Lyhyt:
- miksi moderni fysiikka on päässyt umpikujaan.
- Einsteinillä ja Hawkingilla ei ollut aikaa tutkia.
- kuinka yhdistää kvanttimekaniikka ja yleinen suhteellisuusteoria.
Internetin avulla voit oppia kaiken - polttomoottorin suunnittelusta universumin laajentumisen nopeuteen. Mutta on kysymyksiä, joihin vastauksia ei tiedä paitsi Google, myös edes aikamme suurimmat tutkijat.
Jos sinulla on yhtäkkiä onni puhua viimeisimmistä fysiikan Nobel-palkinnon saajista, älä kysy heiltä eksoplaneettoja ja pimeää ainetta, he ovat jo sanoneet tämän satoja kertoja.
Kysy paremmin, miksi maailman eri esineet noudattavat erilaisia fysiikan lakeja. Esimerkiksi miksi planeetat, tähdet ja muut suuret esineet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, noudattaen tiettyjä lakeja, ja hiukkaset pienimmällä tasolla, kuten atomit, tottelevat vain itseään.
Tällainen kysymys hämmentää maallikkoa, ja koulutettu ihminen, joka vastaa siihen, kertoo miksi moderni tiede on pysähtynyt, mikä on ero fysiikan standardimallin ja yleisen suhteellisuusteorian (jäljempänä - GR) välillä ja miksi Higgsin bosonien ja merkkijonoteorian tarkoitus on oikeasti tapaus on yliarvioitu.
Mainosvideo:
Näistä selityksistä huolimatta kukaan, mukaan lukien ylösnoussut Albert Einstein, ei pysty selittämään teille fysikaalisten ilmiöiden erilaista luonnetta mikro- ja makrotasolla. Jos pystyt itse ratkaisemaan tämän ongelman - onnittelut, olet ensimmäisen kirjoittaja kaikesta teoriasta, ihmiskunnan historian suurin aivot, kaikkien mahdollisten palkintojen voittaja ja uuden fysiikan isä (tai äiti).
Mutta ennen kuin esitellään maailmalle vallankumouksellinen löytö, on parempi ymmärtää, mitä kaiken teoria tarkoittaa, mihin kysymyksiin sen pitäisi vastata ja kuka tuli lähinnä löytöjään.
Kaiken teoria on yhdistelmä kahdesta modernin fysiikan tunnetuimmasta käsitteestä - Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka. Ensimmäinen teoria kuvaa kaikkea, mikä ympäröi meitä avaruus-ajan muodossa, samoin kuin kaikkien universumin esineiden vuorovaikutusta vain painovoiman avulla. Kvanttimekaniikka puolestaan kuvaa elementtihiukkasten vuorovaikutusta käyttämällä kolmea indikaattoria kerrallaan - sähkömagneettista ja vahvaa / heikkoa ydinvuorovaikutusta.
Siksi se puhuu painovoimasta ja suurista esineistä, kuten planeetoista ja tähtiistä, ja kvanttimekaniikka puhuu elementtihiukkasista ja niiden sähkömagneettisista ja heikoista / voimakkaista ydinvaikutuksista. Palaamme tähän vähän myöhemmin.
Newtonin perillinen
Albert Einstein ilmaisi ensimmäisen kerran yleisen suhteellisuusteorian. Tuolloin eräs nuori Itävallan patenttiviraston työntekijä täydensi Newtonin klassista painopisteteoriaa ja kuvasi kaikkia sen tuntemattomia. Erityisesti tämän löytön ansiosta ihmiset oppivat, mikä painovoima todella on ja kuinka se määrittelee vuorovaikutuksen paitsi omenan ja maan, mutta myös Auringon ja kaikkien aurinkokunnan planeettojen välillä.
Einstein ehdotti, että tila ja aika ovat yhteydessä toisiinsa ja muodostavat yhden avaruus-aika-jatkumon - perustan kaikkien esineiden painovoimien syntymiselle. Toisin kuin Newtonin teoria, tämä jatkumo (tai avaruus-aika) on joustava ja voi muuttaa muotoaan riippuen esineiden massasta ja vastaavasti niiden energiasta.
