Теория Всего: Святой Грааль Или Бесплодная Погоня?

{h1}

Придут ли когда-нибудь физики к теории всего, что может объединить фундаментальные силы и описать всю вселенную?

НЬЮ-ЙОРК. Эйнштейн умер до того, как осуществил свою мечту о создании единой теории всего. С тех пор физики продолжили его факел, продолжая поиски одной теории, чтобы управлять ими всеми.

Но доберутся ли они когда-нибудь? Это была тема дебатов, когда семь ведущих физиков собрались здесь в Американском музее естественной истории на 11-й ежегодный Мемориал Исаака Азимова.

Стремление к теории всего возникает из-за того, что две из наиболее известных успешных теорий в физике противоречивы.

Теория, которая описывает очень большие вещи - общая теория относительности - и теория, которая описывает очень маленькие вещи - квантовая механика - каждая из них работает на удивление хорошо в своих собственных сферах, но при объединении разрушается. Они не могут быть оба правы.

И мы не можем просто скрыть этот факт под ковриком и продолжать использовать их как есть, потому что в некоторых случаях применяются обе теории - например, черная дыра.

«Его размер мал с точки зрения длины; его размер велик с точки зрения массы. Поэтому вам нужно и то, и другое», - объяснил Брайан Грин, профессор физики и математики в Колумбийском университете.

Ученые надеются, что единая теория разрешит эту несовместимость и одним махом опишет все и вся во вселенной.

Вибрирующие струны

Многие физики говорят, что наша лучшая надежда на теорию всего - теория суперструн, основанная на идее, что субатомные частицы на самом деле представляют собой крошечные петли вибрирующей струны. После фильтрации через призму теории струн, общая теория относительности и квантовая механика могут обойтись.

По этой причине теория струн вдохновила многих физиков на развитие своей карьеры с тех пор, как эта идея была впервые предложена в 1980-х годах.

«Был достигнут огромный прогресс в теории струн», - сказал Грин, сторонник теории струн, чья книга 2000 года «Элегантная Вселенная» описала теорию с точки зрения непрофессионала. «Были разработаны и решены проблемы, о которых я никогда не думал, честно говоря, мы сможем их решить. Прогресс, достигнутый за последние 10 лет, только укрепил мою уверенность в том, что это стоящее направление развития».

Но другие эксперты устали от теории струн, которая пока не дает конкретных, проверяемых предсказаний. Возможно, теория струн и вся идея о том, что одна теория может объяснить вселенную, ошибочны, говорят они.

Нейл де Грас Тайсон, директор музейного планетария Хайдена, предположил, что теория струн, похоже, зашла в тупик, и противопоставил отсутствие прогресса "легионов" теоретиков струн в течение, по-видимому, коротких 10 лет, в течение которых одному человеку - Эйнштейну - потребовался переход от специального относительность к общей теории относительности.

"Вы гоняетесь за призраком или ваша коллекция слишком глупа, чтобы понять это?" - поддразнил Деграс Тайсон, начав дружеский стеб, который будет продолжаться всю ночь.

Грин признал, что теоретики струн не дали проверяемых предсказаний, которые эксперименты могут подтвердить, но сказал, что не время сдаваться.

«Пока прогресс идет вперед, ты продолжаешь идти», - сказал он. "Сказать, что нет прогресса, давай, парень, это просто неправильно!"

Теория настолько сложна, заявил он, и имеет дело с такими фантастически малыми масштабами, которые недоступны экспериментальным данным, что неудивительно, что на это нужно время.

«Нигде не написано, что мы« должны решать проблемы за одну человеческую жизнь », - согласилась Джанна Левин, физик из Барнард-колледжа в Нью-Йорке. Я не понимаю, почему мы должны быть шокированы, что решение невероятно сложных задач может занять больше, чем одна человеческая продолжительность жизни. "

Скрытые размеры

Один из аспектов теории струн, который раздражает многих, состоит в том, что во многих ее версиях требуется, чтобы вселенная содержала более трех измерений пространства и одного времени, с которым мы знакомы.

