Hva om... vi løser grunnleggende problemer i fysikk. Alt venter på en teori som ingenting kan komme fra

Hva vil gi oss svaret på slike mysterier som mørk materie og mørk energi, mysteriet om universets begynnelse, tyngdekraftens natur, materiens fordel fremfor antimaterie, tidens retning, foreningen av tyngdekraften med andre fysiske interaksjoner , den store foreningen av naturkreftene til en grunnleggende, opp til den såkalte teorien om alt ?

Ifølge Einstein og mange andre fremragende moderne fysikere, er målet med fysikk nettopp å lage en teori om alt (TV). Konseptet med en slik teori er imidlertid ikke entydig. ToE, kjent som teorien om alt, er en hypotetisk fysisk teori som konsekvent beskriver alt fysiske fenomener og lar deg forutsi resultatet av ethvert eksperiment. I dag brukes denne setningen ofte for å beskrive teorier som forsøker å knytte til generell relativitetsteori. Så langt har ingen av disse teoriene fått eksperimentell bekreftelse.

For tiden er den mest avanserte teorien som hevder å være TW basert på det holografiske prinsippet. 11-dimensjonal M-teori. Den er ennå ikke utviklet og anses av mange for å være en utviklingsretning snarere enn en faktisk teori.

Mange forskere tviler på at noe sånt som en "teori om alt" til og med er mulig, og i den mest grunnleggende forstand basert på logikk. Kurt Gödels teorem sier at ethvert tilstrekkelig komplekst logisk system enten er internt inkonsekvent (man kan bevise en setning og dens motsetning i den) eller ufullstendig (det er trivielt sanne setninger som ikke kan bevises). Stanley Jackie bemerket i 1966 at TW må være en kompleks og sammenhengende matematisk teori, så den vil uunngåelig være ufullstendig.

Det er en spesiell, original og emosjonell måte å teorien om alt på. holografisk hypotese (1), overføre oppgaven til en litt annen plan. Svart hulls fysikk ser ut til å indikere at universet vårt ikke er det sansene våre forteller oss. Virkeligheten som omgir oss kan være et hologram, dvs. projeksjon av et todimensjonalt plan. Dette gjelder også selve Gödels teorem. Men løser en slik teori om alt noen problemer, lar den oss konfrontere sivilisasjonens utfordringer?

Beskriv universet. Men hva er universet?

Vi har for tiden to overordnede teorier som forklarer nesten alle fysiske fenomener: Einsteins teori om gravitasjon (generell relativitetsteori) i. Den første forklarer godt bevegelsen til makroobjekter, fra fotballer til galakser. han er veldig kunnskapsrik om atomer og subatomære partikler. Problemet er det disse to teoriene beskriver vår verden på helt forskjellige måter. I kvantemekanikken finner hendelser sted mot en fast bakgrunn. romtid – mens w er fleksibel. Hvordan vil kvanteteorien om buet romtid se ut? Vi vet ikke.

De første forsøkene på å lage en enhetlig teori om alt dukket opp kort tid etter publiseringen generell relativitetsteorifør vi forstår de grunnleggende lovene som styrer atomstyrker. Disse konseptene, kjent som Kaluzi-Klein teori, forsøkte å kombinere gravitasjon med elektromagnetisme.

I flere tiår, strengteori, som representerer materie som består av små vibrerende strenger eller energisløyfe, anses som den beste for å lage enhetlig teori om fysikk. Imidlertid foretrekker noen fysikere kkabelstagsløkkegravitasjonder selve det ytre rom består av bittesmå løkker. Imidlertid har verken strengteori eller løkkekvantetyngdekraft blitt testet eksperimentelt.

Store enhetlige teorier (GUT), som kombinerer kvantekromodynamikk og teorien om elektrosvake interaksjoner, representerer de sterke, svake og elektromagnetiske interaksjonene som en manifestasjon av én enkelt interaksjon. Imidlertid har ingen av de tidligere store, enhetlige teoriene fått eksperimentell bekreftelse. Et fellestrekk ved den store forenede teorien er prediksjonen om protonets forfall. Denne prosessen er ennå ikke observert. Det følger av dette at levetiden til et proton må være minst 1032 år.

Standardmodellen fra 1968 samlet de sterke, svake og elektromagnetiske kreftene under en overordnet paraply. Alle partikler og deres interaksjoner har blitt vurdert, og mange nye spådommer har blitt gjort, inkludert en stor foreningsprediksjon. Ved høye energier, i størrelsesorden 100 GeV (energien som kreves for å akselerere et enkelt elektron til et potensial på 100 milliarder volt), vil symmetrien som forener de elektromagnetiske og svake kreftene gjenopprettes.

Eksistensen av nye ble spådd, og med oppdagelsen av W- og Z-bosonene i 1983 ble disse spådommene bekreftet. De fire hovedstyrkene ble redusert til tre. Tanken bak foreningen er at alle tre kreftene i Standardmodellen, og kanskje til og med den høyere tyngdekraften, er kombinert til én struktur.

2. Langrange-ligningen som beskriver standardmodellen, delt inn i fem komponenter.

Noen har foreslått at ved enda høyere energier, kanskje rundt Planck skala, vil tyngdekraften også kombineres. Dette er en av hovedmotivasjonene til strengteori. Det som er veldig interessant med disse ideene er at hvis vi ønsker forening, må vi gjenopprette symmetri ved høyere energier. Og hvis de for øyeblikket er ødelagt, fører det til noe observerbart, nye partikler og nye interaksjoner.

