Pendek:
- mengapa fizik moden telah menemui jalan buntu.
- bahawa Einstein dan Hawking tidak mempunyai masa untuk meneroka.
- bagaimana menggabungkan mekanik kuantum dan relativiti am.
Dengan bantuan Internet, anda dapat mempelajari segalanya - dari reka bentuk mesin pembakaran dalaman hingga kepantasan pengembangan Alam Semesta. Tetapi ada persoalan, jawapan yang tidak diketahui oleh Google bukan sahaja, tetapi juga saintis terhebat pada zaman kita.
Sekiranya anda tiba-tiba cukup bernasib baik untuk bercakap dengan pemenang Hadiah Nobel terkini dalam bidang fizik, jangan tanya mereka mengenai eksoplanet dan bahan gelap, mereka sudah mengatakannya beratus kali.
Lebih baik bertanya mengapa objek yang berbeza di dunia kita mematuhi undang-undang fizik yang berbeza. Contohnya, mengapa planet, bintang dan objek besar lain saling berinteraksi, mengikuti undang-undang tertentu, dan zarah pada tahap terkecil, seperti atom, hanya mematuhi mereka sendiri.
Soalan seperti itu akan membingungkan orang awam, dan orang berpendidikan, yang menjawabnya, akan memberitahu anda mengapa sains moden telah menemui jalan buntu, apakah perbezaan antara Model Standard fizik dan relativiti umum (selepas ini - GR), dan juga mengapa makna teori Higgs boson dan tali sebenarnya kes itu berlebihan.
Video promosi:
Walaupun terdapat penjelasan ini, tidak ada seorang pun, termasuk Albert Einstein yang bangkit, yang dapat menjelaskan kepada anda tentang perbezaan fenomena fizikal di peringkat mikro dan makro. Sekiranya anda sendiri dapat menyelesaikan masalah ini - tahniah, anda adalah pengarang pertama teori segalanya, otak terhebat dalam sejarah umat manusia, pemenang semua anugerah yang mungkin dan bapa (atau ibu) fizik baru.
Tetapi, sebelum menyampaikan kepada dunia penemuan revolusioner, lebih baik memahami apa artinya teori segalanya, soalan apa yang harus dijawabnya, dan siapa yang paling dekat dengan penemuannya.
Teori segalanya adalah gabungan dua konsep fizik moden yang paling terkenal - relativiti umum Albert Einstein dan mekanik kuantum. Teori pertama menerangkan segala yang mengelilingi kita dalam bentuk ruang-waktu, serta interaksi semua objek di Alam Semesta dengan hanya menggunakan graviti. Mekanika kuantum, pada gilirannya, menerangkan interaksi zarah unsur menggunakan tiga petunjuk sekaligus - elektromagnetik, dan interaksi nuklear kuat / lemah.
Oleh itu, ia membincangkan mengenai graviti dan objek besar seperti planet dan bintang, dan mekanik kuantum bercakap mengenai zarah unsur dan interaksi nuklear elektromagnetik dan lemah / kuatnya. Kami akan kembali ke sini sedikit kemudian.
Pewaris Newton
Buat pertama kalinya, relativiti umum disuarakan oleh Albert Einstein. Pada masa itu, seorang pekerja muda Pejabat Paten Austria melengkapkan teori graviti klasik Newton dan menerangkan semua perkara yang tidak diketahui di dalamnya. Khususnya, berkat penemuan ini, orang mengetahui apa sebenarnya graviti, dan bagaimana ia menentukan interaksi bukan sahaja antara epal dan Bumi, tetapi juga antara Matahari dan semua planet dalam sistem suria.
Einstein mencadangkan bahawa ruang dan waktu saling berkaitan dan membentuk satu kontinum ruang-waktu - asas untuk munculnya daya graviti semua objek. Tidak seperti teori Newton, kontinum ini (atau ruang-waktu) fleksibel dan dapat mengubah bentuknya bergantung pada jisim objek dan, dengan itu, tenaganya.
