Будет ли у нас когда-нибудь «теория всего»?

    Физики намерены определить единую теорию, которая определяет всю Вселенную, однако для сего им же придется решить сложнейшие трудности в науке. Не так давно вышедший кинофильм «Теория всего» ведает историю Стивена Хокинга, который предстал всемирно знаменитым физиком вопреки тамошнему, что был прикован к инвалидной коляске с юности. Кинофильм в большей степени про жизнь Хокинга и его взаимоотношения с невестой, однако тем не менее находит малость времени, дабы растолковать, на чем изготовил карьеру Хокинг.

    Будет ли у нас когда-нибудь «теория всего»?

    Амбиций, конечно же, у него существовало не мало. Хокинг посреди почти всех физиков пробует выдумать «теорию всего», единую теорию, которая пояснит все в нашей Вселенной, сведет воедино все теории и процессы, соединит воединыжды то, что пока что и не удалось. Он следует по стопам Альберта Эйнштейна, который тоже пробовал, однако и не сумел создать этакую теорию.

    Определить теорию всего существовало бы ошеломляющим достижением, осмыслением любых странноватых и умопомрачительных вещей во Вселенной. Десятилетиями физики разговаривали и продолжают твердить, что теория всего и не за скалами. Выходит, мы стоим на пороге осознания всего?

    На первый взор, теория всего звучит как только тяжелая задачка. Она обязана растолковать все, от сочинений Шекспира перед началом людского головного мозга, все, что существуют на Планете земля и за ее пределами, разговаривает Джон Барроу из Кембриджского вуза в Англии. «Это вопросец об Вселенной».

    Все же Барроу задумывается, что определить теорию всего «вполне возможно». Так как «законы природы малочисленны, примитивны, симметричны и существуют всего четверо базовых силы». В неком смысле мы обязаны отложить в сторону сложность мира, в каком живем. «Результаты законов — то, что мы лицезреем вокруг — бесконечно сложнее», — говорит Барроу. Однако руководила, за ними стоящие, умеют быть примитивными.

    В 1687 году почти всем ученым казалось, что теория всего найдена.

    Содержание

    • 1 Прозрение Ньютона
    • 2 Теория относительности
    • 3 Квантовая механика
    • 4 Теория струн
    • 5 Петлевая квантовая гравитация

    Прозрение Ньютона

    Будет ли у нас когда-нибудь «теория всего»?

    Британский физик Исаак Ньютон опубликовал книжку, в какой пояснил движение объектов и принцип деяния гравитации. «Математические начала натуральной философии» подарили вещам во всем мире установленные пространства. История говорит, что в возрасте 23 лет Ньютон отправился в сад и заметил, как только с дерева ниспадает яблоко. В то время физики знали, что Планета земля каким-то образом притягивает объекты при помощи гравитации. Ньютон развил эту идею.

    По словам Джона Кондуитта, ассистента Ньютона, при образе яблока, падающего на планету земля, Ньютону пришла идея, что гравитационная сила «не существовала ограничена конкретным расстоянием от почвы, а уж простирается еще далее, чем числилось обычно». По воззрению Кондуитта, Ньютон задался вопросцем: а уж посему аж и не перед началом Луны?

    Воодушевленный собственными гипотезами, Ньютон разработал закон глобального тяготения, который идиентично ладно функционировал и с яблоками на Планете земля, и с планетками, вращающимися вокруг Солнца. Все эти объекты, невзирая на разницы, подчиняются одним законам.

    «Люди задумывались, что он пояснил все, что нуждалось в разъяснении, — разговаривает Барроу. — Его достижение существовало великим».

    Неполадка в фолиант, что Ньютон знал, что в его работе сияют бреши.

    Например, гравитация и не поясняет, как только маленькие объекты удерживаются совместно, так как эта сила и не так и велосипеда. За исключением тамошнего, хотя Ньютон мог растолковать, что происходит, он и не мог растолковать, как только это же ишачит. Теория существовала неполной.

    Существовала неполадка и побольше. Хотя законы Ньютона истолковали более всераспространенные явления во Вселенной, в энных вариантах объекты нарушали его законы. Эти ситуации были редчайшими и привычно включали высоченные скорости либо завышенную гравитацию, однако они были.

    Одной из этаких ситуаций предстала орбита Меркурия, наиблежайшей к Солнцу планетки. Как только и неважно какая иная планетка, Меркурий крутится вокруг Солнца. Законы Ньютона можно существовало применить для расчета движений планет, однако Меркурий и не жаждил играться по правилам. Что наиболее удивительно, его орбита и не имела центра. Предстало известно, что всепригодный закон глобального тяготения был и не так и всепригоден, но и и не закон совсем.

