Krátký:
- proč moderní fyzika dosáhla slepé uličky.
- že Einstein a Hawking neměli čas prozkoumat.
- jak kombinovat kvantovou mechaniku a obecnou relativitu.
S pomocí internetu se můžete naučit vše - od návrhu spalovacího motoru až po rychlost expanze vesmíru. Existují však otázky, na které odpovědi nezná nejen Google, ale i největší vědci naší doby.
Pokud máte najednou to štěstí, že můžete mluvit s nejnovějšími nositeli Nobelovy ceny ve fyzice, neptejte se jich na exoplanety a temnou hmotu, už to řekli stokrát.
Raději se zeptejte, proč různé objekty v našem světě dodržují různé fyzikální zákony. Například proč planety, hvězdy a další velké objekty vzájemně interagují podle určitých zákonů a částice na nejmenší úrovni, jako jsou atomy, dodržují pouze samy sebe.
Taková otázka změní laika a vzdělaný člověk, který na něj odpoví, vám řekne, proč moderní věda dosáhla slepé uličky, jaký je rozdíl mezi Standardním modelem fyziky a obecnou relativitou (dále jen GR) a také proč je význam Higgsových bosonů a teorie strun ve skutečnosti případ je přeceňován.
Propagační video:
Přes tato vysvětlení vám nikdo, včetně zmrtvýchvstalého Alberta Einsteina, nebude schopen vysvětlit odlišnou povahu fyzických jevů na mikro a makro úrovni. Pokud vy sami dokážete vyřešit tento problém - blahopřejeme, jste prvním autorem teorie všeho, největšího mozku v historii lidstva, výhercem všech možných cen a otcem (nebo matkou) - zakladatelem nové fyziky.
Než však představíme světu revoluční objev, je lepší pochopit, co znamená teorie všeho, jaké otázky má odpovědět a kdo se k jeho objevu nejvíce přibližoval.
Teorie všeho je kombinací dvou nejslavnějších konceptů moderní fyziky - obecné relativity Alberta Einsteina a kvantové mechaniky. První teorie popisuje vše, co nás obklopuje ve formě časoprostoru, jakož i interakci všech objektů ve vesmíru pouze pomocí gravitace. Kvantová mechanika zase popisuje interakci elementárních částic pomocí tří indikátorů najednou - elektromagnetické a silné / slabé jaderné interakce.
Hovoří tedy o gravitaci a velkých objektech, jako jsou planety a hvězdy, ao kvantové mechanice - o elementárních částicích a jejich elektromagnetických a slabých / silných jaderných interakcích. K tomu se vrátíme o něco později.
Newtonův dědic
Poprvé byla obecná relativita vyjádřena Albertem Einsteinem. V té době mladý zaměstnanec rakouského patentového úřadu doplnil Newtonovu klasickou teorii gravitace a popsal v ní všechny neznámé. Zejména díky tomuto objevu se lidé dozvěděli, co je to gravitace a jak určuje interakci nejen mezi jablkem a Zemí, ale také mezi Sluncem a všemi planetami ve sluneční soustavě.
Einstein navrhl, že prostor a čas jsou vzájemně propojeny a tvoří jediné kontinuum časoprostoru - základ pro vznik gravitačních sil všech objektů. Na rozdíl od Newtonovy teorie je toto kontinuum (nebo časoprostor) flexibilní a může měnit svůj tvar v závislosti na množství objektů a podle toho na jejich energii.
Einsteinovy dohady byly v praxi potvrzeny teprve před několika lety, když si všimly, jak světlo - a v důsledku toho i časoprostor - se ohýbá, prochází kolem masivního objektu - Slunce - vlivem gravitace. I bez tohoto důkazu se obecná relativita již dlouho stala základem moderní fyziky, a zatím nikdo nebyl schopen nabídnout podrobnější vysvětlení gravitace těl a polí ve vesmíru.
Navzdory tomu je časoprostor sám o sobě stále špatně pochopen a vědci nevědí, jak se utváří a z čeho se skládá. Odpovědi na tyto otázky se teprve začínají hledat v kvantové mechanice - teoretickém odvětví fyziky, které popisuje povahu fyzikálních jevů na úrovni molekul, atomů, elektronů, fotonů a dalších drobných částic.
Kvantová mechanika
Podle Einsteinovy teorie by absolutně všechny objekty ve vesmíru měly podlehnout gravitaci. Současně s objevem obecné relativity však další vědci zkoumali, jak objekty interagují na subatomické úrovni.
Ukázalo se, že gravitace v takovém měřítku je zcela zbytečná. Místo toho se definovaly elektromagnetické a slabé / silné jaderné interakce. S pomocí těchto sil spolu navzájem interagují nejmenší částice - fotony, gluony a bosony.
Vědci však stále nevědí, na jakých principech tyto částice interagují, protože mohou mít extrémně vysokou hustotu energie a stále se nedávají gravitaci. Proto - takové nevysvětlitelné jevy, jako je dualismus vlnového korpusu (projev vlastností vlny částicí), jakož i účinek pozorovatele s výsledkem ve formě živé a mrtvé Schrödingerovy kočky.
