Krátky:
- prečo moderná fyzika dosiahla slepú uličku.
- že Einstein a Hawking nemali čas na preskúmanie.
ako kombinovať kvantovú mechaniku a všeobecnú relativitu.
S pomocou internetu sa môžete dozvedieť všetko - od návrhu spaľovacieho motora až po rýchlosť expanzie vesmíru. Existujú však otázky, na ktoré nie sú známe len odpovede od spoločnosti Google, ale aj najväčší vedci našej doby.
Ak máte náhle šťastie, že môžete hovoriť s najnovšími držiteľmi Nobelovej ceny za fyziku, nepýtajte sa ich na exoplanety a temnú hmotu, už to stokrát povedali.
Lepšie sa pýtajte, prečo sa rôzne objekty v našom svete riadia rôznymi zákonmi fyziky. Napríklad prečo planéty, hviezdy a iné veľké objekty navzájom interagujú podľa určitých zákonov a častice na najmenšej úrovni, ako sú atómy, sa riadia iba sami sebou.
Takáto otázka bude bezradnú pre laika a vzdelaná osoba, ktorá na ňu odpovie, vám povie, prečo moderná veda dosiahla slepú uličku, aký je rozdiel medzi štandardným modelom fyziky a všeobecnou relativitou (ďalej len „GR“) a prečo je význam Higgsových bozónov a teórie strún skutočne prípad je nadhodnotený.
Propagačné video:
Napriek týmto vysvetleniam nebude nikto, vrátane zmŕtvychvstalého Alberta Einsteina, schopný vysvetliť odlišnú povahu fyzikálnych javov na mikro a makro úrovni. Ak vy sami dokážete vyriešiť tento problém - blahoželáme, ste prvým autorom teórie všetkého, najväčšieho mozgu v histórii ľudstva, víťazom všetkých možných ocenení a otcom (alebo matkou) - zakladateľom novej fyziky.
Pred predstavením revolučného objavu svetu je však lepšie pochopiť, čo znamená teória všetkého, aké otázky má zodpovedať a kto sa k nemu najbližšie priblížil.
Teória všetkého je kombináciou dvoch z najslávnejších pojmov modernej fyziky - všeobecnej relativity Alberta Einsteina a kvantovej mechaniky. Prvá teória popisuje všetko, čo nás obklopuje, vo forme časopriestoru, ako aj interakciu všetkých objektov vo vesmíre iba pomocou gravitácie. Kvantová mechanika zasa opisuje interakciu elementárnych častíc pomocou troch ukazovateľov naraz - elektromagnetickej a silnej / slabej nukleárnej interakcie.
Hovorí teda o gravitácii a veľkých objektoch, ako sú planéty a hviezdy, ao kvantovej mechanike hovorí o elementárnych časticiach a ich elektromagnetických a slabých / silných jadrových interakciách. K tomu sa vrátime o niečo neskôr.
Newtonov dedič
Prvýkrát, všeobecnú relativitu vyslovil Albert Einstein. V tom čase mladý zamestnanec rakúskeho patentového úradu doplnil Newtonovu klasickú teóriu gravitácie a opísal v nej všetky neznáme. Najmä vďaka tomuto objavu sa ľudia dozvedeli, čo je to gravitácia a ako určuje interakciu nielen medzi jablkom a Zemou, ale aj medzi Slnkom a všetkými planétami v slnečnej sústave.
Einstein navrhol, že priestor a čas sú vzájomne prepojené a tvoria jediné kontinuum medzi časom a časom - základ pre vznik gravitačných síl všetkých objektov. Na rozdiel od Newtonovej teórie je toto kontinuum (alebo časopriestor) flexibilné a môže meniť svoj tvar v závislosti od množstva objektov a podľa toho od ich energie.
Einsteinove dohady sa v praxi potvrdili až pred niekoľkými rokmi, keď si všimli, ako sa svetlo - a teda aj časopriestor - ohýba, prechádzajúce blízko masívneho objektu - Slnko - vplyvom gravitácie. Aj bez tohto dôkazu sa všeobecná relativita stala základom modernej fyziky a doteraz nikto nebol schopný poskytnúť podrobnejšie vysvetlenie závažnosti tiel a polí vo vesmíre.
Napriek tomu je samotný časopriestor stále nedostatočne chápaný a vedci nevedia, ako sa vytvára a z čoho pozostáva. Odpovede na tieto otázky sa práve začínajú hľadať v kvantovej mechanike - teoretickej vetve fyziky, ktorá popisuje povahu fyzikálnych javov na úrovni molekúl, atómov, elektrónov, fotónov a ďalších drobných častíc.
Kvantová mechanika
Podľa Einsteinovej teórie by všetky objekty vo vesmíre mali podľahnúť gravitácii. Súčasne s objavením všeobecnej relativity však ďalší vedci skúmali, ako objekty interagujú na subatomárnej úrovni.
Ukázalo sa, že gravitácia v takomto rozsahu je úplne zbytočná. Namiesto toho sa definovali elektromagnetické a slabé / silné jadrové interakcie. S pomocou týchto síl navzájom interagujú najmenšie častice - fotóny, gluóny a bozóny.
Vedci však stále nevedia, s akými princípmi tieto častice interagujú, pretože môžu mať extrémne vysokú hustotu energie a stále sa nedajú gravitácii. Preto - také nevysvetliteľné javy, ako je dualizmus vlnového telesa (prejav vlastností vlny pomocou častice), ako aj účinok pozorovateľa s výsledkom v podobe živej a mŕtvej Schrödingerovej mačky.
