Mic de statura:
- de ce fizica modernă a ajuns la un punct mort.
- că Einstein și Hawking nu au avut timp să exploreze.
- cum să combini mecanica cuantică și relativitatea generală.
Cu ajutorul Internetului, puteți învăța totul - de la proiectarea unui motor cu ardere internă până la viteza de extindere a Universului. Există însă întrebări, ale căror răspunsuri nu sunt cunoscute nu numai de Google, ci chiar de cei mai mari oameni de știință ai vremii noastre.
Dacă deodată ai norocul să vorbești cu ultimii câștigători ai premiului Nobel în fizică, nu-i întrebi despre exoplanete și materie întunecată, au spus deja acest lucru de sute de ori.
Mai bine întrebați de ce diferite obiecte din lumea noastră se supun diferitelor legi ale fizicii. De exemplu, de ce planetele, stelele și alte obiecte mari interacționează între ele, urmând anumite legi și particulele la cel mai mic nivel, precum atomii, se supun doar ele însele.
O astfel de întrebare îl va declanșa pe laic, iar o persoană educată care răspunde vă va spune de ce știința modernă a ajuns la un obstacol, care este diferența dintre modelul standard al fizicii și teoria generală a relativității (în continuare - GR) și, de asemenea, de ce sensul bosonilor Higgs și teoria coardelor este de fapt cazul este supraevaluat.
Video promotional:
În ciuda acestor explicații, nimeni, inclusiv Albert Einstein înviat, nu vă va putea explica natura diferită a fenomenelor fizice la nivel micro și macro. Dacă tu însuți poți rezolva această problemă - felicitări, ești primul autor al teoriei tuturor, cel mai mare creier din istoria omenirii, câștigătorul tuturor premiilor posibile și tatăl (sau mama) - fondatorul noii fizici.
Dar, înainte de a prezenta lumii o descoperire revoluționară, este mai bine să înțelegeți ce înseamnă teoria tuturor, ce întrebări ar trebui să răspundă și cine a ajuns cel mai aproape de descoperirea ei.
Teoria tuturor este o combinație a două dintre cele mai faimoase concepte ale fizicii moderne - relativitatea generală a lui Albert Einstein și mecanica cuantică. Prima teorie descrie tot ceea ce ne înconjoară sub formă de spațiu-timp, precum și interacțiunea tuturor obiectelor din Univers folosind doar gravitația. Mecanica cuantică, la rândul său, descrie interacțiunea particulelor elementare folosind trei indicatori simultan - electromagnetică și interacțiune nucleară puternică / slabă.
Astfel, vorbește despre gravitație și obiecte mari precum planetele și stelele, iar mecanica cuantică vorbește despre particule elementare și despre interacțiunile lor electromagnetice și slabe / puternice. Vom reveni la acest lucru puțin mai târziu.
Moștenitorul lui Newton
Pentru prima dată, relativitatea generală a fost exprimată de Albert Einstein. În acel moment, un tânăr angajat al Oficiului austriac de brevete a completat teoria clasică a gravitației lui Newton și a descris toate necunoscutele din ea. În special, datorită acestei descoperiri, oamenii au aflat ce este cu adevărat gravitația și cum determină interacțiunea nu numai între măr și Pământ, ci și între Soare și toate planetele din sistemul solar.
Einstein a sugerat că spațiul și timpul sunt interconectate și să formeze un singur continuu spațiu-timp - baza apariției forțelor gravitaționale ale tuturor obiectelor. Spre deosebire de teoria lui Newton, acest continuum (sau spațiu-timp) este flexibil și își poate schimba forma în funcție de masa obiectelor și, în consecință, de energia lor.
Conjecturile lui Einstein au fost confirmate în practică abia acum câțiva ani, când au observat cum lumina - și, în consecință, spațiul-timp - se apleacă, trecând lângă un obiect masiv - Soarele - datorită influenței gravitației. Chiar și fără aceste dovezi, relativitatea generală a devenit multă vreme baza fizicii moderne și până acum nimeni nu a fost în măsură să ofere o explicație mai fundamentată a gravității corpurilor și a câmpurilor din spațiu.
În ciuda acestui fapt, spațiul-timp în sine este încă slab înțeles, iar oamenii de știință nu știu cum se formează și din ce constă. Răspunsurile la aceste întrebări încep să fie căutate în mecanica cuantică - o ramură teoretică a fizicii care descrie natura fenomenelor fizice la nivelul moleculelor, atomilor, electronilor, fotonilor și a altor particule minuscule.
Mecanica cuantică
Conform teoriei lui Einstein, absolut toate obiectele din Univers ar trebui să cedeze gravitației. Dar, simultan cu descoperirea relativității generale, alți oameni de știință au investigat modul în care obiectele interacționează la nivel subatomic.
S-a dovedit că gravitația pe o astfel de scară este complet inutilă. În schimb, interacțiunile nucleare electromagnetice și slabe / puternice au devenit definitorii. Cu ajutorul acestor forțe, cele mai mici particule interacționează între ele - fotoni, gluoni și bosoni.
Însă, oamenii de știință încă nu știu după ce principii interacționează aceste particule, deoarece pot avea o densitate energetică extrem de ridicată și încă nu se pretează gravitației. De aici - fenomene atât de inexplicabile ca dualismul undă-corpuscle (manifestarea proprietăților unei unde de către o particulă), precum și efectul unui observator cu rezultatul unei forme de pisică Schrödinger vie și moartă.
