რა მოხდება, თუ... ჩვენ გადავჭრით ფუნდამენტურ ამოცანებს ფიზიკაში. ყველაფერი ელოდება თეორიას, საიდანაც ვერაფერი გამოვა

რა გაგვცემს პასუხს ისეთ საიდუმლოებებზე, როგორიცაა ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია, სამყაროს დასაწყისის საიდუმლო, გრავიტაციის ბუნება, მატერიის უპირატესობა ანტიმატერიაზე, დროის მიმართულება, გრავიტაციის გაერთიანება სხვა ფიზიკურ ურთიერთქმედებებთან. ბუნების ძალების დიდი გაერთიანება ერთ საბაზისო, ყველაფრის თეორიამდე ე.წ.

აინშტაინის მიხედვით და ბევრი სხვა გამოჩენილი თანამედროვე ფიზიკოსი, ფიზიკის მიზანი სწორედ ყველაფრის თეორიის შექმნაა (ტელევიზია). თუმცა, ასეთი თეორიის კონცეფცია არ არის ცალსახა. ცნობილი როგორც ყველაფრის თეორია, ToE არის ჰიპოთეტური ფიზიკური თეორია, რომელიც თანმიმდევრულად აღწერს ყველაფერს ფიზიკური მოვლენები და გაძლევთ საშუალებას იწინასწარმეტყველოთ ნებისმიერი ექსპერიმენტის შედეგი. დღესდღეობით, ეს ფრაზა ჩვეულებრივ გამოიყენება თეორიების აღსაწერად, რომლებიც ცდილობენ დაამყარონ კავშირი ფარდობითობის ზოგადი თეორია. ჯერჯერობით არცერთ ამ თეორიას არ მიუღია ექსპერიმენტული დადასტურება.

ამჟამად, ყველაზე მოწინავე თეორია, რომელიც აცხადებს, რომ არის TW, ეფუძნება ჰოლოგრაფიულ პრინციპს. 11-განზომილებიანი M-თეორია. ის ჯერ არ არის შემუშავებული და ბევრი მიიჩნევს განვითარების მიმართულებად და არა რეალურ თეორიად.

ბევრი მეცნიერი ეჭვობს, რომ რაღაც „ყველაფრის თეორიის“ მსგავსიც კი შესაძლებელია და, ყველაზე ძირითადი გაგებით, ლოგიკას ეფუძნება. კურტ გოდელის თეორემა ამბობს, რომ ნებისმიერი საკმაოდ რთული ლოგიკური სისტემა ან შინაგანად არათანმიმდევრულია (შეიძლება დაამტკიცოს წინადადება და მისი წინააღმდეგობა მასში) ან არასრული (არსებობს ტრივიალურად ჭეშმარიტი წინადადებები, რომელთა დამტკიცებაც შეუძლებელია). სტენლი ჯეკიმ 1966 წელს აღნიშნა, რომ TW უნდა იყოს რთული და თანმიმდევრული მათემატიკური თეორია, ამიტომ ის აუცილებლად არასრული იქნება.

არსებობს ყველაფრის თეორიის განსაკუთრებული, ორიგინალური და ემოციური გზა. ჰოლოგრაფიული ჰიპოთეზა (1), დავალების გადატანა ოდნავ განსხვავებულ გეგმაზე. შავი ხვრელების ფიზიკა, როგორც ჩანს, მიუთითებს იმაზე, რომ ჩვენი სამყარო არ არის ის, რასაც ჩვენი გრძნობები გვეუბნებიან. რეალობა, რომელიც ჩვენს გარშემოა, შეიძლება იყოს ჰოლოგრამა, ე.ი. ორგანზომილებიანი სიბრტყის პროექცია. ეს ასევე ეხება თავად გოდელის თეორემას. მაგრამ ყველაფრის ამგვარი თეორია რაიმე პრობლემას წყვეტს, გვაძლევს თუ არა ცივილიზაციის გამოწვევებს დაპირისპირების საშუალებას?

აღწერეთ სამყარო. მაგრამ რა არის სამყარო?

