Rövid:
- miért érte el a modern fizika zsákutcát?
- Einsteinnek és Hawkingnak nincs ideje felfedezni.
- hogyan kombinálható a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet.
Az internet segítségével mindent megtanulhat - a belső égésű motor tervezésétől az univerzum bővülésének sebességéig. De vannak olyan kérdések, amelyekre a válaszokat nemcsak a Google, hanem korunk legnagyobb tudósai is ismerik.
Ha hirtelen szerencséje van, hogy a legújabb fizikai Nobel-díjasokkal beszélgessen, ne kérdezd tőlük az exoplanetumokat és a sötét anyagot, ők már ezt több százszor mondták.
Inkább kérdezd meg, miért tesznek világunk különböző tárgyai különféle fizikai törvényeket. Például, hogy a bolygók, csillagok és más nagy tárgyak miért lépnek kölcsönhatásba egymással, bizonyos törvények betartásával, és hogy a legkisebb szintű részecskék, mint például az atomok, csak magukra engedelmeskednek.
Egy ilyen kérdés megzavarja a laikusokat, és egy erre képzett ember, aki azt válaszolja, elmondja, hogy miért állt a modern tudomány, mi a különbség a fizika standard modellje és az általános relativitáselmélet (a továbbiakban - GR) között, és miért magyarázza valójában Higgs-boszonok és húr-elméletek jelentését az ügy túlértékelt.
Promóciós videó:
Ezen magyarázatok ellenére senki, köztük a feltámadt Albert Einstein, nem fogja tudni magyarázni Önnek a fizikai jelenségek különféle természetét mikro- és makro szinten. Ha ön magad képes megoldani ezt a problémát - gratulálok, te vagy az első elmélete a mindent elméletének, a legnagyobb agy az emberiség történetében, az összes lehetséges díj díjazása és az új fizika apja (vagy anyja).
Mielőtt azonban egy forradalmi felfedezést mutat be a világnak, jobb megérteni, hogy mit jelent minden elmélete, milyen kérdésekre kell válaszolnia, és ki jött a legközelebb a felfedezéséhez.
Minden elmélete a modern fizika két legismertebb fogalmának - az Einstein Albert általános relativitáselméleti és a kvantummechanika - kombinációja. Az első elmélet mindent leír, ami körülvesz minket a tér-idő formájában, valamint az univerzumban lévő összes objektum kölcsönhatását, csak a gravitáció felhasználásával. A kvantummechanika viszont az elemi részecskék kölcsönhatását írja le egyszerre három mutató - elektromágneses és erős / gyenge - kölcsönhatások felhasználásával.
Így a gravitációról és a nagy tárgyakról, például a bolygókról és a csillagokról, és a kvantummechanika az elemi részecskékről és azok elektromágneses és gyenge / erős nukleáris kölcsönhatásairól beszél. Egy kicsit később visszatérünk erre.
Newton örököse
Első alkalommal az általános relativitáselméletet Albert Einstein mondta. Abban az időben az Osztrák Szabadalmi Hivatal fiatal alkalmazottja kiegészítette Newton klasszikus gravitációs elméletét, és leírta az összes ismeretlen dolgot. Különösen, ennek a felfedezésnek köszönhetően, az emberek megtanultak, mi a valódi gravitáció, és hogyan határozza meg a kölcsönhatást nem csak az alma és a Föld, hanem a Nap és a Naprendszerben lévő összes bolygó között is.
Einstein azt javasolta, hogy a tér és az idõ összekapcsolódjon, és egyetlen tér-idõ kontinuumot alkotjon - ez az alap minden tárgy gravitációs erõinek megjelenéséhez. Newton elméletétől eltérően ez a kontinuum (vagy téridő) rugalmas és megváltoztathatja alakját a tárgyak tömegétől és ennek megfelelően energiájától függően.
Einstein sejtéseit csak néhány évvel ezelőtt erősítették meg a gyakorlatban, amikor észrevették, hogy a gravitáció hatására mennyire - és ennek megfelelően a tér-időben - hajlik egy hatalmas tárgy - a Nap - felé haladva. Még ezen bizonyítékok nélkül az általános relativitáselmélet már régóta a modern fizika alapjává vált, és eddig senki sem volt képes felajánlani az űrben lévő testek és mezők gravitációjának megalapozottabb magyarázatát.
Ennek ellenére magát a téridőt még mindig rosszul megértik, és a tudósok nem tudják, hogyan alakul ki és miből áll. Ezekre a kérdésekre a válaszok a kvantummechanikában csak most kezdődnek megkeresni - a fizika elméleti ágában, amely leírja a fizikai jelenségek természetét a molekulák, atomok, elektronok, fotonok és más apró részecskék szintjén.
Kvantummechanika
Einstein elmélete szerint az univerzum abszolút minden objektumának meg kell engednie a gravitációt. De az általános relativitáselmélet felfedezésével párhuzamosan más tudósok is megvizsgálták, hogy a tárgyak hogyan hatnak egymásra a szubatomi szinten.
Kiderült, hogy egy ilyen méretű gravitáció teljesen haszontalan. Ehelyett az elektromágneses és a gyenge / erős nukleáris kölcsönhatások meghatározóvá váltak. Ezen erők segítségével a legkisebb részecskék kölcsönhatásba lépnek egymással - fotonok, gluonok és bozonok.
A tudósok azonban még mindig nem tudják, milyen elvek alapján működnek ezek a részecskék kölcsönhatásban, mert rendkívül magas energia sűrűségük lehet, és még mindig nem képesek maguknak a gravitációhoz. Ennélfogva - olyan megmagyarázhatatlan jelenségek, mint a hullámtest-duálisizmus (egy hullám tulajdonságainak egy részecskével történő megnyilvánulása), valamint egy megfigyelő hatása, amelynek eredményeként élő és halott Schrodinger-macska alakul ki.
