Lühike:
- miks on kaasaegne füüsika jõudnud tupikusse.
- et Einsteinil ja Hawkingil polnud aega uurida.
- kuidas ühendada kvantmehaanika ja üldrelatiivsus.
Interneti abil saate õppida kõike - alates sisepõlemismootori kujundamisest kuni Universumi laienemise kiiruseni. Kuid on küsimusi, mille vastuseid ei tea mitte ainult Google, vaid isegi meie aja suurimad teadlased.
Kui teil on äkki õnne rääkida füüsika uusimate Nobeli preemia laureaatidega, ärge küsige neilt eksoplaneetide ja tumeda aine kohta, nad on seda juba sadu kordi öelnud.
Parem küsige, miks meie maailma erinevad objektid järgivad erinevaid füüsikaseadusi. Näiteks miks planeedid, tähed ja muud suured objektid üksteisega suhtlevad, järgides teatavaid seadusi, ja osakesed, nagu aatomid, kõige madalamal tasemel, kuuletuvad ainult iseendale.
Selline küsimus segab võhikut ja sellele vastanud haritud inimene räägib, miks moodne teadus on seiskunud, mis vahe on füüsika standardmudelil ja üldisel relatiivsusteoorial (edaspidi GR) ning miks ka Higgsi bosonite ja keelteooria tähendus tegelikult on juhtum on ülehinnatud.
Reklaamvideo:
Hoolimata nendest seletustest, ei suuda keegi, sealhulgas ülestõusnud Albert Einstein, teile selgitada füüsikaliste nähtuste erinevat laadi mikro- ja makrotasandil. Kui saate ise selle probleemi lahendada - õnnitlused, olete kõige teooria esimene autor, inimkonna ajaloo suurim aju, kõigi võimalike auhindade võitja ja isa (või ema) - uue füüsika rajaja.
Kuid enne maailmale revolutsioonilise avastuse tutvustamist on parem mõista, mida kõige teooria tähendab, millistele küsimustele see peaks vastama ja kes jõudis selle avastusele kõige lähemale.
Kõigi teooria on moodsa füüsika kahe kuulsama kontseptsiooni - Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria ja kvantmehaanika - kombinatsioon. Esimene teooria kirjeldab kõike, mis meid ümbritseb ruumi-aja kujul, aga ka kõigi Universumis asuvate objektide vastastikmõju ainult gravitatsiooni kasutades. Kvantmehaanika kirjeldab omakorda elementaarosakeste interaktsiooni, kasutades kolme indikaatorit korraga - elektromagnetilist ja tugevat / nõrka tuuma interaktsiooni.
Seega, see räägib gravitatsioonist ja suurtest objektidest nagu planeedid ja tähed ning kvantmehaanika räägib elementaarsetest osakestest ja nende elektromagnetilistest ning nõrkadest / tugevatest tuuma interaktsioonidest. Naaseme selle juurde veidi hiljem.
Newtoni pärija
Esmakordselt väljendas üldrelatiivsust Albert Einstein. Sel ajal täiendas Austria patendiameti noor töötaja Newtoni klassikalist gravitatsiooniteooriat ja kirjeldas selles kõiki tundmatuid. Eelkõige said inimesed tänu sellele avastusele teada, milline on gravitatsioon tegelikult ja kuidas see määrab interaktsiooni mitte ainult õuna ja Maa, vaid ka Päikese ja kõigi Päikesesüsteemi planeetide vahel.
Einstein soovitas, et ruum ja aeg on omavahel seotud ja moodustavad ühtse ruumi-aja kontinuumi - kõigi objektide gravitatsioonijõudude tekkimise aluse. Erinevalt Newtoni teooriast on see kontinuum (või ruumi-aeg) paindlik ja võib muuta oma kuju sõltuvalt objektide massist ja vastavalt nende energiast.
Einsteini oletusi kinnitati praktikas alles mõni aasta tagasi, kui nad märkasid, kuidas valgus - ja vastavalt ka aeg-aeg - paindub, liikudes raskusjõu mõjul massiivse objekti - Päikese lähedale. Isegi ilma nende tõenditeta on üldrelatiivsusest pikka aega saanud moodsa füüsika alus ja seni pole keegi suutnud pakkuda kosmose kehade ja väljade raskuse põhjalikumat selgitust.
Hoolimata sellest on ruumiaeg ise endiselt halvasti mõistetav ja teadlased ei tea, kuidas see moodustub ja millest see koosneb. Nendele küsimustele otsitakse vastuseid alles kvantmehaanikas - füüsika teoreetilises haru, mis kirjeldab füüsikaliste nähtuste olemust molekulide, aatomite, elektronide, footonite ja muude pisikeste osakeste tasemel.
Kvantmehaanika
Einsteini teooria kohaselt peaksid absoluutselt kõik universumi objektid gravitatsioonile alistuma. Kuid samaaegselt üldrelatiivsusteooria avastamisega uurisid teised teadlased, kuidas objektid suhelda subatomaatilisel tasandil.
Selgus, et sellisel skaalal on gravitatsioon täiesti kasutu. Selle asemel sai määravaks elektromagnetiline ja nõrk / tugev tuuma interaktsioonid. Nende jõudude abil interakteeruvad väikseimad osakesed üksteisega - footonid, gluoonid ja bosonid.
Kuid teadlased ei tea siiani, milliste põhimõtete kohaselt need osakesed interakteeruvad, kuna nende energiatihedus võib olla äärmiselt kõrge ega võimalda nad siiski gravitatsiooni. Seega on sellised seletamatud nähtused nagu laineosakeste dualism (laine omaduste avaldumine osakese poolt), samuti vaatleja mõju, mille tulemuseks on elus ja surnud Schrödingeri kass.
Selle tõttu põrkasid nende otsmikutega kaks füüsika maailma - Einsteini, kus kõigil objektidel on teatud omadused, mis omavad raskust, saab kirjeldada ja ettearvatavaks muuta, ja kvant, kus raiskab täiesti erinev, ettearvamatu elu, milles kõik muutub pidevalt ja tasapinnaliselt mõistab ruumi mõistet. aeg kui selline.
Mida tuleb teha nende kahe maailma ühendamiseks? Füüsika standardmudelis rääkisime raskusjõust üldrelatiivsuses ja elektromagnetilisest tugevast / nõrgast tuuma interaktsioonist. Niisiis, gravitatsioon on peaaegu täiuslik, see võimaldab meil mõista peaaegu kõike, mis meid ümbritseb, kuid see ei võta arvesse osakeste seda väga seletamatut käitumist väikseimal tasemel. Elektromagnetiline ja tugeva / nõrga tuuma interaktsioon on füüsika alternatiivne osa, mis peidab endas uusi avastusi ja kujutab endast tohutut uurimistööde reservuaari, kuid ei arvesta üldrelatiivsusteooria gravitatsiooniseadusi.
Albert Einsteini uurimistöö ja elu viimane etapp oli kvantgravitatsiooni teooria loomine, mis ühendaks objektide kõik võimalikud interaktsioonid makro- ja mikrotasandil ning selgitaks ka seda, miks nad käituvad erinevalt. Einstein ei suutnud kunagi neile küsimustele vastuseid leida ja pärast teda hakati üldrelatiivsusteooria ja kvantmehaanika võimalikku ühendamist nimetama kõige teooriaks.
Kõigi teooria
Kõigi teooria otsimisel on teadlased uurinud universumi kõige ebatavalisemat objekti - mustad augud. Need on nii rasked, et nad rakendavad raskust, ja nii kokkusurutud, et musta auku kukkudes võib teoreetiliselt täheldada kvantmõjusid. Kuid kahjuks, peale Hawkingi kiirguse, mis on vastuolus kvantmehaanikaga, ja hiljutise foto sündmushorisondist, on mustad augud kaasaegsele teadusele vähe aidanud. Isegi kui need on olemas, on nendeni jõudmine inimestele peaaegu võimatu ülesanne.
Nad hakkasid otsima teooriat kõige kohta Maal, kasutades mitmesuguseid mõttekatseid ning kvantmehaanika ja üldrelatiivsusteguri omadusi, mis võiksid üksteist täiendada.
Tänapäeval on kõige populaarsem ja tõele kõige lähedasem versioon teooriast keelpilliteooria. Selles öeldakse, et iga osake on ühemõõtmeline string, mis vibreerib 11-mõõtmelises reaalsuses ja sõltuvalt nendest vibratsioonidest määratakse selle mass ja laeng.
Muu hulgas on stringi peamine omadus see, et see suudab gravitatsiooni üle kanda kvanttasandil. Kui selline teooria praktikas kinnitust leiaks, võiksid keelpillid olla esimene samm kvantmehaanika ühendamise suunas üldrelatiivsusega. Kuid kahjuks pole siiani keegi seda suutnud tõestada ja kuulutada, et keelpillid on subatomaatilisel tasandil raskusjõu kandjad. Nii nagu hiljuti avastatud Higgsi bosonist ei saanud soovitud gravitoni.
Jah, me ei tea endiselt, kust pärineb paljude elementaarosakeste mass ja mis põhimõttel nad üksteisega suhtlevad, kuid see ei takista tänapäevaseid füüsikuid välja pakkumast üha uusi ja uusi teooriaid kõige kohta.
Hiljuti kontrollisid näiteks Hiina, Saksamaa ja Kanada füüsikud Wojciech Zureki kvant-darwinismi teooriat, mis väidetavalt selgitab, kuidas kvantosakesed jätavad jäljed meile kättesaadavasse makrokosmosse. Kuid isegi osakeste leidmise kinnitamise korral kahes olekus samal ajal on see ainult üldrelatiivsusteooria kvantmehaanika koostoime kinnitus ja mitte mingil juhul selle seletus.
Veel üks Ameerika teoreetiline füüsik Marylandi ülikoolist Brian Swingle lubas kirjeldada kosmose-aja päritolu olemust ja otsustas, et kvantne takerdumine võib moodustada Einsteini kontinuumi. Swingle pakkus, et ruumiaja neljamõõtmeline struktuur (pikkus, laius, sügavus ja aeg) võiks olla kodeeritud kolmemõõtmelises kvantfüüsikas (samade mõõtmetega, ainult ilma ajata). Füüsiku sõnul tuleks gravitatsiooni ja üldist relatiivsustegurit selgitada kvantmehaanika omaduste kaudu, mitte vastupidi, mis muutis selle katse üsna vastuoluliseks.
Sarnaseid keerukaid ja isegi hästi põhjendatud teooriaid on kümneid, kuid ühtegi neist ei saa veel nimetada kõige teooriaks. Võib-olla on see hea, kuna inimene on alles eelmisel sajandil üritanud mõista, kuidas aatomid ja tähed üksteisega suhtlevad, ning universum on eksisteerinud peaaegu 14 miljardit aastat.
Kõigi teooriate kuulsaim kaasaegne uurija - Stephen Hawking - jõudis oma elu lõpus järeldusele, et seda on võimatu leida. Kuid see ei muutunud tema jaoks pettumuseks, vaid viis hiljem, nagu ta hiljem ütles, mõistmiseni, et inimene areneb pidevalt: „Nüüd on mul hea meel, et meie mõistmise otsingud ei lõppe kunagi ning kogeme alati uusi avastusi … Ilma selleta oleksime seisnud."
