Fogunk még csak egy elmélet
A fizikusok szeretnék találni egy egységes elmélet, amely leírja az egész univerzumot, hanem az, hogy így lesz, hogy megoldja a legbonyolultabb problémákat a tudományban. A nemrég megjelent film „Theory of Everything” történetét meséli Stephen Hawking, aki egyben a világhírű fizikus, ellentétben azzal, amit eddig tolószékbe, mivel a fiatalok. A film alapvetően az életről Hawking és az ő kapcsolata a feleségével, de még mindig találni egy kis időt, hogy megmagyarázzák, milyen Hawking tette a karrier.
Ambition, persze, volt sok. Hawking közül sok fizikus próbál jön a „minden elmélete”, egységes elmélet, hogy mindent megmagyaráz a világegyetem, összehozza az összes elméletek és folyamatok, amelyek összehozzák, amit még nem sikerült. Ő nyomdokaiban Albert Einstein, aki szintén megpróbálták, de nem sikerült, hogy dolgozzon ki egy ilyen elmélet.
Keresse minden elmélete lenne egy lenyűgöző teljesítmény, a megértés minden furcsa és csodálatos dolgok az univerzumban. Évtizedeken fizikusok azt mondta, és továbbra is azt mondják, hogy az elmélet a sarkon. Így vagyunk a határán megértése a legjobban?
Első pillantásra az egész elmélet hangzik, mint egy nehéz feladat. Meg kell magyarázni mindent Shakespeare az emberi agyat, minden, ami a földön van, és azon túl, mondja John Barrow Cambridge University az Egyesült Királyságban. „Ez a kérdés az univerzumban.”
Azonban Barrow azt hiszi, hogy találjanak minden elmélete „nagyon is lehetséges.” Mert „a természet törvényei kevés, egyszerű, szimmetrikus és már csak négy alapvető erő.” Bizonyos értelemben azt félre kell bonyolult a világ, amelyben élünk. „Az eredmények a törvényi - amit látunk magunk körül - végtelenül bonyolultabb” - mondja Barrow. De a szabályok mögött álló, egyszerű lehet.
1687-ben, sok tudós úgy gondolta, hogy az egész elmélet megtalálható.
John szerint Konduitta Newton asszisztens láttán egy almát a földre hulló, Newton volt az ötlet, hogy a gravitációs erő „nem korlátozódik egy bizonyos távolság a földre, és kiterjeszti sokkal tovább, mint volt a szokásosnál.” Szerint Konduitta Newton azon, hogy miért már nem a Holdra?
Inspirálva találgatások, Newton fejlesztett a gravitáció törvénye, amely egyformán jól működik az alma a világon, és a bolygó körül kering a napot. A tárgyak, a különbségek ellenére, amelyek ugyanazok a törvények.
„Az emberek azt hitték, hogy mindent megmagyarázott, hogy el kell magyarázni - mondja Barrow. - Ez volt a nagy eredmény. "
A probléma az, hogy a Newton tudta, hogy a munkája tátongó lyukakat.
Például a gravitációs nem magyarázza meg, apró tárgyakat tartanak össze, mert az erő nem olyan nagy. Ezen kívül, bár Newton tudta megmagyarázni, mi történik, nem tudta megmagyarázni, hogyan működik. Az elmélet hiányos volt.
Volt egy probléma, és így tovább. Bár Newton magyarázza a leggyakoribb jelenség a világegyetemben, bizonyos esetekben tárgyak sértik a törvényeket. Ezek a helyzetek ritkák voltak, és rendszerint nagyobb sebességgel vagy megnövekedett gravitáció, de ők voltak.
Az egyik ilyen volt a helyzet a Merkúr pályája, a legközelebbi bolygó a nap. Mint minden más Merkúr kering a napot. Newton törvényei lehet kiszámítani a mozgások a bolygók, de Mercury nem akar játszani a szabályokat. Milyen furcsa, a pályája nem volt található. Világossá vált, hogy az egyetemes gravitáció törvényét nem volt olyan általános, és ez nem a törvény egyáltalán.