Din această cauză, două lumi ale fizicii s-au ciocnit cu fruntea lor - cea a lui Einstein, unde toate obiectele au anumite proprietăți, se împrumută gravitației, pot fi descrise și previzibile, și cuantice, unde o viață complet diferită, imprevizibilă, în care totul se schimbă constant și nivelează conceptul de spațiu - timpul ca atare.
Ce trebuie făcut pentru a uni aceste două lumi? Am vorbit despre gravitația în relativitatea generală și despre interacțiunea nucleară electromagnetică, puternică / slabă în modelul standard al fizicii. Deci, gravitația este aproape perfectă, ne permite să înțelegem aproape tot ceea ce ne înconjoară, dar nu ține cont de comportamentul foarte inexplicabil al particulelor la cel mai mic nivel. Interacțiunile nucleare electromagnetice și puternice / slabe sunt o parte alternativă a fizicii care ascunde noi descoperiri și reprezintă un rezervor imens pentru cercetare, dar nu ține cont de legile gravitaționale ale relativității generale.
Ultima etapă în cercetarea și viața lui Albert Einstein a fost crearea teoriei gravitației cuantice, care să permită unirea tuturor interacțiunilor posibile ale obiectelor la nivel macro și micro și, de asemenea, să explice de ce acestea se comportă diferit. Einstein nu a putut niciodată să găsească răspunsuri la aceste întrebări, iar după el, posibila unificare a relativității generale și a mecanicii cuantice a început să fie numită teoria a tot.
Teoria tuturor
În căutarea lor pentru o teorie a tuturor, oamenii de știință au investigat unele dintre cele mai neobișnuite obiecte din univers - găurile negre. Sunt atât de grele încât se împrumută gravitației și sunt atât de comprimate încât efectele cuantice pot fi observate teoretic la căderea într-o gaură neagră. Dar, din păcate, până în prezent, în afară de radiațiile Hawking, care este contrar mecanicii cuantice și o fotografie recentă a orizontului evenimentului, găurile negre au ajutat puțin la știința modernă. Chiar dacă există, atingerea lor este o sarcină aproape imposibilă pentru oameni.
Ei au început să caute o teorie a tuturor lucrurilor de pe Pământ folosind diverse experimente de gândire și proprietăți ale mecanicii cuantice și ale relativității generale, care se pot completa reciproc.
Astăzi, poate cea mai populară și cea mai apropiată versiune de adevăr a teoriei tuturor este teoria șirurilor. Se spune că orice particulă este un șir unidimensional care vibrează într-o realitate 11 dimensională și, în funcție de aceste vibrații, masa și sarcina ei sunt determinate.
Printre altele, proprietatea principală a unei șiruri este aceea că poate transfera gravitația la un nivel cuantic. Dacă o astfel de teorie ar fi confirmată în practică, șirurile ar putea fi primul pas spre unificarea mecanicii cuantice cu relativitatea generală. Dar, din păcate, până acum nimeni nu a reușit să o demonstreze și să declare că șirurile sunt purtătoarele gravitației la nivel subatomic. La fel ca recent bosonul Higgs descoperit nu a devenit gravitonul dorit.
Da, încă nu știm de unde vine masa multor particule elementare și după ce principiu interacționează între ele, dar acest lucru nu îi împiedică pe fizicienii moderni să propună din ce în ce mai noi „teorii despre tot”.
Recent, de exemplu, fizicienii din China, Germania și Canada au testat teoria lui Wojciech Zurek despre darwinismul cuantic, care se presupune că modul în care particulele cuantice își lasă urmele în macrocosmosul disponibil. Dar chiar și în cazul confirmării descoperirii particulelor în două state în același timp, aceasta nu este decât o confirmare a interacțiunii mecanicii cuantice a relativității generale și, în niciun caz, o explicație a acesteia.
Un alt fizician teoretic american de la Universitatea din Maryland, Brian Swingle, s-a angajat să descrie natura originii spațiului-timp și a decis că încurcarea cuantică poate forma continuul Einstein. Swingle a sugerat ca structura în patru dimensiuni a spațiului (lungime, lățime, adâncime și timp) să poată fi codată în fizica cuantică tridimensională (cu aceleași dimensiuni, numai fără timp). Potrivit fizicianului, gravitatea și relativitatea generală ar trebui explicate prin proprietățile mecanicii cuantice și nu invers, ceea ce a făcut ca acest experiment să fie mai degrabă contradictoriu.
Există zeci de teorii complexe și chiar bine argumentate, dar niciuna dintre ele nu poate fi numită încă o teorie a tuturor. Poate că acest lucru este bun, deoarece omul a încercat să înțeleagă cum interacționează atomii și stelele doar în ultimul secol, iar Universul există de aproape 14 miliarde de ani.
Cel mai cunoscut cercetător modern al teoriei tuturor - Stephen Hawking - la sfârșitul vieții a ajuns la concluzia că este imposibil de găsit. Dar acest lucru nu a devenit o dezamăgire pentru el, ci, după cum a spus mai târziu, dimpotrivă, a dus la înțelegerea faptului că o persoană se va dezvolta constant: „Acum mă bucur că căutarea noastră pentru înțelegere nu se va termina niciodată și că vom experimenta mereu noi descoperiri. … Fără aceasta, am fi stat nemișcați”.
