Trumpas:
- kodėl šiuolaikinė fizika pasiekė aklavietę.
- „Salik.biz“
- kad Einšteinas ir Hawkingas neturėjo laiko tyrinėti.
- kaip suderinti kvantinę mechaniką ir bendrąją reliatyvumą.
Naudodamiesi internetu galite išmokti visko - nuo vidaus degimo variklio projektavimo iki Visatos plėtimosi greičio. Tačiau yra klausimų, kurių atsakymų nežino ne tik „Google“, bet ir patys didžiausi šių laikų mokslininkai.
Jei staiga pasisekė pabendrauti su naujausiais fizikos Nobelio premijos laureatais, neklauskite jų apie egzoplanetas ir tamsiąsias medžiagas, jie tai jau sakė šimtus kartų.
Geriau paklauskite, kodėl skirtingi objektai mūsų pasaulyje laikosi skirtingų fizikos įstatymų. Pavyzdžiui, kodėl planetos, žvaigždės ir kiti dideli objektai sąveikauja tarpusavyje, laikydamiesi tam tikrų įstatymų, o dalelės mažiausiame lygyje, pavyzdžiui, atomai, paklūsta tik sau.
Toks klausimas sujaudins pasaulietį, o išsilavinęs žmogus, atsakęs į jį, papasakos, kodėl šiuolaikinis mokslas pateko į aklavietę, kuo skiriasi standartinis fizikos modelis nuo bendrojo reliatyvumo (toliau - GR), taip pat kodėl Higso bozonų ir stygų teorijos prasmė iš tikrųjų yra byla pervertinta.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Nepaisant šių paaiškinimų, niekas, įskaitant prisikėlusį Albertą Einšteiną, negalės jums paaiškinti skirtingo fizinių reiškinių pobūdžio mikro ir makro lygmeniu. Jei jūs pats galite išspręsti šią problemą - sveikinu, jūs esate pirmasis visko teorijos autorius, didžiausios žmonijos istorijos smegenys, visų įmanomų apdovanojimų laureatas ir naujosios fizikos tėvas (arba motina).
Bet prieš pateikdami pasauliui revoliucinį atradimą, geriau suprantu, ką reiškia visko teorija, į kokius klausimus ji turėtų atsakyti, ir kas buvo arčiausiai jo atradimo.
Visko teorija yra dviejų garsiausių šiuolaikinės fizikos sąvokų - bendrojo Alberto Einšteino reliatyvumo ir kvantinės mechanikos - derinys. Pirmoji teorija apibūdina viską, kas supa mus erdvės-laiko pavidalu, taip pat visų Visatos objektų sąveiką naudojant tik gravitaciją. Kvantinė mechanika, savo ruožtu, apibūdina elementariųjų dalelių sąveiką, naudojant tris rodiklius vienu metu - elektromagnetinę ir stiprią / silpną branduolio sąveiką.
Taigi, kalbama apie gravitaciją ir didelius objektus, tokius kaip planetos ir žvaigždės, o kvantinė mechanika - apie elementarias daleles ir jų elektromagnetinę bei silpną / stiprią branduolio sąveiką. Prie to grįšime šiek tiek vėliau.
Niutono įpėdinis
Pirmą kartą bendrąjį reliatyvumą išreiškė Albertas Einšteinas. Tuo metu jaunas Austrijos patentų tarnybos darbuotojas papildė klasikinę Niutono gravitacijos teoriją ir aprašė visus joje nežinomus dalykus. Visų pirma, šio atradimo dėka žmonės sužinojo, kas yra gravitacija ir kaip tai nulemia sąveiką ne tik tarp obuolio ir Žemės, bet ir tarp Saulės ir visų Saulės sistemos planetų.
Einšteinas pasiūlė erdvę ir laiką susieti ir sudaryti vieną erdvės-laiko tęstinumą - visų objektų gravitacinių jėgų atsiradimo pagrindą. Skirtingai nuo Niutono teorijos, šis kontinuumas (arba erdvės laikas) yra lankstus ir gali pakeisti savo formą priklausomai nuo daiktų masės ir atitinkamai jų energijos.