A lényeg az, hogy a tér és az idő, ami úgy tűnik, hogy különböző dolgokat, sőt összefonódnak. A tér három dimenziója van: hosszúság, szélesség és magasság. Az idő a negyedik dimenzió. Mind a négy csatlakozik formájában egy hatalmas kozmikus sejteket. Ha valaha is hallotta a kifejezést „tér-idő kontinuum”, ez róla, és megy.
Einstein nagy ötlete az volt, hogy a nehéz tárgyak, mint például a bolygók, vagy gyorsan mozgó képes meghajlítani a tér-idő. Egy kicsit olyan, mint egy feszes trambulin ha tesz valami nehéz a szövet, a dip. Minden más tárgyak legurul a lejtőn, hogy a tárgy az üregbe. Mert, Einstein szerint a gravitáció húzza tárgyakat.
Fura ötlet épül. De a fizikusok meg vannak győződve arról, hogy ez. Azt is kifejti, a furcsa Merkúr pályája. Az általános relativitáselmélet, egy hatalmas napenergia tömeges torzítja térben és időben bárhol. Mivel a legközelebbi bolygó a Nap, a Merkúr tapasztalható sokkal nagyobb görbület, mint a többi bolygó. Az egyenletek az általános relativitás leírja, hogy ez a görbült téridő hatása a Merkúr pályája, és lehetővé teszi, hogy előre a helyzetét a bolygók.
Annak ellenére, hogy a siker, a relativitáselmélet nem minden elmélete, mint Newton elmélete. Mint Newton elmélete nem működik egy igazán nagy tömegű objektumok, Einstein elmélete nem működik a mikroméretű. Miután elkezdte vizsgálni az atomok és valami kisebb, az anyag kezd viselkedni, nagyon furcsa.
De ez még nem minden. Azóta a tudósok megtalálták a módját, hogy ossza anyag kisebb és kisebb darabokra, miközben továbbra is finomítani megértése alapvető részecskék. Az 1960-as években, a tudósok találtak több tucat elemi részecske, egy hosszú listát az úgynevezett részecske állatkertben.
Amennyire tudjuk, három összetevője az atom volt az egyetlen elemi részecske elektron. Neutronok és protonok vannak osztva apró kvarkok. Ezek az elemi részecskék vannak kitéve teljesen más törvények eltérnek azoktól, melyek szabályozzák a fák vagy a bolygón. És ezek az új törvények -, amelyek sokkal kevésbé kiszámítható - fizikusok elrontotta a hangulatot.
A kvantumfizika, a részecskék nem egy konkrét helyre: a helyét egy kicsit homályos. Mintha minden részecske egy bizonyos valószínűséggel egy bizonyos helyen. Ez azt jelenti, hogy a világ eredendően alapvetően határozatlan helyen. Kvantummechanika még nehéz megérteni. Ahogy Richard Feynman egyszer azt mondta, szakértő kvantummechanika „Azt hiszem, nyugodtan mondhatjuk, hogy senki sem érti a kvantummechanika.”
Einstein is aggódik a bizonytalanság a kvantummechanika. Annak ellenére, hogy ő, sőt, részben kitalált maga Einstein soha nem hitt kvantumelmélet. De az ő palotája - kis és nagy - általános relativitáselmélet és a kvantummechanika bizonyultak jogosult az abszolút hatalom, hogy rendkívül pontos.
A kvantummechanika magyarázza a szerkezetét és viselkedését tartalmaz, beleértve ezért némelyikük radioaktív. ez az alapja a modern elektronika. Azt nem tudja elolvasni ezt a cikket nélkül.
Az általános relativitáselmélet jósolta fennállásának fekete lyukak. Ezek a hatalmas csillagok, hogy omlik össze magukat. Ezek gravitációs vonzása olyan erős, hogy még a fény sem hagyja.
