Што ако... решаваме фундаментални проблеми во физиката. Се чека теорија од која ништо не може да излезе

Какво ќе биде решението за таквите мистерии како темната материја и темната енергија, мистеријата за почетокот на универзумот, природата на гравитацијата, предноста на материјата во однос на антиматеријата, насоката на времето, обединувањето на гравитацијата со другите физички интеракции, големо обединување на силите на природата во една главна сила, до таканаречената теорија на сè, ни дава? ?

Според Ајнштајн и многу други извонредни современи физичари, целта на физиката е токму да создаде теорија за сè (TH). Сепак, концептот на таквата теорија не е недвосмислен. Позната како Теорија на сè, ToE, тоа е хипотетичка физичка теорија која постојано опишува сè физички феномени и ви овозможува да го предвидите резултатот од кој било експеримент. Во денешно време, фразата обично се користи за опишување теории кои се обидуваат да воспостават врска со општа теорија на релативност. Досега ниту една од овие теории не добила експериментална потврда.

Во моментов, најнапредната теорија која тврди дека е TW се заснова на холографскиот принцип. 11-димензионална М-теорија. Таа сè уште не е развиена и многумина ја сметаат за насока на развој наместо вистинска теорија.

Многу научници се сомневаат дека нешто како „теорија на сè“ е дури можно, во најосновна, логична смисла. Теорема на Курт Гедел вели дека секој доволно сложен логички систем е или внатрешно неконзистентен (реченицата и нејзината противречност во неа може да се докаже) или нецелосен (има тривијално вистинити реченици што не можат да се докажат). Стенли Џеки забележал во 1966 година дека TW мора да биде сложена и кохерентна математичка теорија, па затоа неизбежно ќе биде нецелосна.

Постои посебен, оригинален и емотивен начин на теорија на сè. холографска хипотеза (1), пренесувајќи го проблемот на малку поинакво ниво. Се чини дека физиката на црните дупки покажува дека нашиот универзум не е она што ни го кажуваат нашите сетила. Реалноста што не опкружува може да биде холограм, т.е. проекција на дводимензионална рамнина. Ова исто така важи и за самата теорема на Гедел. Но, дали таквата теорија за сè решава некакви проблеми, дали ни дозволува да се соочиме со предизвиците на цивилизацијата?

Опишете го универзумот. Но, каков вид на универзум?

Во моментов имаме две сеопфатни теории кои ги објаснуваат речиси сите физички феномени: Ајнштајновата теорија за гравитација (општа релативност) i. Првиот добро го објаснува движењето на макро објектите, од фудбалски топки до галаксии. тој е многу познат за атомите и субатомските честички. Проблемот е во тоа овие две теории го опишуваат нашиот свет сосема поинаку. Во квантната механика, настаните се случуваат против фиксна позадина. простор-време – додека w е флексибилен. Како би изгледала квантната теорија на закривен простор-време? Ние не знаеме.

Првите обиди да се создаде обединета теорија за сè се појавија набргу по објавувањето општа теорија на релативностпред да ги разбереме основните закони што ги регулираат нуклеарните сили. Овие концепти, познати како Теорија Калузи-Клајн, се обиде да ја комбинира гравитацијата со електромагнетизмот.

Со децении, теоријата на струни, која ја замислува материјата како составена од ситни вибрирачки жици или енергетска јамка, се смета за најдобар за креирање унифицирана теорија на физиката. Сепак, некои физичари претпочитаат кгравитацијата на јамката со кабливо кој самиот надворешен простор е составен од ситни јамки. Сепак, ниту теоријата на струни, ниту квантната гравитација на јамката не се експериментално тестирани.

Големите унифицирани теории (GUTs), кои ја комбинираат квантната хромодинамика и теоријата на електрослабите интеракции, ги претставуваат силните, слабите и електромагнетните сили како манифестации на една обединета сила. Сепак, ниту една од претходните теории за големо обединување не доби експериментална потврда. Заедничка карактеристика на големата обединета теорија е предвидувањето на распаѓањето на протонот. Овој процес сè уште не е забележан. Следи дека животниот век на протонот мора да биде најмалку 1032 години.

Стандардниот модел од 1968 година ги донесе силните, слабите и електромагнетните сили под еден сеопфатен чадор. Сите честички и нивните интеракции беа земени предвид, и беа направени многу нови предвидувања, вклучително и едно големо предвидување за обединување. При високи енергии, од редот на 100 GeV (енергијата потребна за забрзување на еден електрон до потенцијал од 100 милијарди волти), ќе се обнови симетријата што ги обединува електромагнетните и слабите интеракции.

Беше предвидено постоење на нови, а со откривањето на бозоните W и Z во 1983 година, овие предвидувања беа потврдени. Четирите главни сили беа намалени на три. Идејата за обединување е сите три сили на Стандардниот модел и можеби дури и поголемата енергетска гравитација да се спојат во една структура.

2. Равенката Лангранж, која го опишува Стандардниот модел, е поделена на пет компоненти.

Некои сугерираат дека на уште повисоки енергии, можеби околу Планкова скала, ќе се обедини и гравитацијата. Ова е една од главните мотивации на теоријата на струни. Она што е многу интересно за овие идеи е дека ако сакаме обединување, мора да ја вратиме симетријата на повисоките енергии. И ако моментално се скршени, тоа води до нешто што може да се забележи, нови честички и нови интеракции.

