Allir bíða eftir sinni kenningu

Í The Hitchhiker's Guide to the Galaxy var Deep Thought ofurtölvan (1) spurð „stórrar spurningar“. Eftir sjö og hálfa milljón ára flókna útreikninga gaf hann svarið varðandi lífið, alheiminn og allt hitt. "42" var skrifað á það.

Í ágúst Nature birti eðlisfræðingurinn Mostafa Ahmadi grein með liðsfélögum sínum um rannsókn sína, sem sýndi að losunarlína andvetnisatóma er sú sama og vetnis í 21 cm fjarlægð. Þannig að samanlagt eru öldurnar sem gefin eru frá vetni og andvetni hafa lengd 42 cm!

Upphrópunarmerkið leikur hér frekar fyndið hlutverk. Hins vegar er ofangreind „sambandsröð“ ekki ýkja fjarri sumri þeirri hugsun sem á sér stað á sviði nútíma eðlisfræði. Vísindamenn hafa lengi velt því fyrir sér hvort mynstrin og aðlögunin sem við skynjum í alheiminum séu ekki bara ferli í huga okkar og ekki spegilmynd af neinum hlutlægum fyrirbærum. Frá ákveðnu sjónarhorni gætu allir alheimar hafa orðið til að ástæðulausu. Við fundum okkur í einu þeirra, steinsteyptri, þar sem ýmsum fíngerðum skilyrðum var fullnægt fyrir útliti manns í henni. Við köllum hann o. mannlífsheimur (2), það er, einn þar sem allt beinist að tilkomu lífsins eins og við þekkjum það.

Óskað eftir í áratugi Kenningin um allt það getur líka verið talan "42", sem mun koma út frá niðurstöðum athugana, tilrauna, útreikninga, ályktana - og í raun munt þú ekki vita hvað þú átt að gera við það.

Rétt eins og þú veist ekki hvað þú átt að gera við Venjulegt líkan. Það er frábært lýsandi tól fyrir nútíma eðlisfræði. Vandamálið er hins vegar að ég er ekki að gefast upp á honum ennþá, hvað þá orku. Og spurningin um hið ímyndaða jafnvægi efnis og andefnis í alheiminum veldur næstum öllum áhyggjum. Margir eðlisfræðingar viðurkenna rólega að hinn sanni tilgangur tilrauna á hinum fræga LHC Hadron Collider og öðrum miðstöðvum af þessari gerð er ekki svo mikið að staðfesta þetta líkan, heldur að ... grafa undan því! Þá held ég að vísindin myndu halda áfram og sigrast á núverandi öngþveiti.

Örugglega, The Theory of Everything er tilgáta eðlisfræðileg kenning sem lýsir á heildstæðan hátt öllum líkamlegum fyrirbærum og gerir manni kleift að spá fyrir um niðurstöðu hvers kyns líkamlegrar reynslu.

Hugtakið er nú almennt notað til að lýsa bráðabirgðahugtökum, en hingað til hefur engin þessara hugmynda verið sannreynd með tilraunum. Helsta vandamálið reyndist vera óyfirstíganlegur munur á mótun beggja kenninganna. Einnig eru mörg vandamál sem engin þessara kenninga leysir, þannig að jafnvel þótt þú bætir þeim saman þá gefa þau þér ekki kenningu um allt.

Þreytandi sameining

Fyrsta nútímalega mátun í eðlisfræði, Þyngdarlíkan Newtons, hafði nokkra galla. Tæpum tveimur öldum síðar ákváðu Skotar að líta ætti á rafmagn og segulmagn sem gagnkvæm kraftsvið. Þetta má líta á sem bylgju þar sem toppurinn skapar rafsvið, sem aftur myndar segulsvið með sveiflu sinni, sem aftur skapar rafsvið.

Samtvinna rafmagns og segulmagns var ódauðleg af skoska eðlisfræðingnum með hjálp fjögurra frægra jöfnna. Þannig voru báðir kraftarnir sameinaðir í eitt, þ.e. rafsegulmagn. Það má heldur ekki gleyma því að við þetta tækifæri gerði Maxwell aðra uppgötvun, þökk sé ljósinu að lokum skilgreint sem rafsegulbylgja. Hér var þó um verulegt vandamál að ræða, sem þá var ekki sinnt. Ljóshraði, þ.e. útbreiðsla þessarar rafsegulbylgju er ekki háð hraðanum sem uppspretta geislunar hennar hreyfist með, sem þýðir að þessi hraði helst sá sami fyrir mismunandi áhorfendur. Þannig leiðir það af jöfnum Maxwells að fyrir hlut sem hreyfist á hraða nálægt hraða ljósbylgju þarf tíminn að hægja á sér.

