E se... resolvemos problemas fundamentais da física. Todo está á espera dunha teoría da que nada pode saír
Que nos dará a resposta a misterios como a materia escura e a enerxía escura, o misterio do inicio do Universo, a natureza da gravidade, a vantaxe da materia sobre a antimateria, a dirección do tempo, a unificación da gravidade con outras interaccións físicas , a gran unificación das forzas da natureza nun básico, ata a chamada teoría do todo ?
Segundo Einstein e moitos outros destacados físicos modernos, o obxectivo da física é precisamente crear unha teoría de todo (TV). Non obstante, o concepto desta teoría non é inequívoco. Coñecida como a teoría de todo, ToE é unha teoría física hipotética que describe constantemente todo fenómenos físicos e permite predecir o resultado de calquera experimento. Hoxe en día, esta frase úsase habitualmente para describir teorías que intentan establecer unha conexión teoría xeral da relatividade. Ata o momento, ningunha destas teorías recibiu confirmación experimental.
Na actualidade, a teoría máis avanzada que afirma ser TW baséase no principio holográfico. Teoría M de 11 dimensións. Aínda non foi desenvolvido e é considerado por moitos como unha dirección de desenvolvemento máis que unha teoría real.
Moitos científicos dubidan de que algo así como unha "teoría de todo" sexa posible, e no sentido máis básico, baseado na lóxica. Teorema de Kurt Gödel di que calquera sistema lóxico suficientemente complexo é ou internamente inconsistente (pódese probar unha oración e a súa contradición nela) ou incompleto (hai oracións trivialmente verdadeiras que non se poden probar). Stanley Jackie comentou en 1966 que a TW debe ser unha teoría matemática complexa e coherente, polo que inevitablemente estará incompleta.
Hai unha forma especial, orixinal e emotiva da teoría de todo. hipótese holográfica (1), trasladando a tarefa a un plan lixeiramente diferente. A física dos buracos negros parece indicar que o noso universo non é o que nos din os nosos sentidos. A realidade que nos rodea pode ser un holograma, é dicir. proxección dun plano bidimensional. Isto tamén se aplica ao propio teorema de Gödel. Pero esa teoría de todo soluciona algún problema, permítenos afrontar os retos da civilización?
Describe o universo. Pero que é o universo?
Actualmente temos dúas teorías xerais que explican case todos os fenómenos físicos: Teoría da gravidade de Einstein (relatividade xeral) i. O primeiro explica ben o movemento dos macroobxectos, dende os balóns de fútbol ata as galaxias. é moi coñecedor dos átomos e das partículas subatómicas. O problema é que estas dúas teorías describen o noso mundo de xeitos completamente diferentes. En mecánica cuántica, os acontecementos teñen lugar nun fondo fixo. espazo-tempo – mentres que w é flexible. Como será a teoría cuántica do espazo-tempo curvo? Non o sabemos.
Os primeiros intentos de crear unha teoría unificada de todo apareceron pouco despois da publicación teoría xeral da relatividadeantes de entender as leis fundamentais que rexen as forzas nucleares. Estes conceptos, coñecidos como Teoría de Kaluzi-Klein, buscou combinar a gravidade co electromagnetismo.
Durante décadas, a teoría de cordas, que representa a materia como formada por pequenas cordas vibrantes ou bucle de enerxía, considérase o mellor para crear teoría unificada da física. Porén, algúns físicos prefiren kGravidade de bucle atirantadono que o propio espazo exterior está formado por pequenos bucles. Non obstante, non se probaron experimentalmente nin a teoría de cordas nin a gravidade cuántica en bucle.
As grandes teorías unificadas (GUT), que combinan a cromodinámica cuántica e a teoría das interaccións electrodébiles, representan as interaccións fortes, débiles e electromagnéticas como manifestación dunha única interacción. Non obstante, ningunha das teorías anteriores da gran unificación recibiu confirmación experimental. Unha característica común da gran teoría unificada é a predición da desintegración do protón. Este proceso aínda non foi observado. Diso dedúcese que a vida útil dun protón debe ser polo menos de 1032 anos.
O Modelo Estándar de 1968 unificou as forzas fortes, débiles e electromagnéticas baixo un único paraugas. Consideráronse todas as partículas e as súas interaccións e fixéronse moitas predicións novas, incluída unha gran predicción de unificación. A enerxías elevadas, da orde de 100 GeV (a enerxía necesaria para acelerar un só electrón ata un potencial de 100 millóns de voltios), restaurarase a simetría que unifica as forzas electromagnéticas e débiles.
Predíuse a existencia doutros novos, e co descubrimento dos bosóns W e Z en 1983, estas predicións confirmáronse. As catro forzas principais reducíronse a tres. A idea detrás da unificación é que as tres forzas do Modelo Estándar, e quizais incluso a maior enerxía da gravidade, se combinen nunha soa estrutura.
2. A ecuación de Langrange que describe o Modelo Estándar, dividida en cinco compoñentes.
Algúns suxeriron que a enerxías aínda máis altas, quizais ao redor Escala de Planck, a gravidade tamén se combinará. Esta é unha das principais motivacións da teoría de cordas. O que é moi interesante destas ideas é que se queremos a unificación, temos que restaurar a simetría a enerxías máis altas. E se actualmente están rotas, leva a algo observable, novas partículas e novas interaccións.
