Teorik Fizikte Beş Büyük Sorun

Tartışmalı 2006 kitabında "Fizikteki Sorun: İp Teorisinin Yükselişi, Bir Bilimin Düşüşü, ve sonra ne geliyor ", teorik fizikçi Lee Smolin" teorik olarak beş büyük soruna dikkat çekiyor fizik."

1. Kuantum yerçekimi sorunu: Genel göreliliği ve kuantum teorisi tam bir doğa teorisi olduğunu iddia edebilecek tek bir teoriye dönüştü.
2. Kuantum mekaniğinin temel problemleri: Kuantum mekaniğinin temellerindeki problemleri ya teoriyi olduğu gibi anlayarak ya da mantıklı yeni bir teori icat ederek çöz.
3. Parçacıkların ve kuvvetlerin birleşmesi: Çeşitli parçacıkların ve kuvvetlerin, hepsini tek bir temel varlığın tezahürleri olarak açıklayan bir teoride birleştirilip birleştirilemeyeceğini belirleyin.
4. Ayar sorunu: Parçacık fiziğinin standart modelindeki serbest sabitlerin değerlerinin doğada nasıl seçildiğini açıklar.
5. Kozmolojik gizemler sorunu: Açıklamak karanlık madde ve karanlık enerji. Yoksa, yoksa, yerçekiminin büyük ölçeklerde nasıl ve neden değiştirileceğini belirleyin. Daha genel olarak, karanlık enerji de dahil olmak üzere standart kozmoloji modelinin sabitlerinin neden yaptıkları değerlere sahip olduğunu açıklayın.
   instagram viewer

Kuantum yerçekimi teorik fizikte her ikisini de içeren bir teori oluşturma çabasıdır. Genel görelilik ve parçacık fiziğinin standart modeli. Şu anda, bu iki teori doğanın farklı ölçeklerini tanımlamakta ve ölçeğin yerçekimi kuvveti (veya uzay-zamanın eğriliği) haline gelmesi gibi, tam anlamıyla örtüşmeyen verim sonuçları sonsuz. (Sonuçta, fizikçiler doğada gerçek sonsuzlukları asla görmezler, ne de istemezler!)

Anlayışla ilgili bir sorun kuantum fiziği ilgili fiziksel mekanizmanın ne olduğudur. Kuantum fiziğinde birçok yorum var - klasik Kopenhag yorumu, Hugh Everette II'nin tartışmalı Birçok Dünya Yorumu ve daha da tartışmalı olanları Katılımcı Antropik İlke. Bu yorumlarda ortaya çıkan soru, kuantum dalga fonksiyonunun gerçekten çökmesine neden olan şeyin etrafında dönmektedir.

Kuantum alan teorisi ile çalışan çoğu modern fizikçi artık bu yorumlama meselelerini alakalı bulmamaktadır. Decoherence prensibi, çoğu için açıklama - çevre ile etkileşim kuantum çöküşüne neden olur. Daha da önemlisi, fizikçiler denklemleri çözebilir, deneyler yapabilir ve fizik uygulayabilirler olmadan tam olarak neler olduğu ile ilgili soruları temel düzeyde çözüyoruz ve bu yüzden çoğu fizikçi bu tuhaf sorulara 20 metrelik bir direkle yaklaşmak istemiyor.

Var fiziğin dört temel gücüve parçacık fiziğinin standart modeli bunlardan sadece üçünü içerir (elektromanyetizma, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet). Yerçekimi standart modelin dışında bırakılmıştır. Bu dört gücü bir araya getiren bir teori oluşturmaya çalışmak birleşik alan teorisi teorik fiziğin temel hedefidir.

Parçacık fiziğinin standart modeli bir kuantum alan teorisi olduğundan, herhangi bir birleşmenin yerçekimi kuantum alan teorisi olarak dahil edilir, yani problem 3'ün çözülmesi, sorun 1.

Ek olarak, parçacık fiziğinin standart modeli çok sayıda farklı parçacık gösterir - toplamda 18 temel parçacık. Birçok fizikçi, temel bir doğa teorisinin bu parçacıkları birleştirmek için bazı yöntemlere sahip olması gerektiğine inanıyor, bu yüzden daha temel terimlerle tanımlanıyorlar. Örneğin, sicim teorisiBu yaklaşımlardan en iyi tanımlanmış olanı, tüm parçacıkların temel enerji filamanlarının veya dizelerin farklı titreşim modları olduğunu öngörür.

bir teorik fizik model, tahminlerde bulunmak için belirli parametrelerin ayarlanmasını gerektiren matematiksel bir çerçevedir. Parçacık fiziğinin standart modelinde, parametreler teori tarafından öngörülen 18 parçacık ile temsil edilir, yani parametreler gözlemle ölçülür.

Bununla birlikte, bazı fizikçiler, teorinin temel fiziksel ilkelerinin ölçümden bağımsız olarak bu parametreleri belirlemesi gerektiğine inanmaktadır. Bu geçmişte birleşik bir alan teorisi hevesinin çoğunu motive etti ve Einstein'ın ünlü sorusunu ateşledi. "Evrenin özellikleri doğası gereği evrenin biçimini belirler mi, çünkü bu özellikler, eğer form farklı?

Bunun cevabı, yaratılabilecek tek bir evren değil, aynı zamanda geniş bir yelpazede temel teoriler (veya aynı teorinin farklı fiziksel parametrelere, orijinal enerji durumlarına vb. dayalı farklı varyantları) ve evrenimiz bunlardan sadece bir tanesidir evrenler.

Bu durumda soru, evrenimizin neden yaşamın varlığına izin vermek için bu kadar ince ayarlanmış gibi görünen özelliklere sahip olduğu olur. Bu soruya ince ayar problemi ve bazı fizikçileri antropik ilke evrenimizin sahip olduğu özelliklere sahip olduğunu belirten bir açıklama için, eğer farklı özelliklere sahip olsaydı, soruyu sormak için burada olmazdık. (Smolin'in kitabının en büyük itici gücü, bu bakış açısının özelliklerin bir açıklaması olarak eleştirilmesidir.)

Evrende hala bir takım gizemler vardır, ancak çoğu vex fizikçisinin karanlık madde ve karanlık enerjidir. Bu tür madde ve enerji yerçekimi etkileri tarafından tespit edilir, ancak doğrudan gözlemlenemez, bu yüzden fizikçiler hala ne olduklarını anlamaya çalışıyorlar. Yine de, bazı fizikçiler bu çekimsel etkiler için alternatif açıklamalar önermişlerdir, yeni madde ve enerji biçimleri gerektirmeyen, ancak bu alternatiflerin çoğu için popüler değildir fizikçiler.

Tarafından düzenlendi Anne Marie Helmenstine, Doktora