Hefðbundin eðlisfræði Isaac Newton var ekki mjög sátt við þessar opinberanir. Skapari dýnamíkarinnar gerði ekki ráð fyrir að tíminn ætti að hafa neina merkingu - hann ætti að vera óbreyttur og jafn fyrir alla. Maxwell tók fyrsta litla skrefið til að ögra þessari trú, en það sem þurfti var mynd sem ögrar á róttækan hátt og sýnir fram á að þyngdarafl og ljós eru til á aðeins öðrum grunni en áður var talið. karakter eins Albert Einstein.

Á þessum bjartsýnu tímum virtist The Theory of Everything vera framlenging og alhæfing á jöfnum Maxwells. Gert var ráð fyrir að það væri ein glæsileg formúla sem myndi passa við alla eðlisfræði alheimsins að viðbættum öðrum þekktum víxlverkunum.

Hugmynd Einsteins um tengingu tíma og rúms, orku og efnis við hvert annað var byltingarkennd. Eftir að sérstök og síðan almenn afstæðiskenning var tilkynnt ákvað snillingurinn að það væri kominn tími til að finna kenninguna um allt, sem hann taldi vera innan seilingar. Einstein var viss um að hann væri nálægt takmarki sínu og það var nóg að finna leið til að sameina afstæðiskenningu sína og rafsegulfræði Maxwells til að draga fram formúlu sem útskýrir alla ferla sem eru áhugaverðir fyrir eðlisfræðinga.

Því miður, næstum strax eftir mesta velgengni Einsteins, birtist nýtt svið eðlisfræði - skammtafræði. Eða kannski „sem betur fer“, því án þess að taka tillit til fyrirbæra örheima frumkorna sem lýst er af henni, væri tilgátakenning Einsteins ekki kenningin um allt. En hlutir sem í fyrstu virtust nógu einfaldir fóru að verða flóknari.

Að lokum, með báðar kenningar í huga, fóru eðlisfræðingar, ekki bara Einstein, til að sameinast. Einn af þeim fyrstu eftir verk Einsteins var Kaluzi-Klein kenningin  lagt til árið 1919 Theodóra Caluzen og breytt árið 1926. Óskar Klein. Hún sameinaði afstæðiskenninguna við rafsegulfræði Maxwells og stækkaði fjórvítt rúm-tíma með tilgátu til viðbótar. fimmta vídd. Það var fyrsta almenna þekkta kenningin sem byggði á nýju hugtakinu ofrými.

Eins og næsta kynslóð eðlisfræðinga sýndi, er atómið hreyft af áður óþekktum kraftum öðrum en þyngdarafl eða rafsegulmagni. Sá fyrsti var sterk samskipti, sem sér um að halda róteindum og nifteindum inni í atómkjarnanum. Annað - veikt samspil, sem veldur rotnun atómsins og tengdri geislavirkni þess.

Hugmyndin um sameiningu birtist aftur. Hins vegar, í þetta skiptið, til að vonast eftir endanlega kenningu, var nauðsynlegt að sameina ekki tvo, heldur fjóra krafta sem stjórna öllu sem umlykur okkur. Þó mannkynið hafi lært að nýta möguleika frumeindarinnar hefur það fjarlægst eðli allra hluta. Eðlisfræðingar byrjuðu að byggja rannsóknaraðstöðu til að rekast á frumeindir hver við aðra. Hröðunartilraunir sýndu fljótt að það sem við kölluðum grunnagnir var hægt að brjóta niður í smærri hluta. Þannig var allur „ZOO“ gefinn út subatomic agnir, og vísindamenn fóru að velta fyrir sér hver er grunnbygging efnisins.

Árum síðar birtist annar snillingur Richard Feynman. Hann dró upp nýja kenningu - skammtafræði (QED). Þetta snerist um víxlverkun ljóseind ​​við subatomískar agnir, sérstaklega við rafeind.

þá Abdus Salam og Steven Weinberg tókst ekki að útskýra veiku áhrifin. Vísindamenn hafa spáð fyrir um tilvist allt að þriggja agna sem bera ábyrgð á þessari tegund krafts: W (+), W (-) og Z (0). Þeir tóku eftir því að við nógu mikla orku hegða þessar agnir sér á sama hátt.

Vísindamenn fylgdust með högginu og meðhöndluðu rafeindir og nitrinó á sama hátt - sem tvær hliðar á sama peningnum. Á þessum grunni er því spáð að á fyrstu augnablikum Miklahvells, þ.e. tími mikillar orkustyrks, veikrar víxlverkunar og rafsegulmagns sameinuðust (3). Þetta var fyrsti byltingarkennda samruninn síðan James Maxwell. Salam og Weinberg greindust rafveik samskipti.

