Altets Teori: Hellig Gral Eller Frugtløs Efterfølgelse?

{h1}

Vil fysikere nogensinde komme til en teori om alt, der kan forene de grundlæggende kræfter og beskrive hele universet?

NEW YORK - Einstein døde, før han fuldførte sin drøm om at skabe en samlet teori om alting. Siden da har fysikere båret sin fakkel og fortsætter søgen efter en teori for at styre dem alle.

Men vil de nogensinde komme derhen? Det var emnet for debat, da syv ledende fysikere samlet her på American Museum of Natural History til den 11. årlige Isak Asimov Memorial Debate.

Søgen efter en teori om alt opstår, fordi to af de mest berømte succesfulde teorier i fysik er modstridende.

Teorien, der beskriver meget store ting - generel relativitet - og teorien, der beskriver meget små ting - kvantemekanik - hver arbejder utroligt godt i deres egen verden, men når de kombineres, brydes ned. De kan ikke begge være rigtige.

Og vi kan ikke bare feje dette faktum under tæppet og fortsætte med at bruge dem hver som de er, fordi der er nogle tilfælde, hvor begge teorier finder anvendelse - såsom et sort hul.

"Størrelsen er lille med hensyn til længde, dens størrelse er stor med hensyn til masse. Så du har brug for begge," forklarede Brian Greene, professor i fysik og matematik ved Columbia University.

Forskere håber, at en samlet teori vil løse denne uforenelighed og beskrive alting i universet i et fald.

Vibrerende strings

Mange fysikere siger, at vores bedste håb om en teori om alt er superstrengsteori, baseret på ideen om, at subatomære partikler rent faktisk er uden for små sløjfer af vibrerende snor. Når filtreret gennem linsen af ​​strengteori, kan generel relativitet og kvantemekanik laves for at komme sammen.

Derfor har strengteori inspireret mange fysikere til at afsætte deres karriere til at udvikle det, siden ideen blev foreslået først i 1980'erne.

"Der har været en enorm fremgang i strengteori," sagde Greene, en fortaler for strengteori, hvis 2000 bog "The Elegant Universe" beskrev teorien i lægmandens termer. "Der er blevet udviklet og løst problemer, som jeg aldrig troede ville være i stand til at løse. Fremskridtene i de sidste 10 år har kun styrket min tillid til, at dette er en værdifuld retning at forfølge."

Men andre eksperter bliver trætte af strengteori, som endnu ikke har produceret konkrete testbare forudsigelser. Måske strengen teori, og hele ideen om, at en enkelt teori kan forklare universet, er misforstået, siger de.

Neil deGrasse Tyson, direktør for museets Hayden Planetarium, foreslog, at strengteori synes at have gået i stå og modsatte manglen på fremskridt med strengteoretikernes "legioner" med de tilsyneladende korte 10 år det tog en mand - Einstein - at overgå fra specielle relativitet til generel relativitet.

"Chasing du et spøgelse, eller er samlingen af ​​dig bare for dum til at finde ud af det?" deGrasse Tyson drillede, begyndte en venlig skrammel, der ville fortsætte hele natten.

Greene indrømmede, at strengteoretikere ikke har produceret testbare forudsigelser, at eksperimenter kan bekræfte, men sagde, at det ikke var tid til at give op.

"Så længe fremskridt fortsætter, fortsætter du," sagde han. "At sige, at der ikke er nogen fremskridt, kom på mand, det er bare ikke rigtigt!"

Teorien er så kompleks, han opkræves og beskæftiger sig med sådanne fantastisk små skalaer, der er utilgængelige for eksperimentelle data, det er ikke underligt, at det tager et stykke tid at knække.

"Ingen steder er der skrevet, at vi" skal løse problemer i et menneskeligt liv ", sagde Janna Levin, fysiker ved Barnard College i New York. Jeg kan ikke se hvorfor vi skulle være chokerede over, at løse utroligt udfordrende problemer kan tage mere end en menneskelig levetid. "

Skjulte dimensioner

Et aspekt af strengteori, der riler mange, er, at mange versioner af det kræver, at universet indeholder mere end de tre dimensioner af rummet og et tidspunkt, som vi er bekendt med.

