چه می شود اگر ... مسائل اساسی در فیزیک را حل کنیم. همه چیز در انتظار نظریه ای است که هیچ چیز نمی تواند از آن بیرون بیاید

چه پاسخی به معماهایی مانند ماده تاریک و انرژی تاریک، رمز و راز آغاز جهان، ماهیت گرانش، برتری ماده نسبت به پادماده، جهت زمان، اتحاد گرانش با سایر فعل و انفعالات فیزیکی به ما خواهد داد. ، اتحاد بزرگ نیروهای طبیعت در یک پایه، تا به اصطلاح نظریه همه چیز؟

به قول اینشتین و بسیاری دیگر از فیزیکدانان برجسته مدرن، هدف فیزیک دقیقاً ایجاد یک نظریه درباره همه چیز (تلویزیون) است. با این حال، مفهوم چنین نظریه ای بدون ابهام نیست. ToE که به عنوان نظریه همه چیز شناخته می شود، یک نظریه فیزیکی فرضی است که به طور مداوم همه چیز را توصیف می کند. پدیده های فیزیکی و به شما امکان می دهد نتیجه هر آزمایش را پیش بینی کنید. امروزه معمولاً از این عبارت برای توصیف نظریه هایی استفاده می شود که سعی در ایجاد ارتباط با آنها دارند نظریه نسبیت عام. تاکنون هیچ یک از این نظریه ها تایید تجربی دریافت نکرده اند.

در حال حاضر، پیشرفته ترین نظریه ای که ادعا می کند TW است، بر اساس اصل هولوگرافی است. نظریه M 11 بعدی. این هنوز توسعه نیافته است و از نظر بسیاری به جای یک نظریه واقعی، جهت توسعه است.

بسیاری از دانشمندان تردید دارند که چیزی مانند "نظریه همه چیز" حتی ممکن است، و در ابتدایی ترین معنی، مبتنی بر منطق است. قضیه کورت گودل می گوید که هر سیستم منطقی به اندازه کافی پیچیده یا از نظر درونی ناسازگار است (می توان یک جمله و تناقض آن را در آن اثبات کرد) یا ناقص است (جملات بی اهمیت درستی وجود دارد که نمی توان آنها را اثبات کرد). استنلی جکی در سال 1966 اظهار داشت که TW باید یک نظریه ریاضی پیچیده و منسجم باشد، بنابراین ناگزیر ناقص خواهد بود.

یک روش خاص، بدیع و احساسی در نظریه هر چیزی وجود دارد. فرضیه هولوگرافیک (1)، انتقال کار به یک طرح کمی متفاوت. به نظر می رسد فیزیک سیاهچاله نشان می دهد که جهان ما آن چیزی نیست که حواس ما به ما می گوید. واقعیتی که ما را احاطه کرده می تواند یک هولوگرام باشد، یعنی. طرح ریزی یک صفحه دو بعدی این در مورد خود قضیه گودل نیز صدق می کند. اما آیا چنین نظریه ای در مورد همه چیز مشکلی را حل می کند، آیا به ما اجازه می دهد با چالش های تمدن مقابله کنیم؟

کیهان را توصیف کنید. اما کیهان چیست؟

ما در حال حاضر دو نظریه کلی داریم که تقریباً همه پدیده های فیزیکی را توضیح می دهند: نظریه گرانش اینشتین (نسبیت عام) i. اولی به خوبی حرکت اجرام ماکرو، از توپ های فوتبال تا کهکشان ها را توضیح می دهد. او در مورد اتم ها و ذرات زیراتمی بسیار آگاه است. مسئله این است که این دو نظریه جهان ما را به روش های کاملا متفاوتی توصیف می کنند. در مکانیک کوانتومی، رویدادها در پس زمینه ای ثابت رخ می دهند. فضا-زمان - در حالی که w انعطاف پذیر است. نظریه کوانتومی فضا-زمان منحنی چگونه خواهد بود؟ ما نمی دانیم.

اولین تلاش ها برای ایجاد یک نظریه واحد در مورد همه چیز اندکی پس از انتشار ظاهر شد نظریه نسبیت عامقبل از اینکه قوانین اساسی حاکم بر نیروهای هسته ای را درک کنیم. این مفاهیم، ​​معروف به نظریه کالوزی-کلین، به دنبال ترکیب گرانش با الکترومغناطیس بود.

برای دهه ها، نظریه ریسمان، که ماده را به عنوان ساخته شده نشان می دهد رشته های ارتعاشی کوچک یا حلقه انرژی، بهترین برای ایجاد در نظر گرفته می شود نظریه یکپارچه فیزیک. با این حال، برخی از فیزیکدانان kگرانش حلقه کابلیکه در آن فضای بیرونی خود از حلقه های کوچک تشکیل شده است. با این حال، نه نظریه ریسمان و نه گرانش کوانتومی حلقه به طور تجربی تأیید نشده است.

