Was wäre, wenn heute Außerirdische auftauchen würden? Nicht irgendeine gewöhnliche Gruppe von Außerirdischen. Wir sprechen von einer Gruppe hochintelligenter Kreaturen, die alle Geheimnisse unseres Universums gelüftet haben. Diese angeblichen Außerirdischen würden alles wissenWenn sie versuchen würden, diese Ideen zu erklären, glauben Sie, dass die Menschen sie verstehen könnten? Besser noch, würden unsere führenden Ideen in der Wissenschaft mit dem übereinstimmen, was die Außerirdischen zu sagen haben?Tagesverständnis des Universums, wie nah wären wir uns?
Die meisten Physiker würden Ihnen sagen, dass wir auf dem richtigen Weg sind, aber wir müssen noch einige Fortschritte erzielen. In dem unermüdlichen Streben der Menschheit, unsere Realität zu verstehen, haben wir überprüfbare und erstaunlich genaue Theorien entwickelt, die Ereignisse auf unvorstellbare Weise erklärenkleinräumig und in einem unendlich expansiven Universum. Die aktuellen mathematischen Rahmenbedingungen erklären jedoch das Kolossale und das Winzige. stimmen nicht überein . Seit einem Jahrhundert setzen führende Physiker auf das schwer fassbare Einheitliche Feldtheorie oder Theorie von allem EVG . Aber sollten sie?
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In der Physik ist eine einheitliche Feldtheorie oder eine große einheitliche Theorie ein Versuch, alle fundamentalen Kräfte und die Beziehungen zwischen Elementarteilchen in einem einzigen theoretischen Rahmen zu beschreiben.
Mitte des 19. Jahrhunderts formulierte James Clerk Maxwell die erste Feldtheorie in seiner Theorie des Elektromagnetismus, die die Beziehung zwischen den Kräften von Elektrizität und Magnetismus demonstrierte. Dann entwickelte sich Anfang des 20. Jahrhunderts Albert Einstein. allgemeine Relativitätstheorie eine Feldtheorie der Gravitation. Später versuchten Einstein und andere, eine einheitliche Feldtheorie zu konstruieren, die sowohl Elektromagnetismus als auch Schwerkraft als unterschiedliche Aspekte eines einzelnen Grundfeldes einbezog.
Einige Forscher sagen, dass eine einheitliche Theorie ein Einhorn ist. Dennoch glaubt eine stimmliche Mehrheit, einschließlich Einstein, dass es möglich ist, die Lücke zwischen der elektromagnetischen Kraft, den starken und den schwachen Kernkräften und der Schwerkraft zu schließen.
Als Kosmologe und Teilchenphysiker John Barrow von der Universität Cambridge in Großbritannien schrieb: "Es ist durchaus denkbar, eine Theorie von allem zu finden. Die Naturgesetze sind eher gering, sie sind einfach und symmetrisch und es gibt nur vier fundamentale Kräfte." Wir sind es jedochSie fragen sich vielleicht, was genau eine Theorie von allem ist?
Warum brauchen wir eine großartige einheitliche Theorie?
Das Universum und alles in ihm werden durch vier fundamentale Kräfte zusammengehalten: die elektromagnetische Kraft, die starke und die schwache Kernkraft und die Schwerkraft. Die ersten drei Kräfte bilden das Standardmodell der Teilchenphysik, der Welt der Quantenmechanikauf den Punkt gebracht. Sie kennen wahrscheinlich einige Aspekte der Quantenwelt, wie Quantenverschränkung und das Ungewissheitsprinzip. Die Schwerkraft ist das schwarze Schaf dieser Familie von Kräften, das wie ein widerspenstiges Kind herumläuft und die Dinge sehr macht. schwierig für alle .
Die Gravitationskraft erklärt das Verhalten aller Dinge mit Masse oder Energie. 1915 schlug Albert Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie vor, die die Schwerkraft nicht als Kraft, sondern als Folge der beschreibt. Krümmung der Raumzeit verursacht durch die ungleichmäßige Massenverteilung.
Allerdings fallen die Dinge meistens Mathematik auseinander, wenn sowohl die Quantenmechanik als auch die Relativitätstheorie zusammen angewendet werden. Eine Theorie von allem würde alles mathematisch und hoffentlich in einer wunderschön einheitlichen Theorie zusammenbringen. Dies ist jedoch immens schwierig. Obwohl unser Verständnisder Physik hat sich seit Einsteins Beiträgen dh starken und schwachen Kernkräften erweitert.
