Kumaha lamun ... urang ngajawab masalah fundamental dina fisika. Sadayana ngantosan téori anu teu aya anu tiasa sumping

Naon anu bakal masihan urang jawaban kana misteri sapertos masalah poék sareng énergi poék, misteri awal Alam Semesta, sifat gravitasi, kauntungan materi tina antimateri, arah waktos, ngahijikeun gravitasi sareng interaksi fisik anu sanés. , Ngahijikeun gede kakuatan alam jadi hiji dasar, nepi ka nu disebut teori sagalana?

Nurutkeun Einstein sareng seueur fisikawan modern anu luar biasa, tujuan fisika nyaéta pikeun nyiptakeun téori ngeunaan sadayana (TV). Sanajan kitu, konsép téori saperti teu unambiguous. Dipikawanoh salaku téori sagalana, ToE mangrupakeun téori fisik hypothetical nu konsistén ngajelaskeun sagalana fenomena fisik tur ngidinan Anjeun pikeun ngaduga hasil percobaan nanaon. Kiwari, frasa ieu biasana dianggo pikeun ngajelaskeun téori anu nyobian ngahubungkeun tiori umum ngeunaan rélativitas. Sajauh ieu, teu aya téori ieu anu nampi konfirmasi ékspérimén.

Ayeuna, téori anu paling maju ngaku TW dumasar kana prinsip holografik. 11-diménsi M-téori. Éta henteu acan dikembangkeun sareng dianggap ku seueur salaku arah pangembangan tinimbang téori anu sabenerna.

Loba élmuwan ragu yén hal kawas "téori sagalana" malah mungkin, sarta dina rasa paling dasar, dumasar kana logika. Teorema Kurt Gödel nyebutkeun yén sagala sistem logis cukup kompléks boh internal inconsistent (hiji bisa ngabuktikeun hiji kalimah jeung kontradiksi na di dinya) atawa teu lengkep (aya trivially kalimah leres teu bisa dibuktikeun). Stanley Jackie nyarios dina 1966 yén TW kedah janten téori matematik anu rumit sareng koheren, ku kituna éta pasti henteu lengkep.

Aya cara husus, aslina jeung emosional tina téori sagalana. hipotésis holographic (1), mindahkeun tugas ka rencana rada béda. Fisika black hole sigana nunjukkeun yén jagat raya urang sanés anu dicaritakeun ku panca indra urang. Realitas anu ngurilingan urang tiasa janten hologram, nyaéta. proyéksi pesawat dua diménsi. Ieu ogé lumaku pikeun téoréma Gödel sorangan. Tapi naha téori sapertos kitu ngabéréskeun masalah naon waé, naha éta ngamungkinkeun urang pikeun nyanghareupan tantangan peradaban?

Ngagambarkeun jagat raya. Tapi naon alam semesta?

Ayeuna urang gaduh dua téori anu ngajelaskeun ampir sadaya fénoména fisik: Téori gravitasi Einstein (rélativitas umum) i. Kahiji ngajelaskeun ogé gerak objék makro, ti bal soccer ka galaksi. anjeunna pisan pangaweruh ngeunaan atom jeung partikel subatomik. Masalahna nyaéta éta dua téori ieu ngajelaskeun dunya urang dina cara lengkep beda. Dina mékanika kuantum, kajadian lumangsung ngalawan latar anu tetep. spasi-waktu – sedengkeun w fléksibel. Kumaha téori kuantum ruang-waktu melengkung kasampak kawas? Kami henteu terang.

Usaha munggaran pikeun nyiptakeun téori ngahijikeun sadayana muncul teu lami saatos publikasi tiori umum ngeunaan rélativitassateuacan urang ngartos hukum dasar anu ngatur gaya nuklir. Konsep ieu, katelah Téori Kaluzi-Klein, ditéang pikeun ngagabungkeun gravitasi jeung éléktromagnétik.

Pikeun sababaraha dekade, téori string, nu ngagambarkeun materi salaku diwangun ku string ngageter leutik atawa loop énergi, dianggap pangalusna pikeun nyieun téori ngahijikeun fisika. Sanajan kitu, sababaraha fisikawan resep kkabel-cicing loop gravitasinu luar angkasa sorangan diwangun ku loop leutik. Sanajan kitu, téori string atawa gravitasi kuantum loop teu acan diuji sacara ékspériméntal.

