general. cercetare. tehnologie

De ce este universul nostru atât de ciudat și există legi ale fizicii?

Natura poate fi diferită pentru diferiți oameni. Natura poate fi minunată. Natura poate fi ciudată. Natura are legi. Natura continuă să uimească oamenii de știință care încearcă să înțeleagă aceste legi. În ultimele decenii, comunitatea științifică a ajuns să accepte conceptul de „naturalitate”, termen creat de Einstein pentru a descrie legile complexe ale naturii. Oamenii de știință cred că, dacă universul este natural, atunci poate fi explicat matematic. Dar, dacă natura sa este nefirească, atunci unele dintre legile fizicii sunt arbitrare și par extrem de bine reglate pentru a permite vieții (așa cum o știm) să apară și să existe. Dar inca, oamenii de știință se străduiesc pentru o descriere unificată a realității. Dar fizica modernă permite multe descrieri diferite, multe dintre ele fiind echivalente între ele și legate de un peisaj cu posibilități matematice.

Cât de bine știm universul pentru a spune că există legi cunoscute ale fizicii?

Conținutul

  • 1 Secretele Universului
  • 2 Fizica particulelor elementare
  • 3 Teoria șirurilor
  • 4 Peisajul universului

Secretele Universului

Într-o serie de vieți de zi cu zi, poate părea astaștim suficient despre lume și Univers pentru a răspunde afirmativ la întrebarea dacă există toate legile cunoscute ale fizicii. Cu toate acestea, oamenii de știință care studiază lumea cuantică pot fi de acord. Potrivit revistei Quanta, fizicienii au găsit multe exemple de două descrieri complet diferite ale aceluiași sistem fizic.

Deci, dacă ingredientele fizice sunt particule șiforțele, apoi rețetele sunt formule matematice care le codifică interacțiunile. În acest caz, însăși procesul de gătit este procedura de cuantificare care transformă ecuațiile în probabilități ale fenomenelor fizice. Acesta este motivul pentru care fizicienii cuantici se întreabă cât de diferite „rețete” duc la aceleași rezultate.

Pentru articole și mai fascinante despre modul în care funcționează universul nostru, citiți canalul nostru Google News

Se știe că Albert Einstein a crezut că,având în vedere câteva principii generale, există un mod unic de a construi un univers consistent și funcțional. Din punctul de vedere al lui Einstein, dacă am explora esența fizicii suficient de profund, ar exista o singură modalitate prin care toate componentele - materia, radiația, forțele, spațiul și timpul - s-ar potrivi pentru a face realitatea să funcționeze, la fel de unic. combinația de angrenaje, arcuri, cadrane și roți de ceasuri mecanice.

Fizica particulelor

Modelul standard modern de fizicăparticulele elementare sunt într-adevăr un mecanism dens construit cu doar câteva componente. Cu toate acestea, în loc să fie unic, Universul pare să fie unul dintr-un număr infinit de lumi posibile. Nu avem idee de ce această combinație particulară de particule și forțe stă la baza structurii naturii.

S-ar putea să trăim în Multivers

În plus, modelul standard conține 19constante ale naturii - numere precum masa și sarcina unui electron, care trebuie măsurate în experimente. Valorile acestor „parametri liberi” par să nu aibă o semnificație mai profundă.

Dacă lumea noastră este doar una dintre multe, atunci cumputem exista simultan cu universuri alternative? Punctul de vedere actual poate fi văzut ca opusul polar al visului lui Einstein de un spațiu unic. Fizicienii moderni îmbrățișează un spațiu uriaș de posibilități și încearcă să înțeleagă logica și interconectarea ei generală. De la prospectorii aurului, aceștia au evoluat în geografi și geologi, detașând peisajul și studiind forțele care îl modelează.

Vă veți întreba: De ce cred fizicienii că trăim în Multivers?

Teoria corzilor

Teoria șirurilor a fost un moment bazinfizica modernă. În momentul de față, este singura teorie care se apropie cel mai mult de însăși „teoria tuturor” - visul lui Albert Ensten, capabil să descrie toate particulele și forțele, inclusiv gravitația, precum și să respecte regulile logice stricte ale mecanicii cuantice și teoria relativității.

