Stephen Hawking Håpet At M-teorien Skulle Forklare Universet. Hva Er Denne Teorien? - Alternativ Visning

Innholdsfortegnelse:

Stephen Hawking Håpet At M-teorien Skulle Forklare Universet. Hva Er Denne Teorien? - Alternativ Visning
Stephen Hawking Håpet At M-teorien Skulle Forklare Universet. Hva Er Denne Teorien? - Alternativ Visning

Video: Stephen Hawking Håpet At M-teorien Skulle Forklare Universet. Hva Er Denne Teorien? - Alternativ Visning

Video: Stephen Hawking Håpet At M-teorien Skulle Forklare Universet. Hva Er Denne Teorien? - Alternativ Visning
Video: The Theory of Everything - Official Trailer (Universal Pictures) HD 2024, Mars
Anonim

Legenden forteller at Albert Einstein tilbrakte de siste timene sine på Jorden på å spore noe på et papir i et siste forsøk på å formulere en teori om alt. Seksti år senere vil en annen legendarisk vitenskapsmann innen teoretisk fysikk, Stephen Hawking, forlate denne verdenen med lignende tanker. Vi vet at Hawking trodde at den såkalte M-teorien var vår beste sjanse til å lage en fullstendig teori om universet. Men hva er det?

Helt siden Einsteins generelle relativitetsteori ble formulert i 1915, har enhver teoretisk fysiker drømt om å forene vår forståelse av den uendelig lille verdenen av atomer og partikler med den uendelig store romskalaen. Mens sistnevnte er perfekt beskrevet av Einsteins ligninger, er den førstnevnte spådd med ekstraordinær nøyaktighet av den såkalte Standard Model of Fundamental Interactions.

Vår nåværende forståelse er at samspillet mellom fysiske objekter er beskrevet av fire grunnleggende krefter. To av dem - tyngdekraft og elektromagnetisme - dukker opp for oss på makroskopisk nivå, vi takler dem hver dag. De to andre - svake og sterke interaksjoner - vises i veldig liten skala og bare når vi har å gjøre med subatomære prosesser.

Standardmodellen for grunnleggende interaksjoner gir en struktur for tre av disse kreftene, men tyngdekraften ønsker ikke å passe inn i dette bildet på noen måte. Til tross for nøyaktige beskrivelser av storskala fenomener som atferden til en planet i bane eller galaksenes dynamikk, mislykkes generell relativitet på veldig korte avstander. I henhold til standardmodellen er alle krefter mediert av visse partikler. Når det gjelder tyngdekraft utføres arbeidet av graviton. Men når vi prøver å beregne interaksjonene mellom disse gravitonene, vises meningsløse infiniteter i ligningene.

En fullstendig teori om tyngdekraft må virke i alle målestokker og ta hensyn til kvantiteten til grunnleggende partikler. Dette vil tillate tyngdekraften å passe inn i en kombinert struktur med tre andre grunnleggende interaksjoner, og dermed skape den beryktede teorien om alt. Siden Albert Einstein døde i 1955 har det selvfølgelig blitt gjort betydelige fremskritt på dette området. Den beste kandidaten vår i dag heter M-teori.

Strengrevolusjonen

For å forstå den grunnleggende ideen om M-teori, må du gå tilbake til 1970-tallet, da forskere innså at i stedet for å beskrive universet basert på punktpartikler, ville det være bedre å beskrive dem som svingende strenger (energirør). En ny måte å forstå naturens grunnleggende bestanddeler på har ført til løsningen av mange teoretiske problemer. For det første kan en enkelt vibrasjon av en streng tolkes som et graviton. Og i motsetning til standardtyngdekraften, kan strengteori beskrive dets interaksjoner matematisk og ikke få rare uendeligheter. Dette betyr at tyngdekraften kan inkluderes i den kombinerte strukturen.

Salgsfremmende video:

Etter denne spennende oppdagelsen har teoretiske fysikere jobbet hardt for å forstå konsekvensene av det. Men som ofte er tilfelle med vitenskapelig forskning, historien til strengteori er full av oppturer og nedturer. Til å begynne med ble mennesker forvirrede over at hun spådde eksistensen av en partikkel som beveger seg raskere enn lys, den såkalte "tachyon". Denne prediksjonen var i strid med alle eksperimentelle observasjoner og kastet en alvorlig skygge over strengteorien.

Image
Image

Likevel ble dette problemet løst på begynnelsen av 1980-tallet med innføringen av såkalt “supersymmetri” i strengteori. Hun spår at hver partikkel har sin egen superpartner, og ved en uvanlig tilfeldighet eliminerer den samme tilstanden faktisk tachyon. Denne første suksessen er kjent som den "første strengrevolusjonen".

Et annet uvanlig trekk er at strengteori krever ti rom-tidsdimensjoner. Foreløpig vet vi bare fire: dybde, høyde, bredde og tid. Selv om dette ser ut til å være et stort hinder, er det hittil foreslått flere løsninger, og det ser ut til å være mer uvanlig enn et problem.

For eksempel kunne vi eksistere i en firdimensjonal verden uten tilgang til ytterligere dimensjoner. Eller de ekstra dimensjonene kan være "kompakte" og passe inn i så små skalaer at vi ikke ville legge merke til dem. Imidlertid ville forskjellige komprimeringer føre til forskjellige verdier av fysiske konstanter og forskjellige fysiske lover. En mulig løsning er at universet vårt bare er ett av mange i et uendelig”multippelt univers” styrt av forskjellige fysiske lover.

M-teori

Det var enda et problem som hjemsøkte dagens strengteoretikere. Nøye klassifisering avdekket eksistensen av fem distinkte sekvensielle teorier, og det var uklart hvorfor naturen skulle velge en av de fem.

Det er her M-teori kommer inn i bildet. Under den andre strengrevolusjonen i 1995 antydet fysikere at fem påfølgende strengteorier faktisk er forskjellige ansikter av en unik teori som eksisterer i elleve tidsrommet dimensjoner kalt M-teori. Den inkorporerer hver strengteori i en rekke fysiske sammenhenger, mens den forblir brukbar for alle. Dette utrolig fascinerende bildet har ført de fleste teoretiske fysikere til ideen om at M-teori vil bli en teori om alt - og det er også matematisk mer konsistent enn noen annen foreslått teori.

Det er som det kan, så langt har M-teori ikke klart å produsere spådommer som kan verifiseres eksperimentelt. Supersymmetry testes for tiden hos Large Hadron Collider. Hvis forskere kunne finne tegn på at det eksisterer superpartnere, ville dette endelig styrke M-teoriens posisjon. Men moderne teoretisk fysikk er ennå ikke i stand til å gi etterprøvbare prediksjoner, og eksperimentell fysikk kan ikke presentere eksperimenter for denne verifiseringen.

De fleste av de store fysikerne og kosmologene er besatt av å finne denne vakre og enkle beskrivelsen av verden som kan forklare alt. Og selv om vi fortsatt er langt fra dette, uten strålende og kreative mennesker som Hawking, ville dette være helt umulig.

Ilya Khel

Anbefalt: