Po sikur... të zgjidhim probleme themelore në fizikë. Gjithçka pret një teori nga e cila asgjë nuk mund të dalë

Çfarë do të na japë përgjigje për mistere të tilla si materia e errët dhe energjia e errët, misteri i fillimit të universit, natyra e gravitetit, përparësia e materies ndaj antimateries, drejtimi i kohës, unifikimi i gravitetit me ndërveprimet e tjera fizike , bashkimi i madh i forcave të natyrës në një bazë, deri në të ashtuquajturën teori të gjithçkaje ?

Sipas Ajnshtajnit dhe shumë fizikantë të tjerë të shquar modernë, qëllimi i fizikës është pikërisht krijimi i një teorie të gjithçkaje (TV). Sidoqoftë, koncepti i një teorie të tillë nuk është i paqartë. E njohur si teoria e gjithçkaje, ToE është një teori fizike hipotetike që përshkruan vazhdimisht gjithçka dukuritë fizike dhe ju lejon të parashikoni rezultatin e çdo eksperimenti. Në ditët e sotme, kjo frazë përdoret zakonisht për të përshkruar teoritë që përpiqen të krijojnë një lidhje me të teoria e përgjithshme e relativitetit. Deri më tani, asnjë nga këto teori nuk ka marrë konfirmim eksperimental.

Aktualisht, teoria më e avancuar që pretendon të jetë TW bazohet në parimin holografik. Teoria M 11-dimensionale. Ajo nuk është zhvilluar ende dhe konsiderohet nga shumë njerëz si një drejtim zhvillimi dhe jo një teori aktuale.

Shumë shkencëtarë dyshojnë se diçka si një "teori e gjithçkaje" është madje e mundur, dhe në kuptimin më themelor, bazuar në logjikë. Teorema e Kurt Gödel thotë se çdo sistem logjik mjaft i ndërlikuar është ose jokonsistent nga brenda (mund të vërtetohet një fjali dhe kontradikta e saj në të) ose i paplotë (ka fjali të vërteta të parëndësishme që nuk mund të vërtetohen). Stanley Jackie vuri në dukje në 1966 se TW duhet të jetë një teori matematikore komplekse dhe koherente, kështu që në mënyrë të pashmangshme do të jetë e paplotë.

Ekziston një mënyrë e veçantë, origjinale dhe emocionale e teorisë së gjithçkaje. hipoteza holografike (1), duke e transferuar detyrën në një plan paksa të ndryshëm. Fizika e vrimave të zeza duket se tregon se universi ynë nuk është ajo që na thonë shqisat tona. Realiteti që na rrethon mund të jetë një hologram, d.m.th. projeksioni i një plani dydimensional. Kjo vlen edhe për vetë teoremën e Gödel-it. Por a zgjidh ndonjë problem një teori e tillë e gjithçkaje, a na lejon të përballemi me sfidat e qytetërimit?

Përshkruani universin. Por çfarë është universi?

Aktualisht kemi dy teori gjithëpërfshirëse që shpjegojnë pothuajse të gjitha fenomenet fizike: Teoria e gravitetit të Ajnshtajnit (relativiteti i përgjithshëm) i. E para shpjegon mirë lëvizjen e makro objekteve, nga topat e futbollit te galaktikat. ai është shumë i ditur për atomet dhe grimcat nënatomike. Problemi është se këto dy teori e përshkruajnë botën tonë në mënyra krejtësisht të ndryshme. Në mekanikën kuantike, ngjarjet zhvillohen në një sfond të caktuar. hapësirë-kohë – ndërsa w është fleksibël. Si do të duket teoria kuantike e hapësirë-kohës së lakuar? Ne nuk e dimë.

Përpjekjet e para për të krijuar një teori të unifikuar të gjithçkaje u shfaqën menjëherë pas botimit teoria e përgjithshme e relativitetitpërpara se të kuptojmë ligjet themelore që rregullojnë forcat bërthamore. Këto koncepte, të njohura si Teoria Kaluzi-Klein, u përpoq të kombinonte gravitetin me elektromagnetizmin.

Për dekada, teoria e fijeve, e cila përfaqëson materien si të përbërë nga vargje të vogla vibruese ose lak energjie, konsiderohet më e mira për krijimin teoria e unifikuar e fizikës. Megjithatë, disa fizikanë preferojnë kgraviteti i lakut me kabllonë të cilën vetë hapësira e jashtme përbëhet nga sythe të vogla. Megjithatë, as teoria e fijeve dhe as graviteti kuantik i lakut nuk janë verifikuar eksperimentalisht.

Teoritë e unifikimit të madh (GUT), duke kombinuar kromodinamikën kuantike dhe teorinë e ndërveprimeve elektro-të dobëta, paraqesin ndërveprimet e forta, të dobëta dhe elektromagnetike si një manifestim i një ndërveprimi të vetëm. Megjithatë, asnjë nga teoritë e mëparshme të mëdha të unifikuara nuk ka marrë konfirmim eksperimental. Një tipar i përbashkët i teorisë së madhe të unifikuar është parashikimi i zbërthimit të protonit. Ky proces ende nuk është vërejtur. Nga kjo rezulton se jetëgjatësia e një protoni duhet të jetë së paku 1032 vjet.

Modeli Standard i 1968 bashkoi forcat e forta, të dobëta dhe elektromagnetike nën një ombrellë gjithëpërfshirëse. Të gjitha grimcat dhe ndërveprimet e tyre janë marrë në konsideratë dhe janë bërë shumë parashikime të reja, duke përfshirë një parashikim të madh të bashkimit. Në energjitë e larta, në rendin e 100 GeV (energjia e nevojshme për të përshpejtuar një elektron të vetëm në një potencial prej 100 miliardë volt), simetria që bashkon forcat elektromagnetike dhe ato të dobëta do të rikthehet.

Ekzistenca e të rejave ishte parashikuar dhe me zbulimin e bozoneve W dhe Z në vitin 1983, këto parashikime u konfirmuan. Katër forcat kryesore u reduktuan në tre. Ideja pas bashkimit është që të tre forcat e Modelit Standard, dhe ndoshta edhe energjia më e lartë e gravitetit, të kombinohen në një strukturë.

2. Ekuacioni i Langranzhit që përshkruan Modelin Standard, i ndarë në pesë komponentë.

Disa kanë sugjeruar që në energji edhe më të larta, ndoshta rreth Shkalla e plankut, graviteti gjithashtu do të kombinohet. Ky është një nga motivimet kryesore të teorisë së fijeve. Ajo që është shumë interesante për këto ide është se nëse duam bashkim, duhet të rivendosim simetrinë në energjitë më të larta. Dhe nëse ato janë thyer aktualisht, kjo çon në diçka të vëzhgueshme, grimca të reja dhe ndërveprime të reja.

Lagranzhi i Modelit Standard është i vetmi ekuacion që përshkruan grimcat i ndikimi i Modelit Standard (2). Ai përbëhet nga pesë pjesë të pavarura: rreth gluoneve në zonën 1 të ekuacionit, bozoneve të dobëta në pjesën e shënuar me dy, e shënuar me tre, është një përshkrim matematikor i mënyrës se si materia ndërvepron me forcën e dobët dhe fushën e Higgs, grimcat fantazmë që zbresin teprica e fushës Higgs në pjesë të katërt, dhe shpirtrat e përshkruar nën pesë Fadeev-Popovtë cilat ndikojnë në tepricën e ndërveprimit të dobët. Masat e neutrinos nuk merren parasysh.

megjithëse Modeli standard ne mund ta shkruajmë atë si një ekuacion të vetëm, nuk është në të vërtetë një tërësi homogjene në kuptimin që ka shumë shprehje të veçanta, të pavarura që rregullojnë përbërësit e ndryshëm të universit. Pjesë të veçanta të Modelit Standard nuk ndërveprojnë me njëra-tjetrën, pasi ngarkesa e ngjyrave nuk ndikon në ndërveprimet elektromagnetike dhe të dobëta, dhe pyetjet mbeten pa përgjigje pse ndërveprimet që duhet të ndodhin, për shembull, shkelja e CP në ndërveprime të forta, nuk funksionojnë. zhvillohen.

Kur simetritë rikthehen (në kulmin e potencialit), ndodh unifikimi. Megjithatë, thyerja e simetrisë në fund është në përputhje me universin që kemi sot, së bashku me llojet e reja të grimcave masive. Pra, çfarë "nga gjithçka" duhet të jetë kjo teori? Ai që është, d.m.th. një univers real asimetrik, ose një dhe simetrik, por në fund jo ai me të cilin kemi të bëjmë.

Bukuria mashtruese e modeleve “të plota”.

Lars English, në The No Theory of Everything, argumenton se nuk ka asnjë grup të vetëm rregullash që mund të munden kombinoni relativitetin e përgjithshëm me mekanikën kuantikesepse ajo që është e vërtetë në nivelin kuantik nuk është domosdoshmërisht e vërtetë në nivelin e gravitetit. Dhe sa më i madh dhe më kompleks të jetë sistemi, aq më shumë ndryshon nga elementët e tij përbërës. “Çështja nuk është se këto rregulla të gravitetit kundërshtojnë mekanikën kuantike, por se ato nuk mund të rrjedhin nga fizika kuantike,” shkruan ai.

E gjithë shkenca, qëllimisht ose jo, bazohet në premisën e ekzistencës së tyre. ligjet fizike objektivetë cilat përfshijnë një grup postulatesh themelore fizike të përputhshme reciprokisht që përshkruajnë sjelljen e universit fizik dhe gjithçkaje në të. Sigurisht, një teori e tillë nuk përfshin një shpjegim ose përshkrim të plotë të gjithçkaje që ekziston, por, ka shumë të ngjarë, ajo përshkruan në mënyrë shteruese të gjitha proceset fizike të verifikueshme. Logjikisht, një nga përfitimet e menjëhershme të një kuptimi të tillë të TW do të ishte ndalimi i eksperimenteve në të cilat teoria parashikon rezultate negative.

Shumica e fizikantëve do të duhet të ndalojnë kërkimin dhe të bëjnë një jetë mësimore, jo kërkimore. Megjithatë, publikut ndoshta nuk i intereson nëse forca e gravitetit mund të shpjegohet në termat e lakimit të hapësirë-kohës.

Sigurisht, ekziston një mundësi tjetër - Universi thjesht nuk do të bashkohet. Simetritë në të cilat kemi arritur janë thjesht shpikjet tona matematikore dhe nuk përshkruajnë universin fizik.

Në një artikull të profilit të lartë për Nautil.Us, Sabine Hossenfelder (3), një shkencëtare në Institutin për Studime të Avancuara të Frankfurtit, vlerësoi se "e gjithë ideja e një teorie të gjithçkaje bazohet në një supozim joshkencor". “Kjo nuk është strategjia më e mirë për zhvillimin e teorive shkencore. (…) Mbështetja te bukuria në zhvillimin e teorisë historikisht ka funksionuar dobët.” Sipas saj, nuk ka asnjë arsye që natyra të përshkruhet nga një teori e gjithçkaje. Ndërsa ne kemi nevojë për një teori kuantike të gravitetit për të shmangur një mospërputhje logjike në ligjet e natyrës, forcat në Modelin Standard nuk kanë nevojë të unifikohen dhe nuk duhet të unifikohen me gravitetin. Do të ishte mirë, po, por është e panevojshme. Modeli standard funksionon mirë pa unifikim, thekson studiuesi. Natyrës është e qartë se nuk i intereson ajo që fizikanët mendojnë se është matematikë e bukur, thotë zonja Hossenfelder e zemëruar. Në fizikë, përparimet në zhvillimin teorik shoqërohen me zgjidhjen e mospërputhjeve matematikore, dhe jo me modele të bukura dhe "të përfunduara".

Pavarësisht nga këto këshilla të matura, propozime të reja për një teori të gjithçkaje po paraqiten vazhdimisht, siç është Teoria jashtëzakonisht e thjeshtë e gjithçkaje e Garrett Lisi, botuar në 2007. Ka veçorinë që Prof. Hossenfelder është i bukur dhe mund të shfaqet bukur me vizualizime tërheqëse (4). Kjo teori, e quajtur E8, pretendon se çelësi për të kuptuar universin është objekt matematikor në formën e një rozete simetrike.

Lisi e krijoi këtë strukturë duke vizatuar grimcat elementare në një grafik që merr parasysh edhe ndërveprimet e njohura fizike. Rezultati është një strukturë komplekse matematikore tetë-dimensionale prej 248 pikësh. Secila nga këto pika përfaqëson grimca me veti të ndryshme. Në diagram ka një grup grimcash me veti të caktuara që “munngojnë”. Të paktën disa nga këto "të munguara" teorikisht kanë të bëjnë me gravitetin, duke kapërcyer hendekun midis mekanikës kuantike dhe relativitetit të përgjithshëm.

4. Teoria e vizualizimit E8

Pra, fizikantët duhet të punojnë për të mbushur "folin e Fox". Nëse ka sukses, çfarë do të ndodhë? Shumë përgjigjen me sarkazëm se asgjë e veçantë. Vetëm një foto e bukur do të përfundonte. Ky ndërtim mund të jetë i vlefshëm në këtë kuptim, pasi na tregon se cilat do të ishin pasojat reale të plotësimit të një "teorie të gjithçkaje". Ndoshta e parëndësishme në një kuptim praktik.