Kevin TopolskyPred sto leti je fizika doživela hitro zaporedje prebojev, ki so prevetrili naše razumevanje vesolja. Vendar se je v zadnjem času zdelo, da je področje doseglo nepremostljivo ravnino. Enaka temeljna vprašanja, ki so zmedla znanstvenike pred sto leti, nas še danes begajo. Zlasti skrivnosti temne snovi, pravi pomen kvantne mehanike in uhajajoče usklajevanje med gravitacijo in kvantno fiziko ostajajo nerešene.
Nedavno je zasijala iskra upanja z delom Jonathana Oppenheima, profesorja kvantne teorije na Univerzi College v Londonu. Oppenheimova edinstvena perspektiva je pritegnila mojo pozornost, saj oba deliva intelektualno zgodovino preučevanja črnih lukenj in paradoksa informacij, ki jih obdajajo. Čeprav so se najini poti razšli glede vzroka težave, Oppenheimov predlog, da je treba kriviti gravitacijo, ponuja zanimivost.
Oppenheim predlaga preprosto, a radikalno idejo: vnesite naključje v gravitacijo, podobno kot pri nerazpoznavnosti kvantne mehanike. Nasprotno od drugih osnovnih sil, kot so elektromagnetizem ter močne in šibke jedrske sile, ki so opisane s kvantnimi procesi, ostaja gravitacija klasična teorija, kot jo opisuje Einsteinova splošna teorija relativnosti. Gravitacija sledi determinizmu, kjer lahko prihodnje dogodke deduciramo iz preteklih dogodkov. Nasprotno pa kvantna mehanika sprejema naključje in prirojene negotovosti.
Einstein, zagovornik determinizma, je verjel, da naključnost kvantne mehanike nakazuje temeljno nepopolnost teorije. Njegova želja je bila najti klasično teorijo, ki bi lahko v celoti razložila delovanje vesolja. Kljub empiričnemu uspehu splošne teorije relativnosti ta ne more obravnavati določenih situacij, ki se pojavljajo v naravi, kjer so prisotne kvantne lastnosti.
Na primer, pomislite na slavni eksperiment z dvojno režo s elektroni. Te delci kažejo val-delčno dvojnost, kar pomeni, da lahko hkrati prehajajo skozi obe reži. Vendar, če elektroni imajo maso, ki povzroča gravitacijsko privlačnost, kako splošna teorija relativnosti pojasni njihovo hkratno prisotnost na dveh mestih? Teorija ne ponudi odgovora.
Podobne težave se pojavijo pri poskusu razumevanja pojavov, kot so črne luknje in Veliki pok. Einsteinova matematika enostavno ne more obvladati teh skrajnih primerov. Fiziki že dolgo iščejo teorijo, ki bi lahko uskladila kvantno mehaniko z gravitacijo, znano kot “kvantna gravitacija”.
Čeprav so bili v 30. letih prejšnjega stoletja narejeni poskusi, da bi oblikovali kvantno teorijo gravitacije, so bili ti napori na koncu neuspešni. Richard Feynman in Bryce DeWitt sta med drugimi raziskovala možnosti kvantizacije gravitacije z uporabo obstoječih matematičnih okvirjev. Na žalost se je izkazalo, da je rezultatna teorija, znana kot perturbativno kvantizirana gravitacija, nezadostna pri razširitvi na skrajne scenarije.
Kljub izzivom Oppenheimov predlog vpeljave naključja v gravitacijo odpira nove možnosti raziskovanja. S sprejemanjem nepredvidljive narave kvantne mehanike in združitvijo z gravitacijo bi lahko končno našli rešitve za dolgotrajne težave, ki mučijo fizike že stoletje. Čeprav je lahko pot naprej naporna, s delom Oppenheima kot navdihom, lahko obnovimo naše napore za razvozlavanje skrivnosti vesolja in ustvarimo novo razumevanje fizike.
Pogosta vprašanja:
1. Kateri so glavni nerešeni misteriji v fiziki?
Glavni nerešeni misteriji v fiziki vključujejo naravo temne snovi, pravi pomen kvantne mehanike in uskladitev gravitacije z kvantno fiziko.
2. Kdo je Jonathan Oppenheim?
Jonathan Oppenheim je profesor kvantne teorije na Univerzi College v Londonu. Prispeval je k preučevanju črnih lukenj in paradoksa informacij, ki jih obdajajo.
3. Kakšen je Oppenheimov predlog za rešitev misterijev fizike?
Oppenheim predlaga vpeljavo naključja v gravitacijo, podobno kot pri nerazpoznavnosti kvantne mehanike. To bi lahko pomagalo uskladiti kvantno mehaniko z gravitacijo in ponuditi rešitve za dolgotrajne težave v fiziki.
4. Kakšna je razlika med kvantno mehaniko in splošno teorijo relativnosti?
Kvantna mehanika je teorija, ki opisuje vedenje delcev na atomski in subatomski ravni ter sprejema naključje in prirojene negotovosti. Splošna teorija relativnosti pa je klasična teorija, ki opisuje gravitacijo in sledi determinizmu, pri katerem lahko prihodnje dogodke deduciramo iz preteklih dogodkov.
5. Zakaj splošna teorija relativnosti ne more obravnavati določenih situacij?
Splošna teorija relativnosti ne more obravnavati določenih situacij, kot je vedenje delcev z lastnostmi tako valov kot delcev (val-delčna dvojnost) in skrajni scenariji, kot so črne luknje. Teorija ni ustrezna za vključevanje kvantnih lastnosti.
Ključni izrazi:
1. Temna snov: Hipotetična oblika snovi, za katero se domneva, da predstavlja pomemben del skupne mase vesolja, vendar ne oddaja, ne absorbira in ne interakcira z svetlobo ali elektromagnetnim sevanjem.
2. Kvantna mehanika: Veja fizike, ki se ukvarja z vedenjem delcev na atomski in subatomski ravni ter zajema načela val-delčne dvojnosti, nadlaganja in negotovosti.
3. Splošna teorija relativnosti: Einsteinova teorija gravitacije, ki opisuje gravitacijsko silo kot upogibanje prostora-časa, povzročeno s maso in energijo.
4. Determinizem: Filozofski koncept, da so vsi dogodki, vključno s prihodnjimi dogodki, določeni s prejšnjimi dogodki in naravnimi zakoni.
Povezane povezave:
Physics World
Nature – Physics
