Apa yen ... kita ngrampungake masalah dhasar ing fisika. Kabeh nunggu teori sing ora bisa teka

Apa sing bakal menehi jawaban kanggo misteri kayata materi peteng lan energi peteng, misteri wiwitan Alam Semesta, sifat gravitasi, kauntungan materi tinimbang antimateri, arah wektu, manunggalake gravitasi karo interaksi fisik liyane , manunggaling gedhe saka pasukan alam dadi siji dhasar, nganti sing disebut teori kabeh?

Miturut Einstein lan akeh fisikawan modern liyane sing pinunjul, tujuane fisika yaiku nggawe teori kabeh (TV). Nanging, konsep teori kasebut ora jelas. Dikenal minangka teori kabeh, ToE minangka teori fisik hipotetis sing terus-terusan nggambarake kabeh fénoména fisik lan ngidini sampeyan prédhiksi asil eksperimen apa wae. Saiki, frasa iki umum digunakake kanggo njlèntrèhaké teori sing nyoba kanggo nggawe sambungan karo teori relativitas umum. Nganti saiki, ora ana teori kasebut sing nampa konfirmasi eksperimen.

Saiki, teori paling maju sing ngaku minangka TW adhedhasar prinsip holografik. 11-dimensi M-teori. Iki durung dikembangake lan dianggep akeh minangka arah pangembangan tinimbang teori sing nyata.

Akeh ilmuwan mangu-mangu sing kaya "teori kabeh" malah bisa, lan ing pangertèn paling dhasar, adhedhasar logika. Teorema Kurt Gödel ngandhakake yen sistem logis sing cukup kompleks yaiku ora konsisten (sing bisa mbuktekake ukara lan kontradiksi ing njero) utawa ora lengkap (ana ukara sing ora pati penting sing ora bisa dibuktekake). Stanley Jackie ngendika ing 1966 sing TW kudu téori matématika Komplek lan koheren, supaya mesthi ora pepak.

Ana cara khusus, asli lan emosional saka teori kabeh. hipotesis holografik (1), nransfer tugas menyang rencana sing rada beda. Fisika black hole misale jek nuduhake yen alam semesta kita ora kaya sing dicritakake indra kita. Kasunyatan sing ngubengi kita bisa dadi hologram, yaiku. proyeksi bidang rong dimensi. Iki uga ditrapake kanggo teorema Gödel dhewe. Nanging apa teori kabeh bisa ngrampungake masalah, apa ngidini kita ngadhepi tantangan peradaban?

Nggambarake alam semesta. Nanging apa alam semesta?

Saiki kita duwe rong teori umum sing nerangake meh kabeh fenomena fisik: Teori gravitasi Einstein (relativitas umum) i. Pisanan nerangake kanthi apik obahe obyek makro, saka bal-balan menyang galaksi. dheweke ngerti banget babagan atom lan partikel subatomik. Masalahe yaiku loro teori iki njlèntrèhaké donya kita ing cara temen beda. Ing mekanika kuantum, acara dumadi ing latar mburi sing tetep. papan-wektu - nalika w fleksibel. Kaya apa teori kuantum ruang-wektu sing mlengkung? Kita ora ngerti.

Upaya pisanan kanggo nggawe teori manunggal kabeh muncul sakcepete sawise publikasi teori relativitas umumsadurunge kita ngerti hukum dhasar sing ngatur pasukan nuklir. Konsep iki, dikenal minangka Teori Kaluzi-Klein, ngupaya nggabungake gravitasi karo elektromagnetik.

Wis pirang-pirang dekade, teori senar, sing nggambarake materi minangka kasusun saka senar kedher cilik utawa loop energi, dianggep paling apik kanggo nggawe teori unified fisika. Nanging, sawetara fisikawan seneng kkabel-tetep loop gravitasiing njaba angkasa dhewe digawe saka puteran cilik. Nanging, téori string utawa gravitasi kuantum loop durung diuji sacara eksperimen.