O Lagrangiano do Modelo Estándar é a única ecuación que describe as partículas i influencia do modelo estándar (2). Consta de cinco partes independentes: sobre gluóns na zona 1 da ecuación, bosóns débiles na parte marcada con dous, marcada con tres, é unha descrición matemática de como a materia interactúa coa forza débil e o campo de Higgs, partículas pantasmas que restan. o exceso do campo de Higgs en partes do cuarto, e os espíritos descritos en cinco Fadeev-Popovque afectan á redundancia da interacción débil. Non se teñen en conta as masas de neutrinos.
Aínda Modelo estándar podemos escribilo como unha única ecuación, non é realmente un todo homoxéneo no sentido de que hai moitas expresións separadas e independentes que rexen os distintos compoñentes do universo. As partes separadas do modelo estándar non interactúan entre si, porque a carga de cor non afecta as interaccións electromagnéticas e débiles, e as preguntas seguen sen responder por que as interaccións que deberían producirse, por exemplo, a violación de CP en interaccións fortes, non funcionan. ten lugar.
Cando se restauran as simetrías (no pico do potencial), prodúcese a unificación. Non obstante, a simetría que rompe na parte inferior é consistente co universo que temos hoxe, xunto con novos tipos de partículas masivas. Entón, que "de todo" debería ser esta teoría? O que é, i.e. un verdadeiro universo asimétrico, ou un e simétrico, pero en definitiva non o que estamos a tratar.
A beleza enganosa dos modelos "completos".
Lars English, en The No Theory of Everything, argumenta que non existe un único conxunto de regras que poida combina a relatividade xeral coa mecánica cuánticaporque o que é certo a nivel cuántico non o é necesariamente a nivel da gravidade. E canto máis grande e complexo sexa o sistema, máis se diferencia dos seus elementos constitutivos. "A cuestión non é que estas regras da gravidade contradigan a mecánica cuántica, senón que non se poden derivar da física cuántica", escribe.
Toda ciencia, intencionada ou non, baséase na premisa da súa existencia. leis físicas obxectivasque implican un conxunto mutuamente compatible de postulados físicos fundamentais que describen o comportamento do universo físico e todo o que hai nel. Por suposto, tal teoría non implica unha explicación ou descrición completa de todo o que existe, pero, moi probablemente, describe exhaustivamente todos os procesos físicos verificables. Loxicamente, un dos beneficios inmediatos de tal comprensión de TW sería deter os experimentos nos que a teoría prevé resultados negativos.
A maioría dos físicos terán que deixar de investigar e gañarse a vida ensinando, non investigando. Non obstante, ao público probablemente non lle importa se a forza da gravidade pode explicarse en termos de curvatura do espazo-tempo.
Por suposto, hai outra posibilidade: o Universo simplemente non se unirá. As simetrías ás que chegamos son simplemente os nosos propios inventos matemáticos e non describen o universo físico.
Nun artigo de alto perfil para Nautil.Us, Sabine Hossenfelder (3), científica do Instituto de Estudos Avanzados de Frankfurt, valorou que "toda a idea dunha teoría de todo está baseada nunha suposición non científica". "Esta non é a mellor estratexia para desenvolver teorías científicas. (…) A dependencia da beleza no desenvolvemento da teoría funcionou historicamente mal". Na súa opinión, non hai razón para que a natureza sexa descrita por unha teoría de todo. Aínda que necesitamos unha teoría cuántica da gravidade para evitar unha inconsistencia lóxica nas leis da natureza, as forzas do Modelo Estándar non precisan estar unificadas e non teñen que estar unificadas coa gravidade. Estaría ben, si, pero é innecesario. O modelo estándar funciona ben sen unificación, subliña o investigador. Está claro que á natureza non lle importa o que os físicos pensan que son matemáticas fermosas, di a Sra Hossenfelder con rabia. En física, os avances no desenvolvemento teórico están asociados coa solución de inconsistencias matemáticas, e non con modelos fermosos e "acabados".
A pesar destas sobrias advertencias, constantemente se presentan novas propostas para unha teoría do todo, como The Exceptionally Simple Theory of Everything de Garrett Lisi, publicada en 2007. Ten a característica de que o Prof. Hossenfelder é fermoso e pódese mostrar moi ben con visualizacións atractivas (4). Esta teoría, chamada E8, afirma que a clave para comprender o universo é obxecto matemático en forma de roseta simétrica.
Lisi creou esta estrutura trazando partículas elementais nun gráfico que tamén ten en conta as interaccións físicas coñecidas. O resultado é unha complexa estrutura matemática de oito dimensións de 248 puntos. Cada un destes puntos representa partículas con propiedades diferentes. Hai un grupo de partículas no diagrama con certas propiedades que "faltan". Polo menos algúns destes "desaparecidos" teoricamente teñen algo que ver coa gravidade, salvando a brecha entre a mecánica cuántica e a relatividade xeral.
4. Teoría da visualización E8
Entón, os físicos teñen que traballar para encher o "enchufe Fox". Se ten éxito, que pasará? Moitos responden con sarcasmo que nada especial. Só se acabaría unha fermosa imaxe. Esta construción pode ser valiosa neste sentido, xa que nos mostra cales serían as consecuencias reais de completar unha “teoría do todo”. Quizais insignificante no sentido práctico.
