Zer gertatzen da... fisikako oinarrizko problemak ebazten baditugu. Dena dago ezer atera ezin den teoria baten zain

Zerk emango digu erantzuna materia iluna eta energia iluna bezalako misterioei, Unibertsoaren hasierako misterioari, grabitatearen izaera, materiaren abantaila antimateriari, denboraren norabidea, grabitatearen bateratzea beste elkarrekintza fisikoekin. , naturaren indarrak oinarrizko bateratze handia, guztiaren teoria deritzona arte?

Einsteinen arabera eta beste hainbat fisikari moderno nabarmen, fisikaren helburua, hain zuzen, guztiaren teoria (telebista) sortzea da. Hala ere, teoria horren kontzeptua ez da anbiguoa. Guztiaren teoria bezala ezagutzen dena, ToE dena koherentziaz deskribatzen duen teoria fisiko hipotetikoa da. fenomeno fisikoak eta edozein esperimenturen emaitza aurreikusteko aukera ematen du. Gaur egun, esaldi hau lotura bat egiten saiatzen diren teoriak deskribatzeko erabiltzen da erlatibitatearen teoria orokorra. Orain arte, teoria horietako batek ere ez du baieztapen esperimentala jaso.

Gaur egun, TW dela dioen teoriarik aurreratuena printzipio holografikoan oinarritzen da. 11 dimentsioko M-teoria. Oraindik ez da garatu eta askoren ustez garapenaren norabidea da benetako teoria bat baino.

Zientzialari askok zalantzan jartzen dute "guztiaren teoria" moduko zerbait ere posible denik, eta zentzurik oinarrizkoenean, logikan oinarrituta. Kurt Gödel-en teorema dio nahikoa den sistema logiko konplexua dela edo barrutik inkoherentea dela (perpaus bat eta haren kontraesana frogatu daiteke) edo osatugabea dela (froga ezin daitezkeen perpaus hutsal egiazkoak daude). Stanley Jackie-k 1966an adierazi zuen TW teoria matematiko konplexu eta koherentea izan behar zuela, beraz, ezinbestean osatugabea izango dela.

Bada ororen teoriaren modu berezi, original eta emozional bat. hipotesi holografikoa (1), zeregina apur bat plan ezberdin batera transferituz. Zulo beltzen fisikak adierazten duela dirudi gure unibertsoa ez dela gure zentzumenek esaten digutena. Inguratzen gaituen errealitatea holograma bat izan daiteke, hau da. bi dimentsioko plano baten proiekzioa. Hau Gödel-en teoremari berari ere aplikatzen zaio. Baina guztiaren teoria horrek arazoren bat konpontzen al du, zibilizazioaren erronkei aurre egiteko aukera ematen al digu?

Deskribatu unibertsoa. Baina zer da unibertsoa?

Gaur egun, ia fenomeno fisiko guztiak azaltzen dituzten bi teoria nagusi ditugu: Einsteinen grabitatearen teoria (erlatibitate orokorra) i. Lehenengoak ondo azaltzen du makro objektuen mugimendua, futboleko baloietatik galaxietaraino. oso jakintsua da atomoei eta partikula azpiatomikoei buruz. Arazoa hori da bi teoria hauek gure mundua modu guztiz ezberdinetan deskribatzen dute. Mekanika kuantikoan, gertaerak hondo finko baten aurka gertatzen dira. espazio-denbora – w malgua den bitartean. Nolakoa izango da espazio-denbora kurbatuaren teoria kuantikoa? Ez dakigu.

Guztiaren teoria bateratua sortzeko lehen saiakerak argitaratu eta gutxira agertu ziren erlatibitatearen teoria orokorraindar nuklearrak arautzen dituzten oinarrizko legeak ulertu baino lehen. Kontzeptu hauek, izenez ezagutzen direnak Kaluzi-Klein teoria, grabitatea elektromagnetismoarekin uztartu nahi izan zuen.

Hamarkadetan zehar, soken teoria, materiaz osatuta dagoela adierazten duena bibrazio-harri txikiak edo energia begizta, sortzeko onena jotzen da fisikaren teoria bateratua. Hala ere, fisikari batzuek nahiago dute kkable-haraldun begizta-grabitateabertan, kanpoko espazioa bera begizta txiki-txikiz osatuta dago. Hala ere, ez da ez soken teoria ez begizta grabitate kuantikoa probatu esperimentalki.

