Īss:
- kāpēc mūsdienu fizika ir nonākusi strupceļā.
- ka Einšteinam un Hokingam nebija laika izpētīt.
- kā apvienot kvantu mehāniku un vispārējo relativitāti.
Ar interneta palīdzību jūs varat uzzināt visu - sākot ar iekšdedzes dzinēja dizainu un beidzot ar Visuma izplešanās ātrumu. Bet ir jautājumi, uz kuriem atbildes nezina ne tikai Google, bet pat lielākie mūsu laika zinātnieki.
Ja jums pēkšņi paveicās sarunāties ar jaunākajiem Nobela prēmijas ieguvējiem fizikā, nejautājiet viņiem par eksoplanetām un tumšo vielu, viņi to jau ir teikuši simtiem reižu.
Labāk pajautājiet, kāpēc dažādi objekti mūsu pasaulē ievēro dažādus fizikas likumus. Piemēram, kāpēc planētas, zvaigznes un citi lieli objekti mijiedarbojas savā starpā, ievērojot noteiktus likumus, un daļiņas vismazākajā līmenī, piemēram, atomi, pakļaujas tikai sev.
Šāds jautājums satrauc nespeciālistu, un izglītots cilvēks, atbildot uz to, pateiks, kāpēc mūsdienu zinātne ir apstājusies, kāda ir atšķirība starp fizikas standarta modeli un vispārējo relativitātes teoriju (turpmāk - GR), kā arī kāpēc Higsa bozona un stīgu teorijas nozīme faktiski ir lieta tiek pārvērtēta.
Reklāmas video:
Neskatoties uz šiem skaidrojumiem, neviens, ieskaitot augšāmcelto Albertu Einšteinu, nespēs jums izskaidrot fizisko parādību atšķirīgo raksturu mikro un makro līmenī. Ja jūs pats varat atrisināt šo problēmu - apsveicam, jūs esat pirmais teorijas autors par visu, vislielākās smadzenes cilvēces vēsturē, visu iespējamo balvu laureāts un jaunās fizikas tēvs (vai māte).
Bet, pirms pasaulei tiek prezentēts revolucionārs atklājums, labāk ir saprast, ko nozīmē teorija par visu, uz kādiem jautājumiem tai vajadzētu atbildēt un kurš atradās vistuvāk tās atklājumam.
Visu teorija ir divu slavenāko mūsdienu fizikas jēdzienu apvienojums - Alberta Einšteina vispārējā relativitāte un kvantu mehānika. Pirmā teorija apraksta visu, kas mūs ieskauj telpas-laika formā, kā arī visu Visuma objektu mijiedarbību, izmantojot tikai gravitācijas spēku. Kvantu mehānika savukārt apraksta elementāro daļiņu mijiedarbību, izmantojot trīs indikatorus vienlaikus - elektromagnētisko un spēcīgo / vājo kodoliedarbību.
Tādējādi tas runā par gravitāciju un lieliem objektiem, piemēram, planētām un zvaigznēm, un kvantu mehānika runā par elementārdaļiņām un to elektromagnētisko un vājo / spēcīgo kodoliedarbību. Pie tā atgriezīsimies nedaudz vēlāk.
Ņūtona mantinieks
Pirmoreiz vispārējo relativitāti izteica Alberts Einšteins. Tajā laikā jauns Austrijas Patentu valdes darbinieks papildināja Ņūtona klasisko gravitācijas teoriju un aprakstīja visus tajā nezināmos. Jo īpaši, pateicoties šim atklājumam, cilvēki uzzināja, kas patiesībā ir gravitācija un kā tā nosaka mijiedarbību ne tikai starp ābolu un Zemi, bet arī starp Sauli un visām Saules sistēmas planētām.
Einšteins ierosināja, ka telpa un laiks ir savstarpēji saistīti un veido vienotu telpas-laika kontinuumu - visu objektu gravitācijas spēku rašanās pamatu. Atšķirībā no Ņūtona teorijas, šis kontinuums (vai telpas laiks) ir elastīgs un var mainīt savu formu atkarībā no priekšmetu masas un attiecīgi to enerģijas.
