1925 m. Einšteinas pasivaikščiojo su jauna studente, vardu Esther Salaman. Jiems klaidžiojant, jis pasidalijo savo pagrindiniu intelektualumo principu: "Aš noriu sužinoti, kaip Dievas sukūrė šį pasaulį. Manęs nedomina nei tas, nei tas reiškinys, to ar to elemento spektras. Noriu sužinoti Jo mintis; likusios yra tik detalės “.
Frazė „Dievo mintys“ yra maloniai pritaikyta metafora, skirta šiuolaikinio fizikos galutiniam tikslui - tobulam gamtos dėsnių supratimui - tai, ką fizikai vadina „visko teorija“ arba TOE. Idealiu atveju TOE atsakytų į visus klausimus, nepalikdamas nieko neatsakyto. Kodėl dangus yra mėlynas? Dengta. Kodėl gravitacija egzistuoja? Tai taip pat apimta. Teigiama, kad TOE idealiai paaiškintų visus reiškinius viena teorija, vienu konstrukciniu elementu ir viena jėga. Mano manymu, TOE suradimas gali užtrukti šimtus ar net tūkstančius metų. Norėdami suprasti, kodėl, pažiūrėkime į apžvalgą.
Mes žinome dvi teorijas, kurios, kartu paėmus, gerai apibūdina mus supantį pasaulį, tačiau abi yra šviesmečiai nuo to, kad yra TOE.
Antroji teorija vadinama standartiniu modeliu, kuris apibūdina subatominį pasaulį. Būtent šioje srityje mokslininkai padarė akivaizdžiausią pažangą link visko teorijos.
Jei pažvelgtume į mus supantį pasaulį - žvaigždžių ir galaktikų, pudelių ir picų pasaulį, galime paklausti, kodėl daiktai turi tas savybes, kurias daro. Mes žinome, kad viską sudaro atomai, o tuos atomus sudaro protonai, neutronai ir elektronai.
Septintajame dešimtmetyje tyrėjai atrado, kad protonai ir neutronai buvo sudaryti iš dar mažesnių dalelių, vadinamų kvarkais, o elektronas buvo dalelių, vadinamų leptonais, klasės narys.
Mažiausių elementų suradimas yra tik pirmas žingsnis sugalvojant visko teoriją. Kitas žingsnis yra suprasti jėgas, kurios valdo, kaip kertiniai elementai sąveikauja. Mokslininkai žino apie keturias pagrindines jėgas, iš kurių trys - elektromagnetizmas ir stiprios bei silpnos branduolinės jėgos - suprantamos subatominiame lygmenyje. Elektromagnetizmas laiko atomus kartu ir yra atsakingas už chemiją. Didelė jėga laiko atomų branduolį ir saugo kvarkus protonų ir neutronų viduje. Silpna jėga lemia kai kurių rūšių branduolinio skilimo procesą.
Kiekviena iš žinomų subatominių jėgų turi susietą dalelę ar daleles, kurios tą jėgą neša: Glionas vykdo stiprią jėgą, fotonas valdo elektromagnetizmą, o W ir Z bozonai kontroliuoja silpną jėgą. Taip pat yra vaiduokliškas energijos laukas, vadinamas Higso lauku, kuris prasiskverbia į visatą ir suteikia masę kvarkams, leptonams ir kai kurioms jėgą nešančioms dalelėms. Visi šie elementai ir jėgos sudaro standartinį modelį.
Naudojant kvarkus ir leptonus bei žinomas jėgą nešančias daleles, galima sukurti atomus, molekules, žmones, planetas ir, tiesą sakant, visą žinomą visatos materiją. Tai neabejotinai yra didžiulis pasiekimas ir geras visko teorijos suderinimas.
Ir vis dėlto to nėra. Tikslas yra surasti vieną elementą ir vieną jėgą, kuri galėtų paaiškinti Visatos materiją ir judesį. Standartiniame modelyje yra 12 dalelių (šeši kvarkai ir šeši leptonai) ir keturios jėgos (elektromagnetizmas, gravitacija ir stiprios bei silpnos branduolinės jėgos). Be to, nėra žinomos kvantinės gravitacijos teorijos (tai reiškia, kad mūsų dabartinis apibrėžimas apima tik gravitaciją, apimančią daiktus, didesnius nei, pavyzdžiui, paprastosios dulkės), taigi gravitacija išvis net nėra standartinio modelio dalis. Taigi, fizikai ir toliau ieško dar fundamentalesnės ir pagrindinės teorijos. Norėdami tai padaryti, jie turi sumažinti tiek statybinių blokų, tiek jėgų skaičių.
Surasti mažesnį bloką bus sunku, nes tam reikalingas galingesnis dalelių greitintuvas nei žmonės kada nors pastatė. Laikas, per kurį pradedamas naudoti naujas greitintuvo įrenginys, yra keli dešimtmečiai, ir šis įrenginys suteiks tik palyginti nedidelį laipsnišką esamų galimybių patobulinimą. Taigi mokslininkai turi spėlioti, kaip galėtų atrodyti mažesnis pastatas. Populiari idėja vadinama superstring teorija, kuri skelbia, kad mažiausias statybinis blokas yra ne dalelė, o maža ir vibruojanti „styga“. Tuo pačiu būdu violončelės stygos gali groti daugiau nei viena natos, skirtingi virpesių modeliai yra skirtingi kvarkai ir leptonai. Tokiu būdu vieno tipo stygos galėtų būti pagrindinė sudedamoji dalis.
