Kort:
- varför modern fysik har nått en återvändsgränd.
- att Einstein och Hawking inte hade tid att utforska.
- hur man kombinerar kvantmekanik och allmän relativitet.
Med hjälp av Internet kan du lära dig allt - från konstruktionen av en förbränningsmotor till universums expansionshastighet. Men det finns frågor, vilka svar inte är kända inte bara av Google, utan även de största forskarna i vår tid.
Om du plötsligt har turen att prata med de senaste nobelprisvinnarna i fysik, fråga inte dem om exoplaneter och mörk materia, de har redan sagt detta hundratals gånger.
Fråga bättre varför olika föremål i vår värld följer olika fysiklagar. Till exempel varför planeter, stjärnor och andra stora föremål interagerar med varandra, efter vissa lagar, och partiklar på den minsta nivån, som atomer, bara följer sig själva.
En sådan fråga kommer att förvirra lekmannen, och en utbildad person som svarar på den kommer att berätta varför modern vetenskap har stannat, vad är skillnaden mellan fysikens standardmodell och generell relativitetsteori (nedan - GR), och också varför betydelsen av Higgs bosoner och strängteori faktiskt är fallet är överskattat.
Kampanjvideo:
Trots dessa förklaringar kommer ingen, inklusive den uppståndna Albert Einstein, att kunna förklara de fysiska fenomenens olika natur på mikro- och makronivåer. Om du själv kan lösa detta problem - grattis, du är den första författaren till teorin om allt, den största hjärnan i mänsklighetens historia, pristagaren för alla möjliga utmärkelser och fadern (eller modern) till den nya fysiken.
Men innan man presenterar en revolutionär upptäckt för världen är det bättre att förstå vad teorin om allt betyder, vilka frågor den borde svara och vem som kom närmast dess upptäckt.
Teorin om allt är en kombination av två av de mest kända begreppen inom modern fysik - Albert Einsteins allmänna relativitet och kvantmekanik. Den första teorin beskriver allt som omger oss i form av rymdtid, såväl som interaktionen mellan alla objekt i universumet med endast tyngdkraft. Kvantmekanik beskriver i sin tur interaktion mellan elementära partiklar med hjälp av tre indikatorer samtidigt - elektromagnetisk och stark / svag kärnkraftsinteraktion.
Således talar det om tyngdkraften och stora föremål som planeter och stjärnor och kvantmekanik - om elementära partiklar och deras elektromagnetiska och svaga / starka kärnkraftsinteraktioner. Vi kommer tillbaka till detta lite senare.
Newtons arvtagare
För första gången uttrycktes generell relativitet av Albert Einstein. Vid den tiden kompletterade en ung anställd på det österrikiska patentverket Newtons klassiska gravitationsteori och beskrev allt okänt i den. Tack vare denna upptäckt lärde man sig särskilt vad tyngdkraften verkligen är och hur den bestämmer interaktionen inte bara mellan äpplet och jorden utan också mellan solen och alla planeter i solsystemet.
Einstein föreslog att rymden och tiden är sammankopplade och bildar en enda rymdtidskontinuum - grunden för framväxten av gravitationskrafterna för alla objekt. Till skillnad från Newtons teori är denna kontinuum (eller rymdtid) flexibel och kan ändra sin form beroende på föremålens massa och därmed deras energi.
Einsteins antaganden bekräftades först i praktiken för några år sedan, när de märkte hur ljus - och följaktligen rymdtid - böjer, passerar nära ett massivt objekt - Solen - på grund av påverkan av tyngdkraften. Även utan detta bevis har den allmänna relativiteten länge blivit basen för modern fysik, och hittills har ingen kunnat ge en mer underbyggd förklaring av kroppens och fältens allvar i rymden.
Trots detta förstås rymdtiden fortfarande dåligt, och forskare vet inte hur den bildas och vad den består av. Svar på dessa frågor börjar just söka inom kvantmekanik - en teoretisk gren av fysik som beskriver naturen av fysiska fenomen på nivån av molekyler, atomer, elektroner, fotoner och andra små partiklar.
Kvantmekanik
Enligt Einsteins teori borde absolut alla objekt i universum undergå allvar. Men samtidigt med upptäckten av allmän relativitet, undersökte andra forskare hur objekt interagerar på subatomatisk nivå.
Det visade sig att tyngdkraften i en sådan skala är helt värdelös. Istället blev elektromagnetiska och svaga / starka kärnkraftsinteraktioner definierande. Med hjälp av dessa krafter interagerar de minsta partiklarna med varandra - fotoner, gluoner och bosoner.
Men forskare vet fortfarande inte efter vilka principer dessa partiklar interagerar med, eftersom de kan ha en extremt hög energitäthet och fortfarande inte lånar sig till tyngdkraften. Därför - sådana oförklarliga fenomen som våg-korpuskeltualism (manifestation av egenskaperna hos en våg av en partikel), liksom effekten av en observatör som resulterar i form av en levande och död Schrodingers katt.
