke etter en teori om alt på jorden ved bruk av forskjellige tankeeksperimenter og egenskaper til kvantemekanikk og generell relativitet, som potensielt kunne utfylle hverandre.
I dag er kanskje den mest populære og nærmest sannhetsversjonen av teorien om alt strengteori. Den sier at enhver partikkel er en endimensjonal streng som vibrerer i en 11-dimensjonal virkelighet, og avhengig av disse vibrasjonene bestemmes dens masse og ladning.
Blant andre er hovedegenskapen til en streng at den kan overføre tyngdekraften på kvantnivå. Hvis en slik teori ble bekreftet i praksis, kunne strenger være det første skrittet mot forening av kvantemekanikk med generell relativitet. Men dessverre har ingen hittil klart å bevise det og erklære at strengene er tyngdekraften på det subatomære nivået. Akkurat som den nylig oppdagede Higgs boson ikke ble ønsket graviton.
Ja, vi vet fremdeles ikke hvor massen av mange elementære partikler kommer fra og etter hvilket prinsipp de interagerer med hverandre, men dette forhindrer ikke moderne fysikere fra å foreslå flere og flere nye "teorier om alt."
Nylig testet for eksempel fysikere fra Kina, Tyskland og Canada Wojciech Zureks teori om kvante Darwinisme, som visstnok forklarer hvordan kvantepartikler etterlater sine spor i makrokosmos tilgjengelig for oss. Men selv når det gjelder bekreftelse av funn av partikler i to tilstander på samme tid, er dette bare en bekreftelse på samspillet mellom kvantemekanikk av generell relativitet, og på ingen måte en forklaring på dette.
En annen amerikansk teoretisk fysiker fra University of Maryland, Brian Swingle, påtok seg å beskrive arten av fremveksten av rom-tid og bestemte at kvanteforviklinger kunne danne Einstein-kontinuumet. Swingle antydet at den firedimensjonale strukturen i romtid (lengde, bredde, dybde og tid) kunne kodes i tredimensjonal kvantefysikk (med samme dimensjoner, bare uten tid). I følge fysikeren skal tyngdekraften og generell relativitet forklares gjennom kvantemekanikkens egenskaper, og ikke omvendt, noe som gjorde dette eksperimentet heller motstridende.
Det finnes dusinvis av lignende komplekse og til og med godt begrunnede teorier, men ingen av dem kan ennå kalles en teori om alt. Kanskje dette er bra, siden mennesket har prøvd å forstå hvordan atomer og stjerner kun samhandler i det siste århundre, og universet har eksistert i nesten 14 milliarder år.
Den mest kjente moderne forskeren av teorien om alt - Stephen Hawking - på slutten av sitt liv kom til den konklusjon at det var umulig å finne det. Men dette ble ikke en skuffelse for ham, men som han senere sa, tvert imot, førte til forståelsen av at en person vil utvikle seg kontinuerlig:”Nå er jeg glad for at vår søken etter forståelse aldri vil ende, og at vi alltid vil oppleve nye funn … Uten dette ville vi stått stille."