Teori penyatuan agung (GUTs), nggabungake kromodinamika kuantum lan téori interaksi electroweak, makili interaksi sing kuwat, lemah lan elektromagnetik minangka manifestasi saka interaksi siji. Nanging, ora ana teori gabungan gedhe sadurunge sing nampa konfirmasi eksperimen. Fitur umum saka téori gabungan gedhé yaiku prediksi bosok proton. Proses iki durung diamati. Saka iki, umur proton kudu paling sethithik 1032 taun.

Model Standar 1968 nyawiji pasukan kuwat, ringkih, lan elektromagnetik ing sangisore payung. Kabeh partikel lan interaksi wis dianggep, lan akeh prediksi anyar wis digawe, kalebu siji prediksi unifikasi amba. Ing energi dhuwur, ing urutan 100 GeV (energi sing dibutuhake kanggo nyepetake elektron siji menyang potensial 100 milyar volt), simetri manunggalaken pasukan elektromagnetik lan lemah bakal dibalèkaké.

Anane sing anyar diprediksi, lan kanthi panemuan boson W lan Z ing taun 1983, ramalan kasebut dikonfirmasi. Pasukan utama papat dikurangi dadi telu. Ing idea konco manunggalaken iku kabeh telung pasukan saka Model Standar, lan mbok menawa malah energi gravitasi sing luwih dhuwur, digabungake dadi siji struktur.

2. Persamaan Langrange njlentrehake Model Standar, dipérang dadi limang komponen.

Sawetara wis disaranake yen ing energi malah luwih, mbok menawa watara Skala Planck, gravitasi uga bakal gabung. Iki minangka salah sawijining motivasi utama teori senar. Sing paling menarik babagan ide kasebut yaiku yen kita pengin manunggal, kita kudu mulihake simetri kanthi energi sing luwih dhuwur. Lan yen lagi rusak, iku ndadékaké kanggo soko diamati, partikel anyar lan interaksi anyar.

Lagrangian saka Model Standar minangka siji-sijine persamaan sing nggambarake partikel i pengaruh Model Standar (2). Iki kalebu limang bagean independen: babagan gluon ing zona 1 persamaan, boson sing lemah ing bagean sing ditandhani karo loro, ditandhani karo telu, minangka gambaran matematika babagan carane materi sesambungan karo gaya lemah lan lapangan Higgs, partikel hantu sing nyuda. keluwihan lapangan Higgs ing bagean saka papat, lan roh diterangake ing limang Fadeev-Popovkang mengaruhi redundansi saka interaksi banget. Massa neutrino ora dianggep.

Senajan Model standar kita bisa nulis minangka persamaan siji, iku dudu sakabehe homogen ing pangertèn sing ana akeh kapisah, ekspresi independen sing ngatur macem-macem komponen saka alam semesta. Bagian kapisah saka Model Standar ora sesambungan karo saben liyane, amarga muatan werna ora mengaruhi interaksi elektromagnetik lan ringkih, lan pitakonan tetep ora dijawab kok interaksi sing kudu kelakon, contone, nglanggar CP ing interaksi kuwat, ora bisa. njupuk Panggonan.

Nalika simetri dibalekake (ing puncak potensial), penyatuan dumadi. Nanging, simetri pecah ing sisih paling ngisor iku konsisten karo alam semesta kita saiki, bebarengan karo jinis anyar saka partikel massive. Dadi apa "saka kabeh" teori iki? Sing, i.e. Semesta asimetris nyata, utawa siji lan simetris, nanging pungkasane dudu sing kita tindakake.

Kaendahan sing ngapusi model "lengkap".

Lars English, ing The No Theory of Everything, ujar manawa ora ana aturan sing bisa ditindakake gabungke relativitas umum karo mekanika kuantumamarga apa sing bener ing tingkat kuantum ora mesthi bener ing tingkat gravitasi. Lan luwih gedhe lan luwih kompleks sistem kasebut, luwih akeh bedane karo unsur-unsur konstituen. "Intine ora aturan gravitasi iki mbantah mekanika kuantum, nanging ora bisa ditemokake saka fisika kuantum," tulise.