På grund av detta kolliderade två fysikvärlder med deras pannor - Einsteins, där alla objekt har vissa egenskaper, lämpar sig för tyngdkraften, kan beskrivas och förutsägas, och kvant, där ett helt annat, oförutsägbart liv rasar, där allt ständigt förändras och nivåer begreppet rymd. tid som sådan.
Vad måste göras för att förena dessa två världar? Vi pratade om tyngdekraft i allmän relativitet och om den elektromagnetiska, starka / svaga kärnkraftsinteraktionen i fysikens standardmodell. Så allvar är alltså nästan perfekt, det gör att vi kan förstå nästan allt som omger oss, men det tar inte hänsyn till det mycket oförklarliga beteendet hos partiklar på den minsta nivån. Elektromagnetisk och stark / svag kärnkraftsinteraktion är en alternativ del av fysiken som döljer nya upptäckter och representerar en enorm reservoar för forskning, men tar inte hänsyn till gravitationslagarna för allmän relativitet.
Det sista steget i Albert Einsteins forskning och liv var skapandet av teorin om kvanttyngd, som skulle möjliggöra att förena alla möjliga interaktioner mellan objekt på makro- och mikronivåer och också förklara varför de uppför sig annorlunda. Einstein kunde aldrig hitta svar på dessa frågor, och efter honom började den möjliga föreningen av allmän relativitet och kvantmekanik kallas teorin om allt.
Teorin om allt
I sin strävan efter en teori om allt har forskare undersökt några av de mest ovanliga föremålen i universum - svarta hål. De är så tunga att de lånar sig till gravitationen och så komprimerade att kvanteffekter teoretiskt kan observeras när de faller i ett svart hål. Men, tyvärr, hittills, förutom Hawking-strålning, vilket strider mot kvantmekanik, och ett nytt foto av händelseshorisonten, har svarta hål hjälpt lite till modern vetenskap. Även om de existerar är att nå dem en nästan omöjlig uppgift för människor.
De började söka efter en teori om allt på jorden med hjälp av olika tankeexperiment och egenskaper hos kvantmekanik och allmän relativitet, som potentiellt skulle kunna komplettera varandra.
Idag är den kanske mest populära och närmast sanningsversionen av teorin om allt strängteori. Den säger att varje partikel är en endimensionell sträng som vibrerar i en 11-dimensionell verklighet, och beroende på dessa vibrationer bestäms dess massa och laddning.
Bland annat är en strängs huvudegenskap att den kan överföra tyngdkraften på kvantnivå. Om en sådan teori bekräftades i praktiken, kan strängar vara det första steget mot förening av kvantmekanik med allmän relativitet. Men tyvärr har ingen hittills kunnat bevisa det och förklara att strängarna är tyngdbäraren på den subatomära nivån. Precis som den nyligen upptäckta Higgs boson inte blev den önskade graviton.
Ja, vi vet fortfarande inte var massan av många elementära partiklar kommer från och med vilken princip de interagerar med varandra, men detta hindrar inte moderna fysiker från att föreslå fler och fler nya "teorier om allt."
Nyligen, till exempel, testade fysiker från Kina, Tyskland och Kanada Wojciech Zureks teori om kvant Darwinism, som förmodligen förklarar hur kvantpartiklar lämnar sina spår i den makrokosmos som finns tillgänglig för oss. Men även när det gäller bekräftelse av upptäckten av partiklar i två tillstånd på samma gång, är detta bara en bekräftelse av interaktionen mellan kvantmekanik av den allmänna relativiteten och på inget sätt en förklaring av detta.
En annan amerikansk teoretisk fysiker från University of Maryland, Brian Swingle, åta sig att beskriva naturen av uppkomsten av rymdtid och beslutade att kvantförvirring kunde bilda Einstein kontinuum. Swingle föreslog att den fyrdimensionella strukturen för rymdtid (längd, bredd, djup och tid) kunde kodas i tredimensionell kvantfysik (med samma dimensioner, bara utan tid). Enligt fysikern borde tyngdkraft och allmän relativitet förklaras genom kvantmekanikens egenskaper och inte tvärtom, vilket gjorde detta experiment ganska motsägelsefullt.
Det finns dussintals liknande komplexa och till och med välgrundade teorier, men ingen av dem kan ännu kallas en teori om allt. Kanske är det bra eftersom människan har försökt förstå hur atomer och stjärnor bara interagerar under förra seklet, och universum har funnits i nästan 14 miljarder år.
Den mest berömda moderna forskaren av teorin om allt - Stephen Hawking - i slutet av sitt liv kom till slutsatsen att det var omöjligt att hitta det. Men detta blev inte en besvikelse för honom, men som han senare sa, tvärtom, ledde till förståelsen att en person ständigt kommer att utvecklas:”Nu är jag glad att vår sökning efter förståelse aldrig kommer att sluta, och att vi alltid kommer att uppleva nya upptäckter … Utan detta hade vi stått still."