Фактически, самая популярная версия теории струн требует 11 полных измерений.

"Почему мы не видим их?" Левин сказал. «Возможно, они очень, очень маленькие. Или, может быть, мы каким-то образом ограничены трехмерной оболочкой. Или, может быть, их там нет. Но это очень интересные идеи, которые имеют некоторые очень убедительные последствия ".

И все же такое странное понятие вызывает беспокойство у многих.

«Я отказник из высших измерений», - сказал физик Джим Гейтс из Университета Мэриленд-Колледж-Парк, который утверждал, что иногда кажется, что физики вызывают более высокие измерения, когда они не могут заставить свою теорию работать, как есть.

«Это вовсе не то, что мы не можем решить проблему, поэтому мы вытаскиваем дополнительные измерения из шляпы», - сказал Грин.

«Я просто говорю, что это выглядит так», - сказал де Грас Тайсон, продолжая дружеские дебаты.

Тестирование теории струн

К счастью, вопрос более высоких измерений не полностью ограничен теоретической областью. Есть некоторая надежда, что такие эксперименты, как Большой адронный коллайдер - самый мощный в мире ускоритель частиц в Женеве, Швейцария - смогут предоставить экспериментальные доказательства скрытых измерений во Вселенной.

Доказательством могут быть отсутствие определенных частиц или отсутствие энергии, которые могут возникнуть, когда частица покидает наши нормальные измерения и входит в одно из скрытых.

«Что нам нужно сделать, так это перейти на самые высокие энергии на ускорителях и отправить что-то в дополнительные измерения», - сказала Кэтрин Фриз, физик из Мичиганского университета.

Другим возможным тестом для теории струн будет анализ подробных наблюдений света, оставшегося от Большого взрыва, называемого космическим микроволновым фоновым излучением, которое пронизывает пространство. Считается, что это излучение сохраняет отпечаток крошечных флуктуаций плотности, которые могли бы присутствовать в ранней Вселенной, и может выявить доказательства некоторых предсказаний теории струн.

«Если нам повезет, мы действительно сможем использовать это для проверки некоторых идей теории струн, рассматривая отпечатки на фоне космического микроволнового излучения», - сказал Фриз.

Должны ли мы даже искать?

В конечном счете, некоторые физики говорят, что поиск теории всего будет бесполезной погоней.

«Для меня проблема понятия теории всего заключается в том, что оно подразумевает, что мы в конечном итоге узнаем все, что нужно знать», - сказал Марсело Глайзер, физик из Дартмутского колледжа в Нью-Гемпшире. «Для меня физика - работа в процессе».

По его словам, по мере того, как наши знания по физике будут расти как остров, «берега невежества будут расти». Таким образом, всегда будет больше информации, большие вопросы, большие области неопределенности.

«У меня вызывает беспокойство мечта о поиске окончательной теории», - сказал Ли Смолин, физик-теоретик из Института теоретической физики Периметра в Онтарио, Канада. Он сказал, что поиски были несовместимы с современным способом физики, который опередил научные методы Ньютона, в которых ученые снова и снова проводят эксперименты, варьируя начальные условия, чтобы выделить общие положения или законы, которые применяются.

Теперь, по словам Смолина, «мы больше не можем проводить эксперименты снова и снова. Есть один эксперимент - Вселенная в целом».

Мы не можем запустить другие вселенные в тестовых сценариях, чтобы понять космологию, сказал он.

«Мы больше не можем отделять законы от начальных условий. У нас остается вопрос не только о том, что это за законы, но почему эти законы? Почему эти начальные условия, а не другие начальные условия? Метод, который Ньютон дал нам больше говорит нам, как идти вперед. Мы должны изменить методологию, с помощью которой мы пытаемся понять вселенную ».

Вы можете следить за старшим автором WordsSideKick.com Кларой Московиц в Твиттере @ClaraMoskowitz.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com