Emiatt két fizika világa ütközött a homlokukkal - Einstein-féle, ahol minden tárgynak vannak bizonyos tulajdonságai, alkalmazkodik a gravitációhoz, leírható és kiszámítható, és a kvantum, ahol egy teljesen más, kiszámíthatatlan élet tombol, amelyben minden folyamatosan változik és a tér fogalmát szintezi. az idő mint ilyen.
Mit kell tenni e két világ egyesítése érdekében? Beszéltünk a gravitációról az általános relativitáselméletben és az elektromágneses, erős / gyenge nukleáris kölcsönhatásokról a fizika standard modelljében. Tehát a gravitáció szinte tökéletes, lehetővé teszi, hogy megismerjük szinte mindent, ami körülvesz, de nem veszi figyelembe a részecskék nagyon megmagyarázhatatlan viselkedését a legkisebb szinten. Az elektromágneses és az erőteljes / gyenge atommag kölcsönhatás a fizika alternatív része, amely elrejti az új felfedezéseket, és óriási tározót jelent a kutatás számára, de nem veszi figyelembe az általános relativitáselmélet gravitációs törvényeit.
Albert Einstein kutatásának és életének utolsó szakasza a kvantitatív gravitáció elméletének megalkotása volt, amely lehetővé tenné a tárgyak minden lehetséges interakciójának egyesítését makro- és mikroszinten, és megmagyarázná, hogy miért viselkednek eltérően. Einstein soha nem tudott választ találni ezekre a kérdésekre, és utána az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika egyesülését mindent elméletnek hívták.
Minden elmélete
Mindent elméletre törekedve a tudósok megvizsgálták az univerzum legszokatlanabb tárgyait - a fekete lyukakat. Olyan nehézek, hogy kölcsönhatásba lépnek a gravitációval, és olyan tömörítve, hogy kvantumhatások elméletileg megfigyelhetők, amikor egy fekete lyukba esnek. De sajnos eddig, a Hawking sugárzástól eltekintve, amely ellentétes a kvantummechanikával, és a közelmúltban készített fotóval az esemény horizontjáról, a fekete lyukak alig segítettek a modern tudományban. Még ha léteznek is, az elérésük szinte lehetetlen feladat az emberek számára.
Különböző gondolatkísérletekkel, valamint a kvantummechanika és az általános relativitáselméleti tulajdonságok felhasználásával kezdték el kutatni a Földön mindent elméletet, amelyek potenciálisan kiegészíthetik egymást.
Ma az elmélet talán a legnépszerűbb és leginkább az igazságos verziója a húrelmélet. Azt mondja, hogy bármely részecske egydimenziós húr, amely egy 11-dimenziós valóságban rezeg, és ezektől a rezgésektől függően meghatározza a tömegét és a töltését.
Többek között a húr fő tulajdonsága, hogy képes a gravitációt kvantumszinten átvinni. Ha egy ilyen elméletet a gyakorlatban megerősítenek, akkor a húrok lehetnek az első lépések a kvantummechanika általános relativitáselmélettel való egyesítése felé. De sajnos eddig senki sem tudta bebizonyítani, hogy kijelenti, hogy a húrok a gravitáció hordozói a szubatómiai szinten. Csakúgy, mint a nemrégiben felfedezett Higgs-bozon, nem lett a kívánt graviton.
Igen, még mindig nem tudjuk, honnan származik sok elemi részecske tömege, és milyen elvek alapján kölcsönhatásba lépnek egymással, de ez nem akadályozza meg a modern fizikusokat, hogy egyre több új "elméletről szólnak".
Nemrégiben például a kínai, német és kanadai fizikusok tesztelték Wojciech Zurek kvantum-darvinizmus elméletét, amely állítólag elmagyarázza, hogy a kvantum részecskék miként hagyják nyomot a rendelkezésre álló makrokoszmoszban. De még abban az esetben is, ha a részecskék egyidejűleg két állapotban találhatók meg, ez csak az általános relativitáselmélet kvantummechanikájának kölcsönhatásának megerősítése, és semmiképpen sem magyarázza ezt.
Egy másik amerikai elméleti fizikus, a Marylandi Egyetem, Brian Swingle, vállalta, hogy leírja a téridő eredete természetét, és úgy döntött, hogy a kvantumbeillesztés képezheti az Einstein kontinuumot. Swingle javasolta, hogy a téridő négydimenziós szerkezetét (hosszúság, szélesség, mélység és idő) kódolhassák háromdimenziós kvantumfizikában (azonos méretekkel, csak idő nélkül). A fizikus szerint a gravitációt és az általános relativitáselméletet a kvantummechanika tulajdonságaival kell magyarázni, és nem fordítva, ami e kísérletet inkább ellentmondásossá tette.
Több tucat hasonló komplex és még indokolt elmélet létezik, de egyiket sem lehet még mindent elméletnek nevezni. Talán ez jó, mivel az ember csak az elmúlt században próbálta megérteni, hogy az atomok és a csillagok hogyan hatnak egymásra, és az Univerzum már csaknem 14 milliárd éve létezik.
Minden elméletének leghíresebb modern kutatója - Stephen Hawking - életének végén arra a következtetésre jutott, hogy lehetetlen megtalálni. De ez nem vált csalódást neki, hanem, amint később elmondta, éppen ellenkezőleg, az a megértéshez vezetett, hogy az ember folyamatosan fejlődik: „Most örülök, hogy a megértés keresése soha nem ér véget, és hogy mindig új felfedezéseket tapasztalunk meg. … E nélkül nem lennénk állva."