3. Skýring á sameiginlegum uppruna allra samskipta

Þessar uppgötvanir gáfu eðlisfræðingum orku til að vinna með sterka kraftinum. Þar sem ljóseindir bera rafsegulverkunina og agnirnar W(+), W(-) og Z(0) eru veikar, þá hljóta á hliðstæðan hátt að vera einhverjar agnir sem bera ábyrgð á sterku víxlverkuninni. Þessar agnir, sem búa til róteindir og nifteindir úr kvarkum, voru kallaðar lofið mér. Nafnið kemur frá því að glúónar virka sem lím fyrir subatomic agnir.

Nú á dögum er næstum til skiptis við Theory of Everything hugtakið nefnt stóra sameinaða kenningin, einnig þekkt sem GUT (). Hins vegar er það frekar hópur kenninga sem reynir að sameina skammtalitningafræði (sterk víxlverkun) og kenninguna um rafveik víxlverkun.

Þeir lýsa sterkum, veikum og rafsegulfræðilegum víxlverkunum sem birtingarmynd einnar víxlverkunar. Hins vegar hefur engin af núverandi stóru sameinuðu kenningum fengið staðfestingu á tilraunum. Þær benda á nýja samhverfu milli frumeinda, sem gerir okkur kleift að túlka þær sem mismunandi birtingarmyndir einnar ögn. Flestar kenningar setja fram tilvist nýrra agna (ekki enn uppgötvaðar), til dæmis, og ný ferla sem eiga sér stað með þátttöku þeirra. Sameiginlegt einkenni hinnar stóru sameinuðu kenningu er spá um rotnun róteindarinnar. Hins vegar hefur ekki verið fylgst með þessu ferli enn. Af þessu leiðir að líftími róteindar verður að vera að minnsta kosti 10³² latur.

Alvarlegasta vandamálið er enn sameining almennrar afstæðiskenningar sem lýsir þyngdaraflinu á stórstigi, z, sem lýsir grundvallarsamskiptum á undiratomísku stigi. Hingað til hefur ekki verið hægt að smíða fullkomlega virka samhangandi kenningu. skammtaþyngdaraflsem myndi spá fyrir um ný fyrirbæri sem hægt væri að prófa með tilraunum.

Þrátt fyrir þá óneitanlega byltingu sem varð af sameiningu hinna veiku, sterku og rafsegulmagnsins, glímir staðallíkanið, sem inniheldur sameiningu sem lýst er hér að ofan, enn við eins konar óþægilega hnignun eftir Newton og Einstein. Og þyngdaraflið er ekki eina vandamálið hans...

Sinfónía lék aldrei

Staðlaða líkanið tekur saman núverandi þekkingu okkar á eðlisfræði agna. Það hefur verið prófað í mörgum tilraunum og reynst vel við að spá fyrir um tilvist áður óþekktra agna. Hins vegar gefur hún ekki eina lýsingu á öllum grundvallarkraftum, þar sem enn er erfitt að búa til þyngdaraflskenningu svipaða kenningu um aðra krafta. Og jafnvel bætt við frv. Higgs ögn Það gerir lítið til að útskýra hina miklu leyndardóma nútímans um myrka orku, þyngdarafl, ósamhverfu efnis og andefnis og jafnvel nifteindasveiflur.

Þar til nýlega voru vonir bundnar við að hægt væri að þróa staðlaða líkanið á skapandi hátt í þá átt ofursamhverfu (SUSY), sem spáir því að sérhver frumeindi sem við vitum hafi samhverfan maka - svokallaða s-ögn (4). Þetta tvöfaldar heildarfjölda byggingareininga efnis, en kenningin passar fullkomlega inn í stærðfræðilegu jöfnurnar og, sem er mikilvægt, býður upp á tækifæri til að afhjúpa leyndardóm alheims myrkra efnis. Það var aðeins eftir að bíða eftir niðurstöðum tilrauna á Large Hadron Collider, sem mun staðfesta tilvist ofursamhverfa agna. Því miður hafa vísindamenn ekki enn fundist og þar af leiðandi er SUSY enn undir stóru spurningarmerki.

