الجميع ينتظر نظريتهم

في The Hitchhiker's Guide to the Galaxy ، سُئل الحاسوب الفائق Deep Thought (1) "سؤال مهم". بعد سبعة ملايين ونصف مليون سنة من الحسابات المعقدة ، قدم الإجابة فيما يتعلق بالحياة والكون وكل شيء آخر. "42" مكتوب عليها.

في أغسطس Nature ، نشر الفيزيائي مصطفى أحمدي ورقة مع زملائه حول دراسته ، والتي أظهرت أن خط انبعاث ذرات الهيدروجين المضاد هو نفسه خط انبعاث الهيدروجين على مسافة 21 سم. الهيدروجين المضاد له طول 42 سم!

تلعب علامة التعجب دورًا مضحكًا إلى حد ما هنا. ومع ذلك ، فإن "التسلسل الترابطي" أعلاه ليس بعيدًا عن بعض التفكير الجاري في مجال الفيزياء الحديثة. لطالما تساءل الباحثون عما إذا كانت الأنماط والتعديلات التي ندركها في الكون ليست مجرد عملية لأذهاننا ، وليست انعكاسًا لأي ظواهر موضوعية. من وجهة نظر معينة ، يمكن لأي عدد من الأكوان أن ينشأ بدون سبب. وجدنا أنفسنا في واحدة منها ، واحدة ملموسة ، حيث تم استيفاء عدد من الشروط الدقيقة لظهور شخص فيها. نسميه س. عالم أنثروبيا (2) أي أن كل شيء يتجه نحو ظهور الحياة كما نعرفها.

مطلوب منذ عقود نظرية كل شيء قد يكون هناك أيضًا الرقم "42" ، الذي سينشأ من نتائج الملاحظات والتجارب والحسابات والاستنتاجات - وفي الواقع لن تعرف ماذا تفعل به.

تمامًا كما لو كنت لا تعرف ماذا تفعل به النموذج القياسي. إنها أداة وصفية ممتازة للفيزياء الحديثة. لكن المشكلة هي أنني لا أتخلى عنه بعد ، ناهيك عن الطاقة. ومسألة التوازن الافتراضي للمادة والمادة المضادة في الكون تثير قلق الجميع تقريبًا. يعترف العديد من الفيزيائيين بهدوء أن الغرض الحقيقي من التجارب في مصادم هادرون الشهير LHC والمراكز الأخرى من هذا النوع ليس تأكيدًا لهذا النموذج ، بل لتقويضه! بعد ذلك ، أعتقد أن العلم سيمضي قدمًا ، متغلبًا على المأزق الحالي.

بالتأكيد ، نظرية كل شيء هي نظرية فيزيائية افتراضية تصف بشكل متماسك جميع الظواهر الفيزيائية وتسمح للفرد بالتنبؤ بنتيجة أي تجربة جسدية.

يستخدم المصطلح حاليًا بشكل شائع لوصف المفاهيم المؤقتة ، ومع ذلك ، لم يتم التحقق من أي من هذه الأفكار تجريبيًا حتى الآن. تبين أن المشكلة الرئيسية هي اختلافات لا يمكن التغلب عليها في صياغة كلتا النظريتين. أيضًا ، هناك العديد من المشكلات التي لا تحلها أي من هذه النظريات ، لذا حتى لو جمعتها معًا ، فلن تعطيك نظرية كل شيء.

توحيد مرهق

أول تركيب حديث في الفيزياء ، نموذج الجاذبية لنيوتن، لديه بعض العيوب. بعد ما يقرب من قرنين من الزمان ، قرر الاسكتلندي أن الكهرباء والمغناطيسية يجب أن يُنظر إليهما على أنهما مجالات قوة متداخلة. يمكن اعتبار هذا على أنه موجة تخلق قمتها مجالًا كهربائيًا ، والذي بدوره يخلق مجالًا مغناطيسيًا من خلال تذبذبها ، مما يؤدي مرة أخرى إلى إنشاء مجال كهربائي.

خلّد الفيزيائي الاسكتلندي تشابك الكهرباء والمغناطيسية بمساعدة أربع معادلات شهيرة. وهكذا ، تم دمج كلتا القوتين في واحدة ، أي الكهرومغناطيسية. لا ينبغي أيضًا أن ننسى أنه في هذه المناسبة ، قام ماكسويل باكتشاف آخر ، بفضله تم تعريف الضوء أخيرًا على أنه موجه كهرومغناطيسية. ومع ذلك ، كانت هناك مشكلة كبيرة هنا ، والتي لم يتم الالتفات إليها في ذلك الوقت. سرعة الضوء ، أي. لا يعتمد انتشار هذه الموجة الكهرومغناطيسية على السرعة التي يتحرك بها مصدر إشعاعها ، مما يعني أن هذه السرعة تظل كما هي بالنسبة للمراقبين المختلفين. وبالتالي ، فإنه يتبع من معادلات ماكسويل أنه بالنسبة لجسم يتحرك بسرعة قريبة من سرعة الموجة الضوئية ، يجب أن يتباطأ الوقت.