Z tohoto důvodu se dva fyzikální světy střetly s jejich čela - Einsteinovy, kde všechny objekty mají určité vlastnosti, propůjčují se gravitaci, lze popsat a předvídat, a kvantové, kde zuří úplně jiný, nepředvídatelný život, ve kterém se vše neustále mění a vyrovnává koncept prostoru. čas jako takový.
Co je třeba udělat pro sjednocení těchto dvou světů? Mluvili jsme o gravitaci v obecné relativitě ao elektromagnetické, silné / slabé jaderné interakci ve standardním modelu fyziky. Gravitace je tedy téměř dokonalá, umožňuje nám porozumět téměř všemu, co nás obklopuje, ale nebere v úvahu toto velmi nevysvětlitelné chování částic na nejmenší úrovni. Elektromagnetická a silná / slabá jaderná interakce je alternativní součástí fyziky, která skrývá nové objevy a představuje obrovský rezervoár pro výzkum, ale nezohledňuje gravitační zákony obecné relativity.
Poslední fází výzkumu a života Alberta Einsteina bylo vytvoření teorie kvantové gravitace, která by umožnila sjednotit všechny možné interakce objektů na makro a mikroúrovni a také vysvětlit, proč se chovají jinak. Einstein nikdy nenašel odpovědi na tyto otázky a po něm se možné sjednocení obecné relativity a kvantové mechaniky začalo nazývat teorií všeho.
Teorie všeho
Při hledání teorie všeho vědci zkoumali některé z neobvyklých objektů ve vesmíru - černé díry. Jsou tak těžké, že se propůjčují gravitaci, a tak stlačené, že kvantové efekty lze teoreticky pozorovat při pádu do černé díry. Bohužel, až dosud, kromě Hawkingova záření, které je v rozporu s kvantovou mechanikou, a nedávné fotografie horizontu událostí, černé díry moderní technice málo pomohly. I když existují, jejich dosažení je pro člověka téměř nemožným úkolem.
Začali hledat teorii všeho na Zemi pomocí různých myšlenkových experimentů a vlastností kvantové mechaniky a obecné relativity, které by se mohly navzájem doplňovat.
Dnes je asi nejoblíbenější a nejblíže k pravdivé verzi teorie všeho strunná teorie. Říká, že jakákoli částice je jednorozměrný řetězec, který vibruje v 11rozměrné realitě, a v závislosti na těchto vibracích se určuje jeho hmotnost a náboj.
Hlavní vlastností řetězce je mimo jiné to, že může přenášet gravitaci na kvantové úrovni. Pokud by byla taková teorie v praxi potvrzena, řetězce by mohly být prvním krokem ke sjednocení kvantové mechaniky s obecnou relativitou. Bohužel to zatím nikdo nedokázal prokázat a prohlásit, že struny jsou nositelem gravitace na subatomické úrovni. Stejně jako nedávno objevený Higgsův boson se nestal žádaným gravitonem.
Ano, stále nevíme, odkud pochází množství mnoha elementárních částic a na jakém principu se vzájemně ovlivňují, ale to nebrání moderním fyzikům navrhovat stále více nových „teorií všeho“.
Nedávno například fyzici z Číny, Německa a Kanady testovali Wojciech Zurekovu teorii kvantového darwinismu, která údajně vysvětluje, jak kvantové částice zanechávají své stopy v makrokosmu, které máme k dispozici. Ale i v případě potvrzení nálezu částic ve dvou státech současně se jedná pouze o potvrzení interakce kvantové mechaniky obecné relativity a v žádném případě o její vysvětlení.
Další americký teoretický fyzik z Marylandské univerzity, Brian Swingle, se zavázal popsat povahu vzniku časoprostoru a rozhodl se, že kvantové zapletení může tvořit Einsteinovo kontinuum. Swingle navrhl, že čtyřrozměrná struktura spacetime (délka, šířka, hloubka a čas) by mohla být zakódována v trojrozměrné kvantové fyzice (se stejnými rozměry, pouze bez času). Podle fyziků by gravitace a obecná relativita měly být vysvětleny prostřednictvím vlastností kvantové mechaniky, a ne naopak, což dělalo tento experiment spíše protichůdným.
Existují desítky podobných složitých a dokonce dobře odůvodněných teorií, ale žádná z nich ještě nemůže být nazývána teorií všeho. Možná je to dobré, protože se člověk pokouší pochopit, jak atomy a hvězdy interagují pouze v minulém století, a vesmír existuje téměř 14 miliard let.
Nejslavnější moderní vědec teorie všeho - Stephen Hawking - na konci svého života dospěl k závěru, že to není možné najít. Ale to se pro něj nestalo zklamáním, ale, jak později řekl, naopak vedlo k pochopení, že se člověk bude neustále rozvíjet: „Nyní jsem rád, že naše hledání porozumění se nikdy nekončí a že vždy objevíme nové objevy. … Bez toho bychom stáli klidně. ““