Pirms gadsimta fizika pieredzēja ātru pārmaiņu virkni, kas revolūcijonizēja mūsu sapratni par visumu. Tomēr pēdējā laikā šķiet, ka šai nozarei ir sasniegts platojs. Tās pašas pamata jautājumi, kas pirms gadsimta mācīja zinātniekus, mūs joprojām moka arī šodien. It īpaši, mūs nesaprašanas noslēpumi par tumšo materiālu, kvantu mehānikas īsto nozīmi un mītošo saderību starp gravitāti un kvantu fiziku paliek neatrisināti.
Nesen cerību mirdzums parādījās ar Jonathan Oppenheim darbu, kvantu teorijas profesoru Londonas Universitātes koledžā. Oppenheimā izpelnījās mans uzmanību ar viņa un mani kopīgās intelektuālās vēstures dēļ, kas ir saistīta ar melnajiem caurumiem un informācijas paradoksu, kas tos ieskauj. Lai gan mūsu ceļi atšķīrās attiecībā uz problēmas sakni, Oppenheim ierosina intresantu iespēju vainot gravitāti.
Oppenheim piedāvā vienkāršu, taču radikālu ideju: ieiešana nejaušību gravitātē, līdzīgi kvantu mehānikas neparedzamībai. Atšķirībā no citām fundamentālajām spēkiem, piemēram, elektromagnētiskajām, spēcīgajām un vājajām kodolspēkiem, kas tiek aprakstītas ar kvantu procesiem, gravitāte joprojām ir klasiska teorija saskaņā ar Einšteina vispārējo relativitāti. Tā pieturas pie determinisma, kur nākotnes notikumi var tikt secināti no pagātnes notikumiem. Savukārt kvantu mehānika pieņem nejaušību un ienesīgus nenoteiktības.
Einšteins, noteikti determinisma atbalstītājs, ticēja, ka kvantu mehānikas nejaušība liecina par būtisku nepilnību teorijā. Viņš cerēja atrast klasisku teoriju, kas varētu pilnīgi izskaidrot visuma darbību. Neraugoties uz vispārējās relativitātes pierādāmo veiksmi, tā nespēj atrisināt dažus no dabā notiekošajiem gadījumiem, kur kvantu īpašības ir klātesošas.
Piemēram, ņemiet vērā slaveno dubultā plaisas eksperimentu ar elektroniem. Šīs daļiņas izrāda vienlaicīgu vienlaiduma un daļiņas dvešanu, kas nozīmē, ka tās var iet cauri abām plaisām vienlaicīgi. Tomēr, ja elektroniem ir masa, kas rada gravitācijas pievilcību, kā tad vispārējā relativitāte skaidro viņu vienlaicīgu klātbūtni divās vietās? Teorija nevar sniegt atbildi.
Līdzīgas grūtības rodas, mēģinot saprast parādības kā melnie caurumi un Lielo sprādzienu. Einšteina matemātika vienkārši nevar šos ekstrēmos gadījumus apstrādāt. Fiziki jau sen meklē teoriju, kas spētu saskaņot kvantu mehāniku ar gravitāti, ko sauc par “kvantu gravitāti”.
Lai gan 30. gados tika veikti mēģinājumi formulēt kvantu gravitātes teoriju, šie centieni galu galā neveicās. Richard Feynman un Bryce DeWitt, starp citiem, izpētīja iespējas kvantu gravitāti kvantificēt, izmantojot esošos matemātiskos pamatus. Diemžēl rezultējošā teorija, kas pazīstama kā perturbatīvā gravitāte, izrādījās nepietiekama, to paplašinot līdz ekstrējiem scenārijiem.
Neraugoties uz izaicinājumiem, Oppenheim priekšlikums ieviest nejaušību gravitātē atver jaunas izpētes iespējas. Apvienojot kvantu mehānikas neparedzamību ar gravitāti, mēs varētu atrast risinājumu ilgi mūs mocījušajām problēmām, ko fiziki cenšas atrisināt jau gadsimtu. Lai gan priekšā ir grūta ceļa posmi, Oppenheim darba iedvesmoti, mēs varam atjaunot savus centienus atšifrēt visuma noslēpumus un izveidot jaunu fizikas saprašanu.
Bieži uzdotie jautājumi:
1. Kas ir galvenās neatrisinātās fizikas noslēpumainas?
Galvenie neatrisinātie fizikas noslēpumi ir tumšās materiās būtība, kvantu mehānikas patiesā nozīme un gravitātes saskaņošana ar kvantu fiziku.
2. Kas ir Jonathan Oppenheim?
Jonathan Oppenheim ir kvantu teorijas profesors Londonas Universitātes koledžā. Viņš ir sniedzis ieguldījumus melno caurumu un to ieskaujošā informācijas paradoksā.
3. Kāds ir Oppenheima priekšlikums, lai atrisinātu fizikas noslēpumus?
Oppenheim ierosina ieviest nejaušību gravitātē, līdzīgi kvantu mehānikas neparedzamībai. Tas varētu saskaņot kvantu mehāniku ar gravitāti un sniegt risinājumus ilgiem fizikas neatrisinātiem jautājumiem.
4. Kas ir kvantu mehānika un vispārējā relativitāte?
Kvantu mehānika ir fizikas nozare, kas apraksta daļiņu uzvedību atomiskā un subatomiskā līmenī, ietverot viļņu-daļiņu dualitātes, superpozīcijas un nenoteiktības principus. Vispārējā relativitātē, no otras puses, ir Einšteina gravitātes teorija, kas apraksta gravitācijas spēku kā telpas un laika izliekumu, ko izraisa masa un enerģija.
5. Kādēļ vispārējā relativitāte nevar risināt dažas situācijas?
Vispārējā relativitāte nevar risināt dažas situācijas, piemēram, daļiņu uzvedību ar vienlaicīgu viļņveida un daļiņas veida raksturojumu (viļņdaļiņu dualitāti) un ekstrēmu scenāriju kā melnie caurumi. Teorija ir nepietiekama, iekļaujot kvantu īpašības.
Galvenie termini:
1. Tumšā materiāla: Hipotētiska materiāla forma, kas tiek uzskatīta par būtisku visuma kopējās masas daļu, bet neizstaro, neuzsūc vai nesaistās ar gaismu vai elektromagnētisko starojumu.
2. Kvanta mehānika: Fizikas nozare, kas nodarbojas ar daļiņu uzvedību atomiskā un subatomiskā līmenī un ietver viļņu-daļiņu dualitātes, superpozīcijas un nenoteiktības principus.
3. Vispārējā relativitāte: Einšteina gravitātes teorija, kas apraksta gravitācijas spēku kā masas un enerģijas radīto telpas un laika izliekumu.
4. Determinisms: Filozofiskais koncepts, ka visi notikumi, ieskaitot nākotnes notikumus, tiek noskaidroti, izmantojot iepriekšējos notikumus un dabas likumus.
Saistītie saites:
Physics World
Nature – Physics
The source of the article is from the blog scimag.news