لم تشعر الفيزياء التقليدية لإسحاق نيوتن بالراحة تجاه هذه الاكتشافات. لم يفترض مبتكر الديناميكيات أن الوقت يجب أن يكون له أي معنى - يجب أن يكون ثابتًا ومتساويًا للجميع. اتخذ ماكسويل أول خطوة صغيرة لتحدي هذا الاعتقاد ، ولكن ما كان مطلوبًا هو شخصية تتحدى بشكل جذري ، مما يدل على وجود الجاذبية والضوء على مبادئ مختلفة قليلاً عما كان يعتقد سابقًا. شخصية مثل ألبرت أينشتاين.

في تلك الأوقات المتفائلة ، بدت نظرية كل شيء امتدادًا وتعميمًا لمعادلات ماكسويل. كان من المفترض أن تكون هناك صيغة واحدة أنيقة تناسب فيزياء الكون بالكامل مع إضافة تفاعلات أخرى معروفة.

كانت فكرة أينشتاين عن العلاقة بين الزمان والمكان والطاقة والمادة مع بعضهما البعض فكرة ثورية. بعد الإعلان عن النسبية الخاصة ثم النسبية العامة ، قرر العبقري أن الوقت قد حان لإيجاد نظرية كل شيء ، التي كان يعتقد أنها في متناول يده. كان أينشتاين متأكدًا من أنه كان قريبًا من هدفه وكان كافياً لإيجاد طريقة للجمع بين نظريته النسبية مع الكهرومغناطيسية لماكسويل من أجل استنباط صيغة تشرح جميع العمليات التي تهم الفيزيائيين.

لسوء الحظ ، فور نجاحات أينشتاين العظيمة ، ظهر مجال جديد للفيزياء - ميكانيكا الكم. أو ربما "لحسن الحظ" ، لأنه بدون مراعاة ظاهرة العالم المصغر للجسيمات الأولية التي وصفتها ، لن تكون نظرية أينشتاين الافتراضية هي نظرية كل شيء. لكن الأشياء التي بدت في البداية بسيطة بما يكفي بدأت تزداد تعقيدًا.

في النهاية ، مع وضع كلتا النظريتين في الاعتبار ، شرع الفيزيائيون ، وليس آينشتاين فقط ، في التوحيد. واحدة من أولى الخطوات بعد عمل أينشتاين كانت نظرية كالوزي كلاين  المقترحة في عام 1919 ثيودورا كالوزين وتم تعديله في عام 1926. أوسكار كلاين. جمعت بين نظرية النسبية والكهرومغناطيسية لماكسويل ، مما وسع الزمكان رباعي الأبعاد مع نظرية إضافية افتراضية البعد الخامس. كانت أول نظرية معروفة على نطاق واسع تستند إلى المفهوم الجديد للفضاء الزائد.

كما أظهر الجيل التالي من علماء الفيزياء ، تتحرك الذرة بواسطة قوى لم تكن معروفة من قبل بخلاف الجاذبية أو الكهرومغناطيسية. الأول كان تفاعل قوي، وهي المسؤولة عن الاحتفاظ بالبروتونات والنيوترونات داخل نواة الذرة. ثانية - تفاعل ضعيف، مما يتسبب في تحلل الذرة والنشاط الإشعاعي المرتبط بها.

عادت فكرة التوحيد إلى الظهور. ومع ذلك ، هذه المرة ، من أجل الأمل في نظرية نهائية ، كان من الضروري الجمع ليس بين قوتين ، بل أربع قوى تتحكم في كل ما يحيط بنا. على الرغم من أن البشرية تعلمت استخدام إمكانات الذرة ، إلا أنها ابتعدت عن طبيعة كل الأشياء. بدأ الفيزيائيون في بناء مرافق بحثية لتصادم الجسيمات الذرية مع بعضها البعض. أظهرت تجارب المسرعات بسرعة أن ما نسميه الجسيمات الأولية يمكن تقسيمه إلى أجزاء أصغر. وهكذا ، تم إطلاق سراح "ZOO" بالكامل الجسيمات دون الذرية، وبدأ العلماء يتساءلون ما هي اللبنة الأساسية للمادة.

بعد سنوات ظهر عبقري آخر ريتشارد فاينمان. لقد رسم نظرية جديدة - الديناميكا الكهربائية الكمية (QED). يتعلق هذا بتفاعل الفوتون مع الجسيمات دون الذرية ، خاصة مع الإلكترون.

ثم عبد السلام وستيفن واينبرغ فشل في تفسير التأثير الضعيف. توقع العلماء وجود ما يصل إلى ثلاث جسيمات مسؤولة عن هذا النوع من القوة: W (+) ، W (-) و Z (0). لقد لاحظوا أنه في حالة وجود طاقة عالية كافية ، تتصرف هذه الجسيمات بنفس الطريقة.