Einšteina minējumi praksē tika apstiprināti tikai pirms dažiem gadiem, kad viņi pamanīja, kā gaisma - un attiecīgi arī telpas laiks - līkumiem, gravitācijas ietekmes dēļ dodoties garām masīvam objektam - Saulei. Pat bez šiem pierādījumiem vispārējā relativitāte jau sen ir kļuvusi par mūsdienu fizikas pamatu, un līdz šim neviens nav spējis piedāvāt pamatotāku izskaidrojumu par ķermeņu un lauku smagumu telpā.
Neskatoties uz to, pats telpas laiks joprojām ir slikti izprotams, un zinātnieki nezina, kā tas veidojas un no kā tas sastāv. Atbildes uz šiem jautājumiem tikai sāk meklēt kvantu mehānikā - fizikas teorētiskajā nozarē, kas raksturo fizikālo parādību raksturu molekulu, atomu, elektronu, fotonu un citu sīku daļiņu līmenī.
Kvantu mehānika
Saskaņā ar Einšteina teoriju absolūti visiem Visuma objektiem vajadzētu padoties smagumam. Bet vienlaikus ar vispārējās relativitātes atklāšanu citi zinātnieki izpētīja, kā objekti mijiedarbojas subatomiskajā līmenī.
Izrādījās, ka gravitācija šādā mērogā ir pilnīgi bezjēdzīga. Tā vietā elektromagnētiskā un vājā / spēcīgā kodola mijiedarbība kļuva noteicošā. Ar šo spēku palīdzību mazākās daļiņas mijiedarbojas savā starpā - fotoni, gluoni un bozoni.
Bet zinātnieki joprojām nezina, pēc kādiem principiem šīs daļiņas mijiedarbojas, jo tām var būt ārkārtīgi augsts enerģijas blīvums, un tās joprojām nav pakļautas smagumam. Līdz ar to - tādas neizskaidrojamas parādības kā viļņu-daļiņu duālisms (viļņa īpašību izpausme ar daļiņu), kā arī novērotāja ietekme, kā rezultātā veidojas dzīvs un miris Šrēdingera kaķis.
Sakarā ar to divās fizikas pasaulēs sadūrās ar viņu pierēm - Einšteina, kur visiem objektiem ir noteiktas īpašības, tie izmanto sevi smagumam, var tikt aprakstīti un paredzami, un kvantu, kur plūst pavisam cita, neparedzama dzīve, kurā viss pastāvīgi mainās un izlīdzina telpas jēdzienu. laiks kā tāds.
Kas jādara, lai apvienotu šīs divas pasaules? Fizikas standarta modelī mēs runājām par smagumu vispārējā relativitātē un par elektromagnētisko, spēcīgo / vājo kodola mijiedarbību. Tātad, smagums ir gandrīz ideāls, tas ļauj mums saprast gandrīz visu, kas mūs ieskauj, bet tas neņem vērā tik ļoti neizskaidrojamu daļiņu izturēšanos vismazākajā līmenī. Elektromagnētiskā un spēcīgā / vājā kodolieroču mijiedarbība ir alternatīva fizikas sastāvdaļa, kas slēpj jaunus atklājumus un pārstāv milzīgu rezervuāru pētījumiem, bet neņem vērā vispārējās relativitātes gravitācijas likumus.
Pēdējais Alberta Einšteina pētījumu un dzīves posms bija kvantu gravitācijas teorijas izveidošana, kas apvienotu visas iespējamās objektu mijiedarbības makro un mikrolīmenī, kā arī izskaidrotu, kāpēc viņi uzvedas atšķirīgi. Einšteins nekad nespēja atrast atbildes uz šiem jautājumiem, un pēc viņa iespējamo vispārējās relativitātes un kvantu mehānikas apvienošanu sāka saukt par visa teoriju.
