Wat wann ... mir fundamental Problemer an der Physik léisen. Alles waart op eng Theorie, aus där näischt erauskënnt

Wat wäert d'Léisung fir sou Mystère wéi donkel Matière an donkel Energie, d'Geheimnis vum Ufank vum Universum, d'Natur vun der Schwéierkraaft, de Virdeel vun der Matière iwwer Antimaterie, d'Richtung vun der Zäit, d'Vereenegung vun der Schwéierkraaft mat anere kierperlechen Interaktiounen, grouss Vereenegung vun de Kräfte vun der Natur an eng Haaptkraaft, bis zur sougenannter Theorie vun allem, gitt eis? ?

Laut Einstein a vill aner aussergewéinlech modern Physiker, d'Zil vun der Physik ass genee eng Theorie vun allem ze kreéieren (TH). Wéi och ëmmer, d'Konzept vun esou enger Theorie ass net eendeiteg. Bekannt als Theory of Everything, ToE, ass et eng hypothetesch kierperlech Theorie déi konsequent alles beschreift kierperlech Phänomener an erlaabt Iech d'Resultat vun all Experiment virauszesoen. Hautdesdaags gëtt de Saz normalerweis benotzt fir Theorien ze beschreiwen déi probéieren eng Verbindung mat ze etabléieren allgemeng Relativitéitstheorie. Bis elo huet keng vun dësen Theorien experimentell Bestätegung kritt.

De Moment ass déi fortgeschrattst Theorie déi behaapt TW ze sinn baséiert um holographesche Prinzip. 11-zweedimensional M-Theorie. Et ass nach net entwéckelt a gëtt vu villen als eng Richtung vun der Entwécklung ugesinn anstatt eng tatsächlech Theorie.

Vill Wëssenschaftler bezweifelen datt eppes wéi eng "Theorie vun allem" iwwerhaapt méiglech ass, am meeschte logesche Sënn. Kurt Gödel's Theorem seet datt all genuch komplexe logesche System entweder intern inkonsistent ass (e Saz a seng Widdersproch dobannen kann bewisen ginn) oder onkomplett (et ginn trivial richteg Sätz déi net bewisen kënne ginn). De Stanley Jacki huet 1966 festgestallt datt TW eng komplex a kohärent mathematesch Theorie muss sinn, sou datt et zwangsleefeg onkomplett ass.

Et gëtt eng speziell, originell an emotional Manéier vun der Theorie vun allem. holographesch Hypothes (1), de Problem op e bëssen aneren Niveau iwwerdroen. Black Lach Physik schéngt ze weisen datt eisen Universum net ass wat eis Sënner eis soen. D'Realitéit déi eis ëmginn kann en Hologramm sinn, d.h. Projektioun vun engem zweedimensionalen Plang. Dat gëllt och fir dem Gödel säin Theorem selwer. Awer esou eng Theorie vun allem léist all Probleemer, erlaabt et eis d'Erausfuerderunge vun der Zivilisatioun ze konfrontéieren?

Beschreift den Universum. Awer wéi eng Zort Universum?

Mir hunn de Moment zwou ëmfaassend Theorien déi bal all kierperlech Phänomener erklären: Einstein senger Gravitatiounstheorie (allgemeng Relativitéitstheorie) i. Déi éischt erklärt gutt d'Bewegung vu Makroobjekter, vu Fussball bis zu Galaxien. hien ass ganz kennt iwwer Atomer an subatomesch Partikelen. De Problem ass dat dës zwou Theorien beschreiwen eis Welt komplett anescht. An der Quantemechanik geschéien Eventer géint e fixen Hannergrond. Raumzäit - wärend w flexibel ass. Wéi géif eng Quantetheorie vu gekrümmten Raumzäit ausgesinn? Mir wëssen net.

Déi éischt Versuche fir eng vereenegt Theorie vun allem ze kreéieren koumen kuerz no der Verëffentlechung allgemeng Relativitéitstheorieier mir d'fundamental Gesetzer verstoen, déi d'Nuklearkräfte regéieren. Dës Konzepter, bekannt als Calusi-Klein Theorie, probéiert d'Schwéierkraaft mat Elektromagnetismus ze kombinéieren.

Fir Joerzéngten, String Theorie, déi Matière virstellt wéi besteet aus kleng vibréierend Saiten oder Energie Loop, gëllt als déi bescht fir ze kreéieren vereenegt Theorie vun der Physik. Wéi och ëmmer, e puer Physiker léiwer kKabel-opgehalen Loop Schwéierkraaftan deem de Weltraum selwer aus klenge Schleifen besteet. Wéi och ëmmer, weder Stringtheorie nach Schleif-Quanteschwéierkraaft goufen experimentell getest.