تابع العلماء التأثير وعاملوا الإلكترونات والنيوترينوات بنفس الطريقة - كوجهين لعملة واحدة. على هذا الأساس ، من المتوقع أنه في اللحظات الأولى من الانفجار العظيم ، أي تم توحيد وقت شدة الطاقة الهائلة والتفاعل الضعيف والكهرومغناطيسية (3). كان أول اندماج رائد منذ جيمس ماكسويل. حدد سلام واينبرغ التفاعل الكهروضعيف.

3. توضيح الأصل المشترك لجميع التفاعلات

أعطت هذه الاكتشافات الفيزيائيين الطاقة للعمل مع القوة الشديدة. نظرًا لأن الفوتونات تحمل التفاعل الكهرومغناطيسي ، وكانت الجسيمات W (+) و W (-) و Z (0) ضعيفة ، فبالقياس يجب أن يكون هناك بعض الجسيمات المسؤولة عن التفاعل القوي. أطلق على هذه الجسيمات ، التي تصنع البروتونات والنيوترونات من الكواركات المديح لي. يأتي الاسم من حقيقة أن الغلوونات تعمل كغراء للجسيمات دون الذرية.

في الوقت الحاضر ، بشكل متبادل تقريبًا مع مفهوم نظرية كل شيء ، يشار إليها باسم النظرية الموحدة الكبرى ، والمعروفة أيضًا باسم GUT (). ومع ذلك ، فهي بالأحرى مجموعة من النظريات التي تحاول الجمع بين الديناميكا اللونية الكمومية (تفاعلات قوية) ونظرية التفاعلات الكهروضعيفة.

يصفون التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية كمظهر من مظاهر تفاعل واحد. ومع ذلك ، لم تتلق أي من النظريات الموحدة الكبرى الحالية تأكيدًا تجريبيًا. إنها تشير إلى تناظرات جديدة بين الجسيمات الأولية ، مما يسمح لنا بتفسيرها على أنها مظاهر مختلفة لجسيم واحد. تفترض معظم النظريات وجود جسيمات جديدة (لم تكتشف بعد) ، على سبيل المثال ، وعمليات جديدة تحدث بمشاركتها. السمة المشتركة للنظرية الموحدة الكبرى هي التنبؤ بتفكك البروتون. ومع ذلك ، لم يتم ملاحظة هذه العملية بعد. ويترتب على ذلك أن عمر البروتون يجب أن يكون 10 على الأقل³² كسول.

تبقى المشكلة الأكثر خطورة هي توحيد النسبية العامة ، التي تصف الجاذبية على المستوى الكلي ، z ، الذي يصف التفاعلات الأساسية على المستوى دون الذري. حتى الآن ، لم يكن من الممكن بناء نظرية متماسكة تعمل بكامل طاقتها. الجاذبية الكميةالتي من شأنها أن تتنبأ بظواهر جديدة يمكن اختبارها تجريبياً.

على الرغم من الثورة التي لا يمكن إنكارها والتي أحدثها توحيد الضعيف والقوي والكهرومغناطيسية ، فإن النموذج القياسي ، الذي يتضمن التوحيد الموصوف أعلاه ، لا يزال يصارع نوعًا من الانحدار المزعج بعد نيوتن وأينشتاين. والجاذبية ليست مشكلته الوحيدة ...

سيمفونية لم تعزف أبدا

يلخص النموذج القياسي معرفتنا الحالية بفيزياء الجسيمات. تم اختباره في العديد من التجارب وأثبت نجاحه في التنبؤ بوجود جسيمات لم تكن معروفة من قبل. ومع ذلك ، فإنه لا يقدم وصفًا واحدًا لجميع القوى الأساسية ، حيث لا يزال من الصعب إنشاء نظرية جاذبية مشابهة لنظرية القوى الأخرى. وحتى يكمله الأب. جسيم هيغز إنه لا يفعل الكثير لشرح الألغاز الحديثة العظيمة للطاقة المظلمة ، والجاذبية ، وعدم تناسق المادة والمادة المضادة ، وحتى تذبذبات النيوترينو.

حتى وقت قريب ، كانت هناك آمال في إمكانية تطوير النموذج القياسي بشكل خلاق في الاتجاه التناظر الفائق (SUSY) ، الذي يتنبأ بأن كل جسيم أولي معروف لنا له شريك متماثل - ما يسمى s- الجسيمات (4). يضاعف هذا العدد الإجمالي لبنات بناء المادة ، لكن النظرية تتناسب تمامًا مع المعادلات الرياضية ، والأهم من ذلك أنها توفر فرصة لكشف لغز المادة المظلمة الكونية. بقي فقط انتظار نتائج التجارب في مصادم الهادرونات الكبير ، والتي ستؤكد وجود جسيمات فائقة التناظر. لسوء الحظ ، لم يتم اكتشاف العلماء بعد ، ونتيجة لذلك ، لا تزال SUSY تحت علامة استفهام كبيرة.

