Kort:
- hvorfor moderne fysik har nået en blindgyde.
- at Einstein og Hawking ikke havde tid til at udforske.
- hvordan man kombinerer kvantemekanik og generel relativitet.
Ved hjælp af Internettet kan du lære alt - fra design af en forbrændingsmotor til universets udvidelseshastighed. Men der er spørgsmål, hvis svar ikke er kendt ikke kun af Google, men endda de største forskere i vores tid.
Hvis du pludselig er heldig nok til at tale med de nyeste nobelprisvindere i fysik, skal du ikke spørge dem om exoplaneter og mørk stof, de har allerede sagt dette hundreder af gange.
Spørg bedre hvorfor forskellige objekter i vores verden adlyder forskellige fysiske love. For eksempel, hvorfor planeter, stjerner og andre store objekter interagerer med hinanden, efter visse love, og partikler på det mindste niveau, som atomer, kun adlyder sig selv.
Et sådant spørgsmål vil forvirre lægmanden, og en uddannet person, der besvarer det, vil fortælle dig, hvorfor moderne videnskab har nået en blindgyde, hvad er forskellen mellem fysikens standardmodel og generel relativitet (i det følgende - GR), og også hvorfor betydningen af Higgs bosoner og strengteori faktisk er sagen er overvurderet.
Salgsfremmende video:
På trods af disse forklaringer vil ingen, inklusive den opstandne Albert Einstein, være i stand til at forklare dig de forskellige natur af fysiske fænomener på mikro- og makroniveau. Hvis du selv kan løse dette problem - lykønskning, er du den første forfatter af teorien om alt, den største hjerne i menneskehedens historie, laureaat for alle mulige priser og far (eller mor) til den nye fysik.
Men før vi præsenterer en revolutionerende opdagelse for verden, er det bedre at forstå, hvad teorien om alt betyder, hvilke spørgsmål den skal svare, og hvem der kom tættest på dens opdagelse.
Teorien om alt er en kombination af to af de mest berømte begreber inden for moderne fysik - Albert Einsteins generelle relativitet og kvantemekanik. Den første teori beskriver alt, der omgiver os i form af rum-tid, såvel som samspillet mellem alle objekter i universet ved kun at bruge tyngdekraft. Kvantemekanik beskriver på sin side samspillet mellem elementære partikler ved hjælp af tre indikatorer på én gang - elektromagnetisk og stærk / svag nuklear interaktion.
Således taler det om tyngdekraft og store genstande som planeter og stjerner, og kvantemekanik taler om elementære partikler og deres elektromagnetiske og svage / stærke nukleare interaktioner. Vi vender tilbage til dette lidt senere.
Newtons arvtager
For første gang blev den generelle relativitet udtrykt af Albert Einstein. På det tidspunkt supplerede en ung medarbejder ved det østrigske patentkontor Newtons klassiske gravitationsteori og beskrev alle de ukendte deri. Takket være denne opdagelse lærte folk især, hvad tyngdekraften virkelig er, og hvordan den bestemmer samspillet ikke kun mellem æblet og jorden, men også mellem solen og alle planeter i solsystemet.
Einstein foreslog, at rum og tid forbindes sammen og danner et enkelt rum-tid kontinuum - grundlaget for fremkomsten af tyngdekraften for alle objekter. I modsætning til Newtons teori er dette kontinuum (eller rum-tid) fleksibelt og kan ændre dets form afhængigt af objektenes masse og følgelig deres energi.
Einsteins formodninger blev kun bekræftet i praksis for et par år siden, da de bemærkede, hvordan lys - og følgelig rum-tid - bøjninger, der passerer nær en massiv genstand - Solen - på grund af påvirkning af tyngdekraften. Selv uden dette bevis er generel relativitet længe blevet grundlaget for moderne fysik, og indtil videre har ingen været i stand til at give en mere underbygget forklaring af tyngdekraften hos kroppe og felter i rummet.
På trods af dette er rumtiden i sig selv stadig dårligt forstået, og forskere ved ikke, hvordan den er dannet, og hvad den består af. Svar på disse spørgsmål er lige begyndt at blive søgt inden for kvantemekanik - en teoretisk gren af fysik, der beskriver naturen af fysiske fænomener på niveau med molekyler, atomer, elektroner, fotoner og andre små partikler.
Kvantemekanik
I henhold til Einsteins teori skal absolut alle objekter i universet bukke under for tyngdekraften. Men samtidig med opdagelsen af den generelle relativitet, undersøgte andre forskere, hvordan objekter interagerer på det subatomære niveau.
Det viste sig, at tyngdekraften på en sådan skala er helt ubrugelig. I stedet blev elektromagnetiske og svage / stærke nukleare interaktioner definerende. Ved hjælp af disse kræfter interagerer de mindste partikler med hinanden - fotoner, gluoner og bosoner.
Men videnskabsmænd ved stadig ikke, efter hvilke principper disse partikler interagerer, fordi de kan have en ekstrem høj energitetthed og stadig ikke egner sig til tyngdekraften. Derfor - sådanne uforklarlige fænomener som bølge-korpuskeltualisme (manifestation af egenskaberne ved en bølge af en partikel), samt effekten af en observatør med det resulterende i form af en levende og død Schrödingers kat.