Grouss vereenegt Theorien (GUTs), déi d'Quantechromodynamik an d'Theorie vun elektroschwach Interaktiounen kombinéieren, presentéieren déi staark, schwaach an elektromagnetesch Kräften als Manifestatiounen vun enger vereenegter Kraaft. Wéi och ëmmer, keng vun de fréiere grousser Unifikatiounstheorien krut experimentell Bestätegung. Eng gemeinsam Feature vun der grousser vereenegter Theorie ass d'Prognose vum Protonverfall. Dëse Prozess ass nach net observéiert ginn. Et folgt datt d'Protone Liewensdauer op d'mannst 1032 Joer muss sinn.

Den 1968 Standardmodell huet déi staark, schwaach an elektromagnetesch Kräfte ënner engem iwwergräifende Regenschirm bruecht. All Partikel an hir Interaktioune goufe berücksichtegt, a vill nei Prognosen goufen gemaach, dorënner eng grouss Prognose iwwer Unifikatioun. Bei héijen Energien, op der Uerdnung vun 100 GeV (d'Energie déi néideg ass fir en eenzegen Elektron op e Potenzial vun 100 Milliarde Volt ze beschleunegen), gëtt d'Symmetrie, déi d'elektromagnetesch a schwaach Interaktiounen vereenegt, restauréiert.

D'Existenz vun neie gouf virausgesot, a mat der Entdeckung vun de W- an Z-Bosonen am Joer 1983 goufen dës Prognosen bestätegt. Déi véier Haaptkräfte goufen op dräi reduzéiert. D'Iddi vun der Vereenegung ass datt all dräi Kräfte vum Standardmodell a vläicht souguer méi héich Energie Schwéierkraaft an eng Struktur kombinéieren.

2. D'Langrange Equatioun, déi de Standardmodell beschreift, ass a fënnef Komponenten opgedeelt.

Verschiddener hu virgeschloen, datt bei nach méi héich Energien, vläicht ëm Planck Skala, Schwéierkraaft wäert och vereenegen. Dëst ass eng vun den Haaptmotivatioune vun der Stringtheorie. Wat ganz interessant un dësen Iddien ass, ass datt wa mir Unificatioun wëllen, musse mir d'Symmetrie bei méi héijen Energien restauréieren. A wa se am Moment gebrach sinn, féiert dat zu eppes beobachtbars, nei Partikelen an nei Interaktiounen.

De Lagrangian vum Standardmodell ass déi eenzeg Equatioun déi d'Partikel i Den Afloss vum Standardmodell (2). Et besteet aus fënnef onofhängegen Deeler: Gluonen an der Zone 1 vun der Gleichung, schwaach Bosonen am Deel markéiert zwee, markéiert dräi, ass eng mathematesch Beschreiwung vun wéi Matière interagéiert mat der schwaacher Kraaft an der Higgs Feld, Geescht Deelchen datt d'iwwerschësseg subtrahéieren vun den Higgs Feld an Deeler véier, an d'Séilen ënner fënnef beschriwwen Fadeev-Popovdéi d'Redundanz vun der schwaacher Interaktioun beaflossen. Neutrinomassen ginn net berücksichtegt.

Obschonns Standardmodell mir kënnen als eenzeg Equatioun schreiwen, et ass net tatsächlech e homogent Ganzt am Sënn datt et vill separat, onofhängeg Ausdrock gëtt, déi déi verschidde Komponente vum Universum regéieren. Déi eenzel Deeler vum Standardmodell interagéieren net mateneen, well d'Faarfladung net déi elektromagnéitesch a schwaach Kräfte beaflosst, an onbeäntwert Froen bleiwe firwat Interaktiounen déi sollten optrieden, wéi CP-Symmetrie déi an de staarken Interaktiounen briechen, net operéieren. Huel Plaz.

Wann d'Symmetrie restauréiert ginn (um Héichpunkt vum Potenzial), geschitt d'Vereenegung. Wéi och ëmmer, d'Breechung vun der Symmetrie ganz ënnen entsprécht dem Universum deen mir haut hunn, zesumme mat neien Aarte vu massive Partikelen. Also wat "vun alle Saachen" soll dës Theorie sinn? Deen deen existéiert, d.h. e richtegt asymmetrescht Universum oder eent a symmetrescht, awer schlussendlech net dee mat deem mir ze dinn hunn.

Déi täuschend Schéinheet vu "kompletten" Modeller

De Lars English, a sengem Buch There Is No Theory of Everything, argumentéiert datt et keng eenzeg Rei vu Reegele gëtt, déi allgemeng Relativitéitstheorie mat Quantemechanik kombinéierenwell wat um Quanteniveau wouer ass, ass net onbedéngt wouer um Gravitatiounsniveau. A wat méi grouss a méi komplex de System ass, dest méi ënnerscheet et sech vu sengen Elementer. "Et ass net datt dës Schwéierkraaftregele d'Quantemechanik widderspriechen, awer datt se net aus der Quantephysik ofgeleet kënne ginn", schreift hien.