4. الجسيمات الأولية والمتماثلة

حتى الآن ، يُعتقد على نطاق واسع أن المرشح الرئيسي ، أو في الواقع ، المرشح الجدي الوحيد لنظرية كل شيء هو النظرية ، أو بالأحرى نظرية الأوتار. الافتراض الأساسي هنا هو وجود كائن أساسي ، وهو "سلسلة" أحادية البعد - مفتوحة (لها نهايات حرة) أو مغلقة (إذا كانت النهايات متصلة). يمكن أن يتأرجح مثل هذا الخيط ، وهذه التذبذبات من أنواع مختلفة تولد ، بالمعنى الكمي للكلمة ، جسيمات أولية معروفة لنا من النموذج القياسي (الفوتونات ، والإلكترونات ، والكواركات ، والجرافيتونات ، إلخ). على سبيل المثال ، أبسط اهتزازات سلسلة مفتوحة تتصرف مثل الفوتونات أو الغلوونات. أبسط الاهتزازات للأوتار المغلقة لها خصائص مثل الجرافيتونات ، والتي ستكون كميات مجال الجاذبية ، وتشكل الأجسام الرئيسية في نظرية الكم للجاذبية.

إن اختزال أصغر الجسيمات المعروفة لنا عن الاهتزازات الوترية هو توحيد كبير مفترض ومسار مباشر لنظرية كل شيء. ومن هنا جاءت الشعبية الكبيرة لنظرية الأوتار. ومع ذلك ، يجب اختبار المفاهيم ، وفقًا لمتطلبات العلم ، ويفضل أن يكون ذلك تجريبيًا. وهنا ينتهي سحر السيمفونية الوترية على الفور ، لأنه لم يبتكر أحد طريقة مرئية للتحقق التجريبي. بعبارة أخرى ، لم يتم تشغيل تركيبة الأوتار على آلات حقيقية.

هذا لا يثبط عزيمة المنظرين الذين قرروا الاستمرار في تسجيل نوتات هذه الموسيقى الوترية التي لم يتم إعادة إنشائها مطلقًا ، والبحث عن نغمات وأصوات جديدة في الصيغ الرياضية. تم إنشاؤها مدفوع. نظرية الأوتار فائقة التناظر أوراز نظرية إم - كتعميم لنظرية الأوتار ، يتطلب وجود بُعد إضافي XNUMX ، يضاف إلى العشرة المتنبأ بها سابقًا. الهدف الرئيسي في نظرية M هو الحجاب الحاجز ثنائي الأبعاد ، والذي يتم اختزاله إلى الوتر الرئيسي عن طريق تقليل هذا البعد الإضافي. يؤكد المنظرون أيضًا على أنه لا ينبغي تصنيف كلتا الفكرتين كنظريات مستقلة - فهما في الأساس مظهر من مظاهر أحد المفاهيم الأكثر عمومية.

حلقات الجاذبية الكمومية

إحدى المحاولات الأخيرة للتوفيق بين نظريات تبدو غير متوافقة لميكانيكا الكم مع النسبية العامة. حلقة الجاذبية الكمومية (PGK) ، والمعروف أيضًا باسم الجاذبية الحلقية أو الهندسة الكمومية. تحاول PGC إنشاء نظرية كمومية للجاذبية ، حيث يتم تكميم الفضاء نفسه. مصطلح "الكم" يعني أن هذا المفهوم هو نسخة كمومية للنظرية الكلاسيكية - في هذه الحالة ، النظرية العامة للنسبية ، التي تساوي الجاذبية مع هندسة الزمكان (5).

في النظرية العامة للنسبية ، يمكن اعتبار المقاييس والوصلات كوظائف معينة ، محددة في أي نقطة في الزمكان ، قادرة على تحمل أي قيمة في أي وقت. من ناحية أخرى ، في الجاذبية الحلقية ، المقياس والاتصال ليسا "وظائف" عادية ، لكنهما يتبعان قواعد معينة لميكانيكا الكم - على سبيل المثال ، لا يمكنهم أخذ أي قيم (يمكن أن يتغيروا بشكل كبير) ولا يمكنك تحديد المقياس والاتصال في نفس الوقت بأي دقة.

ومع ذلك ، فإن نظرية PGK تواجه تحديات كبيرة. من الصعب أن ندرج ، بالإضافة إلى الهندسة نفسها ، المادة التي نشكلها والتي تحيط بنا. كما أنه ليس من الواضح تمامًا كيفية الحصول على معادلات آينشتاين الكلاسيكية في النسخة الكمومية بالحد المناسب.

على شفا القرار

نظرية كل شيء طريقة خاصة وأصلية وعاطفية فرضية التصوير المجسموترجمة المشكلات المعرفية إلى مستوى مختلف قليلاً. يبدو أن فيزياء الثقوب السوداء تشير إلى أن كوننا ليس كما تصنعه حواسنا. يمكن أن تكون الحقيقة التي تحيط بنا صورة ثلاثية الأبعاد - إسقاط لمستوى ثنائي الأبعاد (6).