A probléma az, hogy a két elmélet összeegyeztethetetlen, és ezért nem lehet igaz egyszerre. Az általános relativitáselmélet kimondja, hogy a viselkedése tárgyak pontosan előre lehet jelezni, mivel a kvantummechanika azt mondja, hogy csak akkor lehet tudni, hogy a valószínűsége, hogy az objektum fog tenni. Ebből az következik, hogy még mindig vannak olyan dolgok, amelyek a fizika még nem írták le. Fekete lyukak, például. Ezek hatalmas ahhoz, hogy alkalmazni lehessen őket a relativitáselmélet, de elég kicsi ahhoz, hogy képes legyen alkalmazni a kvantummechanika. Ha nem találja magát közel a fekete lyuk, ez az összeférhetetlenség nem befolyásolja a mindennapi életben. De rejtélyes fizikusok többsége a múlt században. Ez az inkompatibilitás tesz bennünket keresnek csak egy elmélet.
Einstein töltötte élete nagy részét, hogy kitalálja ezt az elméletet. Mivel nem egy rajongó a véletlenszerűség a kvantummechanika, azt akarta, hogy hozzon létre egy elmélet, amely egyesíti a gravitáció és a többi fizika kvantum furcsasága maradt másodlagos következménye.
Fő feladata az volt, hogy a gravitáció munka elektromágnesesség. Az 1800-as években a fizika úgy találta, hogy az elektromosan töltött részecskék vonzzák vagy taszítják. Mivel egyes fémek vonzza egy mágnes. Nyilvánvaló, hogy ha a kétféle erő, hogy az objektumok lehetnek egymásra, akkor vonzza a gravitáció, és vonzott vagy taszított miatt elektromágnesesség.
Einstein akarta egyesíteni a két erő a „egyesített mező elmélet”. Ehhez kinyújtotta téridő öt dimenzióban. Együtt a három térbeli dimenzió és az egyik alkalommal, amikor hozzá egy ötödik dimenzió, ami kell a kis- és hajtogatott, hogy nem láthatta őt.
Nem működött, és Einstein 30 évig az üres keresést. Meghalt 1955-ben, és az ő egyesített térelmélet még nem hozták nyilvánosságra. De a következő évtizedben lesz egy komoly versenyző ezt az elméletet: a húrelmélet.
Húrelmélet húrelmélet
Az ötlet húrelmélet igen egyszerű. Fő ingredenty mint az elektronikus világban - ez nem egy részecske. Ez a kis hurkok vagy „string”. Ahogyan a húrok nagyon kicsi, úgy tűnik, hogy pont.
Mint a húrok egy gitárt, ezek a hurkok vannak energiával. Ezért rezgéssel különböző frekvenciákon méretétől függően. Ezek a rezgések határozzák meg, milyen „részecskék” fogja képviselni minden húr. A rezgés a húr egyik módja, hogy az Ön egy elektron. A másik - valami mást. Minden részecskéket fedeztek fel a 20. században, néhány fajta húrok, csak rezgő különböző módon.
Nehéz rögtön megérti, hogy miért ez egy jó ötlet. De ez alkalmas minden erők a természetben: a gravitáció és az elektromágnesesség, plusz még két nyílt meg a 20. században. Erős és gyenge nukleáris erők működnek csak egy apró atommagok, így azok hosszú ideig nem található. Az erős kölcsönhatás tartja a nucleus együtt. Gyenge erő általában nem csinál semmit, de ha egyre elég erő, megtöri a nucleus egymástól: miért néhány atom radioaktív.
Bármilyen minden elmélete lesz elmagyarázni mind a négy. Szerencsére a két nukleáris erők és az elektromágnesesség teljesen le kvantummechanika. Minden erő át egy speciális részecske. De nincs részecske, amely szült gravitáció.