Teoria bateratu handiek (GUT), kromodinamika kuantikoa eta interakzio elektroahulen teoria konbinatuz, interakzio indartsuak, ahulak eta elektromagnetikoak interakzio bakar baten agerpen gisa adierazten dituzte. Hala ere, aurreko teoria bateratu handietako batek ere ez du baieztapen esperimentala jaso. Teoria handi bateratuaren ezaugarri komun bat protoiaren desintegrazioaren iragarpena da. Prozesu hori oraindik ez da ikusi. Hortik ondorioztatzen da protoi baten iraupenak gutxienez 1032 urtekoa izan behar duela.

1968ko Eredu Estandarrak indar indartsuak, ahulak eta elektromagnetikoak bateratu zituen aterki baten azpian. Partikula guztiak eta haien elkarrekintzak kontuan hartu dira, eta iragarpen berri asko egin dira, bateratze iragarpen handi bat barne. Energia handietan, 100 GeV-ko (elektroi bakar bat 100 mila milioi voltioko potentzial batera bizkortzeko behar den energia), indar elektromagnetikoak eta ahulak bateratzen dituen simetria berreskuratuko da.

Berrien existentzia iragarri zen, eta 1983an W eta Z bosoien aurkikuntzarekin, iragarpen hauek baieztatu ziren. Lau indar nagusiak hirura murriztu ziren. Bateratzearen atzean dagoen ideia da Eredu Estandarraren hiru indarrak, eta agian grabitatearen energia handiagoa ere, egitura batean konbinatzen direla.

2. Eredu Estandarra deskribatzen duen Langrange ekuazioa, bost osagaitan banatuta.

Batzuek iradoki dute are energia altuagoetan, agian inguruan Planck eskala, grabitatea ere uztartuko da. Hau da soken teoriaren motibazio nagusietako bat. Ideia hauei buruz oso interesgarria dena zera da, bateratzea nahi badugu, energia altuagoetan simetria berreskuratu behar dugula. Eta gaur egun apurtzen badira, behagarria den zerbait dakar, partikula berriak eta elkarrekintza berriak.

Eredu Estandarreko Lagrangiarra da i partikulak deskribatzen dituen ekuazio bakarra Eredu Estandarraren eragina (2). Bost zati independentez osatuta dago: ekuazioaren 1. zonako gluoiei buruz, birekin markatutako zatian bosoi ahulak, hirurekin markatuta, materiak indar ahularekin eta Higgs eremuarekin, kentzen duten mamu-partikulak nola eragiten duen azaltzen duen deskribapen matematikoa da. Higgs eremuaren soberakina laugarren zatietan eta bost azpian deskribatutako izpirituak Fadeev-Popovinterakzio ahularen erredundantzia eragiten dutenak. Neutrino-masak ez dira kontuan hartzen.

Nahiz eta eredu estandarra ekuazio bakar gisa idatz dezakegu, ez da osotasun homogeneo bat unibertsoaren osagai desberdinak gobernatzen dituzten adierazpen bereizi eta independente asko daudelako. Eredu Estandarraren zati bereiziek ez dute elkarren artean elkarreragiten, kolore-kargak ez duelako eraginik interakzio elektromagnetiko eta ahulei, eta galderak erantzun gabe geratzen dira zergatik gertatu behar diren elkarrekintzak, adibidez, interakzio sendoetan CP urratzea, ez duten funtzionatzen. gauzatu.

Simetriak berreskuratzen direnean (potentzialaren gailurrean), bateratzea gertatzen da. Hala ere, behealdean hausten den simetria bat dator gaur egun dugun unibertsoarekin, partikula masibo mota berriekin batera. Beraz, zein izan behar du "guztitik" teoria honek? Hori dena, alegia. benetako unibertso asimetriko bat, edo bat eta simetrikoa, baina, azken finean, ez diharduguna.

Modelo "osoen" edertasun engainagarria

Lars Englishek, The No Theory of Everything-en, dio ez dagoela arau multzo bakarra konbinatu erlatibitate orokorra eta mekanika kuantikoamaila kuantikoan egia dena ez baita zertan grabitate mailan egia. Eta zenbat eta handiagoa eta konplexuagoa izan sistema, orduan eta gehiago bereizten da bere osagaietatik. "Kontua ez da grabitate-arau hauek mekanika kuantikoarekin kontraesanean daudela, baizik eta ezin direla fisika kuantikotik eratorri", idatzi du.