Einšteino spėlionės praktikoje buvo patvirtintos tik prieš kelerius metus, kai jie pastebėjo, kaip dėl sunkio jėgos šviesos ir, atitinkamai, erdvės-laiko - posūkiai eina šalia masyvaus objekto - Saulės. Net ir neturėdamas šių įrodymų, bendras reliatyvumas ilgą laiką tapo šiuolaikinės fizikos pagrindu, ir iki šiol niekas negalėjo pasiūlyti labiau pagrįsto paaiškinimo apie kūnų ir laukų sunkumą erdvėje.
Nepaisant to, pats erdvės laikas vis dar menkai suprantamas, ir mokslininkai nežino, kaip jis susiformuoja ir iš ko jį sudaro. Atsakymų į šiuos klausimus dar tik reikia ieškoti kvantinėje mechanikoje - tai teorinė fizikos šaka, apibūdinanti fizinių reiškinių pobūdį molekulių, atomų, elektronų, fotonų ir kitų mažų dalelių lygyje.
Kvantinė mechanika
Remiantis Einsteino teorija, absoliučiai visi objektai Visatoje turėtų pasiduoti gravitacijai. Tačiau kartu su bendrosios reliatyvumo atradimu kiti mokslininkai ištyrė, kaip objektai sąveikauja subatominiame lygmenyje.
Paaiškėjo, kad tokio masto gravitacija yra visiškai nenaudinga. Vietoj to, elektromagnetinė ir silpna / stipri branduolių sąveika tapo lemiama. Šių jėgų pagalba mažiausios dalelės sąveikauja viena su kita - fotonai, glionai ir bozonai.
Tačiau mokslininkai vis dar nežino, kokiais principais šios dalelės sąveikauja, nes jos gali turėti nepaprastai didelį energijos tankį ir vis tiek nesiskundžia gravitacija. Taigi - tokie nepaaiškinami reiškiniai kaip bangos-dalelės dualizmas (bangos savybių pasireiškimas dalelėmis), taip pat stebėtojo poveikis, gaunantis gyvos ir negyvos Schrödingerio katės formą.
Dėl šios priežasties du kaktos susidūrė du fizikos pasauliai - Einšteino, kuriame visi objektai turi tam tikras savybes, pasižymi sunkumu, gali būti aprašomi ir nuspėjami, ir kvantiniai, kur eina visiškai kitoks, nenuspėjamas gyvenimas, kuriame viskas nuolat keičiasi ir išlygina erdvės sampratą. laikas kaip toks.
Ką reikia padaryti, norint suvienyti šiuos du pasaulius? Standartiniame fizikos modelyje mes kalbėjome apie bendrosios reliatyvumo sunkumą ir apie elektromagnetinę, stiprią / silpną branduolio sąveiką. Taigi, gravitacija yra beveik tobula, ji leidžia suprasti beveik viską, kas mus supa, tačiau neatsižvelgiama į labai nepaaiškinamą dalelių elgesį mažiausiame lygmenyje. Elektromagnetinė ir stipri / silpna branduolio sąveika yra alternatyvi fizikos dalis, kuri slepia naujus atradimus ir yra didžiulis rezervuaras tyrimams, tačiau neatsižvelgiama į bendrosios reliatyvumo gravitacinius dėsnius.
Paskutinis Alberto Einšteino tyrimų ir gyvenimo etapas buvo kvantinės gravitacijos teorijos sukūrimas, kuri suvienytų visas įmanomas objektų sąveikas makro ir mikro lygmenimis, taip pat paaiškintų, kodėl jie elgiasi skirtingai. Einšteinas niekada negalėjo rasti atsakymų į šiuos klausimus, o po jo galimas bendrojo reliatyvumo ir kvantinės mechanikos suvienodinimas buvo pradėtas vadinti visko teorija.
