Իսկ եթե... ֆիզիկայի հիմնարար խնդիրներ լուծենք: Ամեն ինչ սպասում է մի տեսության, որից ոչինչ չի կարող գալ
Պարունակություն
Ի՞նչը կտա մեզ պատասխան այնպիսի առեղծվածների, ինչպիսիք են մութ նյութը և մութ էներգիան, Տիեզերքի սկզբի առեղծվածը, ձգողականության բնույթը, նյութի առավելությունը հակամատերիայի նկատմամբ, ժամանակի ուղղությունը, գրավիտացիայի միավորումը այլ ֆիզիկական փոխազդեցությունների հետ։ , բնության ուժերի մեծ միավորումը մեկ հիմնարարի մեջ, ընդհուպ մինչև ամեն ինչի տեսություն կոչվածը։
Ըստ Էյնշտեյնի և շատ այլ ժամանակակից ականավոր ֆիզիկոսների, ֆիզիկայի նպատակը հենց ամեն ինչի տեսություն ստեղծելն է (հեռուստացույց): Այնուամենայնիվ, նման տեսության հայեցակարգը միանշանակ չէ: Հայտնի է որպես ամեն ինչի տեսություն, ToE-ն հիպոթետիկ ֆիզիկական տեսություն է, որը հետևողականորեն նկարագրում է ամեն ինչ ֆիզիկական երևույթներ և թույլ է տալիս կանխատեսել ցանկացած փորձի արդյունք: Մեր օրերում այս արտահայտությունը սովորաբար օգտագործվում է նկարագրելու տեսություններ, որոնք փորձում են կապ հաստատել հարաբերականության ընդհանուր տեսություն. Մինչ այժմ այս տեսություններից ոչ մեկը չի ստացել փորձնական հաստատում:
Ներկայումս ամենաառաջադեմ տեսությունը, որը պնդում է TW լինելը, հիմնված է հոլոգրաֆիկ սկզբունքի վրա։ 11-չափ M-տեսություն. Այն դեռ չի մշակվել և շատերի կողմից համարվում է ոչ թե իրական տեսություն, այլ զարգացման ուղղություն:
Շատ գիտնականներ կասկածում են, որ «ամեն ինչի տեսության» նման մի բան նույնիսկ հնարավոր է, և ամենահիմնական իմաստով՝ հիմնված տրամաբանության վրա։ Կուրտ Գյոդելի թեորեմը ասում է, որ ցանկացած բավական բարդ տրամաբանական համակարգ կամ ներքուստ անհամապատասխան է (կարելի է ապացուցել նախադասությունը և դրա հակասությունը) կամ թերի (կան չնչին ճշմարիտ նախադասություններ, որոնք հնարավոր չէ ապացուցել): Սթենլի Ջեքին 1966 թվականին նշել է, որ TW-ն պետք է լինի բարդ և համահունչ մաթեմատիկական տեսություն, ուստի այն անխուսափելիորեն թերի կլինի:
Ամեն ինչի տեսության հատուկ, օրիգինալ ու զգացմունքային ձև կա։ հոլոգրաֆիկ վարկած (1), առաջադրանքը տեղափոխելով մի փոքր այլ պլան: Սև խոռոչների ֆիզիկան կարծես ցույց է տալիս, որ մեր տիեզերքն այն չէ, ինչ մեզ ասում են մեր զգայարանները: Իրականությունը, որը շրջապատում է մեզ, կարող է լինել հոլոգրամ, այսինքն. երկչափ հարթության պրոյեկցիա. Սա վերաբերում է նաև Գոդելի թեորեմին։ Բայց արդյո՞ք ամեն ինչի նման տեսությունը լուծում է ինչ-որ խնդիր, թույլ տալի՞ս է դիմակայել քաղաքակրթության մարտահրավերներին։
Նկարագրեք տիեզերքը: Բայց ի՞նչ է տիեզերքը:
Ներկայումս մենք ունենք երկու համընդհանուր տեսություն, որոնք բացատրում են գրեթե բոլոր ֆիզիկական երևույթները. Էյնշտեյնի ձգողականության տեսությունը (ընդհանուր հարաբերականություն) i. Առաջինը լավ բացատրում է մակրո օբյեկտների շարժումը՝ ֆուտբոլի գնդակներից մինչև գալակտիկաներ: նա շատ բան գիտի ատոմների և ենթաատոմային մասնիկների մասին: Խնդիրն այն է, որ այս երկու տեսությունները բոլորովին տարբեր կերպ են նկարագրում մեր աշխարհը. Քվանտային մեխանիկայում իրադարձությունները տեղի են ունենում ֆիքսված ֆոնի վրա։ տարածություն-ժամանակ – մինչդեռ w ճկուն է: Ինչպիսի՞ն կլինի կոր տարածություն-ժամանակի քվանտային տեսությունը: Մենք չգիտենք.