Einmal als berühmter Physiker sagte zu einem Studenten , "Ich möchte wissen, wie Gott diese Welt geschaffen hat. Ich interessiere mich nicht für dieses oder jenes Phänomen, für das Spektrum dieses oder jenes Elements. Ich möchte seine Gedanken kennen; der Rest sind nur Details."
Wie viel näher sind wir der Kenntnis des Geistes Gottes? Nun, es hängt davon ab, wen Sie fragen. Es gibt mehrere Kandidaten für eine Theorie von allem, jeder mit seinen eigenen Besonderheiten, aber jeder von ihnen ist gleichermaßen umwerfend.In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Kernideen dieser Theorien. Beginnen wir.
Stringtheorie: Ein vibrierendes Multiversum
Die Stringtheorie ist wahrscheinlich einer der stärksten Kandidaten auf unserer Liste, da sie eine der am meisten erforschten potenziellen Theorien von allem ist. Vielleicht haben Sie schon einmal in der Popkultur davon gehört, oder vielleicht haben Sie einen Freund, über den Sie gerne sprechenes, wenn betrunken.
Die Welt der Stringtheorie ist jedoch ein tiefes Kaninchenloch, das ein wenig hirnschmelzend sein kann. Die Stringtheorie geht davon aus, dass Partikel tatsächlich aus eindimensionalen Strings bestehen, die auf der Grundstufe vibrieren. Gemäß der Stringtheorie schwingen diese Saiten auf verschiedenen Ebenen und bestimmen Partikeltypen und -eigenschaften wie Masse und Ladung.
Seien Sie noch nicht aufgeregt. Damit diese Theorie mathematisch funktioniert, zusätzliche räumliche Abmessungen das vom Menschen nicht direkt erlebt werden kann, muss in die Gleichung einbezogen werden.
Obwohl radikal, ist die Idee eine elegante Herangehensweise an die oben genannten Rätsel. Es gibt jedoch mehrere Probleme mit der Stringtheorie. Wir werden Fokus auf zwei .
In erster Linie ist die Stringtheorie genau das, "eine Theorie", und Theoretiker haben es schwer Wege finden, um diese Idee richtig zu testen mit einigen Physikern, die sogar sagen, dass Stringtheorie Pseudowissenschaften sind. Dies kann sich sehr bald ändern. Führende Physiker aus Institutionen wie Harvard University und Stony Brook University glauben Sie, dass der Schlüssel zum Aufbau einer TOE-over-String-Theorie im Konzept der Inflation liegt.
Es wird angenommen, dass die Inflation in den frühesten Momenten des Urknalls eine wichtige Rolle gespielt hat und erklärt, warum das Universum so aussieht, wie es aussieht, und warum es eine Phase extremer Expansion durchlaufen hat.Es könnte einen Schritt näher kommen, um die große einheitliche Theorie zu werden, nach der wir all die Jahre gesucht haben. Dies führt jedoch zu unserer nächsten Ausgabe.
Im Moment gibt es zu viele Varianten der Theorie. Die Physiker haben versucht, Ideen der Mehrfachstringtheorie zu vereinen und einen allgemeineren Rahmen zu schaffen, der als M-Theorie bezeichnet wird. Die M-Theorie öffnet jedoch nur die Türen zu 10 ^ 500 Universen . Einige glauben, dass dies ein Beweis dafür sein könnte es gibt mehrere Universen oder dass die Theorie nicht testbar ist. Die Stringtheorie scheint noch einen langen Weg vor sich zu haben, bevor die wissenschaftliche Gemeinschaft sie annehmen kann.
Quantengravitation der Schleife: Ein zusammengeflochtenes Universum
LQG oder Schleifenquantengravitation ist derzeit einer der größten Kandidaten der Stringtheorie für den Titel "Theorie von allem". Die allgemeine Idee für die Schleifenquantengravitation ist, dass der Raum nicht kontinuierlich ist, sondern in winzige Stücke oder Quanten zerlegt wird: GravitationsfelderÜber 10 ^ -35 Meter Durchmesser . Diese Raumquanten werden dann durch Verknüpfungen verbunden, um den Raum zu bilden, den wir erleben. Wenn diese Verknüpfungen in "Zöpfe" und "Knoten" verwickelt werden, produzieren sie Elementarteilchen. LQG hat einige kühne Behauptungen, einschließlich der Beschreibung, wie das Universum istkann sich nach dem Zusammenbruch eines früheren Universums gebildet haben. Im Gegensatz zur Stringtheorie führt LQG keine zusätzlichen Dimensionen ein und versucht nicht, alle Kräfte zu vereinen . Die Theorie könnte verwendet werden, um einige große reale Ideen zu erklären und zu klären der Beginn unseres Universums .