Vestea bună în toată această poveste estefaptul că teoria coardelor nu are cadran (ca un ceas mecanic). Nu are sens să ne întrebăm ce teorie a șirurilor descrie universul nostru, deoarece există doar unul. Lipsa oricăror semne suplimentare îi determină pe oamenii de știință să ajungă la concluzia că toate numerele din natură trebuie determinate de fizica însăși. Ele nu sunt „constante ale naturii”, ci doar variabile fixate prin ecuații (eventual complex insolubil).

Cu toate acestea, este important să înțelegem că există un complex,un număr uriaș de soluții de teorie a corzilor. În fizică, acest lucru nu este neobișnuit. În mod tradițional, distingem între legile fundamentale date de ecuațiile matematice și soluțiile la aceste ecuații. De obicei, există doar câteva legi, dar un număr infinit de soluții. Să luăm legile lui Newton. Sunt clare și elegante, dar descriu o gamă incredibil de largă de fenomene, de la un măr care cade până pe orbita lunii.

Dacă cunoașteți condițiile inițiale pentru un anume specificsisteme, puterea acestor legi vă permite să rezolvați ecuații și să prezice ce se va întâmpla în continuare. Nu așteptăm sau nu solicităm a priori o soluție unică care să descrie totul.

În teoria corzilor, unele caracteristici ale fizicii,despre care de obicei considerăm că sunt legi ale naturii - cum ar fi particule și forțe particulare - sunt de fapt soluții. Acestea sunt determinate de forma și dimensiunea dimensiunilor suplimentare ascunse. Spațiul tuturor acestor soluții este adesea denumit „peisaj”, dar aceasta este o subestimare. Chiar și cele mai impresionante peisaje montane palide în comparație cu vastitatea acestui spațiu.

Peisajul universului

Dar modul în care oamenii de știință studiază vastul peisajmodele fizice ale Universului care pot avea cu ușurință sute de dimensiuni? Pentru a înțelege acest lucru, să ne imaginăm peisajul ca un deșert în mare măsură nedezvoltat, o mare parte dintre ele fiind ascuns sub straturi groase de complexitate de nerezolvat. Doar la periferia găsim locuri locuibile. Aici găsim modele de bază pe care le înțelegem pe deplin. Ele au o valoare redusă pentru descrierea lumii reale, dar servesc ca un punct de plecare convenabil pentru explorarea zonei locale.

Poate că legile fizicii nu există

Un bun exemplu este teoria cuantuluielectrodinamica (QFT), care descrie interacțiunea dintre materie și lumină. Acest model are un singur parametru, numit constantă de structură fină, α, care măsoară rezistența forței dintre doi electroni. În teoria electrodinamicii cuantice, toate procesele pot fi privite ca provenind din interacțiuni elementare. De exemplu, forța respulsivă între doi electroni poate fi reprezentată ca un schimb de fotoni. QFT ne cere să luăm în considerare toate modalitățile posibile prin care doi electroni ar putea schimba un foton, ceea ce în practică ar însemna că fizicienii trebuie să rezolve o problemă foarte complexă, cu un număr infinit de soluții.

Pentru a fi mereu la curent cu cele mai noi știri din lumea științei și a tehnologiei înalte, abonați-vă la canalul nostru Telegram

De ce este atât de interesant pentru fizică? În primul rând, concluzia că multe dintre modele, dacă nu toate, fac parte dintr-un spațiu vast interconectat este unul dintre cele mai surprinzătoare rezultate ale fizicii cuantice moderne. Aceasta este o schimbare de perspectivă demnă de termenul „schimbare de paradigmă”. El ne spune că în loc să explorăm arhipelagul din insule separate, am descoperit un continent imens.

Într-un anumit sens, învățarea unui model este suficientăprofund, le putem studia pe toate. Putem explora modul în care aceste modele sunt legate prin evidențierea structurilor lor comune. Este important să subliniem că acest fenomen este în mare măsură independent de faptul că teoria șirurilor descrie sau nu lumea reală. Aceasta este o proprietate inerentă a fizicii cuantice care va rămâne aici, oricare ar fi viitorul „teorie a tot”.