6. الكون بمثابة صورة ثلاثية الأبعاد

كريج هوجان، أ. يقترح علماء الفيزياء في مركز أبحاث Fermilab أن العديد من نتائج التجارب ، مثل تلك التي أجريت في LHC ، تشير إلى أن مستوى الدقة الأساسية للصورة الثلاثية الأبعاد قد تم الوصول إليه للتو. لذا ، إذا كان الكون عبارة عن صورة ثلاثية الأبعاد ، فربما نكون قد وصلنا للتو إلى حدود دقة الواقع. يقدم بعض الفيزيائيين الفرضية المثيرة للفضول بأن الزمكان الذي نعيش فيه ليس مستمرًا في نهاية المطاف ، ولكن ، مثل الصورة التي تم الحصول عليها من التصوير الرقمي ، في أبسط مستواها يتكون من "حبيبات" أو "بكسلات" معينة.

بنى هوجان مقياس تداخل يسمى مقياس هوجانالتي تهدف إلى تحقيق الطبيعة الكمومية للفضاء نفسه ووجود ما يسميه العلماء "الضوضاء الثلاثية الأبعاد". يتكون مقياس ضغط الدم من مقياسين للتداخل يوضعان جنبًا إلى جنب. يوجهون أشعة ليزر بقدرة كيلو وات واحد على جهاز يقسمهم إلى شعاعين متعامدين بطول 40 مترًا ، ينعكسان ويعودان إلى نقطة الفصل ، مما يؤدي إلى تقلبات في سطوع أشعة الضوء. إذا تسببوا في حركة معينة في جهاز التقسيم ، فسيكون هذا دليلًا على اهتزاز الفضاء نفسه.

يعتقد البعض أن نظرية الكون الهولوغرافي هي التي يمكنها أخيرًا التوفيق بين نظرية النسبية وميكانيكا الكم. تظل الفرضية قريبة من مبدأ الهولوغرام الكون كمحاكاةوهو أشهر مدافع عنها نيكلاس بوستروم. يقترح العالم أنه باستخدام جهاز كمبيوتر قوي بما فيه الكفاية ، يمكنك إنشاء محاكاة موثوقة لحضارة بأكملها أو حتى للكون بأكمله.

يقول خبراء من جامعة ساوثهامبتون ، يعملون مع زملائهم في كندا وإيطاليا ، إن هناك دليلًا ملموسًا على أن الكون قد يكون نوعًا من الوهم. هناك بعض الحالات الشاذة في الفضاء إشعاع الخلفية الميكروويفوالمعروف أيضًا باسم إشعاع الخلفية أو CMB (). قام فريق من علماء الفيزياء النظرية من هذه الجامعة ، بحثًا عن تأكيد لنظرية الطبيعة الثلاثية الأبعاد للكون ، بتحليل كمية هائلة من البيانات ، في محاولة لإيجاد عدم تجانس في إشعاع الخلفية. اختبر العلماء عددًا من النماذج الثلاثية الأبعاد المختلفة وقارنوا تنبؤاتهم بملاحظات توزيع المادة في الكون المبكر جدًا ، والتي تم الحصول عليها من قياسات القمر الصناعي بلانك. بهذه الطريقة ، تم حذف العديد من النماذج ، ولكن تم العثور على نماذج أخرى متوافقة إلى حد كبير مع الملاحظات.

بمعنى آخر ، يقترح الباحثون أن ما وجدوه يؤكد أننا نعيش في صورة ثلاثية الأبعاد ، والاعتراف بهذه الحقيقة سيؤدي إلى توحيد الفيزياء في نظرية محددة لكل شيء. إذا تم قبول هذا النموذج الفيزيائي ، فسيكون ذلك نهاية نظرية الانفجار العظيم أو مفاهيم مثل تضخم الكون. من ناحية أخرى ، سوف يشرح أيضًا ، على سبيل المثال ، مفارقة المراقب في فيزياء الكم ، أي وجهة النظر التي وفقًا لها تؤثر حقيقة ملاحظة ظاهرة ما على نتيجة الملاحظة ، تمامًا مثل الطريقة في تؤثر الصور الثلاثية الأبعاد المعروفة التي لوحظت على مظهرها.

هل كانت هذه نظرية كل شيء أردناه؟ من الصعب القول. بعد كل شيء ، ما زلنا لا نعرف أيا منهم ...

الكون المتعدد ، أي كل شيء يفقد معناه

ما وراء الكون كصورة ثلاثية الأبعاد و / أو محاكاة لمزحة أخرى شريرة إلى حد ما من جهودنا لإيجاد نظرية كل شيء فرضية الكون المتعدد. وفقًا لنظرية الكم للعديد من العوالم هيو إيفريت الثالث، والذي يسميه "تفسير الأكوان المتعددة لميكانيكا الكم" ، كل ما يمكن أن يحدث لا بد أن يحدث في أحد فروع الواقع. بالنسبة لإيفريت ، فإن كل حالة تراكب هي حقيقية ومتحققة في كون آخر موازٍ. الكون المتعدد الكمي يشبه شجرة متفرعة لا نهاية لها.