Téori Grand Unified (GUTs), ngagabungkeun kromodinamika kuantum jeung téori interaksi electroweak, ngagambarkeun interaksi kuat, lemah jeung éléktromagnétik salaku manifestasi tina hiji interaksi tunggal. Nanging, teu aya téori ngahijikeun ageung sateuacana anu nampi konfirmasi ékspérimén. Fitur umum tina téori ngahijikeun agung nyaéta prediksi burukna proton. prosés ieu teu acan katalungtik. Kusabab ieu, umur proton sahenteuna sahenteuna 1032 taun.

Modél Standar 1968 ngahijikeun gaya anu kuat, lemah, sareng éléktromagnétik dina hiji payung. Kabéh partikel sarta interaksi maranéhanana geus dianggap, sarta loba prediksi anyar geus dijieun, kaasup hiji prediksi unifikasi badag. Dina énérgi anu luhur, dina urutan 100 GeV (énergi anu diperyogikeun pikeun ngagancangkeun éléktron tunggal ka poténsial 100 milyar volt), simétri anu ngahijikeun gaya éléktromagnétik sareng lemah bakal disimpen deui.

Ayana anu anyar diprediksi, sareng ku kapanggihna boson W sareng Z dina 1983, prediksi ieu dikonfirmasi. Opat pasukan utama diréduksi jadi tilu. Gagasan di balik ngahijikeun éta nyaéta yén sadaya tilu gaya Modél Standar, sareng panginten énergi gravitasi anu langkung luhur, digabungkeun kana hiji struktur.

2. Persamaan Langrange ngajéntrékeun Modél Standar, dibagi kana lima komponén.

Sababaraha geus ngusulkeun yén dina énergi malah leuwih luhur, meureun sabudeureun Skala Planck, gravitasi ogé bakal ngagabungkeun. Ieu salah sahiji motivations utama téori string. Anu pikaresepeun pisan ngeunaan ideu ieu nyaéta upami urang hoyong ngahijikeun, urang kedah mulangkeun simétri dina énergi anu langkung luhur. Tur upami aranjeunna ayeuna pegat, eta ngakibatkeun hal observasi, partikel anyar jeung interaksi anyar.

Lagrangian tina Modél Standar nyaéta hiji-hijina persamaan anu ngajéntrékeun partikel i pangaruh Modél Standar (2). Ieu diwangun ku lima bagian bebas: ngeunaan gluons dina zone 1 tina persamaan, boson lemah dina bagian ditandaan dua, ditandaan ku tilu, mangrupakeun pedaran matematik kumaha materi berinteraksi jeung gaya lemah jeung widang Higgs, partikel jurig nu subtract. kaleuwihan widang Higgs di bagian tina kaopat, jeung arwah digambarkeun dina lima Fadeev-Popovnu mangaruhan redundansi tina interaksi lemah. Massa neutrino henteu dipertimbangkeun.

sanajan Modél standar urang tiasa nyeratna salaku persamaan tunggal, éta sanés mangrupikeun gembleng anu homogen dina harti yén aya seueur éksprési mandiri anu misah anu ngatur rupa-rupa komponén jagat raya. Bagian misah tina Modél Standar teu interaksi saling, sabab muatan warna teu mangaruhan interaksi éléktromagnétik jeung lemah, sarta patarosan tetep unanswered naha interaksi anu kudu lumangsung, contona, palanggaran CP dina interaksi kuat, teu jalan. lumangsung.

Nalika simétri disimpen deui (dina puncak poténsial), ngahijikeun lumangsung. Sanajan kitu, simétri megatkeun di handap pisan konsisten jeung alam semesta urang kiwari, babarengan jeung jenis anyar partikel masif. Jadi naon "kaluar tina sagalana" kedah téori ieu? Hiji éta, i.e. alam semesta asimétri nyata, atawa hiji jeung simetris, tapi pamustunganana teu hiji urang kaayaan.

Kaéndahan nu nipu tina model "lengkep".

Lars English, dina The No Theory of Everything, nyatakeun yén teu aya aturan tunggal anu tiasa ngagabungkeun rélativitas umum jeung mékanika kuantumsabab naon anu leres dina tingkat kuantum teu merta leres dina tingkat gravitasi. Sareng langkung ageung sareng langkung kompleks sistemna, langkung seueur bédana sareng unsur-unsur konstituénna. "Intina henteu yén aturan gravitasi ieu bertentangan sareng mékanika kuantum, tapi aranjeunna henteu tiasa diturunkeun tina fisika kuantum," anjeunna nyerat.