Ամեն ինչի միասնական տեսություն ստեղծելու առաջին փորձերը հայտնվեցին հրապարակումից անմիջապես հետո հարաբերականության ընդհանուր տեսություննախքան մենք կհասկանանք միջուկային ուժերը կառավարող հիմնարար օրենքները: Այս հասկացությունները, որոնք հայտնի են որպես Կալուզի-Կլայնի տեսություն, ձգտել է համատեղել ձգողականությունը էլեկտրամագնիսականության հետ։
Տասնամյակներ շարունակ լարերի տեսությունը, որը ներկայացնում է նյութը որպես կազմված փոքրիկ թրթռացող լարեր կամ էներգիայի հանգույց, համարվում է լավագույնը ստեղծագործելու համար ֆիզիկայի միասնական տեսություն. Այնուամենայնիվ, որոշ ֆիզիկոսներ նախընտրում են կմալուխային հանգույցի ձգողականությունորտեղ արտաքին տարածությունն ինքնին կազմված է փոքրիկ օղակներից։ Այնուամենայնիվ, ոչ լարերի տեսությունը, ոչ էլ հանգույցի քվանտային գրավիտացիան փորձարարական փորձարկված չեն:
Մեծ միավորման տեսությունները (GUT), որոնք համատեղում են քվանտային քրոմոդինամիկան և էլեկտրաթույլ փոխազդեցությունների տեսությունը, ներկայացնում են ուժեղ, թույլ և էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունները՝ որպես մեկ միասնական փոխազդեցության դրսևորում։ Այնուամենայնիվ, նախորդ մեծ միասնական տեսություններից և ոչ մեկը փորձարարական հաստատում չի ստացել: Մեծ միասնական տեսության ընդհանուր հատկանիշը պրոտոնի քայքայման կանխատեսումն է։ Այս գործընթացը դեռ չի նկատվել։ Այստեղից հետևում է, որ պրոտոնի կյանքի տևողությունը պետք է լինի առնվազն 1032 տարի։
1968 թվականի Ստանդարտ մոդելը միավորեց ուժեղ, թույլ և էլեկտրամագնիսական ուժերը մեկ ընդհանուր հովանու ներքո: Հաշվի են առնվել բոլոր մասնիկները և դրանց փոխազդեցությունները, և արվել են բազմաթիվ նոր կանխատեսումներ, ներառյալ մեկ մեծ միավորման կանխատեսումը: Բարձր էներգիաների դեպքում, 100 ԳէՎ կարգի (էներգիա, որն անհրաժեշտ է մեկ էլեկտրոնի արագացման համար մինչև 100 միլիարդ վոլտ պոտենցիալ), էլեկտրամագնիսական և թույլ ուժերը միավորող համաչափությունը կվերականգնվի։
Կանխատեսվում էր նորերի գոյությունը, և 1983 թվականին W և Z բոզոնների հայտնաբերմամբ այդ կանխատեսումները հաստատվեցին։ Չորս հիմնական ուժերը կրճատվեցին երեքի։ Միավորման հիմքում ընկած գաղափարն այն է, որ Ստանդարտ մոդելի բոլոր երեք ուժերը և, հնարավոր է, նույնիսկ ավելի բարձր ձգողականության էներգիան, միավորված են մեկ կառույցի մեջ:
2. Ստանդարտ մոդելը նկարագրող Լանգրանժի հավասարումը, որը բաժանված է հինգ բաղադրիչների:
Ոմանք առաջարկել են, որ նույնիսկ ավելի բարձր էներգիաների դեպքում, գուցե շուրջը Պլանկի սանդղակ, ձգողականությունը նույնպես կմիավորվի։ Սա լարերի տեսության հիմնական դրդապատճառներից մեկն է։ Այս գաղափարների մեջ շատ հետաքրքիրն այն է, որ եթե մենք ուզում ենք միավորում, մենք պետք է վերականգնենք համաչափությունը ավելի բարձր էներգիաներում: Եվ եթե դրանք ներկայումս կոտրված են, դա հանգեցնում է ինչ-որ դիտարկելի, նոր մասնիկների և նոր փոխազդեցությունների:
Ստանդարտ մոդելի Լագրանժյանը միակ հավասարումն է, որը նկարագրում է մասնիկները i Ստանդարտ մոդելի ազդեցությունը (2). Այն բաղկացած է հինգ անկախ մասերից՝ հավասարման 1-ին գոտում գլյուոնների մասին, երկուսով նշված մասում՝ թույլ բոզոնների, երեքով նշված մասում, մաթեմատիկական նկարագրություն է, թե ինչպես է նյութը փոխազդում թույլ ուժի և Հիգսի դաշտի հետ, ուրվական մասնիկներ, որոնք հանում են։ չորրորդ մասում Հիգսի դաշտի ավելցուկը և հինգի տակ նկարագրված ոգիները Ֆադեև-Պոպովորոնք ազդում են թույլ փոխազդեցության ավելորդության վրա: Նեյտրինո զանգվածները հաշվի չեն առնվում։
Չնայած որ ստանդարտ մոդել մենք կարող ենք այն գրել որպես մեկ հավասարում, այն իրականում միատարր ամբողջություն չէ այն առումով, որ կան բազմաթիվ առանձին, անկախ արտահայտություններ, որոնք ղեկավարում են տիեզերքի տարբեր բաղադրիչները: Ստանդարտ մոդելի առանձին մասերը չեն փոխազդում միմյանց հետ, քանի որ գունային լիցքը չի ազդում էլեկտրամագնիսական և թույլ փոխազդեցությունների վրա, և հարցերը մնում են անպատասխան, թե ինչու փոխազդեցությունները, որոնք պետք է տեղի ունենան, օրինակ՝ CP խախտում ուժեղ փոխազդեցություններում, չեն գործում: տեղի ունենալ.
Երբ համաչափությունները վերականգնվում են (պոտենցիալի գագաթնակետին), տեղի է ունենում միավորում։ Այնուամենայնիվ, հենց ներքևում խախտվող սիմետրիան համահունչ է տիեզերքի, որը մենք ունենք այսօր, ինչպես նաև զանգվածային մասնիկների նոր տեսակների հետ: Այսպիսով, ի՞նչ «ամեն ինչից» պետք է լինի այս տեսությունը: Այն, որ է, այսինքն. իրական ասիմետրիկ տիեզերք, կամ մեկ ու սիմետրիկ, բայց, ի վերջո, ոչ այն, ինչի հետ գործ ունենք:
«Ամբողջական» մոդելների խաբուսիկ գեղեցկությունը
Լարս Ինգլիշը, The No Theory of Everything-ում, պնդում է, որ գոյություն չունի կանոնների մի շարք, որը կարող է համատեղել հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը քվանտային մեխանիկայի հետքանի որ այն, ինչ ճշմարիտ է քվանտային մակարդակում, պարտադիր չէ, որ ճշմարիտ լինի գրավիտացիայի մակարդակում: Եվ որքան մեծ ու բարդ է համակարգը, այնքան այն տարբերվում է իր բաղկացուցիչ տարրերից։ «Բանն այն չէ, որ ձգողականության այս կանոնները հակասում են քվանտային մեխանիկային, այլ այն, որ դրանք չեն կարող բխել քվանտային ֆիզիկայից», - գրում է նա:
Ամբողջ գիտությունը, միտումնավոր, թե ոչ, հիմնված է դրանց գոյության նախադրյալի վրա: օբյեկտիվ ֆիզիկական օրենքներորոնք ենթադրում են ֆիզիկական տիեզերքի և նրանում եղած ամեն ինչի վարքը նկարագրող հիմնարար ֆիզիկական պոստուլատների փոխհամատեղելի մի շարք: Իհարկե, նման տեսությունը չի ենթադրում գոյություն ունեցող ամեն ինչի ամբողջական բացատրություն կամ նկարագրություն, բայց, ամենայն հավանականությամբ, այն սպառիչ կերպով նկարագրում է բոլոր ստուգելի ֆիզիկական գործընթացները: Տրամաբանական է, որ TW-ի նման ըմբռնման անմիջական օգուտներից մեկը կլինի դադարեցնել փորձերը, որոնցում տեսությունը կանխատեսում է բացասական արդյունքներ:
Ֆիզիկոսների մեծ մասը ստիպված կլինի դադարեցնել հետազոտությունը և ապրել ուսուցմամբ, այլ ոչ թե հետազոտելով: Այնուամենայնիվ, հանրությանը, հավանաբար, չի հետաքրքրում, թե արդյոք ձգողականության ուժը կարելի է բացատրել տիեզերական ժամանակի կորության տեսանկյունից:
Իհարկե, կա ևս մեկ հնարավորություն՝ Տիեզերքը պարզապես չի միավորվի։ Համաչափությունները, որոնց մենք հասել ենք, պարզապես մեր մաթեմատիկական գյուտերն են և չեն նկարագրում ֆիզիկական տիեզերքը:
Nautil.Us-ի համար հեղինակավոր հոդվածում Ֆրանկֆուրտի առաջադեմ հետազոտությունների ինստիտուտի գիտնական Սաբինա Հոսենֆելդերը (3) գնահատեց, որ «ամեն ինչի տեսության ամբողջ գաղափարը հիմնված է ոչ գիտական ենթադրության վրա»: «Սա գիտական տեսությունների զարգացման լավագույն ռազմավարությունը չէ: (…) Տեսության զարգացման մեջ գեղեցկության վրա հույսը պատմականորեն վատ է աշխատել»: Նրա կարծիքով՝ պատճառ չկա, որ բնությունը նկարագրվի ամեն ինչի տեսությամբ։ Թեև մեզ անհրաժեշտ է գրավիտացիայի քվանտային տեսություն՝ բնական օրենքների տրամաբանական անհամապատասխանությունից խուսափելու համար, Ստանդարտ մոդելի ուժերը կարիք չունեն միավորվելու և չպետք է միավորվեն գրավիտացիայի հետ: Լավ կլիներ, այո, բայց դա ավելորդ է։ Ստանդարտ մոդելը լավ է աշխատում առանց միավորման, ընդգծում է հետազոտողը։ Բնությանը ակնհայտորեն չի հետաքրքրում, թե ֆիզիկոսները ինչ են համարում գեղեցիկ մաթեմատիկան, զայրացած ասում է տիկին Հոսենֆելդերը։ Ֆիզիկայի մեջ տեսական զարգացման բեկումներն ասոցացվում են մաթեմատիկական անհամապատասխանությունների լուծման, այլ ոչ թե գեղեցիկ ու «ավարտված» մոդելների հետ։
Չնայած այս սթափ հորդորներին, անընդհատ առաջ են քաշվում ամեն ինչի տեսության նոր առաջարկներ, ինչպիսին է Գարեթ Լիսիի «Ամեն ինչի բացառիկ պարզ տեսությունը», որը հրատարակվել է 2007 թվականին։ Այն ունի այն հատկանիշը, որ պրոֆ. Հոսենֆելդերը գեղեցիկ է և կարող է գեղեցիկ ցուցադրվել գրավիչ վիզուալիզացիաներով (4): Այս տեսությունը, որը կոչվում է E8, պնդում է, որ տիեզերքը հասկանալու բանալին է մաթեմատիկական առարկա՝ սիմետրիկ վարդազարդի տեսքով.
Լիսին ստեղծել է այս կառուցվածքը՝ տարրական մասնիկներ գծագրելով գրաֆիկի վրա, որը նաև հաշվի է առնում հայտնի ֆիզիկական փոխազդեցությունները: Արդյունքը 248 միավորից բաղկացած բարդ ութչափ մաթեմատիկական կառուցվածք է: Այս կետերից յուրաքանչյուրը ներկայացնում է տարբեր հատկություններ ունեցող մասնիկներ: Դիագրամում կա որոշակի հատկություններով մասնիկների խումբ, որոնք «բացակայում են»։ Այս «բացակայողներից» գոնե որոշները տեսականորեն կապ ունեն գրավիտացիայի հետ՝ կամրջելով քվանտային մեխանիկայի և հարաբերականության ընդհանուր տեսության միջև եղած բացը:
4. Վիզուալիզացիայի տեսություն E8
Այսպիսով, ֆիզիկոսները պետք է աշխատեն լցնել «Fox socket»-ը: Եթե հաջողվի, ի՞նչ կլինի։ Շատերը հեգնանքով պատասխանում են, որ ոչ մի առանձնահատուկ բան։ Պարզապես գեղեցիկ նկարը կավարտվի: Այս շինարարությունը կարող է արժեքավոր լինել այս իմաստով, քանի որ ցույց է տալիս մեզ, թե ինչ հետևանքներ կունենան «ամեն ինչի տեսությունը» ավարտելու իրական հետևանքները: Գործնական իմաստով թերևս աննշան:
