Ya... fizikteki temel problemleri çözersek. Her şey kendisinden hiçbir şeyin gelemeyeceği bir teoriyi bekliyor

Karanlık madde ve karanlık enerji, Evrenin başlangıcının gizemi, yerçekiminin doğası, maddenin antimaddeye göre avantajı, zamanın yönü, yerçekiminin diğer fiziksel etkileşimlerle birleşmesi gibi gizemlerin cevabını bize ne verecek? doğa güçlerinin tek bir temel halinde büyük birleştirilmesi, sözde her şeyin teorisine kadar?

Einstein'a göre ve diğer birçok seçkin modern fizikçi, fiziğin amacı tam olarak her şeyin teorisini (TV) yaratmaktır. Bununla birlikte, böyle bir teorinin kavramı açık değildir. Her şeyin teorisi olarak bilinen ToE, her şeyi tutarlı bir şekilde tanımlayan varsayımsal bir fiziksel teoridir. fiziksel olaylar ve herhangi bir deneyin sonucunu tahmin etmenizi sağlar. Günümüzde bu deyim, yaygın olarak, dünyayla bağlantı kurmaya çalışan teorileri tanımlamak için kullanılmaktadır. genel görelilik kuramı. Şimdiye kadar, bu teorilerin hiçbiri deneysel onay almadı.

Şu anda, TW olduğunu iddia eden en gelişmiş teori, holografik ilkeye dayanmaktadır. 11 boyutlu M-teorisi. Henüz geliştirilmemiştir ve birçok kişi tarafından gerçek bir teoriden ziyade bir gelişme yönü olarak kabul edilmektedir.

Pek çok bilim adamı, "her şeyin teorisi" gibi bir şeyin mümkün olduğundan ve en temel anlamda mantığa dayalı olduğundan şüphe duymaktadır. Kurt Gödel teoremi yeterince karmaşık herhangi bir mantıksal sistemin ya kendi içinde tutarsız (kişi bir cümleyi ve onun çelişkisini kanıtlayabilir) ya da eksik (kanıtlanamayan önemsiz derecede doğru tümceler vardır) diyor. Stanley Jackie 1966'da TW'nin karmaşık ve tutarlı bir matematiksel teori olması gerektiğini, dolayısıyla kaçınılmaz olarak eksik olacağını belirtti.

Her şeyin teorisinin özel, özgün ve duygusal bir yolu vardır. holografik hipotez (1), görevi biraz farklı bir plana aktarmak. Kara deliklerin fiziği, evrenimizin duyularımızın bize söylediği gibi olmadığını gösteriyor gibi görünüyor. Bizi çevreleyen gerçeklik bir hologram olabilir, yani. iki boyutlu bir düzlemin izdüşümü. Bu aynı zamanda Gödel teoreminin kendisi için de geçerlidir. Fakat böyle bir her şey teorisi herhangi bir sorunu çözer mi, medeniyetin meydan okumalarıyla yüzleşmemize izin verir mi?

Evreni tanımlayın. Ama evren nedir?

Şu anda neredeyse tüm fiziksel olayları açıklayan iki kapsayıcı teorimiz var: Einstein'ın yerçekimi teorisi (genel görelilik) i. İlki, futbol toplarından galaksilere kadar makro nesnelerin hareketini iyi açıklıyor. atomlar ve atom altı parçacıklar hakkında çok bilgili. Problem şu bu iki teori dünyamızı tamamen farklı şekillerde tanımlar. Kuantum mekaniğinde olaylar sabit bir arka planda gerçekleşir. boş zaman – w esnekken. Eğimli uzay-zamanın kuantum teorisi neye benzeyecek? Biz bilmiyoruz.

Her şeyin birleşik bir teorisini yaratmaya yönelik ilk girişimler, yayından kısa bir süre sonra ortaya çıktı. genel görelilik kuramınükleer kuvvetleri yöneten temel yasaları anlamadan önce. olarak bilinen bu kavramlar, Kaluzi-Klein teorisiyerçekimini elektromanyetizma ile birleştirmeye çalıştı.

Onlarca yıldır, maddenin oluştuğunu temsil eden sicim teorisi küçük titreşimli teller Lub enerji döngüsü, oluşturmak için en iyisi olarak kabul edilir birleşik fizik teorisi. Bununla birlikte, bazı fizikçiler k'yi tercih eder.kablolu döngü yerçekimiuzayın kendisinin küçük döngülerden oluştuğu yer. Bununla birlikte, ne sicim teorisi ne de döngü kuantum yerçekimi deneysel olarak doğrulanmadı.

Kuantum kromodinamiği ile elektrozayıf etkileşimler teorisini birleştiren büyük birleşik teoriler (GUT'ler), tek bir etkileşimin tezahürü olarak güçlü, zayıf ve elektromanyetik etkileşimleri temsil eder. Bununla birlikte, önceki büyük birleşik teorilerin hiçbiri deneysel onay almamıştır. Büyük birleşik teorinin ortak bir özelliği, protonun bozunmasının tahminidir. Bu süreç henüz gözlemlenmedi. Bundan bir protonun ömrünün en az 1032 yıl olması gerektiği sonucu çıkar.

1968 Standart Modeli, güçlü, zayıf ve elektromanyetik kuvvetleri tek bir çatı altında birleştirdi. Tüm parçacıklar ve etkileşimleri göz önünde bulunduruldu ve büyük bir birleşme tahmini de dahil olmak üzere birçok yeni tahmin yapıldı. 100 GeV (tek bir elektronu 100 milyar voltluk bir potansiyele hızlandırmak için gereken enerji) düzeyindeki yüksek enerjilerde, elektromanyetik ve zayıf kuvvetleri birleştiren simetri geri yüklenecektir.

Yenilerinin varlığı tahmin edildi ve 1983 yılında W ve Z bozonlarının keşfiyle bu tahminler doğrulandı. Dört ana kuvvet üçe indirildi. Birleştirmenin arkasındaki fikir, Standart Modelin üç kuvvetinin ve hatta belki de daha yüksek yerçekimi enerjisinin tek bir yapıda birleştirilmesidir.

2. Standart Modeli tanımlayan Langrange denklemi, beş bileşene ayrılmıştır.

Bazıları, daha da yüksek enerjilerde, belki de yaklaşık Planck ölçeği, yerçekimi de birleşecek. Bu, sicim teorisinin ana motivasyonlarından biridir. Bu fikirlerle ilgili çok ilginç olan şey, birleşme istiyorsak yüksek enerjilerde simetriyi yeniden kurmamız gerektiğidir. Ve eğer şu anda kırılırlarsa, gözlemlenebilir bir şeye, yeni parçacıklara ve yeni etkileşimlere yol açar.

Standart Modelin Lagrangian'ı, parçacıkları tanımlayan tek denklemdir. Standart Modelin etkisi (2). Beş bağımsız bölümden oluşur: denklemin 1. bölgesindeki gluonlar hakkında, iki ile işaretlenmiş kısımdaki zayıf bozonlar, üç ile işaretlenmiş kısım, maddenin zayıf kuvvet ve Higgs alanı ile nasıl etkileşime girdiğinin matematiksel bir açıklamasıdır, çıkaran hayalet parçacıklar dördüncü bölümde Higgs alanının fazlalığı ve beş altında açıklanan ruhlar Fadeev-Popovzayıf etkileşimin fazlalığını etkileyen. Nötrino kütleleri dikkate alınmaz.

Rağmen Standart model bunu tek bir denklem olarak yazabiliriz, evrenin çeşitli bileşenlerini yöneten birçok ayrı, bağımsız ifade olması anlamında gerçekten homojen bir bütün değildir. Standart Modelin ayrı parçaları birbiriyle etkileşime girmez, çünkü renk yükü elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri etkilemez ve neden olması gerektiği, örneğin güçlü etkileşimlerde CP ihlali gibi etkileşimlerin çalışmadığı soruları cevapsız kalır. yer almak.

Simetriler geri yüklendiğinde (potansiyelin zirvesinde), birleşme gerçekleşir. Bununla birlikte, en alttaki simetri kırılması, yeni tür büyük kütleli parçacıklarla birlikte bugün sahip olduğumuz evrenle tutarlıdır. Peki bu teori “her şeyden” ne olmalı? Olan, yani gerçek bir asimetrik evren veya tek ve simetrik, ama sonuçta uğraştığımız evren değil.

"Tam" modellerin aldatıcı güzelliği

Lars English, The No Theory of Everything'de, tek bir kurallar dizisinin olmadığını savunur. genel göreliliği kuantum mekaniği ile birleştirinçünkü kuantum düzeyinde doğru olan şey, yerçekimi düzeyinde mutlaka doğru değildir. Ve sistem ne kadar büyük ve karmaşıksa, kurucu unsurlarından o kadar farklıdır. “Mesele, bu yerçekimi kurallarının kuantum mekaniğiyle çelişmesi değil, kuantum fiziğinden türetilemeyecek olmalarıdır” diye yazıyor.

Tüm bilim, isteyerek ya da istemeyerek, onların varlığının öncülüne dayanır. nesnel fizik yasalarıBu, fiziksel evrenin ve içindeki her şeyin davranışını tanımlayan karşılıklı olarak uyumlu bir dizi temel fiziksel önermeyi gerektirir. Tabii ki, böyle bir teori var olan her şeyin tam bir açıklamasını veya tanımını gerektirmez, ancak büyük olasılıkla tüm doğrulanabilir fiziksel süreçleri kapsamlı bir şekilde tanımlar. Mantıksal olarak, böyle bir TW anlayışının acil faydalarından biri, teorinin olumsuz sonuçları öngördüğü deneyleri durdurmak olacaktır.

Çoğu fizikçi araştırmayı bırakmak ve araştırmayı değil, yaşayan bir öğretim yapmak zorunda kalacak. Bununla birlikte, halk muhtemelen yerçekimi kuvvetinin uzay-zamanın eğriliği ile açıklanıp açıklanamayacağını umursamıyor.

Elbette başka bir olasılık daha var - Evren basitçe birleşmeyecek. Ulaştığımız simetriler sadece bizim kendi matematiksel icatlarımızdır ve fiziksel evreni tanımlamazlar.

Frankfurt İleri Araştırmalar Enstitüsü'nden bir bilim adamı olan Sabina Hossenfelder (3), Nautil.Us için yüksek profilli bir makalesinde, "her şeyin teorisi fikrinin tamamının bilimsel olmayan bir varsayıma dayandığını" değerlendirdi. "Bu, bilimsel teoriler geliştirmek için en iyi strateji değil. (…) Teorinin gelişmesinde güzelliğe güvenmek tarihsel olarak pek işe yaramadı.” Ona göre, doğanın her şeyin teorisiyle tanımlanması için hiçbir neden yoktur. Doğa yasalarında mantıksal bir tutarsızlıktan kaçınmak için bir kuantum kütleçekim teorisine ihtiyacımız olsa da, Standart Modeldeki kuvvetlerin birleştirilmesine ve yerçekimi ile birleştirilmesine gerek yoktur. Güzel olurdu, evet, ama gereksiz. Araştırmacı, standart modelin birleştirme olmadan da iyi çalıştığını vurguluyor. Bayan Hossenfelder öfkeyle, fizikçilerin ne kadar güzel matematik düşündüklerini açıkça umursamıyor, diyor. Fizikte, teorik gelişimdeki atılımlar, güzel ve "bitmiş" modellerle değil, matematiksel tutarsızlıkların çözümüyle ilişkilidir.

Bu ciddi uyarılara rağmen, Garrett Lisi'nin 2007'de yayınlanan Olağanüstü Basit Her Şey Teorisi gibi sürekli olarak her şeyin teorisi için yeni öneriler ileri sürülmektedir. Prof. Hossenfelder güzeldir ve çekici görselleştirmelerle güzel bir şekilde gösterilebilir (4). E8 olarak adlandırılan bu teori, evreni anlamanın anahtarının simetrik bir rozet şeklinde matematiksel nesne.

Lisi, bu yapıyı, bilinen fiziksel etkileşimleri de hesaba katan bir grafik üzerinde temel parçacıkları çizerek yarattı. Sonuç, 248 noktadan oluşan karmaşık bir sekiz boyutlu matematiksel yapıdır. Bu noktaların her biri farklı özelliklere sahip parçacıkları temsil eder. Diyagramda "eksik" olan belirli özelliklere sahip bir grup parçacık var. Bu "eksik"lerin en azından bir kısmı teorik olarak yerçekimi ile ilgili, kuantum mekaniği ile genel görelilik arasındaki boşluğu dolduruyor.

4. Görselleştirme teorisi E8

Bu yüzden fizikçiler "Fox soketini" doldurmak için çalışmak zorundalar. Başarılı olursa, ne olacak? Birçoğu alaycı bir şekilde özel bir şey olmadığına cevap veriyor. Sadece güzel bir resim bitecekti. Bu yapı, bize bir "her şeyin teorisini" tamamlamanın gerçek sonuçlarının ne olacağını gösterdiği için bu anlamda değerli olabilir. Belki pratik anlamda önemsiz.