Sagala elmu, dihaja atawa henteu, dumasar kana premis ayana maranéhanana. hukum fisik obyektifnu ngawengku susunan saling cocog tina postulates fisik fundamental ngajéntrékeun paripolah alam semesta fisik jeung sagalana di jerona. Tangtu, téori misalna teu merlukeun katerangan lengkep atanapi pedaran sagalana nu aya, tapi, paling dipikaresep, eta exhaustively ngajelaskeun sakabeh prosés fisik verifiable. Sacara logis, salah sahiji kauntungan langsung tina pamahaman sapertos TW bakal ngeureunkeun percobaan dimana téori ngaramalkeun hasil négatip.

Seuseueurna fisikawan kedah lirén nalungtik sareng ngadamel pangajaran hirup, sanés nalungtik. Nanging, masarakat sigana henteu paduli naha gaya gravitasi tiasa dijelaskeun dina hal kelengkungan ruang-waktu.

Tangtu, aya kamungkinan sejen - Alam Semesta ngan moal ngahiji. Simétri anu kami dugikeun ngan ukur panemuan matematika urang sorangan sareng henteu ngajelaskeun jagat fisik.

Dina artikel profil luhur pikeun Nautil.Us, Sabina Hossenfelder (3), élmuwan di Frankfurt Institute for Advanced Study, ditaksir yén "sakabeh gagasan téori sagalana dumasar kana hiji asumsi unscientific". "Ieu sanés strategi anu pangsaéna pikeun ngembangkeun téori ilmiah. (...) Katergantungan kana kaéndahan dina pamekaran téori sacara sajarahna dianggo kirang. Dina pamadegan dirina, teu aya alesan pikeun alam digambarkeun ku téori sagalana. Bari urang butuh téori kuantum gravitasi pikeun nyingkahan inconsistency logis dina hukum alam, gaya dina Modél Standar teu perlu ngahiji jeung teu kudu ngahiji jeung gravitasi. Ieu bakal nice, enya, tapi teu perlu. Modél standar tiasa dianggo saé tanpa ngahijikeun, panalungtik nekenkeun. Alam jelas teu paduli naon fisikawan pikir téh matematik geulis, ceuk Ibu Hossenfelder angrily. Dina fisika, terobosan dina pamekaran téoritis dipatalikeun sareng solusi inconsistencies matematik, sanés sareng modél anu saé sareng "réngsé".

Sanaos pépéling anu sober ieu, usulan énggal pikeun téori ngeunaan sadayana terus-terusan diteruskeun, sapertos Garrett Lisi The Exceptionally Simple Theory of Everything, diterbitkeun taun 2007. Aya ciri anu Prof. Hossenfelder geulis tur bisa ditémbongkeun beautifully kalawan visualizations pikaresepeun (4). Téori ieu, anu disebut E8, nyatakeun yén konci pikeun ngartos alam semesta nyaéta objék matematik dina bentuk rosette simetris.

Lisi nyiptakeun struktur ieu ku ngarencanakeun partikel dasar dina grafik anu ogé merhatikeun interaksi fisik anu dipikanyaho. Hasilna mangrupa struktur matematik kompléks dalapan diménsi 248 titik. Unggal titik ieu ngagambarkeun partikel mibanda sipat béda. Aya grup partikel dina diagram nu mibanda sipat nu tangtu "leungit". Sahenteuna sababaraha "hilang" ieu sacara téoritis aya hubunganana sareng gravitasi, ngaitkeun jurang antara mékanika kuantum sareng rélativitas umum.

4. Téori Visualisasi E8

Janten fisikawan kedah damel pikeun ngeusian "stop kontak Fox". Lamun sukses, naon anu bakal kajadian? Loba sarcastically ngajawab yén euweuh husus. Ngan gambar geulis bakal réngsé. Konstruksi ieu tiasa berharga dina rasa ieu, sabab nunjukkeun ka urang naon akibat nyata pikeun ngalengkepan "téori ngeunaan sadayana". Panginten teu pati penting dina harti praktis.