Teorija par visu
Cenšoties iegūt teoriju par visu, zinātnieki ir izpētījuši dažus visneparastākos objektus Visumā - melnos caurumus. Tie ir tik smagi, ka izmanto sevi gravitācijas ietekmē, un tik saspiesti, ka teorētiski kvantu efektus var novērot, iekrītot melnajā caurumā. Bet diemžēl līdz šim, izņemot Hokinga starojumu, kas ir pretrunā ar kvantu mehāniku, un neseno notikuma horizonta fotoattēlu, melnie caurumi ir maz palīdzējuši mūsdienu zinātnei. Pat ja tie pastāv, to sasniegšana cilvēkiem ir gandrīz neiespējams uzdevums.
Viņi sāka meklēt teoriju par visu uz Zemes, izmantojot dažādus domas eksperimentus un kvantu mehānikas un vispārējās relativitātes īpašības, kas potenciāli varētu papildināt viena otru.
Mūsdienās, iespējams, vispopulārākā un vistuvāk teorijas patiesībai visa versija ir stīgu teorija. Tajā teikts, ka jebkura daļiņa ir viendimensionāla virkne, kas vibrē 11 dimensiju realitātē, un atkarībā no šīm vibrācijām tiek noteikta tās masa un lādiņš.
Cita starpā virknes galvenā īpašība ir tā, ka tā var pārnest gravitāciju kvantu līmenī. Ja šāda teorija tiktu apstiprināta praksē, stīgas varētu būt pirmais solis ceļā uz kvantu mehānikas apvienošanu ar vispārējo relativitāti. Bet diemžēl līdz šim neviens nav spējis to pierādīt un paziņot, ka stīgas ir smaguma nesējs subatomiskajā līmenī. Tāpat kā nesen atklātais Higsa bozons nekļuva par vēlamo gravitonu.
Jā, mēs joprojām nezinām, no kurienes nāk daudzu elementāru daļiņu masa un pēc kāda principa tās savstarpēji mijiedarbojas, taču tas neliedz mūsdienu fiziķiem ierosināt arvien vairāk jaunu "visu teoriju".
Nesen, piemēram, Ķīnas, Vācijas un Kanādas fiziķi pārbaudīja Wojciech Zurek kvantu darvinisma teoriju, kas it kā izskaidro, kā kvantu daļiņas atstāj pēdas mums pieejamajā makrokosmosā. Bet pat tad, ja tiek apstiprināts daļiņu atrašana divos stāvokļos vienlaikus, tas ir tikai vispārējās relativitātes kvantu mehānikas mijiedarbības apstiprinājums, un tas nekādā veidā nav izskaidrojums tam.
Cits amerikāņu teorētiskais fiziķis no Merilendas universitātes Braiens Svings (Brian Swingle) apņēmās aprakstīt telpas-laika parādīšanās būtību un nolēma, ka kvantu saķeršanās var veidot Einšteina kontinuumu. Swingle ierosināja, ka telpiskā laika četrdimensiju struktūru (garumu, platumu, dziļumu un laiku) varētu iekodēt trīsdimensiju kvantu fizikā (ar vienādām dimensijām, tikai bez laika). Pēc fiziķa domām, smagums un vispārējā relativitāte būtu jāizskaidro ar kvantu mehānikas īpašībām, nevis otrādi, kas šo eksperimentu padarīja diezgan pretrunīgu.
Ir desmitiem līdzīgu sarežģītu un pat labi pamatotu teoriju, taču nevienu no tām pagaidām nevar nosaukt par visa teoriju. Varbūt tas ir labi, jo cilvēks ir mēģinājis saprast, kā atomi un zvaigznes mijiedarbojas tikai pagājušajā gadsimtā, un Visums pastāv gandrīz 14 miljardus gadu.
Visslavenākais mūsdienu teorijas pētnieks par visu - Stīvens Hokings - dzīves beigās nonāca pie secinājuma, ka to nav iespējams atrast. Bet tas viņam nekļuva par sarūgtinājumu, bet, kā vēlāk teica, tieši pretēji, noveda pie izpratnes, ka cilvēks pastāvīgi attīstīsies: “Tagad es priecājos, ka mūsu izpratnes meklējumi nebeidzas un ka mēs vienmēr piedzīvosim jaunus atklājumus … Bez tā mēs būtu stāvējuši mierīgi."