Iedereen wacht op hun theorie

In The Hitchhiker's Guide to the Galaxy werd de hypercomputer Deep Thought (1) 'de grote vraag' gesteld. Na zeven en een half miljoen jaar complexe berekeningen gaf hij het antwoord over het leven, het universum en al het andere. Er stond "42" op geschreven.

In augustus publiceerde natuurfysicus Mostafa Ahmadi samen met zijn teamgenoten een artikel over hun onderzoek, waaruit bleek dat de emissielijn van anti-waterstofatomen dezelfde is als die van waterstof op een afstand van 21 cm. antiwaterstof heeft een lengte van 42 cm!

Het uitroepteken speelt hier een nogal grappige rol. De bovenstaande ‘associatieve reeks’ staat echter niet zo ver af van een deel van het denken dat gaande is op het gebied van de moderne natuurkunde. Onderzoekers vragen zich al lang af of de patronen en aanpassingen die we in het universum waarnemen niet simpelweg een proces van onze geest zijn, en niet een weerspiegeling van welk objectief fenomeen dan ook. Vanuit een bepaald gezichtspunt zou een willekeurig aantal universums zonder oorzaak kunnen ontstaan. We bevonden ons in een ervan, een concrete, waarin aan een aantal subtiele voorwaarden werd voldaan voor de verschijning van een persoon erin. Wij noemen hem Fr. antropische wereld (2), dat wil zeggen een waarin alles gericht is op het ontstaan ​​van het leven zoals wij dat kennen.

Al tientallen jaren gezocht De theorie van alles er kan ook het getal “42” zijn, dat zal voortkomen uit de resultaten van observaties, experimenten, berekeningen, conclusies - en in feite weet je niet wat je ermee moet doen.

Net alsof je niet weet wat je ermee moet doen Standaard model. Het is een uitstekend beschrijvend hulpmiddel voor de moderne natuurkunde. Het probleem is echter dat ik er nog niet aan toegeef, laat staan ​​dat ik er de energie voor heb. En de vraag naar het hypothetische evenwicht tussen materie en antimaterie in het heelal baart bijna iedereen al zorgen. Veel natuurkundigen geven kalm toe dat het ware doel van experimenten bij de beroemde LHC-hadronenbotser en andere centra van dit type niet zozeer is om dit model te bevestigen, maar om... het te ondermijnen! Dan denk ik dat de wetenschap vooruitgang zou boeken en de huidige impasse zou overwinnen.

Concreet is de Theorie van Alles een hypothetische natuurkundige theorie die op coherente wijze alle natuurkundige verschijnselen beschrijft en waarmee men de uitkomst van elk natuurkundig experiment kan voorspellen.

Tegenwoordig wordt de term meestal gebruikt om experimentele concepten te beschrijven, maar tot nu toe is geen van deze ideeën experimenteel bevestigd. Het grootste probleem bleken de onoverkomelijke verschillen in de formuleringen van beide theorieën te zijn. Er zijn ook veel problemen die geen van deze theorieën oplost, dus zelfs als je ze samenvoegt, krijg je nog geen Theorie van Alles.

Vermoeiende eenwording

De eerste moderne aanpassing in de natuurkunde, Het zwaartekrachtmodel van Newton, had enkele nadelen. Bijna twee eeuwen later besloten de Schotten dat elektriciteit en magnetisme als elkaar doordringende krachtvelden moesten worden beschouwd. Dit kan worden gezien als een golf waarvan de top een elektrisch veld creëert, dat op zijn beurt, door zijn oscillatie, een magnetisch veld creëert, dat weer een elektrisch veld creëert.

De Schotse natuurkundige heeft de verwevenheid van elektriciteit en magnetisme vereeuwigd met behulp van vier beroemde vergelijkingen. Zo werden beide krachten gecombineerd tot één, d.w.z. elektromagnetisme. We mogen ook niet vergeten dat Maxwell bij deze gelegenheid nog een ontdekking deed, waardoor licht uiteindelijk werd gedefinieerd als elektromagnetische golf. Er was hier echter een aanzienlijk probleem, waar op dat moment geen aandacht aan werd besteed. De snelheid van het licht, d.w.z. de voortplanting van deze elektromagnetische golf is niet afhankelijk van de snelheid waarmee de bron van zijn straling beweegt, wat betekent dat deze snelheid voor verschillende waarnemers hetzelfde blijft. Uit de vergelijkingen van Maxwell volgt dus dat voor een object dat beweegt met een snelheid die dicht bij de snelheid van een lichtgolf ligt, de tijd moet vertragen.

De traditionele fysica van Isaac Newton voelde zich niet erg op zijn gemak bij deze onthullingen. De schepper van dynamiek ging er niet van uit dat tijd enige betekenis zou moeten hebben - het zou voor iedereen onveranderd en gelijk moeten zijn. Maxwell nam de eerste kleine stap om deze overtuiging aan te vechten, maar wat nodig was, was een figuur die radicaal uitdaagde en aantoonde dat zwaartekracht en licht op iets andere principes bestaan ​​dan eerder werd gedacht. karakter zoals Albert Einstein.

In die optimistische tijden leek de Theory of Everything een uitbreiding en generalisatie van de vergelijkingen van Maxwell. Er werd aangenomen dat er één elegante formule zou zijn die zou passen bij de hele fysica van het heelal, met toevoeging van andere bekende interacties.

Einsteins idee over hoe tijd en ruimte, energie en materie zich tot elkaar verhouden was revolutionair. Nadat de speciale en vervolgens de algemene relativiteitstheorie was aangekondigd, besloot het genie dat het tijd was om de Theorie van Alles te vinden, waarvan hij geloofde dat deze binnen zijn bereik lag. Einstein was er zeker van dat hij dicht bij zijn doel was en het was voldoende om een ​​manier te vinden om zijn relativiteitstheorie te combineren met het elektromagnetisme van Maxwell om zo een formule af te leiden die alle processen verklaarde die van belang zijn voor natuurkundigen.

Helaas ontstond vrijwel onmiddellijk na Einsteins grootste successen een nieuwe tak van de natuurkunde: de kwantummechanica. Of misschien ‘gelukkig’, want zonder rekening te houden met de verschijnselen van de microwereld van elementaire deeltjes die het beschrijft, zou Einsteins hypothetische theorie niet de Theorie van Alles zijn. Maar dingen die aanvankelijk vrij eenvoudig leken, werden steeds ingewikkelder.

Uiteindelijk, met beide theorieën in gedachten, wilden natuurkundigen, en niet alleen Einstein, zich verenigen. Een van de eerste na het werk van Einstein was Kaluzi-Klein-theorie  voorgesteld in 1919 Theodora Kaluzen en gewijzigd in 1926 Oscar Klein. Ze combineerde de relativiteitstheorie met het elektromagnetisme van Maxwell, waardoor de vierdimensionale ruimtetijd werd uitgebreid met een hypothetisch extra element. vijfde dimensie. Dit was de eerste algemeen bekende theorie gebaseerd op het nieuwe concept van hyperspace.

Zoals de volgende generatie natuurkundigen heeft aangetoond, wordt het atoom bewogen door voorheen onbekende krachten, anders dan zwaartekracht of elektromagnetisme. De eerste was sterke interactie, die verantwoordelijk is voor het vasthouden van protonen en neutronen in de atoomkern. Seconde - zwakke interactie, waardoor atoomverval en bijbehorende radioactiviteit ontstaat.

Het idee van eenwording dook weer op. Om te hopen op een definitieve theorie was het deze keer echter nodig om niet twee, maar vier krachten te combineren die alles om ons heen beheersen. Hoewel de mensheid heeft geleerd om het potentieel van het atoom te gebruiken, is ze verwijderd van de aard van alle dingen. Natuurkundigen begonnen onderzoeksfaciliteiten te bouwen om atomaire deeltjes met elkaar te laten botsen. Accelerator-experimenten toonden al snel aan dat wat we elementaire deeltjes noemden, in kleinere stukjes kon worden afgebroken. Zo werd de hele "DIERENTUIN" vrijgegeven subatomische deeltjesen wetenschappers begonnen zich af te vragen wat de fundamentele bouwsteen van materie is.

Jaren later verscheen er een ander genie, Richard Feynman. Hij trok een nieuwe theorie - kwantumelektrodynamica (QED). Het betrof de interactie van een foton met subatomaire deeltjes, vooral het elektron.

dan Abdus Salam en Steven Weinberg slaagde erin de zwakke impact te verklaren. Wetenschappers hebben het bestaan ​​voorspeld van maar liefst drie deeltjes die verantwoordelijk zijn voor dit soort kracht: W (+), W (-) en Z (0). Ze merkten dat deze deeltjes zich bij voldoende hoge energieën op dezelfde manier gedragen.

Wetenschappers volgden de inslag en behandelden elektronen en neutrino's op dezelfde manier - als twee kanten van dezelfde medaille. Op basis hiervan wordt voorspeld dat in de eerste momenten van de oerknal, d.w.z. tijd van enorme energie-intensiteit, zwakke interactie en elektromagnetisme waren verenigd (3). Het was de eerste baanbrekende fusie sinds James Maxwell. Salam en Weinberg geïdentificeerd elektrozwakke interactie.

3. Illustratie van de gemeenschappelijke oorsprong van alle interacties

Deze ontdekkingen gaven natuurkundigen de energie om met de sterke kracht te werken. Omdat fotonen elektromagnetische interactie met zich meebrengen en de deeltjes W(+), W(-) en Z(0) zwak zijn, moeten er naar analogie enkele deeltjes zijn die verantwoordelijk zijn voor de sterke interactie. Deze deeltjes, die protonen en neutronen uit quarks synthetiseren, werden nagesynchroniseerd prijs mij. De naam komt van het feit dat gluonen fungeren als lijm voor subatomaire deeltjes.

Tegenwoordig wordt bijna door elkaar heen met het concept van de Theory of Everything verwezen naar de Grand Unified Theory, ook wel bekend als GUT (). Het is echter eerder een groep theorieën die de kwantumchromodynamica (sterke interacties) en de theorie van elektrozwakke interacties proberen te combineren.

Ze beschrijven de sterke, zwakke en elektromagnetische krachten als manifestaties van één enkele kracht. Geen van de bestaande theorieën over grote eenwording heeft echter experimentele bevestiging gekregen. Ze wijzen op nieuwe symmetrieën tussen elementaire deeltjes, waardoor het mogelijk wordt ze als verschillende manifestaties van één deeltje te behandelen. De meeste theorieën postuleren bijvoorbeeld het bestaan ​​van nieuwe deeltjes (nog niet ontdekt) en nieuwe processen die plaatsvinden met hun deelname. Een gemeenschappelijk kenmerk van de grote verenigde theorie is de voorspelling van protonverval. Dit proces is echter nog niet waargenomen. Hieruit volgt dat de levensduur van het proton minstens 10 moet zijn³² lui.

Het ernstigste probleem blijft de eenwording van de algemene relativiteitstheorie, die de zwaartekracht op macroniveau beschrijft, z, die de fundamentele interacties op subatomair niveau beschrijft. Tot nu toe is het niet mogelijk geweest een volledig functionele coherente theorie te construeren. kwantumzwaartekrachtdie nieuwe verschijnselen zou voorspellen die experimenteel getest zouden kunnen worden.

Ondanks de onmiskenbare revolutie die teweeg werd gebracht door de eenwording van zwak, sterk en elektromagnetisme, kampt het Standaardmodel, dat de bovengenoemde eenwording omvat, nog steeds met een eigenaardige, ongemakkelijke achteruitgang na Newton en Einstein. En de zwaartekracht is niet zijn enige probleem...

De symfonie werd nooit gespeeld

Het Standaardmodel vat onze huidige kennis van de deeltjesfysica samen. Het is in veel experimenten getest en succesvol gebleken bij het voorspellen van het bestaan ​​van voorheen onbekende deeltjes. Het biedt echter geen uniforme beschrijving van alle fundamentele krachten, omdat het nog steeds moeilijk is om een ​​theorie van de zwaartekracht te creëren die vergelijkbaar is met de theorie van andere krachten. En zelfs aangevuld met Fr. Higgs-deeltje Dit verklaart weinig de grote moderne mysteries van donkere energie, zwaartekracht, asymmetrie tussen materie en antimaterie en zelfs neutrino-oscillaties.

Tot voor kort bestond de hoop dat het Standaardmodel op creatieve wijze in deze richting zou kunnen worden ontwikkeld supersymmetrie (SUSY), dat voorspelt dat elk ons ​​bekend elementair deeltje een symmetrische partner heeft - de zogenaamde s-deeltje (4). Dit verdubbelt het totale aantal bouwstenen van materie, maar de theorie past perfect in de wiskundige vergelijkingen en, belangrijker nog, biedt een kans om het mysterie van kosmische donkere materie te ontrafelen. Het enige dat nog restte was wachten op de resultaten van experimenten met de Large Hadron Collider, die het bestaan ​​van supersymmetrische deeltjes zouden bevestigen. Helaas hebben wetenschappers het nog niet ontdekt, en als gevolg daarvan is SUSY nog steeds een groot vraagteken.

4. Elementaire en symmetrische deeltjes

Er bestaat nog steeds een vrij wijdverbreide mening dat de belangrijkste, of eigenlijk de enige serieuze kandidaat voor de Theorie van Alles, de theorie is, of beter gezegd de snaartheorie. De basisaanname hier is het bestaan ​​van een fundamenteel object, dat een eendimensionale “string” is: open (met vrije uiteinden) of gesloten (als de uiteinden met elkaar verbonden zijn). Zo'n snaar kan oscilleren, en deze verschillende soorten oscillaties geven aanleiding, in de kwantumzin van het woord, tot de elementaire deeltjes die ons bekend zijn uit het Standaardmodel (fotonen, elektronen, quarks, gravitonen, enz.). De eenvoudigste trillingen van een open snaar gedragen zich bijvoorbeeld als fotonen of gluonen. De eenvoudigste trillingen van gesloten snaren hebben eigenschappen zoals gravitonen, die kwanta van het zwaartekrachtveld zouden zijn en de belangrijkste objecten vormen in kwantumtheorie van de zwaartekracht.

Het reduceren van de kleinste deeltjes die we kennen tot trillingen van snaren is de gepostuleerde grote eenwording en het directe pad naar de Theorie van Alles. Vandaar de enorme populariteit van de snaartheorie. Concepten moeten echter, zoals vereist door de wetenschap, worden getest, bij voorkeur experimenteel. En hier eindigt de charme van de strijkerssymfonie onmiddellijk, omdat niemand een voorspelbare methode van empirische verificatie heeft bedacht. Met andere woorden: de strijkerscompositie is nooit op echte instrumenten uitgevoerd.

Dit ontmoedigde de theoretici niet, die besloten door te gaan met het opnemen van de noten van deze nooit opnieuw gecreëerde strijkersmuziek, op zoek naar nieuwe tonen en geluiden in wiskundige formules. Gemaakt incl. supersymmetrische snaartheorie Orazo M-theorie - als een veralgemening van de snaartheorie, die het bestaan ​​vereist van een extra, elfde dimensie, toegevoegd aan de eerder voorspelde tien. Het hoofdobject in de M-theorie is een tweedimensionaal diafragma, dat wordt gereduceerd tot de hoofdstring door deze extra dimensie te verkleinen. Theoretici benadrukken ook dat beide ideeën niet als onafhankelijke theorieën moeten worden geclassificeerd - ze zijn in wezen een manifestatie van één, het meest algemene concept.

Kwantumzwaartekrachtlussen

Een van de recente pogingen om de schijnbaar onverenigbare theorieën van de kwantummechanica te verzoenen met de algemene relativiteitstheorie. lus kwantumzwaartekracht (PGK), ook bekend als luszwaartekracht of kwantumgeometrie. PGK probeert een kwantumtheorie van de zwaartekracht te creëren waarin de ruimte zelf wordt gekwantiseerd. De term ‘kwantum’ betekent dat het concept een kwantumversie is van de klassieke theorie – in dit geval de algemene relativiteitstheorie, die de zwaartekracht gelijkstelt aan de geometrie van de ruimtetijd (5).

In de algemene relativiteitstheorie kunnen metrieken en verbindingen worden beschouwd als bepaalde functies die op elk punt in de ruimte-tijd worden gedefinieerd en op elk punt elke waarde kunnen aannemen. Aan de andere kant zijn bij luszwaartekracht de metriek en koppeling geen gewone ‘functies’, maar volgen ze bepaalde regels van de kwantummechanica - ze kunnen bijvoorbeeld geen enkele waarde aannemen (ze kunnen dramatisch veranderen) en de metriek en koppeling kan niet tegelijkertijd met enige nauwkeurigheid worden bepaald.

De PGK-theorie kampt echter met aanzienlijke problemen. Het is moeilijk om, behalve de geometrie zelf, daarin de materie op te nemen waaruit we zijn samengesteld en die ons omringt. Het is ook niet erg duidelijk hoe je de klassieke Einstein-vergelijkingen in de kwantumversie met de juiste limiet kunt verkrijgen.

Op de rand van resolutie

De theorie van alles is een bijzondere, originele en emotionele manier holografische hypothese, waardoor cognitieve problemen naar een iets ander niveau worden getild. De fysica van zwarte gaten lijkt erop te wijzen dat ons universum niet is wat onze zintuigen denken dat het is. De realiteit die ons omringt kan een hologram zijn: een projectie van een tweedimensionaal vlak (6).

6. Het universum als hologram

Craig Hogan, prof. De natuurkundige van Fermilab suggereert dat veel van de resultaten van experimenten, zoals die uitgevoerd bij de LHC, erop wijzen dat we zojuist een niveau van fundamentele hologramresolutie hebben bereikt. Dus als het universum een ​​hologram is, hebben we misschien net de grenzen van de werkelijkheidsresolutie bereikt. Sommige natuurkundigen hebben de intrigerende hypothese naar voren gebracht dat de ruimte-tijd waarin we leven uiteindelijk niet continu is, maar, net als een beeld verkregen uit een digitale foto, op het meest basale niveau is samengesteld uit bepaalde ‘korrels’ of ‘pixels’.

Hogan bouwde een interferometer genaamd Hogan holometerdat tot doel heeft de kwantumaard van de ruimte zelf te bereiken en de aanwezigheid van wat wetenschappers ‘holografische ruis’ noemen. De holometer bestaat uit twee naast elkaar geplaatste interferometers. Ze richten laserstralen van één kilowatt naar een apparaat dat ze in twee loodrechte stralen van 40 meter lang splitst, die worden gereflecteerd en teruggestuurd naar het splitsingspunt, waardoor fluctuaties in de helderheid van de lichtstralen ontstaan. Als ze een bepaalde beweging in het scheidingsapparaat veroorzaken, zal dit een bewijs zijn van de trilling van de ruimte zelf.

Sommigen geloven dat het de theorie van het holografische universum is die eindelijk de relativiteitstheorie kan verzoenen met de kwantummechanica. De hypothese blijft dicht bij het holografische principe Universum als simulatievan wie hij de bekendste verdediger is Niklas Bostrum. De wetenschapper suggereert dat het met behulp van een voldoende krachtige computer mogelijk is om een ​​betrouwbare simulatie te maken van een hele beschaving of zelfs het hele universum.

Deskundigen van de Universiteit van Southampton, die samenwerken met collega's uit Canada en Italië, zeggen dat er concreet bewijs is dat het universum een ​​soort illusie kan zijn. Er zijn enkele kosmische anomalieën achtergrondstraling van microgolvenook bekend als kosmische microgolfachtergrondstraling of CMB (). Een team van theoretische natuurkundigen van deze universiteit, op zoek naar bevestiging van de theorie over de holografische aard van het heelal, analyseerde een enorme hoeveelheid gegevens en probeerde inhomogeniteiten in de kosmische achtergrondstraling te vinden. De wetenschappers testten een aantal verschillende holografische modellen en vergeleken hun voorspellingen met waarnemingen van de verdeling van materie in het zeer vroege heelal, afgeleid van metingen door de Planck-satelliet. Op deze manier werden verschillende modellen uitgesloten, maar bleken andere modellen grotendeels consistent te zijn met de waarnemingen.

Met andere woorden, de onderzoekers suggereren dat wat ze vonden bevestigt dat we in een hologram leven, en erkenning van dit feit zou leiden tot de eenwording van de natuurkunde tot een bepaalde theorie van alles. Als dit fysieke model zou worden geaccepteerd, zou dit het einde betekenen van de oerknaltheorie of van concepten zoals de inflatie van het heelal. Aan de andere kant zou het bijvoorbeeld ook de paradox van de waarnemer in de kwantumfysica verklaren, dat wil zeggen de opvatting dat juist het feit van het waarnemen van een fenomeen de uitkomst van de waarneming beïnvloedt, net zoals de manier waarop beroemde holografische beelden worden gemaakt. waargenomen invloed op hun uiterlijk.

Was dit de theorie van alles wat we wilden? Moeilijk te zeggen. We kennen ze tenslotte nog steeds niet...

Het multiversum, dat wil zeggen, alles verliest zijn betekenis

Beyond the Universe als hologram en/of simulatie van een andere, enigszins kwaadaardige grap uit onze pogingen om de Theorie van Alles te vinden multiversum hypothese. Volgens de kwantumtheorie van vele werelden Hugh Everett III, wat hij de ‘multiverse interpretatie van de kwantummechanica’ noemt, gebeurt alles wat er kan gebeuren zeker in een van de takken van de werkelijkheid. Voor Everett is elke superpositietoestand even reëel en wordt gerealiseerd in een ander parallel universum. Het kwantummultiversum is als een eindeloze vertakkende boom.

Volgens één interpretatie van de kwantummechanica bevinden zich in deze ruimte universums die hun oorsprong vinden in ons universum. Van tijd tot tijd worden in deze ruimte nieuwe universums gecreëerd. Dit gebeurt wanneer er een keuze is in het universum - een bepaald deeltje kan bijvoorbeeld langs verschillende paden bewegen, en dan worden er zoveel nieuwe universums gecreëerd als er mogelijke paden zijn, en in elk daarvan beweegt het molecuul langs verschillende paden. Een ander type multiversum wordt beschreven in de reeds genoemde M-theorie. Volgens deze theorie zijn onze en andere universums ontstaan ​​als gevolg van membraanbotsingen in de elfdimensionale ruimte. In tegenstelling tot universums in het ‘kwantummultiversum’ kunnen ze totaal andere natuurwetten hebben.

Het concept van een multiversum of multiversum lost veel problemen op, zoals perfecte afstemming, maar lijkt in wetenschappelijke zin een doodlopende weg. Want dit maakt al het “waarom?” onbelangrijk. Bovendien lijkt de verkenning van andere universums volkomen ondenkbaar. En het concept van de Theorie van Alles verliest hier zijn betekenis.

Sterkte in de vijfde

Misschien moeten we niet overstappen op grote, ambitieuze theorieën? Misschien is het voldoende om aandacht te besteden aan ontdekkingen die tot nu toe onmerkbaar lijken, maar is het mogelijk dat ze tot geweldige resultaten zullen leiden?

Afgelopen augustus publiceerden theoretisch natuurkundigen van de Universiteit van Californië, Irvine, een artikel in het tijdschrift Physical Review Letters, waaruit bleek dat er naast zwaartekracht-, elektromagnetische, zwakke en sterke interacties waarschijnlijk nog een andere interactie bestaat...

In 2015 waren wetenschappers van de Hongaarse Academie van Wetenschappen op zoek naar de zogenaamde, hypothetische drager van de vijfde natuurkracht. Toen ze een isotoop van lithium – 7Li – in botsing brachten met protonen, ontdekten ze de aanwezigheid van een nieuw boson (7), dat ongeveer dertig keer zwaarder was dan het elektron. Of hij een drager van invloeden was, konden ze echter niet zeggen. Wetenschappers van de Universiteit van Californië, Irvine, bestudeerden gegevens van Hongaarse onderzoekers en analyseerden tot nu toe experimenten op dit gebied. Als resultaat presenteerden ze een nieuwe theorie. Het combineert alle bestaande gegevens en wijst op een waarschijnlijke ontdekking. vijfde natuurkracht. Naar hun mening zou dit mysterieuze deeltje het zogenaamde kunnen zijn boson X, "protonofoob" genoemd - vanwege het gebrek aan interactie met dit elementaire deeltje. Wetenschappers geloven ook dat de vijfde natuurkracht, samen met andere interacties, verschillende aspecten van een ander fundamenteel principe kan vormen of een spoor kan zijn dat leidt tot donkere materie.

7. X-bosonvormingsmodel

Donker deel van de rekening

Er wordt geschat dat maar liefst 27% van alle materie in het universum onzichtbaar blijft, en bovendien is alles wat kan worden "gezien" - van je boterham tot quasars - slechts 4,9% van de materie. De rest is donkere energie.

Astronomen doen hun best om uit te leggen waarom donkere materie bestaat, waarom er zoveel van is en waarom het verborgen blijft. Zonder enige zichtbare energie uit te zenden, is het sterk genoeg om sterrenstelsels in clusters vast te houden, waardoor wordt voorkomen dat ze zich langzaam door de ruimte verspreiden. Wat is donkere materie? Axion, WIMP, graviton of supermaterie uit de Kaluza-Klein-theorie?

En de belangrijkste vraag is: hoe kun je nadenken over de Theorie van Alles zonder het probleem van donkere materie (en natuurlijk donkere energie) uit te leggen?

In een nieuwe zwaartekrachttheorie, voorgesteld door een theoretisch natuurkundige Erica Verlinde van de Universiteit van Amsterdam, een manier gevonden om van dit vervelende probleem af te komen. In tegenstelling tot de traditionele benadering van de zwaartekracht als een fundamentele natuurkracht, beschouwt Verlinde deze als een opkomende kracht eigenschap van ruimte. Deze opkomst is het proces waarbij de natuur iets krachtigs creëert met behulp van kleine, eenvoudige elementen. Als gevolg hiervan vertoont de uiteindelijke creatie eigenschappen die kleinere deeltjes niet hebben.

Opkomend of entropie zwaartekracht, zoals de nieuwe theorie het noemt, is verantwoordelijk voor variaties en afwijkingen in de rotatie van sterrenstelsels die nu verband houden met de activiteit van donkere materie. In het concept van Verlinde verschijnt de zwaartekracht als gevolg van veranderingen in fundamentele informatie-eenheden. Kortom, de zwaartekracht zou een gevolg zijn van entropie, en niet een fundamentele kracht in de ruimte. De ruimtetijd zou uit drie bekende dimensies bestaan ​​en aangevuld worden met tijd. Het zou flexibel zijn.

Natuurlijk kun je het probleem met donkere energie ook oplossen door op zoek te gaan naar een andere theorie die zegt dat er helemaal geen probleem is, omdat er niet zoiets bestaat als donkere energie. Volgens de resultaten van een nieuwe computersimulatie die in maart 2017 werd gepubliceerd door een Hongaars-Amerikaans team van wetenschappers, bestaat 68% van het universum dat werd aangenomen door het oudere model, kortweg Lambda-CDM genoemd, eenvoudigweg niet.

De wetenschappelijke wereld omarmde het concept van donkere energie, dat in de jaren negentig ontstond na het observeren van licht van Type Ia-supernovae, ook wel bekend als ‘standaardkaarsen’. Het resultaat van de observatie is ook theorie van de versnelde uitdijing van het heelal, bekroond met de Nobelprijs voor natuurkunde 2011.

Ondertussen hebben onderzoekers van de universiteiten van Eötvös Loránd in Hongarije en de Universiteit van Hawaï in de VS onlangs aangekondigd dat donkere energie een “uitvinding” is die voortkomt uit een vereenvoudiging van berekeningen. In het nieuwe model, genaamd Avera, Het universum dijt uit als zeepsop. De snelheid van uitzetting is vergelijkbaar met wat wordt waargenomen, en de versnelling is correct, alles in overeenstemming met de theorieën van Einstein. Het Hongaars-Amerikaanse concept elimineert echter de noodzaak om rekening te houden met donkere energie. Een beschrijving van het onderzoek werd gepubliceerd in de Monthly Notes of the Royal Astronomical Society.

Zonder theorie kan alles werken

In de wetenschapsfilosofie bestaat er een standpunt dat tegengesteld is aan het realisme, genaamd instrumentalisme. Volgens hem zijn alle objecten die niet met de zintuigen kunnen worden waargenomen slechts 'nuttige ficties'. Ze bestaan ​​niet echt - of het is in ieder geval onduidelijk of ze bestaan. Ze zijn echter nuttig omdat we dankzij hen fenomenen kunnen voorspellen en verklaren binnen het kader van natuurkundige theorieën, uiteraard geformuleerd in de taal van de wiskunde.

Wetenschappers erkennen dat het heelal niet in één theorie verenigd kan worden, laat staan ​​in een wiskundige vergelijking. Alle symmetrieën en voorspellingen kunnen alleen maar uitvindingen van de wiskunde zijn en zijn meestal het resultaat van onze psychologische behoeften, zoals het verlangen om definitieve en definitieve antwoorden te krijgen. Alleen Het heelal hoeft zich echter misschien helemaal niet te verenigen om soepel te kunnen bestaan ​​en functioneren.

De Nobelkaravaan gaat verder

Net zo soepel als het heelal functioneert het mechanisme van de toekenning van de Nobelprijs voor fysieke prestaties, wat ons weinig of niets dichter bij de Theorie van Alles brengt. Bovendien beginnen verschillende apparaten en technische uitvindingen, gebaseerd op wetenschappelijke ontdekkingen van Nobel, goed wortel te schieten in onze wereld. Het volstaat om het bekroonde onderzoek naar blauwe LED's van enkele jaren geleden in herinnering te brengen, waarvoor geen uitleg van de fundamentele principes van het universum nodig is om ons bij vrijwel elke stap van dienst te kunnen zijn.

Het is waarschijnlijk dat dit jaar opnieuw een wetenschappelijke prestatie zal worden toegekend, die niet alle vragen zal beantwoorden en niet alles volledig zal begrijpen, maar zeer nuttig kan zijn - zo niet praktisch, dan in de wereld van toegepaste technologie - in ieder geval stap voor stap om onze kennis van de werkelijkheid uit te breiden. Zoals bijvoorbeeld het geval is met volgende detectie van zwaartekrachtgolven.

Een van de vaak genoemde kandidaten voor de Nobelprijs van dit jaar is Prof. Rainer "Rai" Weiss (8). Hij is de co-auteur van de techniek laser-interferometer, gebruikt in LIGO () - een zwaartekrachtgolfdetector, met drie bevestigde zwaartekrachtgolfrecords. LIGO is een joint venture tussen wetenschappers van MIT, Caltech en vele andere hogescholen. Het project wordt gesponsord door de National Science Foundation. Het idee om een ​​detector te maken ontstond in 1992, en de auteurs ervan waren dat ook Kip Thorne i Ronald Drever van het California Institute of Technology en specifiek Rainer Weiss van het Massachusetts Institute of Technology. Drever stierf helaas in maart van dit jaar, maar twee anderen staan ​​mogelijk op de erelijst in oktober.

In december 2015 werden zwaartekrachtsgolven gedetecteerd door beide detectoren van het LIGO-observatorium, gelegen in Livingston, Louisiana, en Hanford, Washington. De eerste historische detectie vond plaats in september 2015 en werd gerapporteerd in februari 2016. Deze eerste door zwaartekrachtsgolven gedetecteerde botsing van een zwart gat wordt aangegeven door het symbool GW150914. Ontdekking op eerste kerstdag 2015 GW151226, en informatie daarover verscheen in juni 2016. Een jaar later hoorden we over de derde ontdekking.

Astronomen vergelijken de recente zwaartekrachtsgolfgebeurtenissen met het oplichten van een voorheen ondoordringbare sluier en de mogelijkheid om eindelijk een glimp op te vangen van hoe het universum werkelijk werkt. Met andere woorden, elektromagnetische golven zijn trillingen in een ruimtelijk medium, en zwaartekrachtgolven zijn trillingen van het medium zelf.

Hij was jarenlang een ijzersterke kandidaat voor de Nobelprijs. Anton Zeilinger (9), Oostenrijkse natuurkundige, gespecialiseerd in kwantuminterferometrie, hoogleraar experimentele natuurkunde aan de Universiteit van Wenen. Dankzij Europese samenwerking met Chinese onderzoekscentra is de Oostenrijker gekoppeld aan de recentelijk beroemde orbitale experimenten. kwantumteleportatie. Het is mogelijk dat hij tot de winnaars behoort, samen met Chinese wetenschappers die werken aan teleportatie- en kwantumtelecommunicatieprojecten.

Zeilinger doet onderzoek naar de basisfenomenen van de microwereld (vooral verstrengelde staten). In de jaren tachtig voerde hij een reeks experimenten uit met neutroneninterferentie. In 80, samen met Daniël Groenberger i Michaël Hoornhamdat de verstrengeling van drie of meer deeltjes kwantumcorrelaties oplevert die absoluut onverenigbaar zijn met welk beeld dan ook gebaseerd op de concepten van de relativistische klassieke natuurkunde. Het beroemdste experiment van Zeilinger was de eerste kwantumteleportatie tussen twee fotonen die ontstonden in twee afzonderlijke stralingshandelingen (1997).

Er wordt al jaren gesproken over de noodzaak voor het Nobelcomité om de lawine aan ontdekkingen te evalueren. planeten buiten het zonnestelsel. Voor het eerst genoemd in speculatie Jeffrey W. Marcy, Amerikaanse astronoom die, in samenwerking met Paul Butler i Debra Visser nam deel aan de ontdekking van zeventig van de eerste bekende exoplaneten.

Als Zweedse wetenschappers echter vasthouden aan vooruitgang die een grotere praktische betekenis en technologisch potentieel heeft, kunnen zij de eer toekennen aan onderzoekers die experimenteren met de effecten die gepaard gaan met nanodraad-fotonicainclusief de creatie van de eerste nanodraadlaser. Zij kunnen zich ook in de sfeer van hun belangen bevinden Yoshinori Tokura, Ramamurthy Ramesh i James Scott - voor onderzoek naar ferro-elektrisch opslagmedium (Scott) en nieuwe ferro-elektrische materialen (de andere twee).

Onder de toepassingen die de afgelopen jaren werden genoemd, bevonden zich wetenschappers die technologieën ontwikkelden metamaterialen met een negatieve brekingsindex, d.w.z. namen als: Victor Veselago (Victor Vecielago), John Pendry, David Smit, Xiang Zhang, Sheldon Schultz of Ulf Leonhardt. Misschien zal het Nobelcomité zich de makers en onderzoekers van fotonische kristallen herinneren, d.w.z. zulke wetenschappers als Eli Jablonovich, Sean Lin of Johannes Ioannopoulos.

Alle tot nu toe bekroonde en toekomstige "kleine" edelen - d.w.z. onderscheidingen voor fragmentarische concepten die leiden tot specifieke technische uitvindingen zouden theoretisch moeten stoppen wanneer The Theory of Everything wordt ontwikkeld. Dit komt omdat het alle mogelijke antwoorden en oplossingen voor elke vraag moet bieden.

Theoretisch gezien is dit een interessante vraag: betekent de Theorie van Alles het einde van de wetenschap, de noodzaak om te experimenteren en te zoeken? Alleen theoretisch...