Lagrangianen til standardmodellen er den eneste ligningen som beskriver partikler i påvirkning av standardmodellen (2). Den består av fem uavhengige deler: om gluoner i sone 1 av ligningen, svake bosoner i delen merket med to, merket med tre, er en matematisk beskrivelse av hvordan materie interagerer med den svake kraften og Higgs-feltet, spøkelsespartikler som trekker fra overskuddet av Higgs-feltet i deler av det fjerde, og åndene beskrevet under fem Fadeev-Popovsom påvirker redundansen til den svake interaksjonen. Det tas ikke hensyn til nøytrinomasser.

Selv Standard modell vi kan skrive det som en enkelt ligning, det er egentlig ikke en homogen helhet i den forstand at det er mange separate, uavhengige uttrykk som styrer de ulike komponentene i universet. Separate deler av Standardmodellen samhandler ikke med hverandre, fordi fargeladningen ikke påvirker de elektromagnetiske og svake interaksjonene, og spørsmål forblir ubesvarte hvorfor interaksjoner som skulle oppstå, for eksempel CP-brudd i sterke interaksjoner, ikke fungerer. ta plass.

Når symmetriene gjenopprettes (på toppen av potensialet), skjer forening. Imidlertid er symmetrien som brytes helt nede på bunnen i samsvar med universet vi har i dag, sammen med nye typer massive partikler. Så hva "ut av alt" skal denne teorien være? Den som er, dvs. et ekte asymmetrisk univers, eller et og symmetrisk, men til syvende og sist ikke det vi har med å gjøre.

Den villedende skjønnheten til "komplette" modeller

Lars English, i The No Theory of Everything, hevder at det ikke er noe enkelt sett med regler som kan kombinere generell relativitet med kvantemekanikkfordi det som er sant på kvantenivået ikke nødvendigvis er sant på gravitasjonsnivået. Og jo større og mer komplekst systemet er, jo mer skiller det seg fra dets bestanddeler. "Poenget er ikke at disse tyngdekraftsreglene er i strid med kvantemekanikken, men at de ikke kan utledes fra kvantefysikken," skriver han.

All vitenskap, med vilje eller ikke, er basert på premissene om deres eksistens. objektive fysiske loversom innebærer et gjensidig kompatibelt sett med grunnleggende fysiske postulater som beskriver oppførselen til det fysiske universet og alt i det. Selvfølgelig innebærer en slik teori ikke en fullstendig forklaring eller beskrivelse av alt som eksisterer, men mest sannsynlig beskriver den uttømmende alle verifiserbare fysiske prosesser. Logisk sett vil en av de umiddelbare fordelene med en slik forståelse av TW være å stoppe eksperimenter der teorien forutsier negative resultater.

De fleste fysikere vil måtte slutte å forske og leve av å undervise, ikke å forske. Imidlertid bryr publikum seg sannsynligvis ikke om tyngdekraften kan forklares i form av krumningen til romtiden.

Selvfølgelig er det en annen mulighet - universet vil rett og slett ikke forene seg. Symmetriene vi har kommet frem til er ganske enkelt våre egne matematiske oppfinnelser og beskriver ikke det fysiske universet.

I en høyprofilert artikkel for Nautil.Us vurderte Sabina Hossenfelder (3), en forsker ved Frankfurt Institute for Advanced Study, at "hele ideen om en teori om alt er basert på en uvitenskapelig antagelse." "Dette er ikke den beste strategien for å utvikle vitenskapelige teorier. (...) Avhengigheten av skjønnhet i utviklingen av teori har historisk sett fungert dårlig.» Etter hennes mening er det ingen grunn til at naturen skal beskrives av en teori om alt. Mens vi trenger en kvanteteori om tyngdekraften for å unngå en logisk inkonsekvens i naturlovene, trenger ikke krefter i standardmodellen å forenes og trenger ikke forenes med tyngdekraften. Det ville vært fint, ja, men det er unødvendig. Standardmodellen fungerer godt uten ensretting, understreker forskeren. Naturen bryr seg tydeligvis ikke om hva fysikere synes er vakker matematikk, sier Hossenfelder sint. I fysikk er gjennombrudd i teoretisk utvikling forbundet med løsningen av matematiske inkonsekvenser, og ikke med vakre og «ferdige» modeller.

Til tross for disse nøkterne formaningene, blir det stadig fremmet nye forslag til en teori om alt, slik som Garrett Lisis The Exceptionally Simple Theory of Everything, publisert i 2007. Den har egenskapen at prof. Hossenfelder er vakker og kan vises vakkert med attraktive visualiseringer (4). Denne teorien, kalt E8, hevder at nøkkelen til å forstå universet er matematisk objekt i form av en symmetrisk rosett.

Lisi skapte denne strukturen ved å plotte elementærpartikler på en graf som også tar hensyn til kjente fysiske interaksjoner. Resultatet er en kompleks åttedimensjonal matematisk struktur på 248 punkter. Hvert av disse punktene representerer partikler med forskjellige egenskaper. Det er en gruppe partikler i diagrammet med visse egenskaper som "mangler". I det minste noen av disse "manglende" har teoretisk sett noe med gravitasjon å gjøre, og bygger bro mellom kvantemekanikk og generell relativitet.

4. Visualiseringsteori E8

Så fysikere må jobbe for å fylle "Fox-sokkelen". Hvis det lykkes, hva vil skje? Mange svarer sarkastisk at ikke noe spesielt. Bare et vakkert bilde ville bli ferdig. Denne konstruksjonen kan være verdifull i denne forstand, da den viser oss hva de virkelige konsekvensene av å fullføre en "teori om alt" ville være. Kanskje ubetydelig i praktisk forstand.