I si... resolem problemes fonamentals de física. Tot està esperant una teoria de la qual no pot sortir res
Què ens donarà la resposta a misteris com la matèria fosca i l'energia fosca, el misteri de l'inici de l'Univers, la naturalesa de la gravetat, l'avantatge de la matèria sobre l'antimatèria, la direcció del temps, la unificació de la gravetat amb altres interaccions físiques? , la gran unificació de les forces de la natura en un element bàsic, fins a l'anomenada teoria de tot?
Segons Einstein i molts altres físics moderns destacats, l'objectiu de la física és precisament crear una teoria de tot (TV). Tanmateix, el concepte d'aquesta teoria no és inequívoc. Coneguda com la teoria de tot, ToE és una hipotètica teoria física que ho descriu tot de manera consistent fenòmens físics i permet predir el resultat de qualsevol experiment. Avui en dia, aquesta frase s'utilitza habitualment per descriure les teories que intenten establir una connexió amb teoria general de la relativitat. Fins ara, cap d'aquestes teories ha rebut confirmació experimental.
Actualment, la teoria més avançada que afirma ser TW es basa en el principi hologràfic. Teoria M d'11 dimensions. Encara no s'ha desenvolupat i és considerat per molts com una direcció de desenvolupament més que una teoria real.
Molts científics dubten que una cosa així com una "teoria de tot" sigui possible, i en el sentit més bàsic, basada en la lògica. Teorema de Kurt Gödel diu que qualsevol sistema lògic prou complex és o bé internament inconsistent (es pot demostrar una frase i la seva contradicció) o incomplet (hi ha oracions trivialment certes que no es poden demostrar). Stanley Jackie va remarcar el 1966 que la TW ha de ser una teoria matemàtica complexa i coherent, per la qual cosa inevitablement serà incompleta.
Hi ha una manera especial, original i emotiva de la teoria de tot. hipòtesi hologràfica (1), transferint la tasca a un pla lleugerament diferent. La física del forat negre sembla indicar que el nostre univers no és el que ens diuen els nostres sentits. La realitat que ens envolta pot ser un holograma, és a dir. projecció d'un pla bidimensional. Això també s'aplica al mateix teorema de Gödel. Però aquesta teoria de tot resol algun problema, ens permet enfrontar-nos als reptes de la civilització?
Descriu l'univers. Però què és l'univers?
Actualment tenim dues teories generals que expliquen gairebé tots els fenòmens físics: Teoria de la gravetat d'Einstein (relativitat general) i. El primer explica bé el moviment dels macroobjectes, des de les pilotes de futbol fins a les galàxies. és molt coneixedor dels àtoms i partícules subatòmiques. El problema és que aquestes dues teories descriuen el nostre món de maneres completament diferents. En mecànica quàntica, els esdeveniments tenen lloc sobre un fons fix. espai-temps – mentre que w és flexible. Com serà la teoria quàntica de l'espai-temps corbat? No ho sabem.
Els primers intents de crear una teoria unificada de tot van aparèixer poc després de la publicació teoria general de la relativitatabans d'entendre les lleis fonamentals que regeixen les forces nuclears. Aquests conceptes, coneguts com Teoria de Kaluzi-Klein, pretenia combinar la gravetat amb l'electromagnetisme.
Durant dècades, la teoria de cordes, que representa la matèria com a formada per petites cordes vibrants o bucle d'energia, es considera el millor per crear teoria unificada de la física. Tanmateix, alguns físics prefereixen kgravetat de bucle atirantaten què el propi espai exterior està format per petits bucles. Tanmateix, ni la teoria de cordes ni la gravetat quàntica de bucle s'han provat experimentalment.
Les grans teories unificades (GUT), que combinen la cromodinàmica quàntica i la teoria de les interaccions electrofebles, representen les interaccions fortes, febles i electromagnètiques com a manifestació d'una única interacció. No obstant això, cap de les teories grans unificades anteriors ha rebut confirmació experimental. Una característica comuna de la teoria gran unificada és la predicció de la desintegració del protó. Aquest procés encara no s'ha observat. D'això es dedueix que la vida útil d'un protó ha de ser almenys de 1032 anys.
El model estàndard de 1968 va unificar les forces fortes, febles i electromagnètiques sota un paraigua global. S'han considerat totes les partícules i les seves interaccions i s'han fet moltes prediccions noves, inclosa una gran predicció d'unificació. A altes energies, de l'ordre de 100 GeV (l'energia necessària per accelerar un sol electró fins a un potencial de 100 milions de volts), es restablirà la simetria que unifica les forces electromagnètiques i febles.
Es va predir l'existència de nous, i amb el descobriment dels bosons W i Z el 1983, aquestes prediccions es van confirmar. Les quatre forces principals es van reduir a tres. La idea darrere de la unificació és que les tres forces del model estàndard, i potser fins i tot l'energia més alta de la gravetat, es combinen en una estructura.
2. L'equació de Langrange que descriu el model estàndard, dividida en cinc components.
Alguns han suggerit que a energies encara més altes, potser al voltant Escala de Planck, la gravetat també es combinarà. Aquesta és una de les principals motivacions de la teoria de cordes. El que és molt interessant d'aquestes idees és que si volem la unificació, hem de restaurar la simetria a energies més altes. I si actualment estan trencats, porta a alguna cosa observable, noves partícules i noves interaccions.
El Lagrangià del Model Estàndard és l'única equació que descriu les partícules i influència del model estàndard (2). Consta de cinc parts independents: sobre gluons a la zona 1 de l'equació, bosons febles a la part marcada amb dos, marcada amb tres, és una descripció matemàtica de com la matèria interacciona amb la força feble i el camp de Higgs, partícules fantasma que resten. l'excés del camp de Higgs en parts del quart, i els esperits descrits en cinc Fadeev-Popovque afecten la redundància de la interacció feble. No es tenen en compte les masses de neutrins.
Encara Model estàndard podem escriure-ho com una sola equació, no és realment un tot homogeni en el sentit que hi ha moltes expressions separades i independents que regeixen els diferents components de l'univers. Les parts separades del model estàndard no interaccionen entre elles, perquè la càrrega de color no afecta les interaccions electromagnètiques i febles, i les preguntes queden sense resposta per què les interaccions que s'han de produir, per exemple, la violació de CP en interaccions fortes, no funcionen. tenir lloc.
Quan es restableixen les simetries (al màxim del potencial), es produeix la unificació. Tanmateix, la simetria que es trenca a la part inferior és coherent amb l'univers que tenim avui, juntament amb nous tipus de partícules massives. Aleshores, quin "de tot" hauria de ser aquesta teoria? El que és, és a dir. un autèntic univers asimètric, o un i simètric, però en definitiva no el que estem tractant.
La bellesa enganyosa dels models "complets".
Lars English, a The No Theory of Everything, argumenta que no hi ha un conjunt únic de regles que puguin combina la relativitat general amb la mecànica quànticaperquè el que és cert a nivell quàntic no ho és necessàriament a nivell de gravetat. I com més gran i complex és el sistema, més es diferencia dels seus elements constitutius. "La qüestió no és que aquestes regles de la gravetat contradiguin la mecànica quàntica, sinó que no es poden derivar de la física quàntica", escriu.
Tota ciència, intencionadament o no, es basa en la premissa de la seva existència. lleis físiques objectivesque impliquen un conjunt compatible mútuament de postulats físics fonamentals que descriuen el comportament de l'univers físic i tot el que hi ha. Per descomptat, aquesta teoria no implica una explicació o descripció completa de tot el que existeix, però, molt probablement, descriu de manera exhaustiva tots els processos físics verificables. Lògicament, un dels beneficis immediats d'aquesta comprensió de TW seria aturar els experiments en què la teoria prediu resultats negatius.
La majoria dels físics hauran de deixar d'investigar i guanyar-se la vida ensenyant, no investigant. Tanmateix, probablement al públic no li importa si la força de la gravetat es pot explicar en termes de la curvatura de l'espai-temps.
Per descomptat, hi ha una altra possibilitat: l'Univers simplement no s'unirà. Les simetries a les quals hem arribat són simplement els nostres propis invents matemàtics i no descriuen l'univers físic.
En un article d'alt perfil per a Nautil.Us, Sabina Hossenfelder (3), científica de l'Institut d'Estudis Avançats de Frankfurt, va valorar que "tota la idea d'una teoria de tot es basa en una hipòtesi no científica". "Aquesta no és la millor estratègia per desenvolupar teories científiques. (...) La confiança en la bellesa en el desenvolupament de la teoria històricament ha funcionat malament”. Segons la seva opinió, no hi ha cap raó perquè la natura sigui descrita per una teoria de tot. Tot i que necessitem una teoria quàntica de la gravetat per evitar una inconsistència lògica en les lleis de la naturalesa, les forces del Model Estàndard no s'han d'unificar i no s'han d'unificar amb la gravetat. Estaria bé, sí, però és innecessari. El model estàndard funciona bé sense unificació, subratlla l'investigador. És evident que a la natura no li importa el que els físics pensen que són matemàtiques boniques, diu enfadada la senyora Hossenfelder. En física, els avenços en el desenvolupament teòric s'associen amb la solució d'incoherències matemàtiques, i no amb models bells i "acabats".
Malgrat aquestes sobries advertències, contínuament es plantegen noves propostes per a una teoria del tot, com ara The Exceptionally Simple Theory of Everything de Garrett Lisi, publicada el 2007. Té la característica que el Prof. Hossenfelder és bonic i es pot mostrar molt bé amb visualitzacions atractives (4). Aquesta teoria, anomenada E8, afirma que la clau per entendre l'univers és objecte matemàtic en forma de roseta simètrica.
Lisi va crear aquesta estructura traçant partícules elementals en un gràfic que també té en compte les interaccions físiques conegudes. El resultat és una complexa estructura matemàtica de vuit dimensions de 248 punts. Cadascun d'aquests punts representa partícules amb propietats diferents. Hi ha un grup de partícules al diagrama amb certes propietats que "falten". Almenys alguns d'aquests "desapareguts" teòricament tenen alguna cosa a veure amb la gravetat, superant la bretxa entre la mecànica quàntica i la relativitat general.
4. Teoria de la visualització E8
Així doncs, els físics han de treballar per omplir la "presa Fox". Si té èxit, què passarà? Molts responen sarcàsticament que res especial. Només s'acabaria una imatge bonica. Aquesta construcció pot ser valuosa en aquest sentit, ja que ens mostra quines serien les conseqüències reals de completar una “teoria de tot”. Potser insignificant en un sentit pràctic.