All Wëssenschaft, bewosst oder net, baséiert op der Viraussetzung vun hirer Existenz. objektiv kierperlech Gesetzerdéi eng géigesäiteg kompatibel Set vu fundamentale kierperleche Postulaten enthalen, déi d'Behuele vum kierperlechen Universum an alles dran beschreiwen. Natierlech enthält esou eng Theorie net eng komplett Erklärung oder Beschreiwung vun alles wat existéiert, awer, héchstwahrscheinlech, beschreift se komplett all testbar kierperlech Prozesser. Logesch, ee vun den direkten Virdeeler fir TW dës Manéier ze verstoen wier Experimenter ze stoppen an deenen d'Theorie negativ Resultater virausgesot.

Déi meescht physikalesch Wëssenschaftler mussen ophalen ze fuerschen an e Liewen ze maachen andeems se Léierpersonal anstatt fuerschen. Allerdéngs ass d'Publikum wuel egal ob d'Schwéierkraaft a Saache Krëmmung vun der Raumzäit erkläert ka ginn.

Natierlech gëtt et eng aner Méiglechkeet - den Universum wäert sech einfach net vereenegen. D'Symmetrien, op déi mir ukomm sinn, sinn einfach eis eege mathematesch Erfindungen a beschreiwen net de physikaleschen Universum.

An engem schlëmmen Artikel fir Nautil.Us huet d'Sabine Hossenfelder (3), eng Wëssenschaftlerin um Frankfurter Institut fir Advanced Study, bewäert datt "d'ganz Iddi vun enger Theorie vun allem op enger onwëssenschaftlecher Viraussetzung baséiert." "Dëst ass keng gutt Strategie fir wëssenschaftlech Theorien z'entwéckelen. (...) Vertrauen op Schéinheet an der Theorie Entwécklung huet historesch schlecht geschafft. Hirer Meenung no gëtt et kee Grond, datt d’Natur duerch eng Theorie vun allem beschriwwe gëtt. Wärend mir eng Quantetheorie vun der Schwéierkraaft brauchen fir eng logesch Inkonsistenz an de Gesetzer vun der Natur ze vermeiden, brauche d'Kräften am Standardmodell net vereenegt ze sinn an net mat der Schwéierkraaft vereenegt ze sinn. Et wier flott, jo, awer et ass onnéideg. De Standardmodell funktionnéiert gutt ouni Vereenegung, ënnersträicht de Fuerscher. D'Natur ass kloer egal, wat d'Physiker als schéin Mathematik betruechten, seet d'Madame Hossenfelder rosen. An der Physik sinn Duerchbréch an der theoretescher Entwécklung verbonne mat der Léisung vu mathematesch Inkonsistenz, net mat schéinen a "kompletten" Modeller.

Trotz dësen nüchternen Ufuerderunge ginn dauernd nei Theorie-vun-Alles Propositioune virgestallt, sou wéi dem Garrett Lisi seng 2007 The Exceptionally Simple Theory of Everything. Et huet d'Besonderheet datt Prof. Hossenfelder ass schéin a ka mat enger attraktiver Visualiséierung schéin gewisen ginn (4). Dës Theorie, genannt E8, seet datt de Schlëssel fir den Universum ze verstoen ass mathematesch Objet an der Form vun enger symmetrescher Rosette.

D'Lisi huet dës Struktur erstallt andeems se elementar Partikelen op enger Grafik plotten, déi och bekannte kierperlech Interaktiounen berücksichtegt. D'Resultat war eng komplex aacht-zweedimensional mathematesch Struktur vun 248 Punkten. Jiddereng vun dëse Punkte representéiert Partikel mat verschiddenen Eegeschaften. Am Diagramm gëtt et eng Grupp vu Partikelen mat bestëmmten Eegeschaften déi "fehlen". Op d'mannst e puer vun dësen "fehlend" hunn theoretesch eppes mat der Schwéierkraaft ze dinn, d'Bréck tëscht der Quantemechanik an der allgemenger Relativitéitstheorie ze iwwerbrécken.

4. E8 Visualiséierung Theorie

Also Physiker musse schaffen fir de Fox's Rosette ze fëllen. Wann dat geléngt, wat geschitt? Vill sarkastesch äntweren datt et näischt Besonnesches ass. Just e schéint Bild wier komplett. Dës Konstruktioun kann an deem Sënn wäertvoll sinn, well se eis weist, wat déi reell Konsequenze vun der Ofschloss vun enger "Theorie vun allem" wieren. Vläicht onwichteg an engem praktesche Sënn.