4. Grunn- og samhverfar agnir

Hingað til hefur almennt verið talið að helsti, eða í raun eini alvarlegi frambjóðandinn fyrir kenninguna um allt, sé kenningin, eða réttara sagt, strengjakenningin. Grunnforsenda hér er tilvist grundvallarhluts, sem er einvídd "strengur" - opinn (með lausa enda) eða lokaður (ef endarnir eru tengdir). Slíkur strengur getur sveiflast og þessar sveiflur af ýmsu tagi mynda, í skammtafræðilegum skilningi þess orðs, frumefniseindir sem við þekkjum úr staðlaða líkaninu (ljóseindir, rafeindir, kvarkar, þyngdarpunktar o.s.frv.). Til dæmis, einfaldasta titringur opins strengs hagar sér eins og ljóseindir eða glúónar. Einfaldasti titringur lokaðra strengja hefur eiginleika eins og þyngdarafl, sem væri stærð þyngdarsviðsins, sem myndar helstu hluti í skammtafræði þyngdaraflsins.

Minnkun minnstu agnanna sem við vitum fyrir titringi strengja er hin áformaða stóra sameining og bein leið að kenningunni um allt. Þess vegna eru miklar vinsældir strengjafræðinnar. Hins vegar þarf að prófa hugtökin í samræmi við kröfur vísindanna, helst með tilraunum. Og hér lýkur sjarma strengjasinfóníunnar strax, því enginn hefur fundið upp á sýnilegri aðferð til reynslusannprófunar. Strengjasmíðin hefur með öðrum orðum aldrei verið leikin á alvöru hljóðfæri.

Þetta dregur ekki úr fræðimönnum sem hafa ákveðið að halda áfram að taka upp nótur þessarar aldrei endurgerðu strengjatónlistar og leita að nýjum tónum og hljóðum í stærðfræðilegum formúlum. Búið til þ.m.t. ofursamhverfa strengjafræði Oraz M-kenning - sem alhæfing á strengjafræði, sem krefst tilvistar elleftu víddar til viðbótar, bætt við hina tíu sem áður var spáð. Aðalhluturinn í M-kenningunni er tvívíð þind, sem minnkar niður í aðalstrenginn með því að minnka þessa aukavídd. Fræðifræðingar leggja einnig áherslu á að báðar hugmyndirnar eigi ekki að flokkast sem sjálfstæðar kenningar - þær eru í grundvallaratriðum birtingarmynd annars, almennasta hugtaksins.

Lykkjur af skammtaþyngdarafl

Ein af nýlegum tilraunum til að samræma að því er virðist ósamrýmanlegar kenningar um skammtafræði og almenna afstæðiskenningu. lykkja skammtaþyngdarafl (PGK), einnig þekkt sem lykkjaþyngdarafl eða skammtafræði. PGC er að reyna að búa til skammtafræði um þyngdarafl, þar sem rúmið sjálft er magnbundið. Hugtakið "skammtafræði" þýðir að þetta hugtak er skammtaútgáfa af klassísku kenningunni - í þessu tilviki, almennu afstæðiskenningin, sem leggur þyngdarafl að jöfnu við rúmfræði rúm-tíma (5).

Í almennu afstæðiskenningunni er hægt að líta á mæligildi og tengingar sem ákveðnar aðgerðir, skilgreindar á hvaða tímapunkti sem er í tímarúmi, sem geta tekið á sig hvaða gildi sem er hvenær sem er. Á hinn bóginn, í lykkjuþyngdarafli, eru mæligildið og tengingin ekki venjuleg „föll“, heldur fylgja ákveðnum reglum skammtafræðinnar - til dæmis geta þau ekki tekið á sig nein gildi (þau geta breyst verulega) og þú getur ekki ákvarða samtímis mæligildi og tengingu með hvaða nákvæmni sem er.

Hins vegar stendur PGK kenningin frammi fyrir verulegum áskorunum. Það er erfitt að taka inn í það, fyrir utan rúmfræðina sjálfa, það efni sem við erum samsett úr og umlykur okkur. Það er heldur ekki mjög ljóst hvernig á að fá klassísku Einstein jöfnurnar í skammtaútgáfunni með viðeigandi mörkum.

Á barmi upplausnar

Kenningin um allt er sérstök, frumleg og tilfinningarík leið hólógrafísk tilgáta, þýða vitsmunaleg vandamál á aðeins annað plan. Eðlisfræði svarthola virðist benda til þess að alheimurinn okkar sé ekki það sem skynfærin gera hann út fyrir að vera. Raunveruleikinn sem umlykur okkur getur verið heilmynd - vörpun á tvívíðu plani (6).

6. Alheimurinn sem heilmynd

Craig Hogan, prófessor. Eðlisfræðingar við Fermilab rannsóknarmiðstöðina benda til þess að margar niðurstöður tilrauna, eins og þær sem gerðar voru á LHC, bendi til þess að grunnupplausn heilmyndarinnar hafi nýlega verið náð. Þannig að ef alheimurinn er heilmynd, þá erum við kannski bara komin að mörkum raunveruleikaupplausnar. Sumir eðlisfræðingar hafa sett fram þá forvitnilegu tilgátu að tímarúmið sem við lifum í sé ekki á endanum samfellt, heldur, eins og mynd sem fengin er úr stafrænni ljósmyndun, er á grunnstigi þess byggt upp af ákveðnum „kornum“ eða „pixlum“.