Egyes fizikusok úgy vélik, hogy az. Úgy hívják, hogy „graviton”. Gravitonok nincs tömege, speciális spin és mozognak a fény sebessége. Sajnos még nem találtam. És itt jön a képbe a húrelmélet. Azt írja egy string, amely pontosan úgy néz ki, mint a graviton: rendelkezik a megfelelő spin, nincs tömege és mozog a fény sebessége. Ez az első alkalom a történelemben, a relativitáselmélet és a kvantummechanika tapogatózott vitatott.
Az 1980-as évek, a fizikusok lenyűgözte húrelmélet. „1985-ben, rájöttünk, hogy a húrelmélet megoldja a sok probléma, hogy sújtja az embereket az elmúlt 50 évben” - mondja Barrow. De ő kiderült, hogy a probléma.
Először is, „nem érti, mi a húrelmélet, a szükséges részleteket,” mondta Philip Candelas a University of Oxford. „Nincs jó szó rá.”
Ezen kívül néhány jóslatok, hogy furcsának tűnik. Míg az elmélet Einstein egyesített mező támaszkodik további rejtett dimenziót, a legegyszerűbb formája a húrelmélet igényel 26 méretben. Meg kell kapcsolni a matematikai elmélet, amit már eddig is tudtunk az univerzum.
A fejlettebb változata, az úgynevezett „superstring elmélet”, aminek a költsége tíz dimenzióban. De még ez nem illik össze a három dimenzióban látjuk a Földön.
„Ezzel lehet kezelni, ha azt feltételezzük, hogy csak három dimenzióban bővítettük világ és lesz nagy, - mondja Barrow. - Egyéb jelen vannak, de fantasztikusan kicsi. "
Ezek miatt és egyéb problémák, sok fizikus nem tetszik húrelmélet. És lehetőség van egy másik elmélet: hurok kvantumgravitáció.
Hurok kvantumgravitáció
Ez az elmélet nem határozza meg a feladatot, hogy integrálja és bele minden, ami a részecskefizika. Ehelyett hurok kvantumgravitáció csak próbál, hogy egy kvantumelmélet a gravitáció. Ez sokkal korlátozottabb, mint a húrelmélet, de nem olyan terjedelmes. Hurok kvantumgravitáció azt jelenti, hogy a tér-idő van osztva apró darabokra. Messziről úgy tűnik, hogy ez egy sima lemez, de a közelebbi vizsgálat azt mutatja, egy csomó pontot vonalak kötik össze, vagy hurkok. Ezek a kis szálakat szőtt, ad magyarázatot a gravitáció. Ez a gondolat, mint érthetetlen, húrelmélet, és hasonló problémák: nincs kísérleti bizonyíték.
Miért ezek az elméletek is tárgyalt? Talán csak nem tudom, elég. Ha úgy találja, nagy események, amelyek soha nem láttunk, próbáljuk megérteni a nagy képet, és kap a hiányzó darab a puzzle később.
Van egy másik probléma. Ezek az elméletek nehezen ellenőrizhető, nagyrészt azért, mert azok rendkívül kegyetlen matematika. Candela megpróbálta megtalálni a módját, hogy teszteljék a húrelmélet sok éven át, de nem tudott.
„A fő akadály az úton húrelmélet hiánya matematika fejlődése, amelynek kísérnie kell a fizikai vizsgálatokat, - mondja Barrow. - Ez már a korai szakaszban, sokat kell még vizsgálni. "
Mindezt a húrelmélet is ígéretesek. „Sok éven át, az emberek megpróbálták egyesíteni a gravitáció a többi fizika, - mondja Candelas. - Volt egy elmélet, hogy megmagyarázza jól elektromágnesesség és más erők, de nem a gravitáció. A húrelmélet igyekszünk össze őket. "
Az igazi probléma az, hogy az elmélet minden egyszerűen lehetetlen azonosítani.