ამჟამად გვაქვს ორი ყოვლისმომცველი თეორია, რომელიც ხსნის თითქმის ყველა ფიზიკურ მოვლენას: აინშტაინის გრავიტაციის თეორია (ზოგადი ფარდობითობა) ი. პირველი კარგად ხსნის მაკრო ობიექტების მოძრაობას, ფეხბურთის ბურთებიდან გალაქტიკებამდე. ის ძალიან კარგად იცნობს ატომებსა და სუბატომურ ნაწილაკებს. პრობლემა იმაშია ეს ორი თეორია აღწერს ჩვენს სამყაროს სრულიად განსხვავებულად. კვანტურ მექანიკაში მოვლენები ფიქსირებულ ფონზე მიმდინარეობს. სივრცე-დრო – ხოლო w არის მოქნილი. როგორი იქნება მრუდი სივრცე-დროის კვანტური თეორია? Ჩვენ არ ვიცით.

ყველაფრის ერთიანი თეორიის შექმნის პირველი მცდელობები გამოქვეყნებიდან მალევე გამოჩნდა ფარდობითობის ზოგადი თეორიასანამ გავიგებთ ფუნდამენტურ კანონებს, რომლებიც მართავენ ბირთვულ ძალებს. ეს ცნებები, რომლებიც ცნობილია როგორც კალუზი-კლეინის თეორია, ცდილობდა გრავიტაციის ელექტრომაგნიტიზმთან გაერთიანებას.

ათწლეულების განმავლობაში სიმებიანი თეორია, რომელიც მატერიას წარმოადგენდა, როგორც შედგენილი პატარა ვიბრაციული სიმები ან ენერგიის მარყუჟი, ითვლება საუკეთესოდ შესაქმნელად ფიზიკის ერთიანი თეორია. თუმცა, ზოგიერთი ფიზიკოსი ამჯობინებს კსაკაბელო მარყუჟის გრავიტაციარომელშიც თავად გარე სივრცე შედგება პაწაწინა მარყუჟებისგან. თუმცა, არც სიმების თეორია და არც მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია არ არის ექსპერიმენტულად გამოცდილი.

დიდი გაერთიანების თეორიები (GUTs), რომლებიც აერთიანებს კვანტურ ქრომოდინამიკას და ელექტროსუსტ ურთიერთქმედების თეორიას, წარმოადგენს ძლიერ, სუსტ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებს, როგორც ერთიანი ურთიერთქმედების გამოვლინებას. თუმცა, არცერთ წინა გრანდიოზულ ერთიან თეორიას არ მიუღია ექსპერიმენტული დადასტურება. დიდი ერთიანი თეორიის საერთო მახასიათებელია პროტონის დაშლის პროგნოზირება. ეს პროცესი ჯერ არ დაფიქსირებულა. აქედან გამომდინარეობს, რომ პროტონის სიცოცხლე უნდა იყოს მინიმუმ 1032 წელი.

1968 წლის სტანდარტულმა მოდელმა გააერთიანა ძლიერი, სუსტი და ელექტრომაგნიტური ძალები ერთი ყოვლისმომცველი ქოლგის ქვეშ. ყველა ნაწილაკი და მათი ურთიერთქმედება განხილულია და ბევრი ახალი პროგნოზი გაკეთდა, მათ შორის ერთი დიდი გაერთიანების პროგნოზი. მაღალი ენერგიების დროს, 100 გევ-ის რიგის მიხედვით (ენერგია, რომელიც საჭიროა ერთი ელექტრონის 100 მილიარდ ვოლტამდე პოტენციალის დასაჩქარებლად), აღდგება ელექტრომაგნიტური და სუსტი ძალების გამაერთიანებელი სიმეტრია.

იწინასწარმეტყველეს ახლის არსებობა და 1983 წელს W და Z ბოზონების აღმოჩენით ეს პროგნოზები დადასტურდა. ოთხი ძირითადი ძალა სამამდე შემცირდა. გაერთიანების იდეა არის ის, რომ სტანდარტული მოდელის სამივე ძალა და შესაძლოა გრავიტაციის უმაღლესი ენერგიაც კი გაერთიანებულია ერთ სტრუქტურაში.

2. ლანგრანჟის განტოლება, რომელიც აღწერს სტანდარტულ მოდელს, დაყოფილია ხუთ კომპონენტად.

ზოგიერთი ვარაუდობს, რომ კიდევ უფრო მაღალ ენერგიებზე, შესაძლოა გარშემო პლანკის სკალაგრავიტაციაც გაერთიანდება. ეს არის სიმების თეორიის ერთ-ერთი მთავარი მოტივაცია. ამ იდეებში ძალიან საინტერესო ის არის, რომ თუ გვსურს გაერთიანება, ჩვენ უნდა აღვადგინოთ სიმეტრია უფრო მაღალ ენერგიებში. და თუ ისინი ამჟამად გატეხილია, ეს იწვევს რაღაც დაკვირვებად, ახალ ნაწილაკებს და ახალ ურთიერთქმედებებს.