نظریه های یکپارچه بزرگ (GUTs)، ترکیبی از کرومودینامیک کوانتومی و نظریه برهمکنش های الکتروضعیف، برهمکنش های قوی، ضعیف و الکترومغناطیسی را به عنوان جلوه ای از یک برهم کنش واحد نشان می دهند. با این حال، هیچ یک از نظریه‌های یکپارچه بزرگ قبلی تأیید تجربی دریافت نکرده‌اند. یکی از ویژگی های مشترک نظریه یکپارچه بزرگ، پیش بینی فروپاشی پروتون است. این روند هنوز مشاهده نشده است. از این نتیجه می شود که طول عمر یک پروتون باید حداقل 1032 سال باشد.

مدل استاندارد 1968 نیروهای قوی، ضعیف و الکترومغناطیسی را زیر یک چتر فراگیر متحد کرد. همه ذرات و برهمکنش‌های آنها در نظر گرفته شده‌اند، و بسیاری از پیش‌بینی‌های جدید از جمله یک پیش‌بینی وحدت بزرگ انجام شده است. در انرژی های بالا، در مرتبه 100 گیگا ولت (انرژی مورد نیاز برای شتاب دادن یک الکترون به پتانسیل 100 میلیارد ولت)، تقارن متحد کننده نیروهای الکترومغناطیسی و ضعیف بازیابی می شود.

وجود بوزون های جدید پیش بینی شده بود و با کشف بوزون های W و Z در سال 1983، این پیش بینی ها تایید شد. چهار نیروی اصلی به سه نفر کاهش یافت. ایده ی پشت این وحدت این است که هر سه نیروی مدل استاندارد، و شاید حتی انرژی بالاتر گرانش، در یک ساختار ترکیب شوند.

2. معادله لانگرانژ که مدل استاندارد را توصیف می کند، به پنج جزء تقسیم می شود.

برخی پیشنهاد کرده اند که در انرژی های بالاتر، شاید در اطراف مقیاس پلانک، گرانش نیز ترکیب خواهد شد. این یکی از انگیزه های اصلی نظریه ریسمان است. چیزی که در مورد این ایده ها بسیار جالب است این است که اگر می خواهیم یکپارچه سازی کنیم، باید تقارن را در انرژی های بالاتر بازیابی کنیم. و اگر آنها در حال حاضر شکسته شوند، منجر به چیزی قابل مشاهده، ذرات جدید و فعل و انفعالات جدید می شود.

لاگرانژ مدل استاندارد تنها معادله ای است که ذرات i را توصیف می کند تاثیر مدل استاندارد (2). از پنج بخش مستقل تشکیل شده است: در مورد گلوئون ها در منطقه 1 معادله، بوزون های ضعیف در قسمت مشخص شده با دو، مشخص شده با سه، توصیفی ریاضی از نحوه تعامل ماده با نیروی ضعیف و میدان هیگز، ذرات ارواح که تفریق می کنند. بیش از حد میدان هیگز در بخش های چهارم، و ارواح شرح داده شده در زیر پنج فادیف-پوپوفکه بر افزونگی تعامل ضعیف تأثیر می گذارد. توده های نوترینو در نظر گرفته نمی شوند.

هر چند مدل استاندارد ما می توانیم آن را به صورت یک معادله بنویسیم، این در واقع یک کل همگن نیست به این معنا که عبارات مجزا و مستقل زیادی وجود دارد که بر اجزای مختلف جهان حاکم است. بخش‌های جداگانه مدل استاندارد با یکدیگر تعامل ندارند، زیرا بار رنگ بر برهمکنش‌های الکترومغناطیسی و ضعیف تأثیر نمی‌گذارد و این سؤالات بی‌پاسخ باقی می‌ماند که چرا فعل و انفعالاتی که باید رخ دهد، به عنوان مثال نقض CP در برهم‌کنش‌های قوی، جواب نمی‌دهند. اتفاق افتادن.

هنگامی که تقارن ها بازیابی می شوند (در اوج پتانسیل)، یکسان سازی اتفاق می افتد. با این حال، شکستن تقارن در پایین ترین نقطه، با جهان امروزی، همراه با انواع جدیدی از ذرات عظیم سازگار است. پس این نظریه باید چه چیزی «از همه چیز» باشد؟ اونی که هست، یعنی. یک جهان نامتقارن واقعی، یا یک و متقارن، اما در نهایت آن چیزی که ما با آن سر و کار داریم نیست.

زیبایی فریبنده مدل های "کامل".

