Nini ikiwa ... tunatatua matatizo ya kimsingi katika fizikia. Kila kitu kinasubiri nadharia ambayo hakuna kitu kinachoweza kutoka

Ni nini kitatupa jibu la siri kama vile vitu vya giza na nishati ya giza, siri ya mwanzo wa Ulimwengu, asili ya mvuto, faida ya jambo juu ya antimatter, mwelekeo wa wakati, umoja wa mvuto na mwingiliano mwingine wa mwili. , muungano mkuu wa nguvu za asili katika msingi mmoja, hadi kile kinachoitwa nadharia ya kila kitu?

Kulingana na Einstein na wanafizikia wengine wengi bora wa kisasa, lengo la fizikia ni kuunda nadharia ya kila kitu (TV). Walakini, dhana ya nadharia kama hiyo sio ngumu. Inayojulikana kama nadharia ya kila kitu, ToE ni nadharia dhahania ya mwili ambayo inaelezea kila kitu mara kwa mara matukio ya kimwili na hukuruhusu kutabiri matokeo ya jaribio lolote. Siku hizi, kifungu hiki kinatumika sana kuelezea nadharia zinazojaribu kufanya uhusiano nazo nadharia ya jumla ya uhusiano. Kufikia sasa, hakuna nadharia yoyote kati ya hizi iliyopokea uthibitisho wa majaribio.

Kwa sasa, nadharia ya juu zaidi inayodai kuwa TW inategemea kanuni ya holographic. Nadharia ya M-11-dimensional. Bado haijaendelezwa na inachukuliwa na wengi kuwa mwelekeo wa maendeleo badala ya nadharia halisi.

Wanasayansi wengi wana shaka kwamba kitu kama "nadharia ya kila kitu" inawezekana, na kwa maana ya msingi zaidi, kulingana na mantiki. Nadharia ya Kurt Gödel inasema kwamba mfumo wowote wa kimantiki changamano wa kutosha ama hauendani ndani (mtu anaweza kuthibitisha sentensi na ukinzani wake ndani yake) au haujakamilika (kuna sentensi za kweli kidogo ambazo haziwezi kuthibitishwa). Stanley Jackie alisema mnamo 1966 kwamba TW lazima iwe nadharia changamano na dhabiti ya hisabati, kwa hivyo itakuwa haijakamilika.

Kuna njia maalum, ya awali na ya kihisia ya nadharia ya kila kitu. nadharia ya holografia (1), kuhamisha kazi kwa mpango tofauti kidogo. Fizikia ya shimo jeusi inaonekana kuashiria kuwa ulimwengu wetu sio kile hisi zetu hutuambia. Ukweli unaotuzunguka unaweza kuwa hologramu, i.e. makadirio ya ndege ya pande mbili. Hii inatumika pia kwa nadharia ya Gödel yenyewe. Lakini je, nadharia kama hiyo ya kila kitu hutatua matatizo yoyote, je, inatuwezesha kukabiliana na changamoto za ustaarabu?

Eleza ulimwengu. Lakini ulimwengu ni nini?

Kwa sasa tuna nadharia mbili kuu zinazoelezea takriban matukio yote ya kimwili: Nadharia ya Einstein ya mvuto (uhusiano wa jumla) i. Ya kwanza inaelezea vizuri harakati za vitu vya jumla, kutoka kwa mipira ya soka hadi kwenye galaksi. anajua sana atomi na chembe ndogo ndogo. Tatizo ni hilo nadharia hizi mbili zinaelezea ulimwengu wetu kwa njia tofauti kabisa. Katika mechanics ya quantum, matukio hufanyika dhidi ya mandharinyuma isiyobadilika. muda wa nafasi - wakati w inaweza kunyumbulika. Nadharia ya quantum ya muda wa nafasi iliyopinda itaonekanaje? Hatujui.

Majaribio ya kwanza ya kuunda nadharia ya umoja ya kila kitu yalionekana muda mfupi baada ya kuchapishwa nadharia ya jumla ya uhusianokabla hatujaelewa sheria za kimsingi zinazoongoza nguvu za nyuklia. Dhana hizi, zinazojulikana kama Nadharia ya Kaluzi-Klein, ilitaka kuchanganya mvuto na sumaku-umeme.

Kwa miongo kadhaa, nadharia ya kamba, ambayo inawakilisha jambo kama linaloundwa na kamba ndogo za vibrating au kitanzi cha nishati, inachukuliwa kuwa bora zaidi kwa kuunda nadharia ya umoja ya fizikia. Hata hivyo, baadhi ya wanafizikia wanapendelea knguvu ya kitanzi iliyokaa kwa keboambayo anga ya nje yenyewe imeundwa na vitanzi vidogo. Walakini, hakuna nadharia ya kamba au mvuto wa kiasi cha kitanzi ambacho kimejaribiwa kwa majaribio.