Z tohto dôvodu sa dva čety fyziky zrazili s ich čelami - Einsteinove, kde všetky objekty majú určité vlastnosti, ktoré sa dajú gravitovať, je možné opísať a predvídať, a kvantové, kde zúri úplne iný, nepredvídateľný život, v ktorom sa všetko neustále mení a vyrovnáva koncept priestoru. čas ako taký.
Čo treba urobiť, aby sa tieto dva svety zjednotili? Hovorili sme o gravitácii vo všeobecnej relativite ao elektromagnetickej silnej / slabej jadrovej interakcii v štandardnom modeli fyziky. Gravitácia je teda takmer dokonalá, umožňuje nám porozumieť takmer všetkému, čo nás obklopuje, ale nezohľadňuje veľmi nevysvetliteľné správanie sa častíc na najmenšej úrovni. Elektromagnetická a silná / slabá jadrová interakcia je alternatívnou súčasťou fyziky, ktorá skrýva nové objavy a predstavuje obrovskú rezervu pre výskum, ale nezohľadňuje gravitačné zákony všeobecnej relativity.
Poslednou fázou výskumu a života Alberta Einsteina bolo vytvorenie teórie kvantovej gravitácie, ktorá zjednocuje všetky možné interakcie objektov na makro a mikroúrovni a tiež vysvetľuje, prečo sa správajú inak. Einstein nikdy nenašiel odpovede na tieto otázky a po ňom sa možné zjednotenie všeobecnej relativity a kvantovej mechaniky začalo nazývať teóriou všetkého.
Teória všetkého
Pri hľadaní teórie všetkého vedci skúmali niektoré z najneobvyklejších objektov vo vesmíre - čierne diery. Sú také ťažké, že sa dajú gravitácii a sú také stlačené, že kvantové efekty je možné teoreticky pozorovať pri páde do čiernej diery. Bohužiaľ, doposiaľ, okrem Hawkingovho žiarenia, ktoré je v rozpore s kvantovou mechanikou a nedávnej fotografie horizontu udalostí, čierne diery málo pomohli modernej vede. Aj keď existujú, ich dosiahnutie je pre človeka takmer nemožnou úlohou.
Začali hľadať teóriu všetkého na Zemi pomocou rôznych myšlienkových experimentov a vlastností kvantovej mechaniky a všeobecnej relativity, ktoré by sa mohli vzájomne dopĺňať.
Dnes je asi najobľúbenejšou a najbližšou verzii teórie všetkého pravdy strunová teória. Hovorí sa, že akákoľvek častica je jednorozmerný reťazec, ktorý vibruje v 11-rozmernej realite a v závislosti od týchto vibrácií sa určuje jeho hmotnosť a náboj.
Hlavnou vlastnosťou reťazca je okrem iného to, že dokáže prenášať gravitáciu na kvantovej úrovni. Ak by sa takáto teória potvrdila v praxi, reťazce by mohli byť prvým krokom k zjednoteniu kvantovej mechaniky so všeobecnou relativitou. Bohužiaľ to však zatiaľ nikto nedokázal dokázať a vyhlásiť, že reťazce sú nositeľom gravitácie na subatomárnej úrovni. Rovnako ako nedávno objavený Higgsov bozón sa nestal požadovaným gravitonom.
Áno, stále nevieme, odkiaľ pochádza množstvo mnohých elementárnych častíc a na akom princípe sa vzájomne ovplyvňujú, ale to nebráni moderným fyzikom navrhovať stále nové a nové „teórie všetkého“.
Napríklad nedávno fyzici z Číny, Nemecka a Kanady testovali teóriu kvantového darwinizmu Wojciecha Zureka, ktorá údajne vysvetľuje, ako kvantové častice zanechávajú svoje stopy v makrokozme, ktoré máme k dispozícii. Ale aj v prípade potvrdenia nálezu častíc v dvoch štátoch súčasne, je to iba potvrdenie interakcie kvantovej mechaniky všeobecnej relativity, a v žiadnom prípade jej vysvetlenie.
Ďalší americký teoretický fyzik z Marylandskej univerzity, Brian Swingle, sa zaviazal opísať podstatu vzniku vesmírneho času a rozhodol sa, že kvantové zapletenie môže tvoriť Einsteinovo kontinuum. Swingle navrhol, že štvorrozmerná štruktúra spacetime (dĺžka, šírka, hĺbka a čas) by mohla byť kódovaná v trojrozmernej kvantovej fyzike (s rovnakými rozmermi, iba bez času). Podľa fyzika by sa gravitácia a všeobecná relativita mali vysvetľovať prostredníctvom vlastností kvantovej mechaniky, a nie naopak, čo robilo tento experiment dosť protirečivým.
Existujú desiatky podobných komplexných a dokonca dobre odôvodnených teórií, ale žiadna z nich sa ešte nemôže nazývať teóriou všetkého. Možno je to dobré, pretože človek sa snažil pochopiť, ako atómy a hviezdy interagujú iba za posledné storočie, a vesmír existuje takmer 14 miliárd rokov.
Najslávnejší moderný vedec teórie všetkého - Stephen Hawking - na konci svojho života dospel k záveru, že to nebolo možné nájsť. To sa však pre neho nestalo sklamanie, ale, ako neskôr povedal, naopak, viedlo k pochopeniu, že človek sa bude neustále rozvíjať: „Teraz som rád, že naše hľadanie porozumenia sa nikdy neskončí a že vždy objavíme nové objavy. … Bez tohto by sme stáli nehybne. “