X'jiġri jekk... insolvu problemi fundamentali fil-fiżika. Kollox qed jistenna teorija li minnha ma jista’ joħroġ xejn

X'se jagħtina t-tweġiba għal misteri bħal materja skura u enerġija skura, il-misteru tal-bidu tal-Univers, in-natura tal-gravità, il-vantaġġ tal-materja fuq l-antimaterja, id-direzzjoni taż-żmien, l-unifikazzjoni tal-gravità ma 'interazzjonijiet fiżiċi oħra , l-unifikazzjoni kbira tal-forzi tan-natura f'wieħed bażiku, sa l-hekk imsejħa teorija ta 'kollox ?

Skond Einstein u ħafna fiżiċi oħra pendenti moderni, l-għan tal-fiżika huwa preċiżament li toħloq teorija ta 'kollox (TV). Madankollu, il-kunċett ta 'din it-teorija mhuwiex ambigwu. Magħrufa bħala t-teorija ta 'kollox, ToE hija teorija fiżika ipotetika li tiddeskrivi kollox b'mod konsistenti fenomeni fiżiċi u jippermettilek tbassar ir-riżultat ta 'kwalunkwe esperiment. Illum il-ġurnata, din il-frażi tintuża komunement biex tiddeskrivi teoriji li jippruvaw jagħmlu konnessjoni magħhom teorija ġenerali tar-relattività. S'issa, l-ebda waħda minn dawn it-teoriji ma rċeviet konferma sperimentali.

Fil-preżent, l-aktar teorija avvanzata li tgħid li hija TW hija bbażata fuq il-prinċipju olografiku. M-teorija 11-dimensjonali. Għadu ma ġiex żviluppat u huwa meqjus minn ħafna bħala direzzjoni ta 'żvilupp aktar milli teorija attwali.

Ħafna xjenzati jiddubitaw li xi ħaġa bħal "teorija ta 'kollox" hija saħansitra possibbli, u fl-aktar sens bażiku, ibbażata fuq il-loġika. Teorema ta' Kurt Gödel jgħid li kwalunkwe sistema loġika kumplessa biżżejjed hija jew internament inkonsistenti (wieħed jista’ jipprova sentenza u l-kontradizzjoni tagħha fiha) jew mhux kompluta (hemm sentenzi trivjali veri li ma jistgħux jiġu ppruvati). Stanley Jackie irrimarka fl-1966 li TW trid tkun teorija matematika kumplessa u koerenti, għalhekk inevitabbilment se tkun inkompleta.

Hemm mod speċjali, oriġinali u emozzjonali tat-teorija ta 'kollox. ipoteżi olografika (1), it-trasferiment tal-kompitu għal pjan kemmxejn differenti. Il-fiżika tat-toqba sewda tidher li tindika li l-univers tagħna mhuwiex dak li jgħidulna s-sensi tagħna. Ir-realtà li ddawwarna tista’ tkun ologramma, i.e. projezzjoni ta' pjan bidimensjonali. Dan japplika wkoll għat-teorema ta' Gödel innifsu. Imma din it-teorija ta’ kollox issolvi xi problemi, tippermettilna niffaċċjaw l-isfidi taċ-ċiviltà?

Iddeskrivi l-univers. Imma x'inhu l-univers?

Bħalissa għandna żewġ teoriji ġenerali li jispjegaw kważi l-fenomeni fiżiċi kollha: It-teorija tal-gravità ta' Einstein (relatività ġenerali) i. L-ewwel jispjega tajjeb il-moviment ta 'oġġetti makro, minn blalen tal-futbol għal galassji. huwa infurmat ħafna dwar l-atomi u l-partiċelli subatomiċi. Il-problema hi li dawn iż-żewġ teoriji jiddeskrivu d-dinja tagħna b'modi kompletament differenti. Fil-mekkanika kwantistika, l-avvenimenti jseħħu fi sfond fiss. spazju-ħin – filwaqt li w hija flessibbli. Kif se tidher it-teorija tal-quantum tal-ispazju-ħin mgħawġa? Ma nafux.

L-ewwel tentattivi biex tinħoloq teorija unifikata ta 'kollox dehru ftit wara l-pubblikazzjoni teorija ġenerali tar-relattivitàqabel ma nifhmu l-liġijiet fundamentali li jirregolaw il-forzi nukleari. Dawn il-kunċetti, magħrufa bħala Teorija ta' Kaluzi-Klein, fittxet li jgħaqqad il-gravità mal-elettromanjetiżmu.

Għal għexieren ta 'snin, it-teorija tal-kordi, li tirrappreżenta l-materja bħala magħmula minn kordi ċkejkna li jivvibraw jew linja ta 'enerġija, huwa meqjus bħala l-aħjar għall-ħolqien teorija unifikata tal-fiżika. Madankollu, xi fiżiċi jippreferu kgravità tal-linja bil-cable-stayedfejn l-ispazju estern innifsu huwa magħmul minn loops ċkejkna. Madankollu, la t-teorija tal-istring u lanqas il-gravità quantum loop ma ġew ittestjati b'mod sperimentali.

