Beth os... rydym yn datrys problemau sylfaenol mewn ffiseg. Mae popeth yn aros am ddamcaniaeth na all unrhyw beth ddod ohoni

Beth fydd yn rhoi'r ateb inni i ddirgelion fel mater tywyll ac egni tywyll, dirgelwch dechrau'r Bydysawd, natur disgyrchiant, mantais mater dros wrthfater, cyfeiriad amser, uno disgyrchiant â rhyngweithiadau corfforol eraill , Uniad mawr grymoedd natur yn un sylfaenol, hyd at y ddamcaniaeth a elwir yn bopeth ?

Yn ôl Einstein a llawer o ffisegwyr modern rhagorol eraill, nod ffiseg yn union yw creu theori o bopeth (teledu). Fodd bynnag, nid yw'r cysyniad o ddamcaniaeth o'r fath yn ddiamwys. A elwir yn theori popeth, mae ToE yn ddamcaniaeth gorfforol ddamcaniaethol sy'n disgrifio popeth yn gyson ffenomenau corfforol ac yn eich galluogi i ragweld canlyniad unrhyw arbrawf. Y dyddiau hyn, mae'r ymadrodd hwn yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin i ddisgrifio damcaniaethau sy'n ceisio gwneud cysylltiad â nhw damcaniaeth gyffredinol perthnasedd. Hyd yn hyn, nid yw'r un o'r damcaniaethau hyn wedi cael cadarnhad arbrofol.

Ar hyn o bryd, mae'r ddamcaniaeth fwyaf datblygedig sy'n honni ei bod yn TW yn seiliedig ar yr egwyddor holograffig. M-theori 11-dimensiwn. Nid yw wedi'i ddatblygu eto ac fe'i hystyrir gan lawer fel cyfeiriad datblygu yn hytrach na damcaniaeth wirioneddol.

Mae llawer o wyddonwyr yn amau ​​​​bod rhywbeth fel "theori popeth" hyd yn oed yn bosibl, ac yn yr ystyr mwyaf sylfaenol, yn seiliedig ar resymeg. Theorem Kurt Gödel yn dweud bod unrhyw system resymegol ddigon cymhleth naill ai’n fewnol anghyson (gall rhywun brofi brawddeg a’i gwrth-ddweud ynddi) neu’n anghyflawn (mae brawddegau dibwys o wir na ellir eu profi). Dywedodd Stanley Jackie ym 1966 fod yn rhaid i TW fod yn ddamcaniaeth fathemategol gymhleth a chydlynol, felly mae’n anochel y bydd yn anghyflawn.

Mae yna ffordd arbennig, wreiddiol ac emosiynol o theori popeth. damcaniaeth holograffig (1), gan drosglwyddo'r dasg i gynllun ychydig yn wahanol. Mae'n ymddangos bod ffiseg tyllau duon yn dangos nad yw ein bydysawd yn dweud wrth ein synhwyrau. Gall y realiti sydd o’n cwmpas fod yn hologram, h.y. tafluniad awyren dau ddimensiwn. Mae hyn hefyd yn berthnasol i theorem Gödel ei hun. Ond a yw damcaniaeth o'r fath o bopeth yn datrys unrhyw broblemau, a yw'n caniatáu inni wynebu heriau gwareiddiad?

Disgrifiwch y bydysawd. Ond beth yw'r bydysawd?

Ar hyn o bryd mae gennym ddwy ddamcaniaeth gyffredinol sy'n esbonio bron pob ffenomen ffisegol: Theori disgyrchiant Einstein (perthnasedd cyffredinol) i. Mae'r cyntaf yn esbonio'n dda symudiad gwrthrychau macro, o beli pêl-droed i alaethau. mae'n wybodus iawn am atomau a gronynnau isatomig. Y broblem yw hynny mae'r ddwy ddamcaniaeth hyn yn disgrifio ein byd mewn ffyrdd cwbl wahanol. Mewn mecaneg cwantwm, mae digwyddiadau'n digwydd yn erbyn cefndir sefydlog. gofod-amser – tra w yn hyblyg. Sut olwg fydd ar ddamcaniaeth cwantwm gofod-amser crwm? Nid ydym yn gwybod.

Ymddangosodd yr ymdrechion cyntaf i greu theori unedig o bopeth yn fuan ar ôl y cyhoeddiad damcaniaeth gyffredinol perthnaseddcyn inni ddeall y deddfau sylfaenol sy’n rheoli grymoedd niwclear. Mae'r cysyniadau hyn, a elwir yn Damcaniaeth Kaluzi-Klein, ceisio cyfuno disgyrchiant ag electromagneteg.

Am ddegawdau, theori llinynnol, sy'n cynrychioli mater fel un sy'n cynnwys tannau dirgrynol bach neu dolen ynni, yn cael ei ystyried y gorau ar gyfer creu theori unedig o ffiseg. Fodd bynnag, mae'n well gan rai ffisegwyr kdisgyrchiant dolen cebl-aroslle mae'r gofod allanol ei hun yn cynnwys dolenni bach. Fodd bynnag, nid yw damcaniaeth llinynnol na disgyrchiant cwantwm dolen wedi'u dilysu'n arbrofol.