Kabeh ngelmu, disengaja utawa ora, adhedhasar premis anane. hukum fisik obyektifsing mbutuhake seperangkat postulat fisik dhasar sing kompatibel sing nggambarake prilaku alam semesta fisik lan kabeh sing ana. Mesthi, teori kuwi ora mbutuhake panjelasan lengkap utawa gambaran saka kabeh sing ana, nanging, paling kamungkinan, exhaustively nggambaraké kabeh pangolahan fisik verifiable. Secara logis, salah sawijining keuntungan langsung saka pangerten babagan TW yaiku kanggo mungkasi eksperimen ing ngendi teori kasebut prédhiksi asil negatif.

Umume fisikawan kudu mandheg riset lan nggawe piwulang urip, dudu riset. Nanging, umume mbokmenawa ora preduli apa gaya gravitasi bisa diterangake babagan kelengkungan ruang-waktu.

Mesthi, ana kemungkinan liyane - Universe mung ora bakal nyawiji. Simetri sing kita temokake mung minangka panemuan matematika kita dhewe lan ora nggambarake alam semesta fisik.

Ing artikel dhuwur-profil kanggo Nautil.Us, Sabine Hossenfelder (3), ilmuwan ing Institut Frankfurt kanggo Studi Lanjut, netepake yen "kabeh gagasan teori kabeh adhedhasar asumsi sing ora ilmiah." "Iki dudu strategi paling apik kanggo ngembangake teori ilmiah. (...) Ketergantungan ing kaendahan ing pangembangan teori kanthi historis ora bisa digunakake. Ing mratelakake panemume, ora ana alesan kanggo alam diterangake dening teori kabeh. Nalika kita butuh teori gravitasi kuantum kanggo ngindhari inkonsistensi logis ing hukum alam, pasukan ing Model Standar ora perlu manunggal lan ora kudu manunggal karo gravitasi. Iku bakal becik, ya, nanging ora perlu. Model standar bisa dianggo kanthi apik tanpa manunggal, panliti nandheske. Alam cetha ora preduli apa fisikawan mikir matématika ayu, Ms. Hossenfelder ngandika nesu. Ing fisika, terobosan ing pangembangan teori digandhengake karo solusi inconsistencies matematika, lan ora karo model sing apik lan "rampung".

Senadyan weling-eling iki, usulan-usulan anyar kanggo teori kabeh terus diajukake, kayata Garrett Lisi The Exceptionally Simple Theory of Everything, diterbitake ing 2007. Wis fitur sing Prof. Hossenfelder ayu lan bisa ditampilake apik karo visualizations atraktif (4). Teori iki, sing diarani E8, nyatakake yen kunci kanggo mangerteni alam semesta yaiku obyek matematika ing wangun rosette simetris.

Lisi nggawe struktur iki kanthi ngrancang partikel-partikel dhasar ing grafik sing uga njupuk interaksi fisik sing dikenal. Asil kasebut minangka struktur matematika wolung dimensi sing kompleks kanthi 248 poin. Saben titik kasebut nggambarake partikel kanthi sifat sing beda. Ana klompok partikel ing diagram kanthi sifat tartamtu sing "ilang". Paling ora sawetara "ilang" iki sacara teoritis ana hubungane karo gravitasi, nyepetake jurang antarane mekanika kuantum lan relativitas umum.

4. Teori Visualisasi E8

Dadi fisikawan kudu kerja kanggo ngisi "soket Fox". Yen kasil, apa sing bakal kelakon? Akeh sing sarkastik mangsuli ora ana sing khusus. Mung gambar ayu bakal rampung. Konstruksi iki bisa dadi terkenal ing pangertèn iki, amarga nuduhake apa akibat nyata kanggo ngrampungake "teori kabeh". Mbok menawa ora pati penting ing pangertèn praktis.