    Наиболее двух столетий спустя Альберт Эйнштейн пришел на помощь со собственной теорией относительности. Мысль Эйнштейна, которой в 2015 году исполняется 100 лет, предоставила наиболее глубочайшее осознание гравитации.

    Теория относительности

    Будет ли у нас когда-нибудь «теория всего»?

    Главная мысль заключается в том, что место и время, кои кажутся различными вещами, на деле переплетаются. У места существуют три измерения: длина, ширина и высота. Время является четвертым измерением. Все четверо сопряжены в образе циклопической галлактической клеточки. Ежели вы когда-нибудь слышали фразу «пространственно-временной континуум», конкретно об нем речь и идет.

    Объемная мысль Эйнштейна заключалась в фолиант, что томные объекты вроде планет либо резво передвигающиеся умеют искривлять пространство-время. Малость похоже на туго натянутый батут: ежели вы поставите чего-нибудть трудное на ткань, появляется провал. Любые альтернативные объекты будут скатываться по крену к объекту во впадине. Поэтому, по воззрению Эйнштейна, гравитация притягивает объекты.

    Мысль странноватая по собственной сущности. Однако физики уверены, что эдак и существуют. А также она поясняет необычную орбиту Меркурия. Согласно общей теории относительности, циклопическая толпа Солнца искривляет место и время вокруг. Будучи наиблежайшей к Солнцу планеткой, Меркурий испытывает намного заглавные искривления, чем альтернативные планетки. Уравнения общей теории относительности обрисовывают, как только это же кривое пространство-время оказывает влияние на орбиту Меркурия, и дозволяют предсказать местоположение планетки.

    Но, невзирая на собственный фуррор, теория относительности и не является теорией всего, как только и теории Ньютона. Как только и теория Ньютона и не ишачит для по-настоящему громоздких объектов, теория Эйнштейна и не ишачит в микромасштабах. Как вы начинаете анализировать атомы и все, что все меньше, материя начинает яизвестия себя максимально удивительно.

    Квантовая механика

    Будет ли у нас когда-нибудь «теория всего»?

    Перед началом финала 19 века атом числился меньшей единицей материи. Родившись от греческого слова «атомос», что означало «неделимый», атом по собственному определению и не был должен разбиваться на наименьшие крупицы. Однако в 1870-х годах ученые нашли крупицы, кои в 2000 раз легче атомов. Взвешивая лучи света в вакуумной трубе, они отыскали очень несложные крупицы с отрицательным зарядом. Эдак существовала открыта первая субатомная частичка: электрон. В последующие полста лет ученые нашли, что у атома существуют составное ядро, вокруг коего снуют электроны. Это же ядро состоит из двух типов субатомных частиц: нейтронов, кои владеют нейтральным зарядом, и протонов, кои заряжены положительно.

    Да и на этом гораздо и не все. С того времени ученые обнаруживали методы разделять материю на все про все наименьшие и все меньше части, продолжая уточнять наше осознание базовых частиц. К 1960-м годам ученые отыскали десятки простых частиц, составив долгий перечень эдак именуемого зоопарка частиц.

    Как мы знаем, из трех компонент атома единственной базовой крупицей остался электрон. Нейтроны и протоны разделяются на крохотные кварки. Эти тривиальные крупицы подчиняются совсем альтернативному набору закону, хорошему от тамошних, которым подчиняются деревья либо планетки. И эти новейшие законы — кои были еще наименее прогнозируемыми — испортили физикам все настроение.

    В квантовой физике у частиц нет конкретного пространства: них местопребывание малость смазано. Как будто у каждой крупицы существуют конкретная возможность нахождения в конкретном месте. Это же значит, что мир по собственной сущности фундаментально неопределенное пространство. Квантовую механику даже осознать мудрено. Как только произнес в один прекрасный момент Ричард Фейнман, эксперт в квантовой механике, «думаю, я могу с уверенностью сообщить, что никто и не осознает квантовую механику».

    Эйнштейн тоже был обеспокоен размытостью квантовой механики. Невзирая на то, что он ее, по большому счету, отчасти изобрел, сам Эйнштейн ни разу и не веровал в квантовую теорию. Однако в собственных чертогах — большенных и минимальных — как общественная теория относительности, эдак и квантовая механики обосновали право на безраздельную власть, будучи очень точными.

    Квантовая механика растолковала структуру и поведение атомов, включая то, посему некие из их являются радиоактивными. А также она покоится в базе современной электроники. Вы и не сумели бы дочитать эту статью без нее.

    Общественная теория относительности предсказала существование темных дыр. Этих громоздких кинозвезд, кои коллапсировали сами в себя. Них гравитационное притяжение так сильное, что даже свет и не может его покинуть.