სტანდარტული მოდელის ლაგრანგიანი არის ერთადერთი განტოლება, რომელიც აღწერს ნაწილაკებს i სტანდარტული მოდელის გავლენა (2). იგი შედგება ხუთი დამოუკიდებელი ნაწილისგან: განტოლების 1 ზონაში გლუონების შესახებ, სუსტი ბოზონების ნაწილში, რომელიც აღინიშნება ორით, აღინიშნება სამი, არის მათემატიკური აღწერა იმისა, თუ როგორ ურთიერთქმედებს მატერია სუსტ ძალასთან და ჰიგსის ველთან, მოჩვენება ნაწილაკები, რომლებიც აკლებენ. ჰიგსის ველის სიჭარბე მეოთხეში და სულები, რომლებიც აღწერილია ხუთში ფადეევ-პოპოვირომლებიც გავლენას ახდენენ სუსტი ურთიერთქმედების სიჭარბეზე. ნეიტრინოს მასები არ არის გათვალისწინებული.

მიუხედავად იმისა, რომ სტანდარტული მოდელი ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ ის, როგორც ერთი განტოლება, ის ნამდვილად არ არის ერთგვაროვანი მთლიანობა იმ გაგებით, რომ არსებობს მრავალი ცალკეული, დამოუკიდებელი გამოთქმა, რომელიც მართავს სამყაროს სხვადასხვა კომპონენტებს. სტანდარტული მოდელის ცალკეული ნაწილები არ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, რადგან ფერის მუხტი არ მოქმედებს ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებზე და პასუხგაუცემელი რჩება კითხვები, რატომ არ მუშაობს ურთიერთქმედება, რომელიც უნდა მოხდეს, მაგალითად, CP დარღვევა ძლიერ ურთიერთქმედებებში. გაიმართება.

როდესაც სიმეტრიები აღდგება (პოტენციალის პიკზე), ხდება გაერთიანება. თუმცა, სიმეტრიის რღვევა ბოლოში შეესაბამება სამყაროს, რომელიც დღეს გვაქვს, მასიური ნაწილაკების ახალ სახეობებთან ერთად. მაშ, რა უნდა იყოს „ყველაფრიდან“ ეს თეორია? ის, რაც არის, ე.ი. ნამდვილი ასიმეტრიული სამყარო, ან ერთი და სიმეტრიული, მაგრამ საბოლოო ჯამში არა ის, ვისთანაც საქმე გვაქვს.

"სრული" მოდელების მატყუარა სილამაზე

ლარს ინგლისი, The No Theory of Everything-ში, ამტკიცებს, რომ არ არსებობს წესების ერთი ნაკრები, რომელიც შეიძლება გააერთიანეთ ფარდობითობის ზოგადი თეორია კვანტურ მექანიკასთანრადგან ის, რაც მართალია კვანტურ დონეზე, სულაც არ არის ჭეშმარიტი გრავიტაციის დონეზე. და რაც უფრო დიდი და რთულია სისტემა, მით უფრო განსხვავდება იგი მისი შემადგენელი ელემენტებისაგან. „საქმე ის კი არ არის, რომ გრავიტაციის ეს წესები ეწინააღმდეგება კვანტურ მექანიკას, არამედ ის, რომ ისინი არ შეიძლება იყოს მიღებული კვანტური ფიზიკიდან“, წერს ის.

მთელი მეცნიერება, განზრახ თუ არა, ეფუძნება მათი არსებობის წინაპირობას. ობიექტური ფიზიკური კანონებირაც გულისხმობს ფუნდამენტური ფიზიკური პოსტულატების ურთიერთთავსებად კომპლექტს, რომელიც აღწერს ფიზიკური სამყაროს ქცევას და მასში არსებულ ყველაფერს. რა თქმა უნდა, ასეთი თეორია არ გულისხმობს ყველაფრის სრულ ახსნას ან აღწერას, რაც არსებობს, მაგრამ, სავარაუდოდ, ის ამომწურავად აღწერს ყველა შესამოწმებელ ფიზიკურ პროცესს. ლოგიკურად, TW-ის ამგვარი გაგების ერთ-ერთი უშუალო უპირატესობა იქნება ექსპერიმენტების შეჩერება, რომლებშიც თეორია უარყოფით შედეგებს წინასწარმეტყველებს.