På grund af dette kolliderede to fysikverdener med deres pande - Einsteins, hvor alle objekter har bestemte egenskaber, egner sig til tyngdekraften, kan beskrives og forudsigelig og kvante, hvor et helt andet, uforudsigeligt liv raser, hvor alt konstant ændrer sig og nivellerer rummet - tid som sådan.
Hvad skal der gøres for at forene disse to verdener? Vi talte om tyngdekraft i generel relativitet og om den elektromagnetiske, stærke / svage nukleare interaktion i fysikens standardmodel. Så tyngdekraften er næsten perfekt, det giver os mulighed for at forstå næsten alt, hvad der omgiver os, men det tager ikke højde for den meget uforklarlige opførsel af partikler på det mindste niveau. Elektromagnetisk og stærk / svag nuklear interaktion er en alternativ del af fysikken, der skjuler nye opdagelser og repræsenterer et enormt reservoir til forskning, men ikke tager hensyn til tyngdelovene i den generelle relativitet.
Den sidste fase i Albert Einsteins forskning og liv var skabelsen af teorien om kvantetyngdekraft, som ville give mulighed for at forene alle mulige interaktioner mellem objekter på makro- og mikroniveau og også forklare, hvorfor de opfører sig anderledes. Einstein var aldrig i stand til at finde svar på disse spørgsmål, og efter ham begyndte den mulige forening af generel relativitet og kvantemekanik at blive kaldt alt teorien.
Teorien om alt
I deres søgen efter en teori om alting har forskere undersøgt nogle af de mest usædvanlige objekter i universet - sorte huller. De er så tunge, at de egner sig til tyngdekraften og så komprimeret, at kvanteeffekter teoretisk kan observeres, når de falder ned i et sort hul. Men desværre, så langt, bortset fra Hawking-stråling, som er i modsætning til kvantemekanik, og et nyligt foto af begivenhedshorisonten, har sorte huller hjulpet meget til den moderne videnskab. Selv hvis de findes, er det en næsten umulig opgave for mennesker at nå dem.
De begyndte at søge efter en teori om alt på Jorden ved hjælp af forskellige tankeeksperimenter og egenskaber ved kvantemekanik og generel relativitet, som potentielt kunne komplementere hinanden.
I dag er måske den mest populære og tættest på sandhedsversionen af teorien om alting strengteori. Den siger, at enhver partikel er en en-dimensionel streng, der vibrerer i en 11-dimensionel virkelighed, og afhængigt af disse vibrationer bestemmes dens masse og ladning.
Blandt andre er en strengs vigtigste egenskab, at den kan overføre tyngdekraften på et kvantniveau. Hvis en sådan teori blev bekræftet i praksis, kunne strenge være det første skridt mod forening af kvantemekanik med generel relativitet. Men desværre har ingen indtil videre været i stand til at bevise det og erklære, at strengene er tyngdekraften på det subatomære niveau. Ligesom den nyligt opdagede Higgs boson ikke blev det ønskede graviton.
Ja, vi ved stadig ikke, hvor massen af mange elementære partikler kommer fra, og efter hvilket princip de interagerer med hinanden, men dette forhindrer ikke moderne fysikere i at foreslå flere og flere nye "teorier om alt."
For nylig testede for eksempel fysikere fra Kina, Tyskland og Canada Wojciech Zureks teori om kvante Darwinisme, som angiveligt forklarer, hvordan kvantepartikler efterlader deres spor i den makrokosmos, der er tilgængelig for os. Men selv i tilfælde af bekræftelse af fundet af partikler i to tilstande på samme tid, er dette kun en bekræftelse af interaktionen mellem kvantemekanikken i den generelle relativitet og på ingen måde en forklaring på dette.
En anden amerikansk teoretisk fysiker fra University of Maryland, Brian Swingle, påtog sig at beskrive arten af fremkomsten af rumtid og besluttede, at kvanteforvikling kunne danne Einstein-kontinuummet. Swingle antydede, at den firedimensionelle struktur af rumtid (længde, bredde, dybde og tid) kunne kodes i tredimensionel kvantefysik (med de samme dimensioner, kun uden tid). I følge fysikeren skal tyngdekraften og den generelle relativitet forklares gennem kvantemekanikens egenskaber og ikke omvendt, hvilket gjorde dette eksperiment snarere modstridende.
Der er snesevis af lignende komplekse og endda velbegrundede teorier, men ingen af dem kan endnu kaldes en teori om alt. Måske er dette godt, da mennesket har forsøgt at forstå, hvordan atomer og stjerner kun interagerer i det sidste århundrede, og universet har eksisteret i næsten 14 milliarder år.
Den mest berømte moderne forsker af teorien om alting - Stephen Hawking - i slutningen af sit liv kom til den konklusion, at det var umuligt at finde det. Men dette blev ikke en skuffelse for ham, men som han senere sagde, tværtimod, førte til forståelsen af, at en person vil udvikle sig konstant:”Nu er jeg glad for, at vores søgen efter forståelse aldrig vil ende, og at vi altid vil opleve nye opdagelser … Uden dette ville vi stå stille."