Stephen Hawking Doufal, že Teorie M Vysvětlí Vesmír. Co Je Tato Teorie? - Alternativní Pohled

Obsah:

Stephen Hawking Doufal, že Teorie M Vysvětlí Vesmír. Co Je Tato Teorie? - Alternativní Pohled
Stephen Hawking Doufal, že Teorie M Vysvětlí Vesmír. Co Je Tato Teorie? - Alternativní Pohled

Video: Stephen Hawking Doufal, že Teorie M Vysvětlí Vesmír. Co Je Tato Teorie? - Alternativní Pohled

Video: Stephen Hawking Doufal, že Teorie M Vysvětlí Vesmír. Co Je Tato Teorie? - Alternativní Pohled
Video: Андреа Гез: Охота за сверхмассивной чёрной дырой 2024, Březen
Anonim

Legenda říká, že Albert Einstein strávil své poslední hodiny na Zemi sledováním něčeho na kusu papíru při posledním pokusu formulovat teorii všeho. O šedesát let později další legendární vědec v oblasti teoretické fyziky, Stephen Hawking, opustí tento svět s podobnými myšlenkami. Víme, že Hawking věřil, že takzvaná M-teorie byla naší nejlepší šancí vytvořit úplnou teorii vesmíru. Ale co to je?

Od té doby, co byla Einsteinova obecná teorie relativity formulována v roce 1915, každý teoretický fyzik snil o sladění našeho chápání nekonečně malého světa atomů a částic s nekonečně velkým měřítkem prostoru. Zatímco posledně jmenovaný je dokonale popsán Einsteinovými rovnicemi, první z nich je předpovídán s mimořádnou přesností pomocí tzv. Standardního modelu základních interakcí.

Naše současné chápání je, že interakce mezi fyzickými objekty je popsána čtyřmi základními silami. Dva z nich - gravitace a elektromagnetismus - se nám objevují na makroskopické úrovni, s nimi se každý den vypořádáme. Další dvě - slabé a silné interakce - se objevují ve velmi malém měřítku a pouze tehdy, když se zabýváme subatomickými procesy.

Standardní model základních interakcí poskytuje jednotnou strukturu pro tři z těchto sil, ale gravitace se do tohoto obrázku žádným způsobem nehodí. Přes přesný popis velkých jevů, jako je chování planety na oběžné dráze nebo dynamika galaxií, obecná relativita selhává na velmi krátké vzdálenosti. Podle standardního modelu jsou všechny síly zprostředkovány určitými částicemi. V případě gravitace je práce prováděna gravitonem. Když se však pokusíme vypočítat interakce těchto gravitonů, objeví se v rovnicích nesmyslné nekonečno.

Kompletní teorie gravitace musí pracovat v jakémkoli měřítku a musí brát v úvahu kvantovou povahu základních částic. To by umožnilo gravitaci zapadnout do kombinované struktury se třemi dalšími základními interakcemi, čímž by se vytvořila notoricky známá teorie všeho. Jelikož Albert Einstein zemřel v roce 1955, došlo samozřejmě k významnému pokroku v této oblasti. Náš nejlepší kandidát se dnes jmenuje M-teorie.

Řetězcová revoluce

Abychom pochopili základní myšlenku M-teorie, musíte se vrátit do sedmdesátých let, kdy si vědci uvědomili, že místo popisu vesmíru založeného na bodových částicích by byly lépe popsány jako oscilační řetězce (energetické trubice). Nový způsob pochopení základních přírodních složek vedl k řešení mnoha teoretických problémů. Za prvé, jedinou vibraci strun lze interpretovat jako graviton. A na rozdíl od standardní gravitace, strunová teorie může matematicky popsat její interakce a nezískat podivné nekonečna. To znamená, že do kombinované struktury lze zahrnout gravitaci.

Propagační video:

Po tomto vzrušujícím objevu teoretičtí fyzici tvrdě pracovali, aby pochopili jeho důsledky. Ale, jak je tomu často v případě vědeckého výzkumu, historie teorie strun je plná vzestupů a pádů. Nejprve byli lidé zmateni, že předpovídala existenci částice, která se pohybuje rychleji než světlo, tzv. „Tachyon“. Tato předpověď byla v rozporu se všemi experimentálními pozorováními a vrhla vážný stín na teorii strun.

Image
Image

Tento problém byl nicméně vyřešen počátkem 80. let zavedením tzv. „Supersymetrie“do teorie strun. Předpovídá, že každá částice má svého vlastního superpartnera a díky neobvyklé shodě stejných podmínek ve skutečnosti vylučuje tachyon. Tento první úspěch je všeobecně známý jako „první strunová revoluce“.

Další neobvyklou vlastností je, že teorie řetězců vyžaduje deset časoprostorových dimenzí. V současné době známe pouze čtyři: hloubku, výšku, šířku a čas. I když se to jeví jako hlavní překážka, doposud bylo navrženo několik řešení a v současné době se zdá být spíše neobvyklou vlastností než problémem.

Například bychom mohli existovat ve čtyřrozměrném světě bez přístupu k dalším rozměrům. Nebo další rozměry mohou být „kompaktní“a hodí se do tak malých měřítek, že bychom si jich nevšimli. Různá zhutnění by však vedla k různým hodnotám fyzických konstant a odlišným fyzickým zákonům. Možným řešením je, že náš vesmír je jen jedním z mnoha v nekonečném „mnohočetném vesmíru“, který se řídí různými fyzickými zákony.

M-teorie

Byl tu ještě jeden problém, který pronásledoval strunové teoretiky dne. Pečlivá klasifikace odhalila existenci pěti odlišných teorií sekvenčních řetězců a nebylo jasné, proč by si příroda měla vybrat jednu z pěti.

Zde přichází do hry M-teorie. Během druhé strunové revoluce v roce 1995 fyzici navrhli, že pět po sobě jdoucích strunových teorií jsou ve skutečnosti různé tváře jedinečné teorie, která existuje v jedenácti dimenzích časoprostoru zvaných M-teorie. Zahrnuje každou teorii strun v různých fyzikálních kontextech, přičemž zůstává funkční pro všechny. Tento neuvěřitelně fascinující obraz vedl většinu teoretických fyziků k myšlence, že M-teorie se stane teorií všeho - a je také matematicky konzistentnější než jakákoli jiná navrhovaná teorie.

Ať už je to tak, M-teorie dosud nebyla schopna vytvářet předpovědi, které by bylo možné experimentálně ověřit. Supersymetrie je v současné době testována na Large Hadron Collider. Pokud by vědci našli známky existence super partnerů, nakonec by to posílilo pozici M-teorie. Moderní teoretická fyzika však dosud není schopna poskytnout ověřitelné předpovědi a experimentální fyzika nemůže předložit experimenty pro toto ověření.

Většina z velkých fyziků a kosmologů je posedlá nalezením tohoto krásného a jednoduchého popisu světa, který by mohl vše vysvětlit. A i když jsme stále daleko od toho, bez skvělých a kreativních lidí, jako je Hawking, by to bylo úplně nemožné.

Ilya Khel