Hogan smíðaði truflamæli sem heitir Hogan holometersem miðar að því að ná fram skammtaeðli rýmisins sjálfs og nærveru þess sem vísindamenn kalla "hólógrafískt hávaða". Hólómetrinn samanstendur af tveimur víxlmælum sem eru staðsettir hlið við hlið. Þeir skjóta eins kílóvatta leysigeislum á tæki sem skiptir þeim í tvo 40 metra langa hornrétta geisla sem endurkastast og snúa aftur að aðskilnaðarpunktinum og skapa sveiflur í birtu ljósgeislanna. Ef þeir valda ákveðinni hreyfingu í skiptingartækinu, þá mun þetta vera sönnun fyrir titringi rýmisins sjálfs.

Sumir telja að það sé kenningin um hólógrafíska alheiminn sem loksins geti samræmt afstæðiskenninguna við skammtafræði. Tilgátan er áfram nálægt hólógrafísku meginreglunni Alheimurinn sem uppgerðþar af er hann frægasti varnarmaðurinn Niklas Bostrum. Vísindamaðurinn bendir á að með nægilega öflugri tölvu sé hægt að búa til áreiðanlega eftirlíkingu af heilli siðmenningu eða jafnvel öllum alheiminum.

Sérfræðingar frá háskólanum í Southampton, sem vinna með kollegum í Kanada og Ítalíu, segja að það séu áþreifanlegar vísbendingar um að alheimurinn gæti verið einhvers konar blekking. Það eru nokkur geimfrávik örbylgjubakgrunnsgeislun, líka þekkt sem bakgrunnsgeislun eða CMB (). Hópur fræðilegra eðlisfræðinga frá þessum háskóla, í leit að staðfestingu á kenningunni um hólógrafískt eðli alheimsins, greindi mikið magn af gögnum og reyndi að finna ójafnvægi í bakgrunnsgeislun. Vísindamennirnir prófuðu fjölda mismunandi hólógrafískra líköna og báru saman spár þeirra við athuganir á dreifingu efnis í alheiminum mjög snemma, fengnar úr mælingum á Planck gervihnöttnum. Þannig var eytt nokkrum líkönum en önnur líkön reyndust að mestu í samræmi við athuganir.

Með öðrum orðum, rannsakendur benda til þess að það sem þeir hafa fundið staðfesti að við lifum í heilmynd, og viðurkenning á þessari staðreynd myndi leiða til sameiningar eðlisfræðinnar í ákveðna kenningu um allt. Ef þetta eðlisfræðilega líkan yrði samþykkt væri það endalok Miklahvells kenningarinnar eða hugtaka eins og verðbólgu alheimsins. Á hinn bóginn myndi það einnig útskýra, til dæmis, þversögn athugandans í skammtaeðlisfræði, það er sjónarhornið samkvæmt því að sú staðreynd að athuga fyrirbæri hefur áhrif á niðurstöðu athugunar, rétt eins og leiðin í hvaða þekktar hólógrafískar myndir sjást hefur áhrif á útlit þeirra.

Var þetta kenningin um allt sem við vildum? Erfitt að segja. Við þekkjum samt engan af þeim...

Fjölheimurinn, það er, allt missir merkingu sína

Handan alheimsins sem heilmynd og/eða eftirlíking af öðrum, dálítið grimmum brandara úr viðleitni okkar til að finna The Theory of Everything fjölheima tilgátu. Samkvæmt skammtafræði margra heima Hugh Everett III, sem hann kallar "fjölhliða túlkun skammtafræðinnar", hlýtur allt sem getur gerst að gerast í einni af greinum raunveruleikans. Fyrir Everett er hvert superposition ástand jafn raunverulegt og að veruleika í öðrum samhliða alheimi. Skammtafjölheimurinn er eins og endalaust greinótt tré.

Samkvæmt einni túlkun á skammtafræði eru alheimar í þessu rými sem eiga uppruna sinn í alheiminum okkar. Af og til verða til nýir alheimar í þessu rými. Þetta gerist alltaf þegar það er val í alheiminum - til dæmis getur tiltekin ögn farið eftir nokkrum leiðum og þá verða til jafn margir nýir alheimar og mögulegar leiðir eru til og í hverjum þeirra hreyfist sameindin eftir mismunandi leiðum. Önnur tegund fjölvers er lýst í áðurnefndri M-kenningu. Samkvæmt henni urðu alheimar okkar og aðrir til vegna árekstra himna í ellefu víðu rými. Ólíkt alheimunum í „skammtafjölheiminum“ geta þeir haft mjög mismunandi eðlisfræðilögmál.