Nadharia kuu zilizounganishwa (GUTs), zinazochanganya chromodynamics ya quantum na nadharia ya mwingiliano dhaifu wa kielektroniki, huwakilisha mwingiliano thabiti, dhaifu na wa sumakuumeme kama onyesho la mwingiliano mmoja. Hata hivyo, hakuna nadharia moja kuu iliyotangulia iliyopata uthibitisho wa majaribio. Kipengele cha kawaida cha nadharia kuu ya umoja ni utabiri wa kuoza kwa protoni. Utaratibu huu bado haujazingatiwa. Inafuata kutoka kwa hili kwamba maisha ya protoni lazima iwe angalau miaka 1032.

Muundo wa Kawaida wa 1968 uliunganisha nguvu kali, dhaifu na za sumakuumeme chini ya mwavuli mmoja mkubwa. Chembe zote na mwingiliano wao umezingatiwa, na utabiri mwingi mpya umefanywa, pamoja na utabiri mmoja mkubwa wa umoja. Kwa nishati ya juu, kwa utaratibu wa 100 GeV (nishati inayohitajika kuharakisha elektroni moja kwa uwezo wa volts bilioni 100), ulinganifu unaounganisha nguvu za sumakuumeme na dhaifu utarejeshwa.

Kuwepo kwa mpya kulitabiriwa, na kwa ugunduzi wa bosons W na Z mwaka wa 1983, utabiri huu ulithibitishwa. Nguvu nne kuu zilipunguzwa hadi tatu. Wazo la kuunganishwa ni kwamba nguvu zote tatu za Modeli ya Kawaida, na labda hata nishati ya juu zaidi ya uvutano, zimeunganishwa katika muundo mmoja.

2. Mlinganyo wa Langrange unaoelezea Muundo wa Kawaida, umegawanywa katika vipengele vitano.

Wengine wamependekeza kuwa kwa nguvu nyingi zaidi, labda karibu Kiwango cha Planck, mvuto pia utachanganya. Hii ni moja ya motisha kuu ya nadharia ya kamba. Kinachovutia sana kuhusu mawazo haya ni kwamba ikiwa tunataka kuunganishwa, tunapaswa kurejesha ulinganifu kwa nguvu za juu. Na ikiwa kwa sasa zimevunjwa, husababisha kitu kinachoonekana, chembe mpya na mwingiliano mpya.

Lagrangi ya Muundo Wastani ndio mlinganyo pekee unaoelezea chembe i ushawishi wa Modeli ya Kawaida (2). Inajumuisha sehemu tano zinazojitegemea: kuhusu gluons katika ukanda wa 1 wa equation, bosons dhaifu katika sehemu iliyo na alama mbili, iliyowekwa na tatu, ni maelezo ya hisabati ya jinsi jambo linavyoingiliana na nguvu dhaifu na uwanja wa Higgs, chembe za roho ambazo huondoa. ziada ya uwanja wa Higgs katika sehemu za nne, na roho zilizoelezwa chini ya tano Fadeev-Popovambayo huathiri upungufu wa mwingiliano dhaifu. Misa ya Neutrino haijazingatiwa.

Ingawa mfano wa kawaida tunaweza kuiandika kama mlingano mmoja, si mlingano kamili kwa maana kwamba kuna semi nyingi tofauti, zinazojitegemea ambazo hutawala vipengele mbalimbali vya ulimwengu. Sehemu tofauti za Mfano wa Kawaida haziingiliani na kila mmoja, kwa sababu malipo ya rangi hayaathiri mwingiliano wa sumakuumeme na dhaifu, na maswali yanabaki bila majibu kwa nini mwingiliano ambao unapaswa kutokea, kwa mfano, ukiukaji wa CP katika mwingiliano mkali, haufanyi kazi. kuchukua nafasi.

Wakati ulinganifu umerejeshwa (kwenye kilele cha uwezo), umoja hutokea. Hata hivyo, kupasuka kwa ulinganifu chini kabisa kunalingana na ulimwengu tulionao leo, pamoja na aina mpya za chembe kubwa. Kwa hivyo nadharia hii inapaswa kuwa nini "kwa kila kitu"? Yule ambaye ni, i.e. ulimwengu halisi usio na ulinganifu, au mmoja na wenye ulinganifu, lakini hatimaye sio huu tunaoshughulika nao.

Uzuri wa udanganyifu wa mifano "kamili".

