Pred sto rokmi fyzika zažila rýchle sledovanie objavov, ktoré revolučne zmenili naše chápanie vesmíru. Avšak v nedávnej dobe sa zdá, že oblasť dosiahla mŕtvy bod. Té isté základné otázky, ktoré perplexovali vedcov pred sto rokmi, nás stále trápia aj dnes. Konkrétne záhady tmavej hmoty, skutočný význam kvantovej mechaniky a neujasnenej harmónie medzi gravitáciou a kvantovou fyzikou zostali neriešené.
Nedávno sa objavila iskra nádeje v práci Jonathana Oppenheima, profesora kvantovej teórie na University College London. Oppenheimova jedinečná perspektíva ma zaujala, pretože sme obaja zdieľali intelektuálnu históriu štúdia čiernych dier a informačného paradoxu, ktorý ich obklopoval. Hoci sme sa líšili v rámci koreňového problému, Oppenheimova predstava obviňovať gravitáciu ponúka zaujímavú možnosť.
Oppenheim navrhuje jednoduchý, no radikálny nápad: zavedenie náhodnosti do gravitácie, podobne ako vnútorná nepredvídateľnosť kvantovej mechaniky. Na rozdiel od iných základných síl, ako je elektromagnetizmus a silné a slabé jadrové sily, ktoré sú opísané kvantovými procesmi, gravitácia je stále klasickou teóriou, ako je popísaná Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity. Prichŕňa sa determinizmu, kde budúce udalosti možno odvodiť z minulých udalostí. Na rozdiel od toho kvantová mechanika prijíma náhodnosť a vnútornú neurčitosť.
Einstein, vášnivý zástanca determinizmu, veril, že nepredvídateľnosť kvantovej mechaniky naznačuje základnú neúplnosť teórie. Nádejou bolo nájsť klasickú teóriu, ktorá by dokázala úplne vysvetliť fungovanie vesmíru. Napriek empirickému úspechu všeobecnej teórie relativity nezvláda riešiť určité situácie, ktoré sa v prírode vyskytujú, kde majú kvantové vlastnosti svoju úlohu.
Napriklad uvažujme nad slávnym experimentom s dvojitými štrbinami s elektrónmi. Tieto častice prejavujú vlastnosti vlnovo-časticovej duality, čo znamená, že môžu prejsť obe štrbiny súčasne. Ak však elektróny majú hmotnosť, ktorá vyvoláva gravitačný ťah, ako sa všeobecná teória relativity vyrovná so ich súčasnou prítomnosťou na dvoch miestach? Teória nedokáže poskytnúť odpoveď.
Podobné ťažkosti vznikajú pri pokusoch porozumieť fenoménom ako čierne diery a Veľký tresk. Einsteinove matematické vzorce jednoducho nedokážu zvládnuť tieto extrémne prípady. Fyzici dlho hľadali teóriu, ktorá by dokázala zosúladiť kvantovú mechaniku s gravitáciou, známu ako „kvantová gravita“.
Hoci sa v 30. rokoch 20. storočia usilovalo o formuláciu kvantovej teórie gravitácie, tieto úsilie sa nakoniec nevydarili. Richard Feynman a Bryce DeWitt a ďalší skúmali možnosti kvantifikácie gravitácie pomocou existujúcich matematických rámcov. Bohužiaľ, výsledná teória, známa ako perturbativne kvantifikovaná gravitácia, bola nedostatočná, keď sa rozšírila na extrémne situácie.
Napriek výzvam Oppenheimovo navrhnutie zaviesť náhodnosť do gravitácie otvára nové možnosti prieskumu. Prijatím nepredvídateľnej povahy kvantovej mechaniky a jej zlúčením s gravitáciou možno konečne nájsť riešenie dlhodobých problémov, ktoré trápili fyzikov storočie. Aj keď nás čaká náročná cesta, s prácou Oppenheima ako inšpiráciou môžeme obnoviť svoje úsilie o odhalenie tajomstiev vesmíru a vytvoriť nové chápanie fyziky.
Časté otázky:
1. Aké sú hlavné nevyriešené záhady vo fyzike?
Hlavné nevyriešené záhady vo fyzike zahŕňajú povahu tmavej hmoty, skutočný význam kvantovej mechaniky a zlúčenie gravitácie s kvantovou fyzikou.
2. Kto je Jonathan Oppenheim?
Jonathan Oppenheim je profesor kvantovej teórie na University College London. Prispejal k štúdiu čiernych dier a informačného paradoxu, ktorý ich obklopuje.
3. Aký je Oppenheimov návrh na riešenie problémov vo fyzike?
Oppenheim navrhuje zaviesť náhodnosť do gravitácie, podobne ako vnútornú nepredvídateľnosť kvantovej mechaniky. To by potenciálne mohlo zladiť kvantovú mechaniku s gravitáciou a poskytnúť riešenia dlhodobých problémov vo fyzike.
4. Aký je rozdiel medzi kvantovou mechanikou a všeobecnou teóriou relativity?
Kvantová mechanika je teória, ktorá opisuje správanie častíc na mikroskopickom a subatomovom úrovni a prijíma vlastnosti vlnovo-časticovej duality, prekrytia a neurčitosti. Všeobecná teória relativity je naopak klasickou teóriou, ktorá popisuje gravitáciu a pridŕža sa determinizmu, kde budúce udalosti možno odvodiť z minulých udalostí.
5. Prečo všeobecná teória relativity nedokáže riešiť určité situácie?
Všeobecná teória relativity nedokáže riešiť určité situácie, ako je správanie častíc s vlnovými aj časticovými vlastnosťami (vlnovo-časticová dualita) a extrémne prípady ako čierne diery. Teória je nedostatočná, pokiaľ ide o zahrnutie kvantových vLASTNOSTÍ.
Kľúčové pojmy:
1. Tmavá hmota: Hypotetická forma hmoty, ktorá predstavuje významnú časť celkovej hmotnosti vesmíru, ale nevyžaruje, neabsorbuje ani nereaguje s či svetlom alebo elektromagnetickým žiarením.
2. Kvantová mechanika: Odvetvie fyziky, ktoré sa zaoberá správaním častíc na atómovej a subatomovej úrovni a zahŕňa princípy vlnovo-časticovej duality, superpozície a neurčitosti.
3. Všeobecná teória relativity: Einsteinova teória gravitácie, ktorá popisuje gravitačnú silu ako zakrivenie priestoročasu vytvorené hmotnosťou a energiou.
4. Determinizmus: Filozofická koncepcia, podľa ktorej sú všetky udalosti, vrátane budúcich udalostí, určené predchádzajúcimi udalosťami a zákonmi prírody.
Súvisiace odkazy:
Physics World
Nature – Physics
The source of the article is from the blog anexartiti.gr