Die meisten Versionen der Schleifenquantengravitation haben jedoch Schwierigkeiten, die Schwerkraft einzubeziehen, und einige versuchen es sogar nicht. Stattdessen bemühen sie sich, das Gravitationsfeld zu quantisieren, während es von den anderen Kräften getrennt gehalten wird.
Quantengrafik: Die Dinge werden etwas radikal
Dies ist der Punkt auf der Liste, an dem die Dinge etwas seltsam werden und über die Mainstream-Wissenschaft hinaus in die Randbereiche der Wissenschaft oder in ausführliche Gedankenexperimente übergehen. Fotini Markopoulou und ihre Kollegen an der Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Ontario, Kanada, wollen viele universelle Annahmen aus dem Fenster geworfen werden, um eine Theorie von allem zu finden. Synchronisiert Quantengraphität Markopoulou glaubt, dass es bei der Entstehung des Universums im Urknall keinen Raum gab, wie wir ihn kennen.
Nach dieser Theorie war das Universum, wie wir es kennen, einst ein abstraktes Netzwerk von "Knoten" des Raums. Jeder Knoten war miteinander verbunden. Kurz nach dem Urknall brach das Universum jedoch zusammen und schuf die Prinzipien, die regierenunsere heutige Realität.
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E8: Eine der schönsten Theorien der Wissenschaft
Garrett Lisis Papier " Eine außergewöhnlich einfache Theorie von allem "ist umstritten, elegant und schön. Nach der E8-Theorie des Physikers ist die 248-dimensional Das obige mathematische Objekt ist der Schlüssel zum Verständnis des Universums. Die potenzielle Theorie des Physikers und Surfers von allem kann mit einem zusammengefasst werden. E8 Lie Group . Lisi erstellte diese Struktur, indem sie die Grundpartikel eines Diagramms grafisch darstellte, das die elektroschwache Kraft, die Überladung und die Ladungen im Higgs-Feld markiert. Nachdem alle diese Partikel in einem 3D-Diagramm dargestellt wurden, wurde dieses komplexe achtdimensionale mathematische Muster erstellttauchte mit 248 Punkten auf. Wiederum ist jeder einzelne dieser Punkte ein Grundpartikel mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Hier werden die Dinge interessant. Es gibt eine Handvoll Partikel im Diagramm mit bestimmten Eigenschaften, die "fehlen". Dies bedeutet, dass wir Partikel mit diesen spezifischen Eigenschaften testen und suchen können. Noch mehr wird angenommen, dassDiese Teilchen würden mit der Schwerkraft korrelieren, die unsere Quanten- und allgemeine Relativitätslücke überbrückt. Natürlich sollte diese Theorie mit einem Körnchen Salz aufgenommen werden, und selbst Lisi glaubt immer noch, dass die Idee etwas Arbeit braucht. Er glaubt jedoch, dass sie eine bessere Chance hateine Theorie von allem als Stringtheorie. Schüsse abgefeuert.
Pseudowissenschaft? Brauchen wir eine großartige einheitliche Theorie?
Wie Sie wahrscheinlich bemerkt haben, schweben viele dieser Theorien am Rande der Wissenschaft. Selbst unser vielversprechendster Kandidat - die Stringtheorie - hat immer noch Schwierigkeiten, praktische Wege zu finden, um getestet zu werden. Eine großartige vereinheitlichende Theorie basiert auf der Annahme, dass die Naturhat eine elegante, symmetrische mathematische Lösung für die Prinzipien, die unsere Realität bestimmen. Die Wissenschaft zeigt uns jedoch immer wieder, dass dies ist selten der Fall . In einem Artikel für Nautilus Sabine Hossenfelder, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Frankfurter Institut für fortgeschrittene Studien, Forscherin angegeben dass "Diese ganze Idee einer Theorie von allem basiert auf einer unwissenschaftlichen Prämisse."
"Dies ist einfach keine gute Strategie zur Entwicklung wissenschaftlicher Theorien, und nein, es ist mit Sicherheit keine Standardmethode. In der Tat ist das Gegenteil der Fall. Das Verlassen auf Schönheit in der Theorieentwicklung hat historisch schlecht funktioniert."
Manchmal scheint die Theorie von allem so schwer fassbar zu sein wie ein glänzendes Pokémon und so mythisch wie ein Einhorn. Glaubst du, eine der obigen Theorien wird die Natur der Realität erklären? Oder haben wir noch einen langen Weg vor uns? Welche anderen Ideen oder Ansätze sollten wir berücksichtigen ?