    Неполадка в фолиант, что эти две теории несовместимы, потому и не умеют быть верными сразу. Общественная теория относительности говорит, что поведения объектов умеют быть определенно предсказаны, тогда-то как только квантовая механика разговаривает, что вы сможете аристократию лишь возможность тамошнего, что будут выполнять объекты. Из сего следует, что остаются некие вещи, кои физики до сего времени и не обрисовали. Темные прорехи, к примеру. Они довольно массивны, дабы к ним существовала приемлема теория относительности, да и довольно минимальны, дабы можно существовало применить квантовую механику. Ежели вы и не окажетесь близко к темной прорехе, эта несопоставимость и не будет оказывать влияние на вашу ежедневную жизнь. Однако вызывает недоумение у физиков огромную часть минувшего века. Конкретно такова несопоставимость принуждает находить теорию всего.

    Эйнштейн провел огромную часть собственной жизни, пытаясь определить этакую теорию. И не будучи поклонником случайности квантовой механики, он жаждил сделать теорию, которая соединит воединыжды гравитацию и остальную физику, дабы квантовые странности остались вторичными следствиями.

    Его главный задачей существовало вынудить гравитацию ишачить с электромагнетизмом. В 1800-х годах физики узнали, что электрически заряженные крупицы умеют притягиваться либо отталкиваться. Поэтому некие сплавы притягиваются магнитом. Явно, ежели два образа сил, кои объекты умеют оказывать друг на друга, они умеют притягиваться средством гравитации и притягиваться либо отталкиваться за счет электромагнетизма.

    Эйнштейн жаждил сплотить две этих силы в «единую теорию поля». Дабы предпринять это же, он вытянул пространство-время в пять измерений. Наряду с тремя пространственными и одним временным измерениями он добавил пятое измерение, которое обязано быть так миниатюрным и свернутым, что мы и не сумели бы его созидать.

    Это же и не сработало, и Эйнштейн издержал 30 лет на пустые поиски. Он погиб в 1955 году, и его единая теория поля и не существовала раскрыта. Однако в последующем десятилетии возник обстоятельный конкурент для данной теории: теория струн.

    Теория струн

    Будет ли у нас когда-нибудь «теория всего»?

    Мысль в базе теории струн достаточно ординарна. Главные ингреденты нашего мира вроде электронов — это же и не крупицы. Это же крохотные петли либо «струны». Ординарно так как струны максимально мизерные, они кажутся точками.

    Как только и струны на гитаре, эти петли присутствуют под напряжением. Означает, вибрируют на различных частотах зависимо от объема. Эти колебания формулируют, какой же сорт «частицы» будет представлять любая струна. Вибрация струны одним методом подарит для вас электрон. Иным — что-нибудь альтернативное. Все крупицы, открытые в 20 веке, воображают собой одни облики струн, ординарно вибрирующих по-разному.

    Достаточно мудрено сразу же осознать, посему это же отменная мысль. Однако она подступает для любых сил, работающих в природе: гравитации и электромагнетизма, плюс гораздо двух, открытых в 20 веке. Мощные и слабенькие ядерные силы воздействуют исключительно в границах крохотных ядер атомов, потому них длительно и не могли найти. Мощная сила держит ядро совместно. Малосильная сила привычно ничего и не выполняет, однако ежели набирает довольно силы, разбивает ядро на части: потому некие атомы радиоактивны.

    Хоть какой теории всего придется растолковать все четверо. К счастью, две ядерные силы и электромагнетизм целиком описываются квантовой механикой. Любая сила переносится спец крупицей. Однако нет ни одной крупицы, которая переносила бы гравитацию.

    Некие физики задумываются, что она существуют. И именуют ее «гравитоном». У гравитонов нет массы, особенный спин и они едут со скоростью света. К огорчению, них пока что и не отыскали. И тут на сцену получается теория струн. Она определяет струну, которая смотрится определенно как только гравитон: имеет корректный спин, и не владеет толпой и движется со скоростью света. В первый раз в истории теория относительности и квантовая механика нащупали общую почву.

    Посреди 1980-х годов физики были восхищены теорией струн. «В 1985 году мы сообразили, что теория струн предпринимает кучу неурядиц, кои истязали граждан крайние 50 лет», — говорит Барроу. Да и у нее оказались трудности.

    Во-первых, «мы и не осознаем, чем является струнная теория, в необходимых деталях», разговаривает Филип Канделас из Оксфордского вуза. «У нас нет неплохого метода ее описать».

    За исключением тамошнего, некие прогнозы смотрятся удивительно. В то время как только теория одного поля Эйнштейна полагается на доборное укромное измерение, простые формы теории струн нуждаются в 26 измерениях. Они надобны, дабы увязать арифметику теорию с тем самым, что мы уже знаем об Вселенной.

    Наиболее продвинутые версии, узнаваемые как только «теории суперструн», обходятся десятью измерениями. Однако даже это же и не стыкуется с тремя измерениями, кои мы смотрим на Планете земля.