وفقًا لأحد التفسيرات لميكانيكا الكم ، هناك أكوان في هذا الفضاء نشأت من كوننا. من وقت لآخر يتم إنشاء أكوان جديدة في هذا الفضاء. يحدث هذا عندما يكون هناك اختيار في الكون - على سبيل المثال ، يمكن لجسيم معين أن يسير في عدة مسارات ، وبعد ذلك يتم إنشاء العديد من الأكوان الجديدة حيث توجد مسارات محتملة ، وفي كل منها يتحرك الجزيء على طول مسارات مختلفة. تم وصف نوع آخر من الأكوان المتعددة في نظرية M. وفقًا لها ، نشأت أكواننا وأكواننا الأخرى نتيجة اصطدام أغشية في الفضاء ذي الأبعاد الحادي عشر. على عكس الأكوان في "الأكوان المتعددة الكمومية" ، قد يكون لها قوانين فيزيائية مختلفة جدًا.

يحل مفهوم الكون المتعدد أو الأكوان المتعددة العديد من المشكلات ، مثل الضبط المثالي ، ولكن من الناحية العلمية يبدو أنه طريق مسدود. لأنه يجعل كل الأسئلة "لماذا؟" غير مهم. علاوة على ذلك ، فإن دراسة الأكوان الأخرى تبدو بشكل عام غير واردة. ويفقد مفهوم نظرية كل شيء معناه هنا.

القوة في الخامسة

ربما لا ينبغي أن ننتقل إلى النظريات الكبيرة والطموحة؟ ربما يكفي الانتباه إلى الاكتشافات التي تبدو حتى الآن غير محسوسة ، لكن هل من الممكن أن تؤدي إلى نتائج عظيمة؟

في أغسطس الماضي ، نشر علماء الفيزياء النظرية في جامعة كاليفورنيا في إيرفين مقالًا في مجلة Physical Review Letters يفيد بأنه بالإضافة إلى التفاعلات الجاذبية والكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية ، فمن المحتمل أن يكون هناك تفاعل آخر ...

في عام 2015 ، كان علماء من الأكاديمية المجرية للعلوم يبحثون عن الناقل الافتراضي المزعوم للقوة الخامسة للطبيعة. عندما اصطدم نظير الليثيوم - 7Li - بالبروتونات ، اكتشفوا وجود بوزون جديد (7) ، والذي كان أثقل بحوالي ثلاثين مرة من الإلكترون. ومع ذلك ، لم يتمكنوا من معرفة ما إذا كان صاحب التأثيرات. درس علماء من جامعة كاليفورنيا في إيرفين بيانات الباحثين المجريين وقاموا بتحليل التجارب الموجودة حتى الآن في هذا المجال. نتيجة لذلك ، قدموا نظرية جديدة. فهو يجمع بين جميع البيانات الموجودة ويشير إلى اكتشاف محتمل. القوة الخامسة للطبيعة. في رأيهم ، قد يكون هذا الجسيم الغامض يسمى بوزون X، يسمى "رهاب البروتون" - بسبب نقص التفاعل مع هذا الجسيم الأولي. يعتقد العلماء أيضًا أن القوة الخامسة للطبيعة ، جنبًا إلى جنب مع التفاعلات الأخرى ، قد تشكل جوانب مختلفة لمبدأ أساسي آخر ، أو أثر يؤدي إلى المادة المظلمة.

7. نموذج تشكيل X-boson

الجزء المظلم من الورقة النقدية

تشير التقديرات إلى أن ما يصل إلى 27٪ من كل المادة في الكون تظل غير مرئية ، وإلى جانب ذلك ، فإن كل ما يمكن "رؤيته" - من الشطيرة إلى الكوازارات - يمثل 4,9٪ فقط من المادة. الباقي هو الطاقة المظلمة.

يبذل علماء الفلك قصارى جهدهم لشرح سبب وجود المادة المظلمة ، ولماذا يوجد الكثير منها ، ولماذا تظل مخفية على أي حال. بينما لا تصدر أي طاقة مرئية ، فهي قوية بما يكفي لإبقاء المجرات في مجموعات ، مما يمنعها من الانتشار ببطء عبر الفضاء. ما هي المادة المظلمة؟ أكسيون أم WIMP أم جرافيتون أم مادة فائقة من نظرية كالوزا كلاين؟

والسؤال الأكثر أهمية - كيف يمكن للمرء أن يفكر في نظرية كل شيء دون شرح مشكلة المادة المظلمة (وبالطبع الطاقة المظلمة)؟

في نظرية الجاذبية الجديدة التي اقترحها الفيزيائي النظري إريكا فيرليند من جامعة أمستردام ، وجدت طريقة للتخلص من هذه المشكلة المزعجة. على عكس النهج التقليدي للجاذبية كقوة أساسية للطبيعة ، يرى فيرليند أنها ناشئة خاصية الفضاء. هذا الظهور هو العملية التي تخلق بها الطبيعة شيئًا قويًا باستخدام عناصر صغيرة وبسيطة. نتيجة لذلك ، يُظهر الخلق النهائي خصائص لا تمتلكها الجسيمات الأصغر.

الناشئة أو الجاذبية الحتميةكما تسميها النظرية الجديدة ، فهي مسؤولة عن الاختلافات والشذوذ في دوران المجرات المرتبط الآن بنشاط المادة المظلمة. في مفهوم فيرليند ، تظهر الجاذبية كنتيجة لتغير في الوحدات الأساسية للمعلومات. باختصار ، ستكون الجاذبية نتيجة للإنتروبيا ، وليست قوة أساسية في الفضاء. يتكون الزمان والمكان من ثلاثة أبعاد معروفة وسيُستكمل بالزمن. ستكون مرنة.

بالطبع ، يمكنك أيضًا التخلص من مشكلة الطاقة المظلمة من خلال البحث عن نظرية أخرى تقول أنه لا توجد مشكلة على الإطلاق ، لأنه لا يوجد شيء مثل الطاقة المظلمة. وفقًا لنتائج محاكاة حاسوبية جديدة نُشرت في مارس 2017 من قبل فريق من العلماء المجريين الأمريكيين ، فإن 68٪ من الكون المفترض في النموذج الأقدم ، المسمى Lambda-CDM باختصار ، غير موجود ببساطة.

اعتمد العالم العلمي مفهوم الطاقة المظلمة ، الذي ظهر في التسعينيات بعد مراقبة الضوء من المستعرات الأعظمية من النوع Ia ، والمعروفة أيضًا باسم "الشموع القياسية". نتيجة الملاحظة هي أيضا نظرية تسارع تمدد الكون، حصل على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011.

في غضون ذلك ، أعلن باحثون في جامعتي Eötvös Lorand في المجر وجامعة Hawaii في الولايات المتحدة مؤخرًا أن الطاقة المظلمة هي "اختراع" جاء نتيجة تبسيط الحسابات. في نموذج جديد دعا إليه الباحثون افيراالكون يتمدد مثل رغوة الصابون. معدل التمدد مشابه لما هو ملاحظ ، والتسارع صحيح ، وكل شيء يتوافق مع نظريات أينشتاين. ومع ذلك ، في المفهوم المجري الأمريكي ليست هناك حاجة لمراعاة الطاقة المظلمة. تم نشر وصف للدراسة في المذكرات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

كل شيء يمكن أن يعمل بدون نظرية

في فلسفة العلم هناك موقف مخالف للواقعية يسمى ذرائعية. ووفقًا له ، فإن كل الأشياء التي لا يمكن ملاحظتها بالحواس ليست سوى "خيالات مفيدة". إنها غير موجودة حقًا - أو على الأقل من غير الواضح ما إذا كانت موجودة. ومع ذلك ، فهي مفيدة في ذلك بفضلها يمكننا التنبؤ بالظواهر وشرحها في إطار النظريات الفيزيائية ، التي تمت صياغتها ، بالطبع ، بلغة الرياضيات.

يدرك العلماء أنه لا يمكن توحيد الكون في نظرية واحدة ، ناهيك عن توحيده في معادلة رياضية. يمكن أن تكون جميع التماثلات والتنبؤات اختراعات للرياضيات وعادة ما تكون نتيجة لاحتياجاتنا النفسية ، مثل الرغبة في الحصول على إجابات نهائية ونهائية. وحيد ومع ذلك ، قد لا يحتاج الكون إلى التوحيد على الإطلاق من أجل الوجود والعمل بسلاسة كافية.

تستمر قافلة نوبل

بسلاسة مثل الكون ، تعمل آلية منح جائزة نوبل للإنجاز المادي ، والتي تقربنا قليلاً أو لا تقترب من نظرية كل شيء. علاوة على ذلك ، فإن الأجهزة والاختراعات التقنية المختلفة القائمة على اكتشافات نوبل العلمية تتجذر جيدًا في عالمنا. يكفي التذكير بالدراسات الحائزة على جوائز حول مصابيح LED الزرقاء قبل بضع سنوات ، والتي لا تحتاج إلى شرح للمبادئ الأساسية للكون ، من أجل خدمتنا في كل خطوة تقريبًا.

من المحتمل أن يتم منح إنجاز علمي هذا العام مرة أخرى ، والذي لن يجيب على جميع الأسئلة ولن يعطي فهماً كاملاً لكل شيء ، ولكنه يمكن أن يكون مفيدًا للغاية - إن لم يكن عمليًا ، فعندئذ في عالم التكنولوجيا التطبيقية - على الأقل خطوة بخطوة لتوسيع معرفتنا بالواقع. كما في الحالة ، على سبيل المثال ، مع اللاحقة كشف موجات الجاذبية.

أحد المرشحين الذين يتم ذكرهم كثيرًا لنيل جائزة نوبل لهذا العام هو البروفيسور راينر "راي" فايس (8). هو مخترع تكنولوجي مشارك مقياس التداخل بالليزر، يستخدم في LIGO () - كاشف موجات الجاذبية ، مع ثلاثة سجلات موجات جاذبية مؤكدة. LIGO هو مشروع مشترك بين علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والعديد من الكليات الأخرى. المشروع برعاية مؤسسة العلوم الوطنية. ولدت فكرة إنشاء جهاز كشف في عام 1992 ، وكان مؤلفوها كذلك كيب ثورن i رونالد دريفير من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وعلى وجه التحديد Rainer Weiss من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. توفي دريفير بحزن في مارس من هذا العام ، لكن قد يكون الاثنان الآخران على القائمة في أكتوبر.