Zientzia oro, nahita edo ez, haien existentziaren premisean oinarritzen da. lege fisiko objektiboakunibertso fisikoaren eta bertan dagoen guztia deskribatzen duten oinarrizko postulatu fisikoen multzo bateragarri bat dakar. Noski, teoria horrek ez dakar existitzen den guztiaren azalpen edo deskribapen osoa, baina, ziurrenik, prozesu fisiko egiaztagarri guztiak zehatz-mehatz deskribatzen ditu. Logikoa denez, TW ulertzearen berehalako onuretako bat teoriak emaitza negatiboak aurreikusten dituen esperimentuak geldiaraztea izango litzateke.

Fisikari gehienek ikertzeari utzi eta irakaskuntza bizi bat atera beharko dute, ez ikertzeari. Hala ere, publikoari ziurrenik ez zaio axola grabitatearen indarra espazio-denboraren kurbaduraren arabera azal daitekeen.

Jakina, badago beste aukera bat: Unibertsoa ez da bat egingo. Iritsi garen simetriak gure asmakizun matematikoak besterik ez dira eta ez dute unibertso fisikoa deskribatzen.

Nautil.Us-en ospe handiko artikulu batean, Sabina Hossenfelder (3), Frankfurteko Ikasketa Aurreratuetarako Institutuko zientzialariak baloratu zuen "guztiaren teoria baten ideia osoa hipotesi ez zientifiko batean oinarritzen dela". «Hau ez da teoria zientifikoak garatzeko estrategiarik onena. (…) Teoriaren garapenean edertasunaren konfiantzak ez du funtzionatu historikoki. Bere ustez, ez dago arrazoirik natura guztiaren teoria batek deskribatzeko. Naturaren legeetan inkoherentzia logiko bat ekiditeko grabitatearen teoria kuantikoa behar dugun arren, Eredu Estandarreko indarrek ez dute zertan bateratu behar eta ez dute zertan grabitatearekin bateratu. Polita litzateke, bai, baina ez da beharrezkoa. Eredu estandarrak ondo funtzionatzen du bateratzerik gabe, azpimarratzen du ikertzaileak. Naturari, argi eta garbi, berdin zaio fisikariek matematika ederra iruditzen zaiena, dio Hossenfelder andereak haserre. Fisikan, garapen teorikoan izandako aurrerapenak inkoherentzia matematikoen konponbidearekin lotzen dira, eta ez eredu eder eta "bukatuekin".

Ohartarazpen soil horiek gorabehera, denaren teoriarako proposamen berriak egiten ari dira etengabe, Garrett Lisiren The Exceptionally Simple Theory of Everything adibidez, 2007an argitaratua. Prof. Hossenfelder ederra da eta ederki erakutsi daiteke bistaratze erakargarriekin (4). E8 izeneko teoria honek unibertsoa ulertzeko gakoa dela dio objektu matematikoa erroseta simetriko baten moduan.

Lisi-k egitura hau sortu zuen, elkarrekintza fisiko ezagunak ere kontuan hartzen dituen grafiko batean oinarrizko partikulak marraztuz. Emaitza 248 puntuko zortzi dimentsioko egitura matematiko konplexua da. Puntu horietako bakoitzak propietate desberdinak dituzten partikulak adierazten ditu. Diagraman "falta" dauden zenbait propietate partikula talde bat dago. "Desagertzen diren" horietako batzuek, teorikoki, badute zerikusirik grabitatearekin, mekanika kuantikoaren eta erlatibitate orokorraren arteko zubiarekin.

4. Bistaratzeko teoria E8

Beraz, fisikariek "Fox socket" betetzeko lan egin behar dute. Arrakasta lortzen badu, zer gertatuko da? Askok sarkastikoki ez dutela ezer berezirik erantzuten. Irudi polit bat besterik ez litzateke amaituko. Eraikuntza hori baliotsua izan daiteke zentzu honetan, “guztiaren teoria” osatzeak benetako ondorioak zeintzuk liratekeen erakusten baitigu. Agian zentzu praktikoan hutsala.