Lars English, katika The No Theory of Everything, anabisha kwamba hakuna seti moja ya kanuni inayoweza changanya uhusiano wa jumla na mechanics ya quantumkwa sababu kile ambacho ni kweli katika kiwango cha quantum si lazima kiwe kweli katika kiwango cha mvuto. Na kadiri mfumo unavyokuwa mkubwa na mgumu zaidi, ndivyo unavyotofautiana na vipengele vyake vinavyohusika. "Jambo sio kwamba sheria hizi za mvuto zinapingana na mechanics ya quantum, lakini kwamba haziwezi kutolewa kutoka kwa fizikia ya quantum," anaandika.

Sayansi yote, kwa makusudi au la, inategemea msingi wa kuwepo kwao. sheria za kimwili zenye lengoambayo yanajumuisha seti inayolingana ya maandishi ya kimsingi ya kimwili yanayoelezea tabia ya ulimwengu unaoonekana na kila kitu ndani yake. Kwa kweli, nadharia kama hiyo haijumuishi maelezo kamili au maelezo ya kila kitu kilichopo, lakini, uwezekano mkubwa, inaelezea kikamilifu michakato yote ya mwili inayoweza kuthibitishwa. Kimantiki, moja ya faida za haraka za ufahamu kama huo wa TW itakuwa kusimamisha majaribio ambayo nadharia inatabiri matokeo mabaya.

Wanafizikia wengi watalazimika kuacha kutafiti na kujipatia riziki ya kufundisha, si kutafiti. Hata hivyo, huenda umma haujali kama nguvu ya uvutano inaweza kuelezewa kulingana na mkunjo wa muda wa angani.

Kwa kweli, kuna uwezekano mwingine - Ulimwengu hautaungana. Ulinganifu ambao tumefikia ni uvumbuzi wetu wenyewe wa kihesabu na hauelezei ulimwengu unaoonekana.

Katika makala ya hali ya juu ya Nautil.Us, Sabina Hossenfelder (3), mwanasayansi katika Taasisi ya Utafiti wa Juu ya Frankfurt, alitathmini kuwa "wazo zima la nadharia ya kila kitu linatokana na dhana isiyo ya kisayansi." "Huu sio mkakati bora wa kukuza nadharia za kisayansi. (…) Kuegemea kwa uzuri katika ukuzaji wa nadharia kumefanya kazi vibaya kihistoria.” Kwa maoni yake, hakuna sababu ya asili kuelezewa na nadharia ya kila kitu. Ingawa tunahitaji nadharia ya quantum ya uvutano ili kuepuka kutofautiana kimantiki katika sheria za asili, nguvu katika Kielelezo Kawaida hazihitaji kuunganishwa na hazihitaji kuunganishwa na mvuto. Itakuwa nzuri, ndio, lakini sio lazima. Mtindo wa kawaida hufanya kazi vizuri bila kuunganishwa, mtafiti anasisitiza. Hali haijalishi wanafizikia wanafikiria nini ni hisabati nzuri, Bi Hossenfelder anasema kwa hasira. Katika fizikia, mafanikio katika maendeleo ya kinadharia yanahusishwa na ufumbuzi wa kutofautiana kwa hisabati, na si kwa mifano nzuri na "ya kumaliza".

Licha ya mawaidha haya ya kiasi, mapendekezo mapya ya nadharia ya kila kitu yanawekwa mbele kila mara, kama vile Nadharia Rahisi ya Kipekee ya Kila Kitu ya Garrett Lisi, iliyochapishwa mwaka wa 2007. Ina kipengele ambacho Prof. Hossenfelder ni mrembo na anaweza kuonyeshwa kwa uzuri na taswira za kuvutia (4). Nadharia hii, inayoitwa E8, inadai kwamba ufunguo wa kuelewa ulimwengu ni kitu cha hisabati kwa namna ya rosette yenye ulinganifu.

Lisi aliunda muundo huu kwa kupanga chembe za msingi kwenye grafu ambayo pia inazingatia mwingiliano wa kimwili unaojulikana. Matokeo yake ni muundo tata wa hisabati wenye sura nane wa pointi 248. Kila moja ya pointi hizi inawakilisha chembe na sifa tofauti. Kuna kikundi cha chembe kwenye mchoro na mali fulani ambayo "haipo". Angalau baadhi ya hizi "zinazokosekana" kinadharia zina uhusiano fulani na mvuto, kuziba pengo kati ya mechanics ya quantum na uhusiano wa jumla.

4. Nadharia ya taswira E8

Kwa hivyo wanafizikia wanapaswa kufanya kazi ili kujaza "tundu la Fox". Ikifanikiwa, nini kitatokea? Wengi hujibu kwa kejeli kwamba hakuna kitu maalum. Picha nzuri tu ingekamilika. Ujenzi huu unaweza kuwa wa thamani kwa maana hii, kwani inatuonyesha nini matokeo halisi ya kukamilisha "nadharia ya kila kitu" itakuwa. Labda isiyo na maana kwa maana ya vitendo.