Hugtakið fjölvers eða fjölvers leysir mörg vandamál, svo sem fullkomna stillingu, en í vísindalegum skilningi virðist það vera blindgata. Því það gerir allar spurningarnar "af hverju?" ekki mikilvægt. Þar að auki virðist rannsókn á öðrum alheimum almennt óhugsandi. Og sjálft hugtakið Kenningin um allt missir merkingu sína hér.

Styrkur í fimmta

Kannski ættum við ekki að skipta yfir í stórar, metnaðarfullar kenningar? Kannski er nóg að gefa gaum að uppgötvunum sem virðast ómerkjanlegar enn sem komið er, en hugsanlegt er að þær muni leiða til mikils árangurs?

Í ágúst síðastliðnum birtu fræðilegir eðlisfræðingar frá háskólanum í Kaliforníu í Irvine grein í tímaritinu Physical Review Letters þar sem fram kemur að til viðbótar við þyngdarafl, rafsegulsvið, veik og sterk víxlverkun er líklega önnur víxlverkun ...

Árið 2015 voru vísindamenn frá ungversku vísindaakademíunni að leita að hinum svokallaða, ímyndaða burðarmanni fimmta náttúruaflsins. Þegar litíum samsæta - 7Li - lenti í árekstri við róteindir, uppgötvuðu þeir tilvist nýs bósons (7), sem var um þrjátíu sinnum þyngri en rafeind. Hins vegar gátu þeir ekki sagt hvort hann væri áhrifaberi. Vísindamenn frá háskólanum í Kaliforníu í Irvine rannsökuðu gögn ungverskra vísindamanna og greindu þær tilraunir sem hafa verið til á þessu sviði. Í kjölfarið settu þeir fram nýja kenningu. Það sameinar öll fyrirliggjandi gögn og gefur til kynna líklega uppgötvun. fimmta afl náttúrunnar. Að þeirra mati getur þessi dularfulla ögn verið hin svokallaða bónus X, kallað "protonophobic" - vegna skorts á víxlverkun við þessa frumefnisögn. Vísindamenn telja einnig að fimmta afl náttúrunnar, ásamt öðrum samskiptum, geti verið ýmsar hliðar á enn annarri grundvallarreglu, eða sé ummerki sem leiðir til dökkt efni.

7. X-bóson myndun líkan

Dökki hluti seðilsins

Talið er að allt að 27% alls efnis í alheiminum sé ósýnilegt, og þar að auki er allt sem hægt er að "séð" - frá samlokunni þinni til dulstirna - aðeins 4,9% af efninu. Restin er dimm orka.

Stjörnufræðingar gera sitt besta til að útskýra hvers vegna hulduefni er til, hvers vegna það er svo mikið af því og hvers vegna það er enn falið. Þótt hún sendir frá sér enga sýnilega orku er hún nógu sterk til að halda vetrarbrautum í þyrpingum og koma í veg fyrir að þær dreifist hægt um geiminn. Hvað er hulduefni? Axion, WIMP, graviton eða ofurefni úr Kaluza-Klein kenningunni?

Og mikilvægasta spurningin - hvernig getur maður hugsað um kenninguna um allt án þess að útskýra vandamálið við hulduefni (og auðvitað dimma orku)?

Í nýju þyngdaraflskenningunni sem fræðilegur eðlisfræðingur lagði fram Erika Verlinde frá háskólanum í Amsterdam, fann leið til að losna við þetta pirrandi vandamál. Andstætt hefðbundinni nálgun á þyngdarafl sem grundvallarafl náttúrunnar, lítur Verlinde á að það sé til staðar eign rýmis. Þessi tilkoma er ferlið þar sem náttúran skapar eitthvað kraftmikið með því að nota litla, einfalda þætti. Fyrir vikið sýnir lokasköpunin eiginleika sem smærri agnirnar hafa ekki.

koma fram eða entropic þyngdarafl, eins og nýja kenningin kallar það, er ábyrgur fyrir breytingum og frávikum í snúningi vetrarbrauta sem nú tengjast virkni hulduefnis. Í hugmyndafræði Verlinde birtist þyngdarafl sem afleiðing af breytingum á grundvallareiningum upplýsinga. Í einu orði sagt, þyngdarafl væri afleiðing óreiðu, ekki grundvallarafl í geimnum. Tími-rými myndi samanstanda af þremur þekktum víddum og yrði bætt við tíma. Það væri sveigjanlegt.