Den mest populære version af strengteori kræver faktisk 11 samlede dimensioner.

"Hvorfor ser vi dem ikke?" Levin sagde. "Det kan være, at de er meget, meget små. Eller det kan være, at vi på en eller anden måde er begrænset til en tredimensionel slags membran, eller det kan være, at de ikke er der. Men det er meget interessante ideer, der har nogle meget overbevisende konsekvenser. "

Alligevel er sådan en bizar forestilling foruroligende for mange.

"Jeg er en højere dimensional refusnik", sagde fysiker Jim Gates fra University of Maryland-College Park, der argumenterede for, at det nogle gange virker som fysikere påberåber højere dimensioner, når de ikke kan gøre deres teori arbejde som det er.

"Det er slet ikke, at vi ikke kan løse et problem, så vi trækker ekstra dimensioner ud af en hat," sagde Greene.

"Jeg siger bare, det ser sådan ud," sagde deGrasse Tyson, og fortsatte den venlige debat.

Testning af strengteori

Heldigvis er spørgsmålet om højere dimensioner ikke helt begrænset til det teoretiske område. Der er håb om, at eksperimenter som Large Hadron Collider - verdens mest kraftfulde partikelaccelerator i Genève, Schweiz - vil kunne forsyne eksperimentelle tegn på skjulte dimensioner i universet.

Beviset kan være i mangel af bestemte partikler eller manglende energi, som kan resultere, når en partikel forlader vores normale dimensioner og går ind i en af ​​de skjulte.

"Hvad vi skal gøre er at gå til de højeste energier ved acceleratorer og sende noget ud i de ekstra dimensioner," siger Katherine Freese, en fysiker ved University of Michigan.

En anden mulig test for strengteori vil analysere de detaljerede observationer af lyset tilbage fra Big Bang, kaldet kosmisk mikrobølge baggrundsstråling, som gennemsyrer rum. Denne stråling antages at bevare et aftryk af de små svingninger i tæthed, der ville have været til stede i det tidlige univers, og kunne afsløre beviser for nogle af strengteoriens forudsigelser.

"Hvis vi er heldige, kan vi faktisk bruge dette til at teste nogle af ideerne om strengteori ved at se på imprints i kosmisk mikrobølge baggrund," sagde Freese.

Skal vi endda søge?

I sidste ende siger nogle fysikere, at søgningen efter en teori om alt vil være en frugtløs jagt.

"For mig er problemet med et begreb om en teori om alt, at det indebærer, at vi i sidste ende vil vide alt der er at vide", siger Marcelo Gleiser, fysiker ved Dartmouth College i New Hampshire. "For mig er fysik et igangværende arbejde."

Da vores viden om fysik vokser som en ø, sagde han, så også vil "uvidenhedens kyst øges." Således vil der altid være mere at kende, større spørgsmål, større usikkerhedsområder.

"Jeg er foruroliget over drømmen om en søgning efter den sidste teori," sagde Lee Smolin, en teoretisk fysiker ved Perimeter Institute for Theoretical Physics i Ontario, Canada. Han sagde, at søgen var uforenelig med den moderne fysik, som har overskredet Newtons videnskabelige metoder, hvor videnskabsmænd eksperimenterer igen og igen, varierer de oprindelige betingelser, isolerer de generelle forhold eller love, der gælder.

Nu sagde Smolin: "Vi kan ikke længere eksperimenter igen og igen. Der er ét eksperiment, som er universet som helhed."

Vi kan ikke køre andre universer i testscenarier for at forstå kosmologi, sagde han.

"Ikke længere kan vi adskille lovene fra de oprindelige betingelser. Vi er tilbage med spørgsmålet, ikke bare hvad er lovene, men hvorfor disse love? Hvorfor disse oprindelige betingelser snarere end andre oprindelige betingelser? Den metode, Newton gav os ikke længere fortæller os hvordan man skal gå videre. Vi skal ændre den metode, som vi forsøger at forstå universet på. "

Du kan følge WordsSideKick.com seniorforfatter Clara Moskowitz på Twitter @ClaraMoskowitz.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com