Mae damcaniaethau unedig mawr (GUTs), sy'n cyfuno cromodynameg cwantwm a theori rhyngweithiadau electro-wan, yn cynrychioli'r rhyngweithiadau cryf, gwan ac electromagnetig fel amlygiad o un rhyngweithiad unigol. Fodd bynnag, nid oes yr un o'r damcaniaethau unedig mawreddog blaenorol wedi cael cadarnhad arbrofol. Nodwedd gyffredin o'r ddamcaniaeth unedig fawreddog yw rhagfynegiad dadfeiliad y proton. Nid yw'r broses hon wedi'i harsylwi eto. Mae'n dilyn o hyn bod yn rhaid i oes proton fod o leiaf 1032 o flynyddoedd.

Unodd Model Safonol 1968 y grymoedd cryf, gwan ac electromagnetig o dan un ymbarél cyffredinol. Mae'r holl ronynnau a'u rhyngweithiadau wedi'u hystyried, a gwnaed llawer o ragfynegiadau newydd, gan gynnwys un rhagfynegiad uno mawr. Ar egni uchel, tua 100 GeV (yr egni sydd ei angen i gyflymu un electron i botensial o 100 biliwn folt), bydd y cymesuredd sy'n uno'r grymoedd electromagnetig a gwan yn cael ei adfer.

Rhagwelwyd bodolaeth rhai newydd, a chyda darganfod bosonau W a Z yn 1983, cadarnhawyd y rhagfynegiadau hyn. Gostyngwyd y pedwar prif lu i dri. Y syniad y tu ôl i'r uno yw bod tri grym y Model Safonol, ac efallai hyd yn oed egni uwch disgyrchiant, yn cael eu cyfuno'n un strwythur.

2. Mae hafaliad Langrange yn disgrifio'r Model Safonol, wedi'i rannu'n bum cydran.

Mae rhai wedi awgrymu bod ar egni uwch fyth, efallai o gwmpas Graddfa planck, bydd disgyrchiant hefyd yn cyfuno. Dyma un o brif gymhellion theori llinynnol. Yr hyn sy'n ddiddorol iawn am y syniadau hyn yw, os ydym am uno, mae'n rhaid inni adfer cymesuredd ar egni uwch. Ac os ydynt yn cael eu torri ar hyn o bryd, mae'n arwain at rywbeth gweladwy, gronynnau newydd a rhyngweithiadau newydd.

Lagrangian y Model Safonol yw'r unig hafaliad sy'n disgrifio gronynnau i dylanwad y Model Safonol (2). Mae'n cynnwys pum rhan annibynnol: mae tua gluons ym mharth 1 yr hafaliad, bosonau gwan yn y rhan sydd wedi'i farcio â dau, wedi'i farcio â thri, yn ddisgrifiad mathemategol o sut mae mater yn rhyngweithio â'r grym gwan a maes Higgs, gronynnau ysbryd sy'n tynnu gormodedd cae Higgs mewn rhanau o'r bedwaredd, a'r ysbrydion a ddisgrifir o dan bump Fadeev-Popovsy'n effeithio ar ddiswyddo'r rhyngweithio gwan. Nid yw masau niwtrino yn cael eu hystyried.

Er bod model safonol gallwn ei ysgrifennu fel un hafaliad, nid yw'n gyfanwaith homogenaidd mewn gwirionedd yn yr ystyr bod yna lawer o ymadroddion annibynnol ar wahân sy'n rheoli gwahanol gydrannau'r bydysawd. Nid yw rhannau ar wahân o'r Model Safonol yn rhyngweithio â'i gilydd, oherwydd nid yw'r tâl lliw yn effeithio ar y rhyngweithiadau electromagnetig a gwan, ac erys cwestiynau heb eu hateb pam nad yw rhyngweithiadau a ddylai ddigwydd, er enghraifft, torri CP mewn rhyngweithiadau cryf, yn gweithio. cymryd lle.

Pan fydd y cymesuredd yn cael ei adfer (ar frig y potensial), mae uno'n digwydd. Fodd bynnag, mae'r cymesuredd sy'n torri ar y gwaelod yn gyson â'r bydysawd sydd gennym heddiw, ynghyd â mathau newydd o ronynnau enfawr. Felly beth “allan o bopeth” ddylai'r ddamcaniaeth hon fod? Yr un sydd, h.y. bydysawd anghymesur go iawn, neu un a chymesur, ond yn y pen draw nid yr un yr ydym yn delio ag ef.

Harddwch twyllodrus modelau "cyflawn".

Mae Lars English, yn The No Theory of Everything, yn dadlau nad oes un set unigol o reolau a allai cyfuno perthnasedd cyffredinol â mecaneg cwantwmoherwydd nid yw'r hyn sy'n wir ar y lefel cwantwm o reidrwydd yn wir ar lefel disgyrchiant. A pho fwyaf a mwyaf cymhleth yw'r system, y mwyaf y bydd yn wahanol i'w helfennau cyfansoddol. “Nid y pwynt yw bod y rheolau disgyrchiant hyn yn gwrth-ddweud mecaneg cwantwm, ond na allant ddod o ffiseg cwantwm,” mae’n ysgrifennu.

