Generelt. Forskning. Teknologi

Hvorfor er vores univers så mærkeligt, og er der fysiske love?

Naturen kan være forskellig for forskellige mennesker. Naturen kan være vidunderlig. Naturen kan være underlig. Naturen har love. Naturen forbliver forskere, der forsøger at forstå disse love, forbløffe. I løbet af de sidste par årtier er det videnskabelige samfund kommet til at acceptere begrebet ”naturlighed”, et udtryk myntet af Einstein for at beskrive de delikat komplekse naturlove. Forskere mener, at hvis universet er naturligt, så kan det forklares matematisk. Men hvis dens natur er unaturlig, er nogle af fysikkens love vilkårlige og synes ekstremt finjusterede for at lade livet (som vi kender det) opstå og eksistere. Men stadig, forskere stræber efter en samlet beskrivelse af virkeligheden. Men moderne fysik tillader mange forskellige beskrivelser, hvoraf mange svarer til hinanden og bundet af et landskab med matematiske muligheder.

Hvor godt kender vi universet til at sige, at der findes kendte fysiske love?

Indholdet

  • 1 Universets hemmeligheder
  • 2 Fysik af elementære partikler
  • 3 strengteori
  • 4 Landskab af universet

Universets hemmeligheder

I en serie af hverdagen kan det se ud tilvi ved nok om verden og universet til at svare bekræftende på spørgsmålet om, hvorvidt alle de kendte fysiske love findes. Imidlertid er forskere, der studerer kvanteverdenen, uenige. Ifølge Quanta Magazine har fysikere fundet mange eksempler på to helt forskellige beskrivelser af det samme fysiske system.

Så hvis de fysiske ingredienser er partikler ogkræfter, så er opskrifter matematiske formler, der koder for deres interaktion. I dette tilfælde er selve processen med tilberedning kvantiseringsproceduren, der omdanner ligninger til sandsynligheder for fysiske fænomener. Dette er grunden til, at kvantefysikere undrer sig over hvordan forskellige "opskrifter" fører til de samme resultater.

For endnu mere fascinerende artikler om, hvordan vores univers fungerer, kan du læse vores Google Nyhedskanal

Albert Einstein vides at have troet, atgivet nogle generelle principper er der en unik måde at opbygge et konsistent, fungerende univers. Set fra Einsteins synspunkt, hvis vi udforskede essensen af ​​fysik dybt nok, ville der være en og kun en måde, hvorpå alle komponenter - stof, stråling, kræfter, rum og tid - ville passe sammen for at få virkeligheden til at fungere, lige så unikt kombinationen af ​​gear, fjedre, urskiver og hjul på mekaniske ure.

Partikelfysik

Moderne standardmodel for fysikelementære partikler er faktisk en tæt konstrueret mekanisme med kun få komponenter. I stedet for at være unik, Universet ser ud til at være en af ​​et uendeligt antal mulige verdener. Vi har ingen idé om, hvorfor denne særlige kombination af partikler og kræfter ligger til grund for naturens struktur.

Vi lever muligvis i multiverset

Derudover indeholder standardmodellen 19konstanter af naturen - tal som massen og ladningen af ​​et elektron, der skal måles i eksperimenter. Værdierne for disse "frie parametre" synes ikke at have nogen dybere betydning.

Hvis vores verden kun er en af ​​mange, så hvordankan vi eksistere samtidig med alternative universer? Det aktuelle synspunkt kan ses som den polære modsætning til Einsteins drøm om et unikt rum. Moderne fysikere omfavner et enormt rum med muligheder og forsøger at forstå dens overordnede logik og sammenkobling. Fra guldprospektører har de udviklet sig til geografer og geologer, detaljeret landskabet og studeret de kræfter, der formede det.

Du undrer dig: Hvorfor tror fysikere, at vi lever i Multiverset?

Stringteori

Stringteori var et vandløbets øjeblik formoderne fysik. I øjeblikket er det den eneste teori, der kommer tættest på selve "teorien om alting" - Albert Enstens drøm, der er i stand til at beskrive alle partikler og kræfter, inklusive tyngdekraft, samt overholde de strenge logiske regler for kvantemekanikken og relativitetsteorien.