ფიზიკოსთა უმეტესობას მოუწევს კვლევის შეწყვეტა და სწავლების კეთება და არა კვლევა. თუმცა, საზოგადოებას ალბათ არ აინტერესებს, შეიძლება თუ არა მიზიდულობის ძალის ახსნა სივრცე-დროის გამრუდების თვალსაზრისით.

რა თქმა უნდა, არსებობს კიდევ ერთი შესაძლებლობა - სამყარო უბრალოდ არ გაერთიანდება. სიმეტრიები, რომლებზეც მივედით, უბრალოდ ჩვენივე მათემატიკური გამოგონებაა და არ აღწერს ფიზიკურ სამყაროს.

Nautil.Us-ის გახმაურებულ სტატიაში საბინა ჰოსენფელდერმა (3), ფრანკფურტის მოწინავე კვლევების ინსტიტუტის მეცნიერმა, შეაფასა, რომ „ყველაფრის თეორიის მთელი იდეა ემყარება არამეცნიერულ ვარაუდს“. „ეს არ არის საუკეთესო სტრატეგია სამეცნიერო თეორიების განვითარებისთვის. (...) თეორიის განვითარებაში სილამაზეზე დამოკიდებულება ისტორიულად ცუდად მუშაობდა. მისი აზრით, არ არსებობს საფუძველი იმისა, რომ ბუნება აღიწეროს ყველაფრის თეორიით. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ გვჭირდება გრავიტაციის კვანტური თეორია, რათა თავიდან ავიცილოთ ლოგიკური შეუსაბამობა ბუნების კანონებში, სტანდარტულ მოდელში ძალებს არ სჭირდებათ გაერთიანება და არ უნდა იყოს გაერთიანებული გრავიტაციასთან. კარგი იქნებოდა, კი, მაგრამ ეს ზედმეტია. სტანდარტული მოდელი კარგად მუშაობს გაერთიანების გარეშე, ხაზს უსვამს მკვლევარი. ბუნებას აშკარად არ აინტერესებს, რას ფიქრობენ ფიზიკოსები მშვენიერი მათემატიკა, ამბობს გაბრაზებული ქალბატონი ჰოსენფელდერი. ფიზიკაში თეორიულ განვითარებაში მიღწევები დაკავშირებულია მათემატიკური შეუსაბამობების გადაწყვეტასთან და არა ლამაზ და „დასრულებულ“ მოდელებთან.

მიუხედავად ამ ფხიზელი შეგონებისა, მუდმივად იდება ახალი წინადადებები ყველაფრის თეორიის შესახებ, როგორიცაა გარეტ ლისის The Exceptionally Simple Theory of Everything, გამოქვეყნებული 2007 წელს. მას აქვს ის თვისება, რომ პროფ. ჰოსენფელდერი ლამაზია და მისი ლამაზად ჩვენება შესაძლებელია მიმზიდველი ვიზუალიზაციებით (4). ეს თეორია, სახელად E8, ამტკიცებს, რომ სამყაროს გაგების გასაღები არის მათემატიკური ობიექტი სიმეტრიული როზეტის სახით.

ლისიმ შექმნა ეს სტრუქტურა გრაფზე ელემენტარული ნაწილაკების გამოსახვით, რომელიც ასევე ითვალისწინებს ცნობილ ფიზიკურ ურთიერთქმედებებს. შედეგი არის რთული რვაგანზომილებიანი მათემატიკური სტრუქტურა 248 ქულით. თითოეული ეს წერტილი წარმოადგენს სხვადასხვა თვისებების მქონე ნაწილაკებს. დიაგრამაზე არის ნაწილაკების ჯგუფი გარკვეული თვისებებით, რომლებიც „აკლდება“. თეორიულად ზოგიერთ მათგანს მაინც აქვს კავშირი გრავიტაციასთან, კვანტურ მექანიკასა და ფარდობითობას შორის არსებული უფსკრული.

4. ვიზუალიზაციის თეორია E8

ასე რომ, ფიზიკოსებმა უნდა იმუშაონ „ფოქსის სოკეტის“ შესავსებად. თუ ეს წარმატებას მიაღწევს, რა მოხდება? ბევრი სარკასტულად პასუხობს, რომ არაფერი განსაკუთრებული. უბრალოდ ლამაზი სურათი დასრულდებოდა. ეს კონსტრუქცია შეიძლება იყოს ღირებული ამ თვალსაზრისით, რადგან ის გვაჩვენებს რა რეალური შედეგები მოჰყვება „ყველაფრის თეორიის“ დასრულებას. შესაძლოა უმნიშვნელო პრაქტიკული გაგებით.