Auðvitað er líka hægt að losna við myrkuorkuvandann með því að leita að annarri kenningu sem segir að það sé ekkert vandamál þar sem það er ekkert til sem heitir myrkraorka. Samkvæmt niðurstöðum nýrrar tölvuhermunar sem gefin var út í mars 2017 af ungversk-amerískum hópi vísindamanna, er 68% alheimsins sem gert er ráð fyrir í eldri gerðinni, sem kallast Lambda-CDM í stuttu máli, einfaldlega ekki til.

Vísindaheimurinn hefur tileinkað sér hugmyndina um myrka orku, sem kom fram á tíunda áratugnum eftir athugun á ljósi frá sprengistjörnum af gerð Ia, einnig þekkt sem „venjuleg kerti“. Niðurstaða athugunarinnar er líka kenningu um hröðun útþenslu alheimsins, hlaut Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði 2011.

Á sama tíma tilkynntu vísindamenn við háskólana í Eötvös Lorand í Ungverjalandi og háskólanum á Hawaii í Bandaríkjunum nýlega að dökk orka væri „uppfinning“ sem varð til vegna einfaldara útreikninga. Í nýju líkani sem rannsakendur kölluðu AveraAlheimurinn er að þenjast út eins og sápumoli. Útþensluhraði er svipaður því sem sést og hröðunin er rétt og allt er í samræmi við kenningar Einsteins. Hins vegar er engin þörf á að taka tillit til myrkraorku í ungversk-ameríska hugtakinu. Lýsing á rannsókninni er birt í Monthly Notes of the Royal Astronomical Society.

Allt getur gengið án kenninga

Í vísindaheimspeki er staða andstæð raunsæi sem kallast hljóðfæraleikur. Samkvæmt honum eru allir hlutir sem ekki er hægt að fylgjast með með skynfærunum aðeins "gagnlegar skáldskapur." Þeir eru í raun ekki til - eða að minnsta kosti óljóst hvort þeir séu til. Þær eru hins vegar gagnlegar að því leyti að þökk sé þeim getum við spáð fyrir og útskýrt fyrirbæri innan ramma eðlisfræðikenninga, mótaðar að sjálfsögðu á tungumáli stærðfræðinnar.

Vísindamenn viðurkenna að ekki er hægt að sameina alheiminn í einni kenningu og því síður í stærðfræðilegri jöfnu. Allar samhverfur og spár geta aðeins verið uppfinningar í stærðfræði og eru venjulega afleiðing af sálfræðilegum þörfum okkar, eins og lönguninni til að fá endanleg og endanleg svör. Einn Hins vegar getur verið að alheimurinn þurfi alls ekki að vera sameinaður til að vera til og virka nógu vel.

Nóbels hjólhýsi heldur áfram

Eins vel og alheimurinn virkar fyrirkomulagið til að veita Nóbelsverðlaunin fyrir líkamleg afrek, sem færir okkur lítið sem ekkert nær kenningunni um allt. Þar að auki skjóta ýmis tæki og tæknilegar uppfinningar byggðar á vísindauppgötvunum Nóbels rótum í heiminum okkar. Það nægir að minna á bláu LED rannsóknirnar sem veittar voru fyrir nokkrum árum, sem þarfnast ekki skýringa á grundvallarreglum alheimsins, til að þjóna okkur í næstum hverju skrefi.

Líklegt er að á þessu ári verði enn og aftur veittur vísindalegur árangur, sem svarar ekki öllum spurningum og gefur ekki fullkominn skilning á öllu, en getur verið mjög gagnlegt - ef ekki raunhæft, þá í heimi hagnýtrar tækni. - að minnsta kosti skref fyrir skref skref til að auka þekkingu okkar á raunveruleikanum. Eins og í tilvikinu, til dæmis, með síðari þyngdarbylgjuskynjun.

Einn af þeim sem oft eru nefndir umsækjendur um Nóbelsverðlaunin í ár er Prófessor Rainer "Paradise" Weiss (átta). Hann er meðuppfinningamaður tækni laser interferometer, notað í LIGO () - þyngdarbylgjuskynjari, með þremur staðfestum þyngdarbylgjumetjum. LIGO er samstarfsverkefni vísindamanna frá Massachusetts Institute of Technology, California Institute of Technology og mörgum öðrum háskólum. Verkefnið er styrkt af National Science Foundation. Hugmyndin um að búa til skynjara fæddist árið 1992 og höfundar hennar voru það Kip Thorne i Ronald Drever frá California Institute of Technology og nánar tiltekið Rainer Weiss frá Massachusetts Institute of Technology. Drever lést því miður í mars á þessu ári, en hinir tveir gætu verið á listanum í október.