Лагранжот на стандардниот модел е единствената равенка што ги опишува честичките i влијание на Стандардниот модел (2). Се состои од пет независни делови: глуони во зоната 1 од равенката, слаби бозони во делот означен два, означен три, е математички опис на тоа како материјата комуницира со слабата сила и Хигсовото поле, честички духови кои го одземаат вишокот на Хигсовото поле во четири делови, и духовите опишани под пет Фадеев-Поповкои влијаат на вишокот на слабата интеракција. Неутринските маси не се земаат предвид.

Иако Стандарден модел можеме да напишеме како единствена равенка, таа всушност не е хомогена целина во смисла дека има многу посебни, независни изрази кои управуваат со различните компоненти на универзумот. Поединечните делови на Стандардниот модел не комуницираат едни со други, бидејќи полнежот во боја не влијае на електромагнетните и слабите сили и остануваат неодговорени прашања зошто интеракциите што треба да се случат, како што е кршењето на CP симетријата во силните интеракции, не работат. завземи место.

Кога ќе се вратат симетриите (на врвот на потенцијалот), се случува обединување. Сепак, кршењето на симетријата на самото дно одговара на Универзумот што го имаме денес, заедно со новите типови на масивни честички. Значи, што „од сè“ треба да биде оваа теорија? Оној што постои, т.е. вистински асиметричен универзум или еден и симетричен, но во крајна линија не оној со кој си имаме работа.

Измамната убавина на „комплетните“ модели

Ларс Инглиш, во својата книга „Не постои теорија за сè“, тврди дека не постои единствен сет на правила што може да комбинираат општата релативност со квантната механиказатоа што она што е точно на квантно ниво не е нужно точно на гравитациско ниво. И колку е поголем и покомплексен системот, толку повеќе се разликува од неговите составни елементи. „Не е дека овие правила на гравитација се во спротивност со квантната механика, туку дека тие не можат да се изведат од квантната физика“, пишува тој.

Целата наука, намерно или не, се заснова на премисата за нивното постоење. објективни физички законикои повлекуваат взаемно компатибилен збир на основни физички постулати кои го опишуваат однесувањето на физичкиот универзум и сè во него. Се разбира, таквата теорија не повлекува целосно објаснување или опис на сè што постои, но, најверојатно, исцрпно ги опишува сите физички процеси што можат да се тестираат. Логично, една од непосредните придобивки од разбирањето на TW на овој начин би била да се запрат експериментите во кои теоријата предвидува негативни резултати.

Повеќето физички научници ќе мора да престанат да истражуваат и да заработат за живот преку предавање наместо истражување. Сепак, на јавноста веројатно не и е грижа дали гравитацијата може да се објасни во однос на искривувањето на простор-времето.

Се разбира, постои уште една можност - Универзумот едноставно нема да се обедини. Симетриите до кои дојдовме се едноставно наши математички изуми и не го опишуваат физичкиот универзум.

Во остра статија за Nautil.Us, Сабине Хосенфелдер (3), научник од Институтот за напредни студии во Франкфурт, оцени дека „целата идеја за теорија на сè се заснова на ненаучна претпоставка“. „Ова не е добра стратегија за развој на научни теории. (...) Потпирањето на убавината во развојот на теоријата историски функционира лошо“. Според нејзиното мислење, нема причина природата да се опишува со теорија на сè. Додека ни треба квантна теорија на гравитација за да избегнеме логичка недоследност во законите на природата, силите во Стандардниот модел не треба да се обединуваат и не треба да се обединуваат со гравитацијата. Би било убаво, да, но тоа е непотребно. Стандардниот модел функционира добро без обединување, нагласува истражувачот. На природата очигледно не и е грижа што физичарите ја сметаат за убава математика, налутено вели г-ѓа Хосенфелдер. Во физиката, откритијата во теоретскиот развој се поврзани со решавање на математички недоследности, а не со убави и „целосни“ модели.

И покрај овие трезвени опомени, постојано се изнесуваат нови предлози за теоријата на сè, како што е „Исклучително едноставна теорија на сè“ на Гарет Лиси од 2007 година. Има особеност што проф. Хосенфелдер е прекрасен и може убаво да се прикаже со атрактивна визуелизација (4). Оваа теорија, наречена Е8, вели дека клучот за разбирање на универзумот е математички објект во форма на симетрична розета.

Лиси ја создаде оваа структура со исцртување на елементарни честички на графикон кој исто така ги зема предвид познатите физички интеракции. Резултатот беше сложена осумдимензионална математичка структура од 248 поени. Секоја од овие точки претставува честички со различни својства. На дијаграмот има група на честички со одредени својства кои „недостасуваат“. Барем некои од овие „исчезнати“ теоретски имаат врска со гравитацијата, премостувајќи ја јазот помеѓу квантната механика и општата релативност.

4. Е8 Теорија на визуелизација

Така, физичарите мора да работат на пополнување на розетата на Лисицата. Ако ова успее, што ќе се случи? Многумина саркастично одговараат дека не е ништо посебно. Само убава слика би била комплетна. Оваа конструкција може да биде вредна во оваа смисла, бидејќи ни покажува кои би биле вистинските последици од завршувањето на „теоријата на сè“. Можеби безначајно во практична смисла.