Grandi teoriji unifikati (GUTs), li jgħaqqdu l-kromodinamika kwantistika u t-teorija ta 'interazzjonijiet elettrodgħajfin, jirrappreżentaw l-interazzjonijiet b'saħħithom, dgħajfa u elettromanjetiċi bħala manifestazzjoni ta' interazzjoni waħda waħda. Madankollu, l-ebda waħda mit-teoriji grand unified preċedenti ma rċeviet konferma sperimentali. Karatteristika komuni tat-teorija grandunifikata hija t-tbassir tat-tħassir tal-proton. Dan il-proċess għadu ma ġiex osservat. Minn dan jirriżulta li l-ħajja ta 'proton trid tkun mill-inqas 1032 sena.

Il-Mudell Standard tal-1968 unifikat il-forzi qawwija, dgħajfa u elettromanjetiċi taħt umbrella waħda. Il-partiċelli kollha u l-interazzjonijiet tagħhom ġew ikkunsidrati, u saru ħafna previżjonijiet ġodda, inkluża tbassir ta 'unifikazzjoni kbira waħda. F'enerġiji għoljin, fl-ordni ta '100 GeV (l-enerġija meħtieġa biex taċċellera elettron wieħed għal potenzjal ta' 100 biljun volt), is-simetrija li tgħaqqad il-forzi elettromanjetiċi u dgħajfa se tiġi restawrata.

L-eżistenza ta 'oħrajn ġodda kienet mbassra, u bl-iskoperta tal-bosoni W u Z fl-1983, dawn it-tbassir ġew ikkonfermati. L-erba’ forzi ewlenin tnaqqsu għal tlieta. L-idea wara l-unifikazzjoni hija li t-tliet forzi tal-Mudell Standard, u forsi anke l-enerġija ogħla tal-gravità, huma magħquda fi struttura waħda.

2. L-ekwazzjoni Langrange li tiddeskrivi l-Mudell Standard, maqsum f'ħames komponenti.

Xi wħud issuġġerew li f'enerġiji saħansitra ogħla, forsi madwar Skala Planck, il-gravità se tgħaqqad ukoll. Din hija waħda mill-motivazzjonijiet ewlenin tat-teorija tal-kordi. Dak li hu interessanti ħafna dwar dawn l-ideat huwa li jekk irridu unifikazzjoni, irridu nġibu s-simetrija f'enerġiji ogħla. U jekk bħalissa huma miksura, dan iwassal għal xi ħaġa osservabbli, partiċelli ġodda u interazzjonijiet ġodda.

Il-Lagrangian tal-Mudell Standard hija l-unika ekwazzjoni li tiddeskrivi l-partiċelli i influwenza tal-Mudell Standard (2). Tikkonsisti f'ħames partijiet indipendenti: dwar gluons fiż-żona 1 tal-ekwazzjoni, bosons dgħajfa fil-parti mmarkata bi tnejn, immarkata bi tlieta, hija deskrizzjoni matematika ta 'kif il-materja jinteraġixxi mal-forza dgħajfa u l-qasam ta' Higgs, partiċelli ghost li jnaqqsu. l-eċċess tal-qasam Higgs f'partijiet tar-raba ', u l-ispirti deskritti taħt ħamsa Fadeev-Popovli jaffettwaw ir-redundancy tal-interazzjoni dgħajfa. Mases tan-newtrini mhumiex ikkunsidrati.

Għalkemm Mudell standard nistgħu niktbuha bħala ekwazzjoni waħda, mhuwiex verament sħiħ omoġenju fis-sens li hemm ħafna espressjonijiet separati u indipendenti li jirregolaw il-komponenti varji tal-univers. Partijiet separati tal-Mudell Standard ma jinteraġixxux ma 'xulxin, minħabba li l-ħlas tal-kulur ma jaffettwax l-interazzjonijiet elettromanjetiċi u dgħajfa, u l-mistoqsijiet jibqgħu mhux imwieġba għaliex interazzjonijiet li għandhom iseħħu, pereżempju, ksur CP f'interazzjonijiet qawwija, ma jaħdmux. iseħħ.

Meta s-simmetriji jiġu rrestawrati (fil-quċċata tal-potenzjal), isseħħ l-unifikazzjoni. Madankollu, is-simetrija li tkisser fil-qiegħ hija konsistenti mal-univers li għandna llum, flimkien ma 'tipi ġodda ta' partiċelli massivi. Allura x'għandha tkun "minn kollox" din it-teorija? Dak li hu, i.e. univers asimmetriku reali, jew wieħed u simetriku, iżda fl-aħħar mill-aħħar mhux dak li qed nittrattaw miegħu.

Is-sbuħija qarrieqa ta 'mudelli "kompleti".

Lars English, f’The No Theory of Everything, jargumenta li m’hemm l-ebda sett uniku ta’ regoli li jistgħu jgħaqqdu r-relattività ġenerali mal-mekkanika kwantistikagħax dak li hu minnu fil-livell tal-quantum mhux bilfors huwa veru fil-livell tal-gravità. U iktar ma tkun kbira u kumplessa s-sistema, aktar hija differenti mill-elementi kostitwenti tagħha. "Il-punt mhuwiex li dawn ir-regoli tal-gravità jikkontradixxu l-mekkanika kwantistika, iżda li ma jistgħux jiġu derivati ​​mill-fiżika kwantistika," jikteb.

