Hvað ef... við leysum grundvallarvandamál í eðlisfræði. Allt bíður eftir kenningu sem ekkert getur komið úr

Hvað mun gefa okkur svar við leyndardómum eins og hulduefni og dimma orku, leyndardómi upphafs alheimsins, eðli þyngdaraflsins, kostur efnis fram yfir andefni, stefnu tímans, sameining þyngdaraflsins við önnur líkamleg samskipti , hin mikla sameiningu náttúruafla í eitt grundvallaratriði, allt að svokallaðri kenningu um allt ?

Að sögn Einsteins og margir aðrir framúrskarandi nútíma eðlisfræðingar, markmið eðlisfræðinnar er einmitt að búa til kenningu um allt (sjónvarp). Hugmyndin um slíka kenningu er þó ekki ótvíræð. Þekktur sem kenningin um allt, ToE er tilgáta eðlisfræðikenning sem lýsir stöðugt öllu líkamleg fyrirbæri og gerir þér kleift að spá fyrir um niðurstöðu hvers kyns tilraunar. Nú á dögum er þessi setning almennt notuð til að lýsa kenningum sem reyna að tengjast almenn afstæðiskenning. Hingað til hefur engin þessara kenninga fengið staðfestingu á tilraunum.

Sem stendur er fullkomnasta kenningin sem segist vera TW byggð á hólógrafísku meginreglunni. 11-víddar M-kenning. Hún hefur ekki enn verið þróuð og er af mörgum talin vera þróunarstefna frekar en raunveruleg kenning.

Margir vísindamenn efast um að eitthvað eins og "kenning um allt" sé jafnvel möguleg, og í grundvallaratriðum, byggt á rökfræði. setning Kurts Gödels segir að sérhvert nægilega flókið rökfræðilegt kerfi sé annað hvort innbyrðis ósamræmi (það er hægt að sanna setningu og mótsögn hennar í henni) eða ófullkomin (það eru til léttvægar setningar sem ekki er hægt að sanna). Stanley Jackie sagði árið 1966 að TW hlyti að vera flókin og heildstæð stærðfræðikenning, svo hún verður óhjákvæmilega ófullnægjandi.

Það er sérstakur, frumlegur og tilfinningaríkur vegur kenningarinnar um allt. hólógrafísk tilgáta (1), að flytja verkefnið yfir í aðeins aðra áætlun. Eðlisfræði svarthola virðist benda til þess að alheimurinn okkar sé ekki það sem skynfærin segja okkur. Veruleikinn sem umlykur okkur getur verið heilmynd, þ.e. vörpun á tvívíðu plani. Þetta á líka við um sjálfa setningu Gödels. En leysir slík kenning um allt einhver vandamál, gerir hún okkur kleift að takast á við áskoranir siðmenningarinnar?

Lýstu alheiminum. En hvað er alheimurinn?

Við höfum nú tvær yfirgripsmiklar kenningar sem útskýra næstum öll eðlisfræðileg fyrirbæri: Kenning Einsteins um þyngdarafl (almenn afstæðiskenning) i. Sú fyrsta útskýrir vel hreyfingu stórfyrirtækja, frá fótbolta til vetrarbrauta. hann er mjög fróður um frumeindir og subatomic agnir. Vandamálið er það þessar tvær kenningar lýsa heiminum okkar á gjörólíkan hátt. Í skammtafræði gerast atburðir á föstum bakgrunni. rúm-tíma – á meðan w er sveigjanlegt. Hvernig mun skammtafræðin um bogið rúm-tíma líta út? Við vitum ekki.

Fyrstu tilraunir til að búa til sameinaða kenningu um allt birtust skömmu eftir útgáfuna almenn afstæðiskenningáður en við skiljum grundvallarlögmálin sem stjórna kjarnorkuherjum. Þessi hugtök, þekkt sem Kaluzi-Klein kenningin, leitaðist við að sameina þyngdarafl og rafsegulmagn.

Í áratugi, strengjafræði, sem táknar efni sem samsett úr litlir titrandi strengir eða orkulykkju, er talinn bestur til að búa til sameinuð eðlisfræðikenning. Hins vegar kjósa sumir eðlisfræðingar kþyngdarafl með snúrulykkjaþar sem geimurinn sjálft er gerður úr örsmáum lykkjum. Hins vegar hefur hvorki strengjafræði né lykkjuskammtaþyngd verið prófuð með tilraunum.