    «С сиим можно совладать, ежели допустить, что лишь три измерения расширились в нашем мире и стали крупными, — разговаривает Барроу. — Другие находятся, однако остаются фантастически малыми».

    По причине этих и остальных неурядиц, почти все физики и не обожают теорию струн. И дают другую теорию: петлевая квантовая гравитация.

    Петлевая квантовая гравитация

    Будет ли у нас когда-нибудь «теория всего»?

    Эта теория и не ставит впереди себя задачку сплотить и включить все, что существуют в физике частиц. Заместо сего петлевая квантовая гравитация ординарно пробует вывести квантовую теорию гравитации. Она наиболее ограничена, чем теория струн, однако и не так громоздка. Петлевая квантовая гравитация подразумевает, что пространство-время разбито на маленькие куски. Издалека кажется, что это же гладкий лист, однако при ближнем рассмотрении видно кучу точек, соединенных линиями либо петельками. Эти мизерные волокна, кои сплетаются, дают разъяснение гравитации. Эта мысль эдак же непостижима, как только струнная теория, и владеет сходными дилеммами: нет никаких экспериментальных подтверждений.

    Посему эти теории до сего времени дискуссируются? Может быть, мы ординарно и не знаем довольно. Ежели обнаружатся большие явления, которых мы ни разу и не лицезрели, мы можем пробовать осознать крупную картинку, а уж недостающие части головоломки доберем впоследствии.

    «Заманчиво мыслить, что мы нашли все, — разговаривает Барроу. — Однако существовало бы очень удивительно, если б к 2015 году мы создали все нужные наблюдения, дабы получить теорию всего. Посему это же обязано быть эдак?».

    Существуют и иная неполадка. Эти теории мудрено проверить, в изрядной степени поэтому, что у их позарез беспощадная арифметика. Канделас пробовал определить метод проверить теорию струн в течение почти всех лет, однако эдак не сумел.

    «Главным препятствием на пути продвижения теории струн останется недостающее развитие арифметики, которая обязана аккомпанировать физические научные исследования, — разговаривает Барроу. — Она присутствует на ранешном шаге, гораздо почти все надо исследовать».

    При этом теория струн останется перспективной. «На протяжении почти всех лет люди пробовали сплотить гравитацию с прочий физикой, — разговаривает Канделас. — У нас были теории, кои ладно поясняли электромагнетизм и альтернативные силы, однако и не гравитацию. С теорией струн мы пытаемся них объединить».

    Настоящая неполадка состоит в том, что теорию всего возможно ординарно нереально идентифицировать.

    Когда теория струн предстала пользующейся популярностью в 1980-х годах, существовало на деле пять ее версий. «Люди начали волноваться, — говорит Барроу. — Если это же теория всего, посему них пять?». В течение последующего десятилетия, физики нашли, что эти теории умеют быть преобразованы одна в другую. Это же ординарно различные методы видения единого и такого же. В итоге возникла выдвинутая в 1995 году М-теория. Это же глубочайшая версия теории струн, включающая все ранешние версии. Что ж, мы по последней мере возвратились к единой теории. М-теория просит всего 11 измерений, что намного предпочтительнее 26. Но М-теория и не дает единую теорию всего. Она дает млрд них. В общей трудности М-теория дает нам 10^500 теорий, все из которых будут логически поочередны и способны обрисовать Вселенную.

    Это же смотрится ужаснее, чем без толку, однако почти все физики считают, что это же показывает на наиболее глубокую правду. Может быть, наша Вселенная — одна из огромного количества, любая из которых описывается одной из триллионов версий М-теории. И это же циклопическое собрание вселенных именуется «мультивселенная».

    Сначала времен мультивселенная существовала как только «большая пена из пузырей различных форм и размеров», разговаривает Барроу. Каждый волдырь потом расширился и предстал вселенной.

    «Мы в одном из этаких пузырей, — разговаривает Барроу. По мере расширения пузырьков снутри их могли образоваться альтернативные пузырьки, новейшие вселенные. — В процессе сего география этакий вселенной всерьез усложнилась».

    В каждой вселенной-пузыре воздействуют одни и те самые физические законы. Поэтому в нашей вселенной все ведет себя идиентично. Однако в остальных вселенных умеют быть альтернативные законы. Отсюда рождается странноватый вывод. Ежели теория струн вправду оптимальный метод сплотить теорию относительности и квантовую механику, то обе они сразу и будут, не будут теорией всего.

    С одной стороны, теория струн может отдать нам совершенное описание нашей вселенной. Однако она а также безизбежно приведет к тамошнему, что любая из триллионов остальных вселенной будет неповторима. Нешуточным конфигурацией в мышлении является то, что мы перестанем ожидать единую теорию всего. Возможно огромное количество теорией всего, любая из которых будет верной в собственном роде.