Dugaan Einstein hanya disahkan dalam praktik beberapa tahun yang lalu, ketika mereka melihat bagaimana cahaya - dan, dengan demikian, ruang-waktu - membengkok, melewati objek besar - Matahari - kerana pengaruh graviti. Walaupun tanpa bukti ini, relativiti umum telah lama menjadi asas bagi fizik moden, dan setakat ini tidak ada yang dapat memberikan penjelasan yang lebih berasas mengenai graviti badan dan bidang di angkasa.
Walaupun begitu, ruang-waktu itu sendiri masih kurang difahami, dan para saintis tidak tahu bagaimana ia terbentuk dan dari mana ia terdiri. Jawapan untuk soalan-soalan ini baru mula dicari dalam mekanika kuantum - cabang teori fizik yang menerangkan sifat fenomena fizikal pada tahap molekul, atom, elektron, foton dan partikel kecil lain.
Mekanik kuantum
Menurut teori Einstein, benar-benar semua objek di Alam Semesta harus tunduk pada graviti. Tetapi, serentak dengan penemuan relativiti umum, saintis lain menyiasat bagaimana objek berinteraksi pada tahap subatomik.
Ternyata graviti pada skala sedemikian sama sekali tidak berguna. Sebaliknya, interaksi nuklear elektromagnetik dan lemah / kuat menjadi sangat menentukan. Dengan bantuan daya ini, zarah terkecil saling berinteraksi - foton, gluon dan boson.
Tetapi, para saintis masih tidak tahu dengan prinsip apa zarah-zarah ini berinteraksi, kerana zat ini mempunyai ketumpatan tenaga yang sangat tinggi, dan masih tidak memikat diri dengan graviti. Oleh itu - fenomena yang tidak dapat dijelaskan seperti dualisme gelombang-korpus (manifestasi sifat gelombang oleh zarah), serta kesan pemerhati dengan hasilnya dalam bentuk kucing Schrodinger yang hidup dan mati.
Oleh kerana itu, dua dunia fizik bertabrakan dengan dahi mereka - Einstein, di mana semua objek mempunyai sifat tertentu, memikat diri dengan graviti, dapat digambarkan dan dapat diramalkan, dan kuantum, di mana kemarahan kehidupan yang sama sekali berbeza, tidak dapat diramalkan, di mana semuanya sentiasa berubah dan meratakan konsep ruang - masa seperti itu.
Apa yang perlu dilakukan untuk menyatukan dua dunia ini? Kami bercakap mengenai graviti dalam relativiti umum dan mengenai interaksi nuklear elektromagnetik, kuat / lemah dalam Model Fizik Standard. Jadi, graviti hampir sempurna, ia membolehkan kita memahami hampir semua perkara yang mengelilingi kita, tetapi tidak mengambil kira tingkah laku zarah yang sangat tidak dapat dijelaskan pada tahap terkecil. Interaksi nuklear elektromagnetik dan kuat / lemah adalah bahagian alternatif fizik yang menyembunyikan penemuan baru dan mewakili takungan besar untuk penyelidikan, tetapi tidak mengambil kira undang-undang graviti relativiti umum.
Tahap terakhir dalam penyelidikan dan kehidupan Albert Einstein adalah penciptaan teori gravitasi kuantum, yang akan memungkinkan menyatukan semua kemungkinan interaksi objek pada tahap makro dan mikro, dan juga menjelaskan mengapa mereka berperilaku berbeza. Einstein tidak pernah dapat mencari jawapan untuk soalan-soalan ini, dan setelahnya kemungkinan penyatuan relativiti umum dan mekanik kuantum mula disebut teori segalanya.