Stór sameinuð kenningar (GUTs), sem sameina skammtalitningafræði og kenninguna um rafveik samskipti, tákna sterka, veikburða og rafsegulfræðilega víxlverkun sem birtingarmynd einnar víxlverkunar. Hins vegar hefur engin af fyrri stóru sameinuðu kenningunum fengið staðfestingu á tilraunum. Sameiginlegt einkenni hinnar stóru sameinuðu kenningu er spá um rotnun róteindarinnar. Ekki hefur enn verið fylgst með þessu ferli. Af þessu leiðir að líftími róteindar verður að vera að minnsta kosti 1032 ár.

1968 staðallíkanið sameinaði sterka, veika og rafsegulkrafta undir einni yfirgripsmikilli regnhlíf. Allar agnir og víxlverkanir þeirra hafa verið skoðaðar og margar nýjar spár hafa verið gerðar, þar á meðal ein stór sameiningarspá. Við mikla orku, af stærðargráðunni 100 GeV (orkan sem þarf til að hraða einni rafeind upp í 100 milljarða volta), verður samhverfan sem sameinar rafsegul- og veika krafta endurheimt.

Spáð var tilvist nýrra og með uppgötvun W- og Z-bósónanna árið 1983 voru þessar spár staðfestar. Fjórar aðalsveitirnar voru minnkaðar í þrjár. Hugmyndin á bak við sameininguna er sú að allir þrír kraftar staðallíkansins, og jafnvel hærri þyngdarorka, séu sameinuð í eitt mannvirki.

2. Langrange jafnan sem lýsir staðlaða líkaninu, skipt í fimm þætti.

Sumir hafa stungið upp á því að við enn meiri orku, kannski um Planck mælikvarði, þyngdarafl mun einnig sameinast. Þetta er ein helsta hvatning strengjafræðinnar. Það sem er mjög áhugavert við þessar hugmyndir er að ef við viljum sameiningu verðum við að endurheimta samhverfu við hærri orku. Og ef þau eru nú brotin leiðir það til einhvers sjáanlegs, nýrra agna og nýrra samskipta.

Lagrangían af staðallíkaninu er eina jöfnan sem lýsir ögnum i áhrif staðallíkans (2). Það samanstendur af fimm sjálfstæðum hlutum: um glúón á svæði 1 í jöfnunni, veik bósón í hlutanum sem er merkt með tveimur, merkt með þremur, er stærðfræðileg lýsing á því hvernig efni hefur samskipti við veika kraftinn og Higgs sviðið, draugaagnir sem draga frá umfram Higgs-reitinn í hlutum þess fjórða, og andarnir sem lýst er undir fimm Fadeev-Popovsem hafa áhrif á offramboð veiku samspilsins. Ekki er tekið tillit til fjölda nifteinda.

Þó Venjulegt líkan við getum skrifað það sem eina jöfnu, það er í raun ekki einsleit heild í þeim skilningi að það eru margar aðskildar, sjálfstæðar tjáningar sem stjórna hinum ýmsu hlutum alheimsins. Aðskildir hlutar staðlaða líkansins hafa ekki samskipti sín á milli, vegna þess að litahleðslan hefur ekki áhrif á rafsegulfræðileg og veik víxlverkun, og spurningum er enn ósvarað hvers vegna víxlverkun sem ætti að eiga sér stað, td CP-brot í sterkum samskiptum, virka ekki. fara fram.

Þegar samhverfurnar eru endurheimtar (í hámarki möguleikans) á sér stað sameining. Hins vegar er samhverfan sem brotnar neðst í samræmi við alheiminn sem við höfum í dag, ásamt nýjum tegundum massamikilla agna. Svo hvað „úr öllu“ ætti þessi kenning að vera? Sú sem er, þ.e. raunverulegur ósamhverfur alheimur, eða einn og samhverfur, en á endanum ekki sá sem við erum að fást við.

The villandi fegurð "heill" módel

Lars English, í The No Theory of Everything, heldur því fram að það sé engin ein regla sem gæti sameina almenna afstæðiskenningu og skammtafræðivegna þess að það sem er satt á skammtastigi er ekki endilega satt á þyngdarstigi. Og því stærra og flóknara sem kerfið er, því meira er það frábrugðið þáttum þess. „Málið er ekki að þessar þyngdarreglur stangist á við skammtafræði, heldur að ekki er hægt að leiða þær úr skammtaeðlisfræði,“ skrifar hann.