Problema ta, kad nėra empirinių įrodymų, kad viršspektai iš tikrųjų egzistuoja. Be to, laukiama energija, reikalinga jiems pamatyti, yra vadinama „Planck“ energija, kuri yra kvadrilijonas (10 pakeltų į 15-tą galią) kartų didesnė, nei mes šiuo metu galime sugeneruoti. Labai didelė „Planck“ energija yra glaudžiai susijusi su vadinamuoju „Planck“ ilgiu. Tai yra nepaprastai mažas ilgis, per kurį kvantiniai efektai tampa tokie dideli, kad tiesiogine prasme neįmanoma išmatuoti nieko mažesnio. Tuo tarpu eikite mažesniu nei Planko ilgis (arba didesniu nei Planko energija), o kvantinis gravitacijos tarp fotonų ar šviesos dalelių poveikis tampa svarbus ir reliatyvumas nebeveikia. Todėl yra tikėtina, kad tai bus kvotos gravitacijos supratimo skalė. Tai, be abejo, yra labai spekuliatyvus, tačiau tai atspindi mūsų dabartinę geriausią prognozę. Ir, jei tiesa, artimiausioje ateityje virpesiai turės likti spekuliaciniai.
Jėgų gausa taip pat yra problema. Mokslininkai tikisi „suvienodinti“ pajėgas, parodydami, kad tai tik skirtingi vienos jėgos pasireiškimai. (Seras Izaokas Niutonas tą padarė tik tada, kai parodė jėgą, kuri privertė daiktus kristi žemėje, ir jėga, kuri valdė dangaus judėjimą, buvo ta pati; Jamesas Clerkas Maxwellas parodė, kad elektra ir magnetizmas iš tikrųjų yra skirtingi suvienytos jėgos elgesiai) vadinamas elektromagnetizmu.)
Septintajame dešimtmetyje mokslininkai sugebėjo parodyti, kad silpnoji branduolinė jėga ir elektromagnetizmas iš tikrųjų buvo du skirtingi kombinuotosios jėgos, vadinamos elektrinės jėgos jėga, aspektai. Dabar tyrėjai tikisi, kad elektrinės jėgos ir stipri jėga gali būti suvienytos į tai, kas vadinama didžiule vieninga jėga. Tada jie tikisi, kad didžiąją suvienytą jėgą pavyks suvienyti su gravitacija, kad būtų sukurta visko teorija.
Tačiau fizikai įtaria, kad šis galutinis suvienijimas įvyks ir Planko energijoje, nes tai yra energija ir dydis, kurio santykinio santykio teorijoje nebegalima ignoruoti kvantinių efektų. Ir, kaip matėme, tai yra daug didesnė energija, nei mes galime tikėtis, kad bet kada netrukus pavyks pasiekti dalelių greitintuvą. Norėdami pateikti prasmę tarp dabartinių teorijų ir visko teorijos, jei vaizduotume dalelių energijas, kurias mes vaizduojame gali aptinkamas kaip ląstelės membranos plotis, Planko energija yra Žemės dydis. Nors įsivaizduojama, kad kažkas, gerai išmanantis ląstelių membranas, gali numatyti kitas ląstelės struktūras - tokius dalykus kaip DNR ir mitochondrijos -, neįsivaizduojama, kad jie galėtų tiksliai nuspėti Žemę. Ar tikėtina, kad jie galėtų nuspėti ugnikalnius, vandenynus ar Žemės magnetinį lauką?
Paprastas faktas yra tas, kad esant tokiam dideliam atotrūkiui tarp šiuo metu pasiekiamos energijos dalelių greitintuvuose ir Plancko energijos, teisingai sugalvoti visko teoriją atrodo neįtikėtina.
Tai nereiškia, kad visi fizikai turėtų išeiti į pensiją ir imtis kraštovaizdžio tapybos - dar reikia prasmingo darbo. Mes vis dar turime suprasti nepaaiškinamus reiškinius, tokius kaip tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos, kurie sudaro 95% žinomos visatos, ir tą supratimą panaudoti kurdami naujesnę, išsamesnę fizikos teoriją. Ši naujesnė teorija nebus TOE, bet bus palaipsniui geresnė nei dabartinė teorinė sistema. Turėsime tai kartoti vėl ir vėl.
Nusivylęs? Aš esu aš. Aš visą gyvenimą paskyriau tam, kad bandyčiau atskleisti kai kurias kosmoso paslaptis, bet galbūt tam tikra perspektyva yra tinkama. Pirmasis jėgų suvienijimas buvo įvykdytas 1670-aisiais su Niutono visuotinės gravitacijos teorija. Antrasis buvo 1870 m., Remiantis Maksvelo elektromagnetizmo teorija. Elektrinio variklio suvienijimas buvo palyginti nesenas, tik prieš pusę amžiaus.
Atsižvelgiant į tai, kad praėjo 350 metų nuo pirmojo mūsų sėkmingo žingsnio šioje kelionėje, galbūt ne taip keista, kad mūsų kelias dar ilgesnis. Nuomonė, kad genijus turės įžvalgą, kurios rezultatas bus visiškai išplėtota visko per ateinančius kelerius metus teorija, yra mitas. Mes ilgai laukėme ir net šių dienų mokslininkų anūkai nemato jo pabaigos.
Bet kokia kelionė tai bus.
Don Lincoln yra fizikos tyrėjas Fermilabas. Jis yra „Didelis hadronų susidūrėjas: nepaprastas Higso Bosono pasakojimas ir kiti dalykai, kurie sujaudins jūsų mintis“(Johns Hopkins University Press, 2014 m.), Ir jis gamina mokslo lavinimo ciklą vaizdo įrašai. Sek jį „Facebook“. Šiame komentare išsakyta nuomonė yra jo.
Donas Linkolnas pridėjo šį straipsnį prie „Live Science's“ Ekspertų balsai: op-ed ir įžvalgos. Iš pradžių paskelbta tiesioginiame moksle.