Mae pob gwyddoniaeth, yn fwriadol neu beidio, yn seiliedig ar gynsail eu bodolaeth. deddfau corfforol gwrthrycholsy'n cynnwys set o ragdybiaethau corfforol sylfaenol sy'n gydnaws â'i gilydd sy'n disgrifio ymddygiad y bydysawd corfforol a phopeth sydd ynddo. Wrth gwrs, nid yw damcaniaeth o'r fath yn cynnwys esboniad neu ddisgrifiad cyflawn o bopeth sy'n bodoli, ond, yn fwyaf tebygol, mae'n disgrifio'n holl brosesau ffisegol gwiriadwy. Yn rhesymegol, un o fanteision uniongyrchol dealltwriaeth o'r fath o TW fyddai atal arbrofion lle mae'r ddamcaniaeth yn rhagweld canlyniadau negyddol.

Bydd yn rhaid i'r rhan fwyaf o ffisegwyr roi'r gorau i ymchwilio a gwneud bywoliaeth yn addysgu, nid ymchwilio. Fodd bynnag, mae'n debyg nad yw'r cyhoedd yn poeni a oes modd esbonio grym disgyrchiant yn nhermau crymedd amser gofod.

Wrth gwrs, mae posibilrwydd arall - ni fydd y Bydysawd yn uno. Yn syml, ein dyfeisiadau mathemategol ein hunain yw'r cymesureddau yr ydym wedi'u cyrraedd ac nid ydynt yn disgrifio'r bydysawd ffisegol.

Mewn erthygl proffil uchel ar gyfer Nautil.Us, asesodd Sabina Hossenfelder (3), gwyddonydd yn Sefydliad Astudio Uwch Frankfurt, fod "yr holl syniad o ddamcaniaeth o bopeth yn seiliedig ar dybiaeth anwyddonol." “Nid dyma’r strategaeth orau ar gyfer datblygu damcaniaethau gwyddonol. (…) Yn hanesyddol mae’r ddibyniaeth ar harddwch yn natblygiad theori wedi gweithio’n wael.” Yn ei barn hi, nid oes unrhyw reswm i natur gael ei ddisgrifio gan ddamcaniaeth o bopeth. Er bod angen theori cwantwm disgyrchiant i osgoi anghysondeb rhesymegol yng nghyfreithiau natur, nid oes angen i rymoedd yn y Model Safonol fod yn unedig ac nid oes angen eu huno â disgyrchiant. Byddai'n braf, ie, ond mae'n ddiangen. Mae'r model safonol yn gweithio'n dda heb uno, mae'r ymchwilydd yn pwysleisio. Mae'n amlwg nad yw natur yn poeni beth mae ffisegwyr yn ei feddwl yw mathemateg hardd, meddai Ms Hossenfelder yn ddig. Mewn ffiseg, mae datblygiadau arloesol mewn datblygiad damcaniaethol yn gysylltiedig â datrys anghysondebau mathemategol, ac nid â modelau hardd a "gorffenedig".

Er gwaethaf y rhybuddion sobr hyn, mae cynigion newydd ar gyfer damcaniaeth o bopeth yn cael eu cyflwyno'n gyson, megis The Exceptionally Simple Theory of Everything gan Garrett Lisi, a gyhoeddwyd yn 2007. Mae ganddo'r nodwedd y mae Prof. Mae Hossenfelder yn brydferth a gellir ei ddangos yn hyfryd gyda delweddiadau deniadol (4). Mae'r ddamcaniaeth hon, o'r enw E8, yn honni mai'r allwedd i ddeall y bydysawd yw gwrthrych mathemategol ar ffurf rhoséd cymesurol.

Creodd Lisi y strwythur hwn trwy blotio gronynnau elfennol ar graff sydd hefyd yn ystyried rhyngweithiadau ffisegol hysbys. Y canlyniad yw strwythur mathemategol wyth dimensiwn cymhleth o 248 pwynt. Mae pob un o'r pwyntiau hyn yn cynrychioli gronynnau â phriodweddau gwahanol. Mae grŵp o ronynnau yn y diagram sydd â phriodweddau penodol sydd "ar goll". Yn ddamcaniaethol, mae gan o leiaf rai o'r "coll" hyn rywbeth i'w wneud â disgyrchiant, gan bontio'r bwlch rhwng mecaneg cwantwm a pherthnasedd cyffredinol.

4. Damcaniaeth delweddu E8

Felly mae'n rhaid i ffisegwyr weithio i lenwi'r "Soced Fox". Os bydd yn llwyddo, beth fydd yn digwydd? Mae llawer yn ateb yn goeglyd nad oes dim byd arbennig. Dim ond llun pert fyddai wedi ei orffen. Gall yr adeiladwaith hwn fod yn werthfawr yn yr ystyr hwn, gan ei fod yn dangos i ni beth fyddai canlyniadau gwirioneddol cwblhau "damcaniaeth popeth". Di-nod efallai mewn ystyr ymarferol.