Што е најмалата работа во Универзумот
Еднаш, многу одамна, луѓето мислеа дека честичките со големина на зрна од песок сочинуваат сè околу нас.
Тогаш тоа беше конципирано атом и, извесно време, се нишавме во илузијата дека го имаме одговорот: најмалата неделива единица на материјата е атомот. Но, напредокот, како што знаеме, за секој одговор што го дава, покренува уште повеќе прашања.
Кога луѓето дознаа дека атомот, колку и да изгледа елементарен, за возврат е составен од компоненти, тие почнаа да се прашуваат колку далеку ќе биде можно да се оди со ова научно расцепување на жицата на четири, во потрага по најмалата работа што постоеше. И одговорите го одразуваат и напредокот на знаењето и фрустрацијата на научниците кои се соочуваат со оваа мачна енигма на Универзумот.
Атомот, долго размислуван како неделив, всушност е составен од јадро и електрони. Јадрото, пак, се состои од протон и неутрон.
Овие конечно се чинеше дека се фундаментални честички, над кои не може да има ништо помало. Но не! Протоните и неутроните ги измамија нашите надежи: тие исто така се покажаа дека се составени од уште помали честички: секој протон или неутрон е составен од три кваркови.
Се разбира, следното прашање е: дали има нешто - дури и помали честички - внатре во кварковите?
„Овој пат не успеавме да најдеме докази дека има нешто во кварковите“, вели физичарот Енди Паркер, професор на универзитетот Кембриџ во Велика Британија. „Дали тие го достигнаа„ најсуштинското “ниво на материја?
Всушност, работите се уште покомплицирани: дури и ако кварковите и електроните се неделиви, тоа не значи дека тие се нужно најмалите „нешта“ од сè што постои. Научниците не знаат дали ова се најмалите фрагменти од материјата, или дали Универзумот содржи уште помали композиции.
Проблемот е аголот на пристап: математичарите и физичарите се на различни нивоа во однос на концептот за „најмалата работа во универзумот“. Математичарите немаат проблем да замислат одредени работи и да ги демонстрираат во духот на математичката логика и општите принципи на дисциплината, додека физичарите сакаат докази, конкретни резултати, експериментални податоци.
На пример, во експериментите, екстремно малите честички како кваркови и електрони се чини дека се однесуваат како „точки“ во математичка/геометриска смисла на изразот.
Но, постоењето и својствата на точките на објекти се во спротивност со законите на физиката: математички гледано, точката е нешто без мерливи димензии (нула-димензионални) и можеш да и пријдеш колку што можеш, без да ја допираш; може да станете бесконечно близу до точка и тогаш силите што дејствуваат на таа точка да станат бесконечно големи. И со бесконечност е тешко да се работи - кој може да го измери? - затоа физичарите го мразат поимот за бесконечност.
Во обид да се реши проблемот, може да се сврти кон друга теорија во физиката - теорија на супер врвки (или јажиња). Ги конципира сите честички не како точки, туку како „жици“ (жици), „јамки“ или мрежи. Замислете еластик - обична еластична, кружна јамка направена од гумена нишка - и намалете ја во фантазијата колку што можете - сè додека трае вашата фантазија. Таквите работи, всушност, би биле честички, вели теоријата на супер врвки.
И овие јамки се однесуваат сосема поинаку од точките: тие не се нула-димензионални како точки и ништо не може да се приближи до толку бесконечно многу јамка, бидејќи секогаш ќе биде малку подалеку од областа на јамката отколку високо Значи, овие надrиди се чини дека решаваат некои од проблемите поврзани со мешавината на бесконечноста, што е погодно за физичарите.
Лошата страна е, сепак, што засега, физичарите немаат докази дека теоријата на суперживи е точна. Тоа е теоретски концепт во физиката, многу важен, кој се обидува да усогласи две визии досега некомпатибилни во одредени точки: општа релативност и квантна механика, со што би бил кандидат во конкуренција за разработка на тоа "теории на целината", или"последната теорија”- еден вид Светиот Грал на физиката, теорија на теории, која целосно ќе ги објасни и поврзе сите познати физички појави. Зошто ни е потребна ваква теорија? Бидејќи, засега, постојат работи што не можат целосно да се објаснат со двата одлични концепти за кои зборувавме:
- теоријата за општа релативност, што опишува гравитација и што се случува во многу големи размери во простор-времето. гравитација е една од 4-те основни сили кои дејствуваат во Универзумот.
- теорија на квантно поле, што се однесува на она што се случува во многу мал обем, на ниво на честички. Врз основа на тоа беше развиена стандарден модел на физика на честички, што ги опишува бесконечно малите структури на материјата, нивото на кое дејствуваат другите 3 фундаментални сили: слаба нуклеарна сила, силна нуклеарна сила и електромагнетна сила. Поврзан и попознат концепт е квантната механика, што опишува како честичките комуницираат за да се генерираат овие 3 сили. Гравитацијата не доаѓа во гледиштето на квантната механика и оттука произлегуваат некои недоследности за кои ќе зборуваме и кои ставаат стапови во тркалата на обидите да се утврди што е најмалата работа во.
Како што можете да видите, не сите 4 фундаментални сили се вклопуваат во истата теорија, па целта на толку сонуваната финална теорија е да најде начин да ги спои сите, хармонично и целосно, обединувајќи ги двете визии заедно. единствен модел што ги опишува сите основни сили и сите форми на материја.
Но, таквата финална теорија, прифатена од огромното мнозинство физичари - како што е теоријата за општа релативност и теоријата за квантно поле - сè уште не е подготвена. Теоријата за супер врвки е, велам, кандидат, а не потврден победник.
Во единственоста на црните дупки
Ако не можеме да се потпреме на суперrидови, кои други решенија ги имаме? Друг пристап би бил да се тврди тоа просторот не е хомоген и континуиран, но се состои од пиксели или „гранули“, кои го сочинуваат она што се нарекува квантна пена или простор-време пена, се смета како основа на текстурата на Универзумот. Во овој случај, две честички нема да можат да се приближат бесконечно една до друга, бидејќи тие секогаш ќе треба да бидат одделени со минимален простор со големина на вселенско гранула.
Значи, имаме кандидат за титулата најмало нешто во универзумот - вселенска гранула.
Ако досега чувствувате дека сте ги фатиле вашите уши во толку многу физика, имаме две вести - една добра и една лоша, шеги.
Добра вест - дали навистина ќе биде добра? - е дека овој концепт на квантна пена е тешко да се „проголта“ дури и за многу физичари, кои сметаат дека е многу нејасен; затоа, не е изненадувачки што секој може да се збуни кога ќе слушне за такво нешто.
Лошата вест е дека ќе продолжиме да тонеме уште подлабоко во уздите на Космосот, таму каде што никој и ништо не може никогаш да се врати: во длабочините на црните дупки.
Бидејќи друг кандидат за трофејот „најмала работа во универзумот“ е - дами и господа! - единственоста во центарот на црната дупка!
Овие мистериозни космички структури - црни дупки - се формираат кога материјата се кондензира во вселената толку мала што гравитацијата совладува сè, предизвикувајќи материјата да продолжи да се компресира и компресира додека не се смали до точка со бесконечно висока густина. според сегашните закони на физиката.
Важен поим што се појавува во теоретските модели кои го опишуваат формирањето на црни дупки е гравитациона сингуларност (или единственост простор-време), опишано како област на просторно-временскиот континуум во која квантитативните мерки што го опишуваат гравитационото поле стануваат бесконечни. Формирањето на црна дупка е придружено со појава на гравитациона сингуларност внатре во неа: гравитационото поле овде би било толку силно што не може ни да се измери.
Значи, оваа точка, бесконечно мала и со бесконечно голема густина, може да биде најмалата работа што постои во Универзумот.
Но, повеќето експерти не веруваат дека црните дупки се дури и бесконечно густи. Оваа бесконечност, според нив, произлегува од пресметките како резултат на некомпатибилноста (за која зборувавме) помеѓу двете теории, што подразбира општа релативност и квантна механика. Ниту еден од нив, сам, не „покрива“, не објаснува сè што се случува во Универзумот, и од големи и од мали размери. Потребна ни е обединувачка теорија - на пример теорија за квантната гравитација - и тогаш, сметаат научниците, проклетството на нецелосното знаење ќе заврши, превезот на мистеријата ќе се подигне и ќе се открие вистинската природа на црните дупки.
Дотогаш, сè што треба да сториме е да веруваме во интуицијата и знаењето на некои специјалисти, кои, како луѓе, имаат и различни мислења во врска со ова. Енди Паркер, физичарот што веќе го цитираше, е еден од оние кои не веруваат во надмоќ на единственоста. „Мое мислење е дека е многу помал од кварк, но мислам дека нема да има бесконечна густина“, рече тој за „ЛајвСајанс“.
„Повеќе би рекол дека сингуларноста е милиони милиони пати помала од најмалата димензија што можеме да ја видиме.
И ако е така, тогаш единственоста би можела да биде со големина на суперingsидовите. Но, тоа не го реши проблемот.
А сепак, меѓу толку збунувачки концепти, не би можеле да имаме нешто поконкретно, димензија изразена во класичниот метрички систем, лесно разбирлива за нас, димензија што, дури и да е помала од сè што може да замислиме, да ја сепак, даде чувство на уверување дека е нешто мерливо?
Тука влегува во игра таканаречената сцена Должина на Планк. Супер стрингови, сингуларност и пиксели/гранули во универзумот би можеле да ја имаат оваа големина.
Должината на Планк е еднаква на 1,61619926 × 10 - 35 метри (ако навистина сакате да напишете одвиткано, напишете 0, ставете запирка, напишете уште 34 нули и потоа 16), вредност на големината (или малата) е тешко да се замисли, но важно и што е вклучено во многу аспекти на физиката.
Премногу е мал за да се мери со постојните мерни инструменти; тоа произлезе од комплексни пресметки, но се верува дека претставува теоретска граница на најмалата мерлива должина.
Оваа димензија се смета и како линија на поделба помеѓу општата релативност и квантната механика, вредноста по која сите тие стануваат една, и што се случува може да се опише со квантната гравитација - таа обединувачка визија што сè уште чекаме некој да ја развие, правејќи ја да постои преку равенки што физичарите можат да ги разберат и прифатат.
Можеби е добро да застанеме тука, со утешна хипотеза дека најмалата и најмалата работа што постои во големиот Универзум би била со големина што, иако (сè уште) е невозможно да се измери со практични средства, постои барем теоретски и ни дава хоризонт на чекање, граница на заморниот напор на имагинацијата да се замисли најмалата работа: големината на должината на Планк.