Visko teorija
Siekdami visko teorijos, mokslininkai ištyrė keletą labiausiai neįprastų objektų Visatoje - juodųjų skylių. Jie yra tokie sunkūs, kad pasižymi sunkio jėga, ir yra tokie suspausti, kad teoriškai kvantinį poveikį galima pastebėti nukritus į juodąją skylę. Bet, deja, iki šiol, išskyrus Hawkingo radiaciją, kuri prieštarauja kvantinei mechanikai, ir neseną įvykio horizonto nuotrauką, juodosios skylės mažai padėjo šiuolaikiniam mokslui. Net jei jie egzistuoja, pasiekti juos žmonėms yra beveik neįmanoma.
Jie pradėjo ieškoti visko Žemėje teorijos, naudodamiesi įvairiais minties eksperimentais ir kvantinės mechanikos bei bendrojo reliatyvumo savybėmis, kurios potencialiai galėtų papildyti viena kitą.
Šiandien, ko gero, pati populiariausia ir arčiausiai tiesos visko teorijos versija yra styginių teorija. Sakoma, kad bet kuri dalelė yra vienos dimensijos styga, kuri vibruoja 11 matmenų tikrovėje, ir, atsižvelgiant į šias vibracijas, nustatoma jos masė ir krūvis.
Be kita ko, pagrindinė stygos savybė yra ta, kad ji gali perduoti gravitaciją kvantiniu lygiu. Jei tokia teorija būtų patvirtinta praktikoje, stygos galėtų būti pirmasis žingsnis link kvantinės mechanikos suvienodinimo su bendruoju reliatyvumu. Bet, deja, iki šiol dar nepavyko to įrodyti ir pareikšti, kad stygos yra gravitacijos nešėjos subatominiame lygmenyje. Kaip ir neseniai atrastas Higso bozonas netapo norimu gravitonu.
Taip, mes vis dar nežinome, iš kur gaunama daugelio elementariųjų dalelių masė ir kokiu principu jie sąveikauja tarpusavyje, tačiau tai netrukdo šiuolaikiniams fizikams siūlyti vis daugiau naujų „visko teorijų“.
Neseniai, pavyzdžiui, fizikai iš Kinijos, Vokietijos ir Kanados išbandė Wojciecho Zureko kvantinio darvinizmo teoriją, kuri tariamai paaiškina, kaip kvantinės dalelės palieka savo pėdsakus mums prieinamoje makrokosmoso dalyje. Bet net tuo atveju, kai tuo pačiu metu nustatomos dalelės dviejose būsenose, tai yra tik bendrosios reliatyvumo reliatyvumo kvantinės mechanikos sąveikos patvirtinimas ir jokiu būdu to nepaaiškinimas.
Kitas amerikiečių teorinis fizikas iš Merilando universiteto Brianas Swingle'as įsipareigojo aprašyti erdvės-laiko atsiradimo pobūdį ir nusprendė, kad kvantinis įsitvirtinimas gali sudaryti Einšteino kontinuumą. Swingle'as pasiūlė, kad erdvėlaikio keturių matmenų struktūra (ilgis, plotis, gylis ir laikas) galėtų būti užkoduota trimatėje kvantinėje fizikoje (su tais pačiais matmenimis, tik be laiko). Anot fiziko, gravitacija ir bendrasis reliatyvumas turėtų būti paaiškinami per kvantinės mechanikos savybes, o ne atvirkščiai, todėl šis eksperimentas buvo gana prieštaringas.
Yra dešimtys panašių sudėtingų ir net gerai pagrįstų teorijų, tačiau nė vienos iš jų dar negalima pavadinti visko teorija. Galbūt tai yra gerai, nes žmogus bandė suprasti, kaip atomai ir žvaigždės sąveikauja tik praėjusį šimtmetį, o Visata egzistavo beveik 14 milijardų metų.
Garsiausias šiuolaikinis visko teorijos tyrinėtojas - Stephenas Hawkingas - gyvenimo pabaigoje padarė išvadą, kad jo rasti neįmanoma. Tačiau tai netapo jo nusivylimu, o, kaip vėliau sakė, priešingai, lėmė supratimą, kad žmogus nuolat tobulės: „Dabar džiaugiuosi, kad mūsų supratimo paieškos niekada nesibaigs ir mes visada patirsime naujų atradimų … Be šito mes būtume sustingę “.