Einsteinin oletukset vahvistuivat käytännössä vasta muutama vuosi sitten, kun he huomasivat kuinka valo - ja vastaavasti avaruus-aika - taipuu kulkemalla massiivisen esineen - Auringon - lähelle painovoiman vaikutuksen vuoksi. Jopa ilman näitä todisteita, yleisestä suhteellisuudesta on jo pitkään tullut nykyaikaisen fysiikan perusta, ja toistaiseksi kukaan ei ole pystynyt tarjoamaan perusteellisempia selityksiä avaruuden kehon ja kentän painovoimasta.
Tästä huolimatta avaruusaika itsessään on edelleen huonosti ymmärretty, eikä tutkijat tiedä miten se muodostuu ja mistä se koostuu. Näihin kysymyksiin vasta vasta vasta alkamassa etsiä kvantimekaniikassa - fysiikan teoreettisessa haarassa, joka kuvaa fysikaalisten ilmiöiden luonnetta molekyylien, atomien, elektronien, fotonien ja muiden pienten hiukkasten tasolla.
Kvanttimekaniikka
Einsteinin teorian mukaan ehdottomasti kaikkien maailmankaikkeuden esineiden tulee antaa painovoiman. Mutta samanaikaisesti yleisen suhteellisuusteorian löytämisen kanssa muut tutkijat tutkivat, kuinka esineet vuorovaikutuksessa ovat alaatomisessa tasolla.
Kävi ilmi, että tällaisen mittakaavan painovoima on täysin hyödytön. Sen sijaan sähkömagneettiset ja heikot / vahvat ydinvuorovaikutukset tulivat määritteleviksi. Näiden voimien avulla pienimmät hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa - fotonit, gluonit ja bosonit.
Mutta tiedemiehet eivät vieläkään tiedä, millä periaatteilla nämä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa, koska niiden energiatiheys voi olla erittäin korkea, eivätkä ne silti pysty lainkaan painovoimaa. Tästä syystä - selittämättömiä ilmiöitä, kuten aalto-elimen dualismi (aallon ominaisuuksien osoittaminen hiukkasella), samoin kuin tarkkailijan vaikutus, joka johtaa elävän ja kuolleen Schrödingerin kissan muotoon.
Tämän takia kaksi fysiikan maailmaa törmäsivät otsaansa - Einsteinin, jossa kaikilla esineillä on tiettyjä ominaisuuksia, ne soveltuvat painovoimalle, voidaan kuvata ja ennustettavissa, ja kvantti, jossa esiintyy täysin erilainen, arvaamaton elämä, jossa kaikki muuttuu jatkuvasti ja tasoittaa avaruuskäsitettä. aika sellaisenaan.
Mitä on tehtävä näiden kahden maailman yhdistämiseksi? Puhuimme painovoimasta yleisessä suhteellisuudessa ja sähkömagneettisesta, voimakkaasta / heikosta ydinvuorovaikutuksesta fysiikan standardimallilla. Joten, painovoima on melkein täydellinen, se antaa meille mahdollisuuden ymmärtää melkein kaiken, mikä ympäröi meitä, mutta se ei ota huomioon hiukkasten erittäin selittämätöntä käyttäytymistä pienimmällä tasolla. Sähkömagneettinen ja vahva / heikko ydinvuorovaikutus on vaihtoehtoinen osa fysiikkaa, joka piilottaa uusia löytöjä ja edustaa valtavaa tutkimusalusta, mutta ei ota huomioon yleisen suhteellisuusteorian gravitaatiolakeja.
Viimeinen vaihe Albert Einsteinin tutkimuksessa ja elämässä oli kvanttigravitaation teorian luominen, joka yhdistäisi kaikki mahdolliset esineiden vuorovaikutukset makro- ja mikrotasolla ja selittäisi myös miksi ne käyttäytyvät eri tavalla. Einstein ei koskaan löytänyt vastauksia näihin kysymyksiin, ja hänen jälkeensä yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan mahdollista yhdistämistä alettiin kutsua kaiken teoriaksi.