في ديسمبر 2015 ، تم اكتشاف موجات الجاذبية بواسطة كلا الكاشفين في مرصد LIGO في ليفينغستون ، لويزيانا وهانفورد ، واشنطن. حدث أول اكتشاف تاريخي في سبتمبر 2015 وتم الإبلاغ عنه في فبراير 2016. هذا هو أول اصطدام ثقب أسود تم اكتشافه بواسطة موجة الجاذبية تم تمييزه بالرمز GW150914. الاكتشاف في اليوم الثاني من عيد الميلاد عام 2015 GW151226، وظهرت معلومات عنه في يونيو 2016. علمنا بالاكتشاف الثالث بعد عام.

يقارن علماء الفلك الأحداث الأخيرة مع موجات الجاذبية برفع حجاب لا يمكن اختراقه حتى الآن وفرصة النظر أخيرًا في كيفية عمل الكون حقًا. بعبارة أخرى ، الموجات الكهرومغناطيسية هي اهتزازات في وسط مكاني ، وموجات الجاذبية هي اهتزازات للوسط نفسه.

لقد كان مرشحًا صارمًا لجائزة نوبل لسنوات عديدة. انطون زيلينجر (9) ، عالم فيزياء نمساوي متخصص في قياس التداخل الكمي ، أستاذ الفيزياء التجريبية في جامعة فيينا. بفضل التعاون الأوروبي مع مراكز الأبحاث الصينية ، يرتبط النمساوي بالتجارب المدارية المعروفة مؤخرًا. النقل الآني الكمي. من المحتمل أن يكون من بين أولئك الذين تم تكريمهم إلى جانب العلماء الصينيين الذين يعملون في مشاريع النقل الآني والاتصالات الكمومية.

يجري زيلنجر بحثًا عن الظواهر الرئيسية للعالم الدقيق (خاصة الحالات المتشابكة). في الثمانينيات أجرى سلسلة من التجارب على التداخل النيوتروني. في عام 80 ، جنبا إلى جنب مع دانيال جرينبيرجر i مايكل هورنهامأن تشابك ثلاثة جسيمات أو أكثر يعطي ارتباطات كمومية لا تتوافق تمامًا مع أي صورة تعتمد على مفاهيم الفيزياء الكلاسيكية النسبية. أشهر تجربة لزيلينجر كانت أول انتقال عن بعد كمي بين فوتونين ، تم إنشاؤهما في حدثين إشعاعيين منفصلين (1997).

كان هناك أيضًا حديث لعدة سنوات حول الحاجة إلى لجنة نوبل لتقييم سيل الاكتشافات. الكواكب خارج المجموعة الشمسية. المضاربة يذكر أولا جيفري دبليو مارسي، عالم فلك أمريكي ، بالتعاون مع بول بتلر i ديبرا فيشر شارك في اكتشاف سبعين من أول الكواكب المعروفة خارج المجموعة الشمسية.

ومع ذلك ، إذا التزم العلماء السويديون بالتطورات ذات الأهمية العملية الأكبر والإمكانات التكنولوجية ، فقد يمنحون الفضل للباحثين الذين يختبرون التأثيرات المرتبطة الضوئيات الأسلاك النانويةبما في ذلك إنشاء أول ليزر نانوي. قد يكونون أيضًا في فلك مصالحهم. يوشينوري توكورا, رامامورثي راميش i جيمس سكوت - للبحث عن وسط التخزين الفيروكهربائي (سكوت) ومواد كهرمائية جديدة (اثنتان أخريان).

من بين التطبيقات المذكورة في السنوات الأخيرة كان العلماء يطورون التقنيات المواد الخارقة مع معامل انكسار سلبي ، أي عناوين مثل: فيكتور فيسيلاجو (فيكتور فيسيلاجو) جون بندري, ديفيد سميث, شيانغ تشانغ, شيلدون شولتز أو أولف ليوناردت. ربما ستتذكر لجنة نوبل المبدعين والباحثين في مجال البلورات الضوئية ، أي. العلماء يحبون إيلي يابلونوفيتش, شون لين أو جون يوانوبولوس.

جميع النبلاء الذين تم منحهم حتى الآن والمستقبلون "النبلاء" - أي يجب أن تتوقف جوائز المفاهيم المجزأة التي تؤدي إلى اختراعات تقنية محددة نظريًا عند تطوير نظرية كل شيء. هذا لأنه يجب أن يقدم جميع الإجابات والحلول الممكنة لكل سؤال.

من الناحية النظرية ، هذا سؤال مثير للاهتمام - هل تعني نظرية كل شيء نهاية العلم ، والحاجة إلى التجربة والبحث؟ فقط من الناحية النظرية ...