Teori segalanya
Dalam pencarian teori segalanya, saintis telah menyelidiki beberapa objek yang paling tidak biasa di alam semesta - lubang hitam. Mereka sangat berat sehingga mereka memikat diri ke graviti, dan begitu dimampatkan sehingga kesan kuantum dapat dilihat secara teoritis ketika jatuh ke lubang hitam. Tetapi, sayangnya, sejauh ini, selain dari radiasi Hawking, yang bertentangan dengan mekanik kuantum, dan foto cakrawala peristiwa baru-baru ini, lubang hitam sedikit sebanyak membantu sains moden. Walaupun wujud, menjangkau mereka adalah tugas yang hampir mustahil bagi manusia.
Mereka mula mencari teori segala sesuatu di Bumi menggunakan pelbagai eksperimen pemikiran dan sifat mekanik kuantum dan relativiti umum, yang berpotensi saling melengkapi.
Hari ini, mungkin teori yang paling popular dan paling hampir dengan versi kebenaran adalah teori rentetan. Ia mengatakan bahawa mana-mana zarah adalah rentetan satu dimensi yang bergetar dalam realiti 11 dimensi, dan, bergantung pada getaran ini, jisim dan muatannya ditentukan.
Antara lain, sifat utama tali ialah ia dapat memindahkan graviti pada tahap kuantum. Sekiranya teori seperti itu ditegaskan dalam praktik, rentetan dapat menjadi langkah pertama menuju penyatuan mekanik kuantum dengan relativiti umum. Tetapi, sayangnya, setakat ini tidak ada yang dapat membuktikannya dan menyatakan bahawa tali itu adalah pembawa graviti pada tahap subatomik. Sama seperti boson Higgs yang baru ditemui tidak menjadi graviton yang diinginkan.
Ya, kita masih tidak tahu dari mana jisim banyak zarah unsur berasal dan berdasarkan prinsip apa mereka berinteraksi antara satu sama lain, tetapi ini tidak menghalang ahli fizik moden daripada mengusulkan "teori segalanya" yang lebih baru.
Baru-baru ini, misalnya, ahli fizik dari China, Jerman dan Kanada menguji teori Wojciech Zurek mengenai Darwinisme kuantum, yang kononnya menerangkan bagaimana zarah kuantum meninggalkan jejak mereka dalam makrokosmos yang ada pada kita. Tetapi walaupun dalam kes pengesahan penemuan zarah di dua keadaan pada masa yang sama, ini hanya pengesahan interaksi mekanik kuantum relativiti umum, dan sama sekali tidak menjelaskannya.
Seorang lagi ahli fizik teori Amerika dari University of Maryland, Brian Swingle, berjanji untuk menggambarkan sifat kemunculan ruang-waktu dan memutuskan bahawa keterlibatan kuantum dapat membentuk kontinum Einstein. Swingle mencadangkan bahawa struktur empat dimensi ruang-masa (panjang, lebar, kedalaman, dan waktu) dapat dikodkan dalam fizik kuantum tiga dimensi (dengan dimensi yang sama, hanya tanpa masa). Menurut ahli fizik, graviti dan relativiti umum harus dijelaskan melalui sifat mekanik kuantum, dan bukan sebaliknya, yang menjadikan eksperimen ini agak bertentangan.
Terdapat berpuluh-puluh teori yang kompleks dan beralasan yang serupa, tetapi tidak ada yang boleh disebut teori segalanya. Mungkin ini baik, kerana manusia telah berusaha memahami bagaimana atom dan bintang hanya berinteraksi sejak abad yang lalu, dan Alam Semesta telah wujud selama hampir 14 bilion tahun.
Penyelidik moden yang paling terkenal mengenai teori segalanya - Stephen Hawking - pada akhir hayatnya membuat kesimpulan bahawa ia tidak dapat dijumpai. Tetapi, ini tidak menjadi kekecewaan baginya, tetapi, seperti yang kemudian dia katakan, sebaliknya, mengarah pada pemahaman bahwa seseorang akan terus berkembang: "Sekarang saya gembira bahawa pencarian pemahaman kita tidak akan pernah berakhir, dan bahawa kita akan selalu mengalami penemuan baru … Tanpa ini, kita akan berhenti."