Teoria kaikesta
Pyrkiessään teoriaa kaikesta, tutkijat ovat tutkineet joitain maailmankaikkeuden epätavallisimmista esineistä - mustista reikistä. Ne ovat niin raskaita, että ne soveltuvat painovoimaan, ja niin puristetut, että kvanttiefektit voidaan teoreettisesti havaita pudotettaessa mustaan reikään. Mutta valitettavasti toistaiseksi, lukuun ottamatta Hawkingin säteilyä, joka on ristiriidassa kvanttimekaniikan kanssa, ja äskettäistä kuvaa tapahtumahorisontista, mustat aukot ovat auttaneet vain vähän nykyajan tiedessä. Vaikka niitä onkin, niiden saavuttaminen on melkein mahdotonta tehtävä ihmisille.
He alkoivat etsiä teoriaa kaikesta maapallolla käyttämällä erilaisia ajatuskokeita ja kvantimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteorian ominaisuuksia, jotka voisivat mahdollisesti täydentää toisiaan.
Nykyään kaikkein teoria on ehkä suosituin ja lähinnä totuuden versio kaikesta teoriasta. Sanotaan, että mikä tahansa hiukkanen on yksiulotteinen merkkijono, joka värähtelee 11-ulotteisessa todellisuudessa, ja näiden värähtelyjen mukaan sen massa ja varaus määritetään.
Merkkijonon pääominaisuus on muun muassa, että se voi siirtää painovoimaa kvantitasolla. Jos tällainen teoria vahvistettaisiin käytännössä, merkkijonot voisivat olla ensimmäinen askel kohti kvanttimekaniikan yhdistämistä yleiseen suhteellisuuteen. Mutta valitettavasti toistaiseksi kukaan ei ole pystynyt todistamaan sitä ja julistamaan, että kielet ovat painovoiman kantajaa subatomisella tasolla. Aivan kuten äskettäin löydetystä Higgsin bosonista ei tullut haluttua gravitonia.
Kyllä, emme vieläkään tiedä mistä monien alkuainehiukkasten massa tulee ja millä periaatteella ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään, mutta tämä ei estä nykyaikaisia fyysikoita ehdottamasta yhä enemmän uusia "teorioita kaikesta".
Äskettäin esimerkiksi Kiinan, Saksan ja Kanadan fyysikot testasivat Wojciech Zurekin kvant Darvinismin teoriaa, joka oletettavasti selittää kuinka kvanttihiukkaset jättävät jälkensä meille saatavissa olevaan makrokosmiin. Mutta jopa siinä tapauksessa, että hiukkasten löytö vahvistetaan kahdessa tilassa samanaikaisesti, tämä on vain yleisen suhteellisuusteorian kvanttimekaniikan vuorovaikutuksen vahvistus, eikä millään tavalla selitä tätä.
Toinen amerikkalainen teoreettinen fyysikko Marylandin yliopistosta, Brian Swingle, sitoutui kuvaamaan avaruus-ajan syntymisen luonnetta ja päätti, että kvantti-takertuminen voisi muodostaa Einsteinin jatkumon. Swingle ehdotti, että avaruusajan neljäulotteinen rakenne (pituus, leveys, syvyys ja aika) voitaisiin koodata kolmiulotteiseen kvanttifysiikkaan (samoilla mitoilla, vain ilman aikaa). Fyysikon mukaan painovoima ja yleinen suhteellisuus tulisi selittää kvanttimekaniikan ominaisuuksien avulla, eikä päinvastoin, mikä teki tästä kokeesta melko ristiriitaisen.
Samanlaisia monimutkaisia ja jopa perusteltuja teorioita on kymmeniä, mutta yhtäkään niistä ei voida vielä kutsua kaiken teoriaksi. Ehkä tämä on hyvä, koska ihminen on yrittänyt ymmärtää, kuinka atomien ja tähdet ovat vuorovaikutuksessa vasta viimeisen vuosisadan ajan, ja maailmankaikkeus on ollut olemassa lähes 14 miljardia vuotta.
Kaikkein teorian tunnetuin moderni tutkija - Stephen Hawking - pääsi elämänsä lopussa siihen, että sitä oli mahdotonta löytää. Mutta siitä ei tullut hänelle pettymystä, vaan, kuten hän myöhemmin sanoi, päinvastoin, johti ymmärrykseen siitä, että henkilö kehittyy jatkuvasti:”Nyt olen iloinen, että ymmärryksen etsiminen ei lopu koskaan ja että koemme aina uusia löytöjä … Ilman tätä olisimme seisoneet paikallaan."