Ix-xjenza kollha, intenzjonalment jew le, hija bbażata fuq il-premessa tal-eżistenza tagħhom. liġijiet fiżiċi oġġettivili jinvolvu sett reċiprokament kompatibbli ta’ postulati fiżiċi fundamentali li jiddeskrivu l-imġieba tal-univers fiżiku u dak kollu li fih. Naturalment, teorija bħal din ma tinvolvix spjegazzjoni jew deskrizzjoni sħiħa ta 'dak kollu li jeżisti, iżda, x'aktarx, tiddeskrivi b'mod eżawrjenti l-proċessi fiżiċi kollha verifikabbli. Loġikament, wieħed mill-benefiċċji immedjati ta 'tali fehim ta' TW ikun li jitwaqqfu esperimenti li fihom it-teorija tbassar riżultati negattivi.

Il-biċċa l-kbira tal-fiżiċi se jkollhom jieqfu jirriċerkaw u jaqilgħu l-għajxien jgħallmu, mhux jirriċerkaw. Madankollu, il-pubbliku probabbilment ma jimpurtax jekk il-forza tal-gravità tistax tiġi spjegata f'termini tal-kurvatura tal-ispazju-ħin.

Naturalment, hemm possibbiltà oħra - l-Univers sempliċement mhux se jingħaqad. Is-simmetriji li wasalna għalihom huma sempliċement invenzjonijiet matematiċi tagħna stess u ma jiddeskrivux l-univers fiżiku.

F'artiklu ta 'profil għoli għal Nautil.Us, Sabina Hossenfelder (3), xjenzat fl-Istitut ta' Frankfurt għall-Istudju Avvanzat, ivvalutat li "l-idea kollha ta 'teorija ta' kollox hija bbażata fuq suppożizzjoni mhux xjentifika." “Din mhix l-aħjar strateġija għall-iżvilupp ta’ teoriji xjentifiċi. (…) Id-dipendenza fuq is-sbuħija fl-iżvilupp tat-teorija storikament ħadmet ħażin.” Fl-opinjoni tagħha, m'hemm l-ebda raġuni biex in-natura tiġi deskritta minn teorija ta 'kollox. Filwaqt li għandna bżonn ta 'teorija quantum tal-gravità biex nevitaw inkonsistenza loġika fil-liġijiet tan-natura, il-forzi fil-Mudell Standard m'għandhomx għalfejn ikunu unifikati u m'għandhomx għalfejn jiġu unifikati mal-gravità. Ikun sabiħ, iva, imma mhux meħtieġ. Il-mudell standard jaħdem tajjeb mingħajr unifikazzjoni, jenfasizza r-riċerkatur. Jidher ċar li n-natura ma jimpurtax minn dak li l-fiżiċi jaħsbu li hija matematika sabiħa, tgħid is-Sinjura Hossenfelder b’rabja. Fil-fiżika, skoperti fl-iżvilupp teoretiku huma assoċjati mas-soluzzjoni ta 'inkonsistenzi matematiċi, u mhux ma' mudelli sbieħ u "lesti".

Minkejja dawn it-twiddijiet sobri, qed jitressqu kontinwament proposti ġodda għal teorija ta’ kollox, bħal The Exceptionally Simple Theory of Everything ta’ Garrett Lisi, ippubblikata fl-2007. Għandu l-karatteristika li l-Prof. Hossenfelder huwa sabiħ u jista 'jintwera b'mod sabiħ b'viżwalizzazzjonijiet attraenti (4). Din it-teorija, imsejħa E8, ssostni li ċ-ċavetta biex nifhmu l-univers hija oġġett matematiku fil-forma ta’ rożetta simmetrika.

Lisi ħoloq din l-istruttura billi plottja partiċelli elementari fuq graff li jqis ukoll l-interazzjonijiet fiżiċi magħrufa. Ir-riżultat huwa struttura matematika kumplessa ta 'tmien dimensjonali ta' 248 punt. Kull wieħed minn dawn il-punti jirrappreżenta partiċelli bi proprjetajiet differenti. Hemm grupp ta 'partiċelli fid-dijagramma b'ċerti proprjetajiet li huma "nieqsin". Mill-inqas xi wħud minn dawn "nieqsin" teoretikament għandhom xi ħaġa x'jaqsmu mal-gravità, li jnaqqsu d-distakk bejn il-mekkanika kwantistika u r-relattività ġenerali.

4. Teorija tal-viżwalizzazzjoni E8

Allura l-fiżiċi jridu jaħdmu biex jimlew is-"socket Fox". Jekk tirnexxi, x'se jiġri? Ħafna sarkastiku jwieġbu li xejn speċjali. Just stampa sabiħa tkun lesta. Din il-kostruzzjoni tista’ tkun ta’ valur f’dan is-sens, peress li turina x’se jkunu l-konsegwenzi reali tat-tlestija ta’ “teorija ta’ kollox”. Forsi insinifikanti f'sens prattiku.