Den gode nyhed i hele denne historie erdet faktum, at strengteori ikke har et urskive (som et mekanisk ur). Det giver ikke mening at spørge, hvilken strengteori beskriver vores univers, fordi der kun er en. Fraværet af yderligere tegn fører forskere til den konklusion, at alle numre i naturen skal bestemmes af fysikken selv. De er ikke "konstanter af naturen", men kun variabler, der er fastlagt ved ligninger (muligvis uopløseligt kompleks).

Det er dog vigtigt at forstå, at der er et komplekst,et stort antal strengteoriløsninger. I fysik er dette ikke usædvanligt. Vi skelner traditionelt mellem grundlæggende love givet ved matematiske ligninger og løsninger på disse ligninger. Der er typisk kun et par love, men et uendeligt antal løsninger. Lad os tage Newtons love. De er klare og elegante, men beskriver en utrolig bred vifte af fænomener, fra et faldende æble til månens bane.

Hvis du kender de oprindelige betingelser for en bestemtsystemer, styrken af ​​disse love giver dig mulighed for at løse ligninger og forudsige, hvad der vil ske dernæst. Vi forventer eller kræver ikke priori en unik løsning, der beskriver alt.

I strengteori er nogle funktioner i fysik,som vi normalt tænker på som naturlove - som bestemte partikler og kræfter - er faktisk løsninger. De bestemmes af formen og størrelsen på de skjulte ekstra dimensioner. Rummet til alle disse løsninger kaldes ofte "landskabet", men det er en underdrivelse. Selv de mest imponerende bjerglandskaber er bleg i sammenligning med det store rum.

Landskab af universet

Men hvordan forskere studerer det enorme landskabfysiske modeller af universet, der let kan have hundreder af dimensioner? For at forstå dette, lad os forestille os landskabet som en stort set ubebygget ørken, hvoraf meget er skjult under tykke lag med uopløselig kompleksitet. Kun i udkanten finder vi beboelige steder. Her finder vi grundlæggende modeller, som vi fuldt ud forstår. De er af ringe værdi for at beskrive den virkelige verden, men tjener som et praktisk udgangspunkt for at udforske det lokale område.

Måske findes fysikens love ikke

Et godt eksempel er kvanteteorienelektrodynamik (QFT), der beskriver interaktion mellem stof og lys. Denne model har en enkelt parameter, kaldet finstrukturskonstanten α, som måler styrken af ​​kraften mellem to elektroner. I teorien om kvanteelektrodynamik kan alle processer ses som stammer fra elementære interaktioner. For eksempel kan den frastødende kraft mellem to elektroner repræsenteres som en udveksling af fotoner. QFT beder os om at overveje alle de mulige måder, hvorpå to elektroner kan udveksle en foton, hvilket i praksis vil betyde, at fysikere skal løse et meget komplekst problem med et uendeligt antal løsninger.

Hvis du altid vil være opmærksom på de seneste nyheder fra verdenen af ​​videnskab og højteknologi, kan du abonnere på vores Telegram-kanal

Hvorfor er alt dette så spændende for fysik? Først og fremmest er konklusionen om, at mange, hvis ikke alle modellerne er en del af et stort sammenhængende rum, et af de mest overraskende resultater af moderne kvantefysik. Dette er en ændring i perspektiv, der er værdig for udtrykket "paradigmeskift." Han fortæller os, at i stedet for at udforske øgruppen fra separate øer, opdagede vi et enormt kontinent.

På en måde er det nok at lære en modeldybt kan vi studere dem alle. Vi kan undersøge, hvordan disse mønstre er relateret ved at fremhæve deres fælles strukturer. Det er vigtigt at understrege, at dette fænomen stort set er uafhængigt af, om strengteori beskriver den virkelige verden eller ej. Dette er en iboende egenskab ved kvantefysik, der vil forblive her, uanset hvilken fremtidig "teori om alting" viser sig at være.