Í desember 2015 greindust þyngdarbylgjur af báðum skynjaranum í LIGO stjörnustöðinni í Livingston, Louisiana og Hanford, Washington. Fyrsta sögulega uppgötvunin átti sér stað í september 2015 og var tilkynnt í febrúar 2016. Þetta er fyrsti svartholsáreksturinn sem greinist með þyngdarbylgju sem er merktur með tákninu GW150914. Uppgötvun á öðrum degi jóla 2015 GW151226, og upplýsingar um það birtust í júní 2016. Við fréttum af þriðju uppgötvuninni ári síðar.

Stjörnufræðingar líkja nýlegum atburðum með þyngdarbylgjum við lyftingu á hingað til ógegndræpri hulu og tækifæri til að skoða loksins hvernig alheimurinn virkar í raun og veru. Með öðrum orðum, rafsegulbylgjur eru sveiflur í staðbundnum miðli og þyngdarbylgjur eru sveiflur miðilsins sjálfs.

Hann var járnklædd frambjóðandi til Nóbelsverðlaunanna í mörg ár. Anton Zeilinger (9), austurrískur eðlisfræðingur sem sérhæfir sig í skammtafræðitruflunum, prófessor í tilraunaeðlisfræði við háskólann í Vínarborg. Þökk sé evrópskri samvinnu við kínverskar rannsóknarmiðstöðvar er Austurríkismaðurinn tengdur nýlega þekktum sporbrautartilraunum. skammtaflutningur. Hugsanlegt er að hann verði meðal þeirra sem verða veittir ásamt kínverskum vísindamönnum sem vinna að fjarskipta- og skammtafræðifjarskiptaverkefnum.

Zeilinger stundar rannsóknir á helstu fyrirbærum örheimsins (sérstaklega flækjuríkjum). Á níunda áratugnum gerði hann röð tilrauna á nifteindatruflunum. Árið 80, ásamt Daniel Greenberger i Michael Hornemað flækja þriggja eða fleiri agna gefur skammtafylgni sem er algjörlega ósamrýmanleg hvaða mynd sem er byggð á hugmyndum afstæðislegrar klassískrar eðlisfræði. Frægasta tilraun Zeilinger var fyrsta skammtafjarflutningur milli tveggja ljóseinda, sem urðu til í tveimur aðskildum geislunarviðburðum (1997).

Einnig hefur verið rætt í nokkur ár um nauðsyn þess að Nóbelsnefndin meti snjóflóð uppgötvana. plánetur utan sólar. Vangaveltur nefna fyrst Jeffrey W. Marcy, bandarískur stjörnufræðingur sem í samvinnu við Paul Butler i Debra Fischer tók þátt í uppgötvun sjötíu af fyrstu XNUMX þekktu utansólareikistjarnunum.

Hins vegar, ef sænskir ​​vísindamenn halda sig við framfarir sem hafa fleiri hagnýt áhrif og tæknilega möguleika, geta þeir veitt fræðimönnum viðurkenningu sem eru að gera tilraunir með áhrifin sem tengjast nanóvíra ljóseindafræðiþar á meðal sköpun fyrsta nanóvíra leysisins. Þeir geta líka verið á braut hagsmuna þeirra. Yosinori Tokura, Ramamurti Ramesh i James Scott - til rannsókna á járnrafmagns geymslumiðill (Scott) og ný járnrafmagnsefni (tvö önnur).

Meðal þeirra forrita sem nefnd hafa verið undanfarin ár voru einnig vísindamenn sem þróa tækni metaefni með neikvæðan brotstuðul, þ.e. titlar eins og: Victor Veselago (Victor Vecielago) John Pendry, Davíð Smith, Xiang Zhang, Sheldon Schultz eða Ulf Leonhardt. Kannski mun Nóbelsnefndin minnast höfunda og rannsakenda ljóseindakristalla, þ.e. vísindamönnum líkar við Eli Yablonovich, Sean Lin eða John Ioannopoulos.

Allir hingað til verðlaunaðir og verðandi "litlir" aðalsmenn - þ.e. verðlaun fyrir brotakennd hugtök sem leiða til sérstakra tæknilegra uppfinninga ættu fræðilega að hætta þegar The Theory of Everything er þróuð. Þetta er vegna þess að það verður að veita öll möguleg svör og lausnir við hverri spurningu.

Fræðilega séð er þetta áhugaverð spurning - þýðir kenningin um allt endalok vísinda, þörfina á að gera tilraunir og leita? Bara í orði...