لارس انگليس، در The No Theory of Everything، استدلال مي‌كند كه هيچ مجموعه قواعدي وجود ندارد كه بتواند ترکیب نسبیت عام با مکانیک کوانتومیزیرا آنچه در سطح کوانتومی صادق است لزوماً در سطح گرانش صادق نیست. و هر چه سیستم بزرگتر و پیچیده تر باشد، تفاوت آن با عناصر تشکیل دهنده آن بیشتر است. او می نویسد: «نکته این نیست که این قوانین گرانش با مکانیک کوانتومی در تضاد هستند، بلکه این است که آنها را نمی توان از فیزیک کوانتومی استخراج کرد.

همه علم، خواه ناخواه، بر فرض وجود آنها استوار است. قوانین فیزیکی عینیکه مستلزم مجموعه ای از فرضیه های فیزیکی بنیادی سازگار متقابل است که رفتار جهان فیزیکی و همه چیز را در آن توصیف می کند. البته، چنین نظریه ای مستلزم توضیح یا توصیف کاملی از هر چیزی نیست که وجود دارد، اما، به احتمال زیاد، تمام فرآیندهای فیزیکی قابل تأیید را به طور کامل توصیف می کند. به طور منطقی، یکی از مزایای فوری چنین درکی از TW متوقف کردن آزمایش‌هایی است که در آن نظریه نتایج منفی را پیش‌بینی می‌کند.

بیشتر فیزیکدانان باید دست از تحقیق بردارند و امرار معاش کنند نه تحقیق. با این حال، عموم مردم احتمالاً اهمیتی نمی‌دهند که آیا نیروی گرانش را می‌توان برحسب انحنای فضازمان توضیح داد.

البته، احتمال دیگری وجود دارد - جهان به سادگی متحد نخواهد شد. تقارن هایی که به آنها رسیده ایم صرفاً اختراعات ریاضی خودمان هستند و جهان فیزیکی را توصیف نمی کنند.

سابینا هوسنفلدر (3)، دانشمند مؤسسه مطالعات پیشرفته فرانکفورت، در مقاله‌ای پرمخاطب برای Nautil.Us، ارزیابی کرد که "کل ایده یک نظریه همه چیز مبتنی بر یک فرض غیرعلمی است." این بهترین استراتژی برای توسعه نظریه های علمی نیست. (...) تکیه بر زیبایی در توسعه نظریه از لحاظ تاریخی ضعیف عمل کرده است.» به نظر او، دلیلی وجود ندارد که طبیعت با نظریه همه چیز توصیف شود. در حالی که ما به یک نظریه کوانتومی گرانش نیاز داریم تا از یک ناهماهنگی منطقی در قوانین طبیعت جلوگیری کنیم، نیروها در مدل استاندارد نیازی به متحد شدن ندارند و نیازی به یکپارچه شدن با گرانش ندارند. خوب است، بله، اما غیر ضروری است. این محقق تاکید می کند که مدل استاندارد بدون یکسان سازی به خوبی کار می کند. خانم هوسنفلدر با عصبانیت می‌گوید طبیعت به وضوح اهمیتی نمی‌دهد که فیزیکدانان چه ریاضیات زیبایی را می‌دانند. در فیزیک، پیشرفت در توسعه نظری با حل ناسازگاری های ریاضی مرتبط است، و نه با مدل های زیبا و "تمام".

علی‌رغم این توصیه‌های هوشیارانه، پیشنهادهای جدیدی برای نظریه همه چیز مدام مطرح می‌شود، مانند نظریه بسیار ساده همه چیز گرت لیسی که در سال 2007 منتشر شد. این ویژگی را دارد که پروفسور Hossenfelder زیباست و با تجسم های جذاب می توان آن را به زیبایی نشان داد (4). این نظریه که E8 نام دارد، ادعا می کند که کلید درک جهان هستی است یک شیء ریاضی به شکل یک روزت متقارن.

لیسی این ساختار را با رسم ذرات بنیادی بر روی نموداری ایجاد کرد که فعل و انفعالات فیزیکی شناخته شده را نیز در نظر می گیرد. نتیجه یک ساختار ریاضی هشت بعدی پیچیده از 248 نقطه است. هر یک از این نقاط نشان دهنده ذرات با خواص متفاوت است. گروهی از ذرات در نمودار با ویژگی‌های خاصی وجود دارند که «فقدان» هستند. حداقل برخی از این «مفقود شده‌ها» از نظر تئوری با گرانش ارتباط دارند و شکاف بین مکانیک کوانتومی و نسبیت عام را پر می‌کنند.

4. تئوری تجسم E8

بنابراین فیزیکدانان باید برای پر کردن "سوکت روباه" تلاش کنند. اگر موفق شود چه اتفاقی خواهد افتاد؟ خیلی ها به طعنه جواب می دهند که چیز خاصی نیست. فقط یک عکس زیبا تمام می شود. این ساخت و ساز می تواند از این نظر ارزشمند باشد، زیرا به ما نشان می دهد که نتایج واقعی تکمیل یک «نظریه همه چیز» چه خواهد بود. شاید از نظر عملی بی اهمیت باشد.