Öll vísindi, viljandi eða ekki, byggja á forsendum tilvistar þeirra. hlutlæg eðlislögmálsem fela í sér gagnkvæmt samhæft safn af grundvallar líkamlegum forsendum sem lýsa hegðun efnislegs alheims og alls þess sem í honum er. Auðvitað felur slík kenning ekki í sér fullkomna útskýringu eða lýsingu á öllu sem er til, en líklegast lýsir hún tæmandi öllum sannanlegum eðlisfræðilegum ferlum. Rökfræðilega séð væri einn af ávinningnum af slíkum skilningi á TW að hætta tilraunum þar sem kenningin spáir fyrir um neikvæðar niðurstöður.

Flestir eðlisfræðingar verða að hætta að rannsaka og lifa af kennslu, ekki að rannsaka. Hins vegar er almenningi líklega sama um hvort hægt sé að útskýra þyngdarkraftinn út frá sveigju rúmtímans.

Auðvitað er annar möguleiki - alheimurinn mun einfaldlega ekki sameinast. Samhverfurnar sem við höfum komist að eru einfaldlega okkar eigin stærðfræðilegar uppfinningar og lýsa ekki efnislegum alheimi.

Í áberandi grein fyrir Nautil.Us, mat Sabina Hossenfelder (3), vísindamaður við Frankfurt Institute for Advanced Study, að „allur hugmyndin um kenningu um allt byggist á óvísindalegri forsendu.“ „Þetta er ekki besta aðferðin til að þróa vísindakenningar. (...) Að treysta á fegurð í þróun kenninga hefur í gegnum tíðina virkað illa.“ Að hennar mati er engin ástæða til að náttúrunni sé lýst með kenningu um allt. Þó að við þurfum skammtafræði um þyngdarafl til að forðast rökrænt ósamræmi í lögmálum náttúrunnar, þurfa kraftar í staðallíkaninu ekki að vera sameinaðir og þurfa ekki að vera sameinaðir þyngdaraflinu. Það væri gaman, já, en það er óþarfi. Staðlað líkan virkar vel án sameiningar, leggur rannsakandi áherslu á. Náttúrunni er greinilega alveg sama hvað eðlisfræðingum finnst falleg stærðfræði, segir frú Hossenfelder reið. Í eðlisfræði eru byltingar í fræðilegri þróun tengd við lausn á stærðfræðilegu ósamræmi, en ekki fallegum og "kláruðum" módelum.

Þrátt fyrir þessar edrú áminningar eru stöðugt settar fram nýjar tillögur að kenningu um allt, eins og Garrett Lisi, The Exceptionally Simple Theory of Everything, sem kom út árið 2007. Það hefur þann eiginleika að Prof. Hossenfelder er fallegur og hægt er að sýna hann fallega með aðlaðandi myndum (4). Þessi kenning, sem kallast E8, heldur því fram að lykillinn að skilningi alheimsins sé stærðfræðilegur hlutur í formi samhverfs rósettu.

Lisi bjó til þessa uppbyggingu með því að teikna grunnagnir á línurit sem tekur einnig tillit til þekktra eðlisfræðilegra samskipta. Niðurstaðan er flókin áttavídd stærðfræðileg uppbygging 248 punkta. Hver þessara punkta táknar agnir með mismunandi eiginleika. Það er hópur agna í skýringarmyndinni með ákveðna eiginleika sem "vantar". Að minnsta kosti sumt af þessu sem "vantar" hefur fræðilega eitthvað með þyngdarafl að gera, sem brúar bilið milli skammtafræði og almennrar afstæðiskenningar.

4. Sjónræn kenning E8

Svo eðlisfræðingar verða að vinna til að fylla "Fox falsið". Ef það tekst, hvað mun gerast? Margir svara því kaldhæðnislega að ekkert sérstakt. Bara falleg mynd væri búin. Þessi smíði getur verið dýrmæt í þessum skilningi þar sem hún sýnir okkur hverjar raunverulegar afleiðingar þess að klára „kenningu um allt“ yrðu. Kannski ómerkilegt í hagnýtum skilningi.