Yerçekimi nasıl üretilir? Neden büyük birleşik teori ile birleştirilemiyor?
Yerçekimi neden bu kadar güçlü, gezegenleri hareket ettirebiliyor, ama o kadar zayıf ki, basit bir buzdolabı mıknatısı bile çekiciliğine direnebiliyor? Bu soru fizik camiasını uzun zamandır rahatsız ediyor: en güvenilir teorimiz yerçekiminin nedenini açıklayamıyor Diğer temel kuvvetlerden daha mı zayıf (örneğin, elektromanyetik)?
100 yıldan fazla bir süre önce, insanlar manyetizma ve elektriğin olduğunu biliyordu. Elektrik ve manyetizmanın itme ve yerçekimi vardı, ancak insanlar hala iki kuvveti nasıl birleştireceklerini bilmiyorlardı. Birlik, matematiksel bir çerçeve ile tanımlamak anlamına geliyor. O zamanlar insanlar elektrik alanları olduğunu biliyordu ve Manyetik alan aynı zamanda elektrik alanın ve manyetik alanın birbirini nasıl etkilediğini de bilir. Daha sonra, özel görelilik teorisiyle, insanlar elektrik alanı ve manyetik alanın birlikte bir elektromanyetik alan içinde birleştirilebileceğini biliyordu (Maxwell denklemi bu özellikleri uzun bir süre ifade etse de). Elektromanyetik alan Çok özlü doğa ve elektromanyetik alanı tanımlayan orijinal denklem de çok basit bir şekilde türetilebilir.Yani şu andan itibaren, elektrik ve manyetik alanlar elektromanyetik alanın temel büyüklükleri değil, sadece bazı bileşenleridir.
İnsanlar artık güçlü etkileşimler (kuarklar arasındaki etkileşimler, gluonlar tarafından iletilen), zayıf etkileşimler (beta bozunması, leptonlar arasındaki etkileşimler, W, Z bozonları tarafından iletilen), elektromanyetik etkileşimler (yüklü parçacıklar) olduğunu biliyorlar. Fotonlar tarafından iletilen etkileşim ve yerçekimi Elektromanyetik etkileşim 1960'larda insanlar elektromanyetik etkileşimin zayıf etkileşimle birleştirilebileceğini fark etti.İki alan SU (2) * U (1) ayar simetrisini takip ediyor, Ve karıştırma gerçekleşir ve bildiğimiz şekliyle zayıf alan (W, Z) ve elektromanyetik alan (foton) haline gelir.Güçlü etkileşim henüz birleşik listeye girmedi.Güçlü etkileşimin mevcut tanımına bir tür olan kuantum kromodinamiği (QCD) denir. SU (3) teorisi "renk" olarak adlandırılan kuantum sayısına dayanmaktadır. Baryonların sayısını tahmin eden SU (5) teorisi gibi, Grand Unified Theory (GUT) adı verilen güçlü etkileşim ile zayıf elektrik etkileşimini birleştirmeye çalışan teoriler vardır. Konservatif olmayan süreç (proton bozunması), ancak şimdi deneyler tarafından reddedildi.
Özetlemek gerekirse, birleştirme, matematiksel bir çerçevede orijinal dağılımın rolünü tanımlamak anlamına gelir.Bu matematiksel çerçeve genellikle belirli bir simetriye sahiptir.
En itaatsiz yerçekimine gelince, şu anda onu kuantum teorisi kategorisine sığdırmak imkansızdır.Makroskopik yerçekimini çok doğru bir şekilde tanımlayan genel göreliliğimiz var, ancak yine de yerçekiminin mikroskobik davranışı hakkında hiçbir şey bilmiyoruz. Teorik olarak hariç Yerçekiminin kuantum davranışı makroskopik davranıştan büyük ölçüde farklı olmadığı sürece, kuantum kütleçekiminin davranışını deneysel olarak gözlemlemek son derece zordur (örneğin, ek mikroskobik boyutlar varsa, yerçekiminin kuantum etkisi makrodan doğrudan tahmin edilenden daha büyük olabilir. Şimdi genel olarak yerçekimi ve diğer etkileşimlerin Plank enerji ölçeği (10 ^ 19GeV) altında birleştiğine inanılıyor. Birleşik etkileşimi tanımlayabilecek bir tür "nihai teori" olacaktır. Mevcut standart modelimiz açıkça sadece bir modeldir. Düşük enerjide yaklaşık olarak doğru olan etkili teori.
Yerçekimi nasıl üretilir? Newton bu soruyu nasıl üreteceğine cevap veremedi. Bu aynı zamanda Einstein'ın otuz yıl geçirdiği ve sonunda pişmanlıkla ayrıldığı ve cevaplayamadığı sorudur. Şu anda, sayısız kuantum fizikçisi ve sicim teorisyeni bu unvanı mevcut fiziksel dünyanın nihai teorisi olarak görüyor. Çünkü bu soruyu cevaplamak için aslında ihtiyacınız olan: Her Şeyin Teorisi.
Evrenin, madde arasındaki en temel etkileşim olan dört temel kuvveti olduğunu söyleyerek başlayayım:
(1) Elektromanyetik etkileşim
(2) Güçlü etkileşim
(3) Zayıf etkileşim
(4) Yerçekimi etkileşimi
Tanrı parçacığı denen Higgs bozonunun keşfi, Standart Modeli tamamen doğruladı. Bu model genel olarak güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve elektromanyetik kuvvetin temel bileşimini ve tüm maddenin temel parçacıklarını açıklar. Bu üç etkileşimin nasıl gerçekleştiğini açıklamak için tek bir teori kullanmak Büyük Birleşik Teori'dir. Bu, 20. yüzyılda fiziğin en büyük başarısı olarak kabul edilebilir.
Ancak yerçekimini birlikte açıklayamadı. Bu nedenle, yerçekiminin nasıl üretildiğini bilmek için bu dört kuvveti birleştirmek için Her Şeyin Teorisinin daha yüksek bir seviyesine ihtiyaç vardır. Kimse cevabı bildiğini söyleyemese de, bazı çok ilginç hipotezler var.
Her Şeyin Teorisi, fiziğin nihai amacı olarak kabul edilebilir. Ve iki fiziksel teori sistemine aşinayız:
(1) Kuantum mekaniği
(2) Genel Görelilik
Her şeyin teorisini açıklayabilecek iki rakip onlar. Aslında rakipler, çünkü her iki teori de gelecekte her şeyin teorisine ulaşma potansiyeline sahip olsa da, mevcut tanımla ikisinin de haklı olması imkansız. Evet, doğru okudunuz, 20. yüzyılda fizikte en etkili kabul edilen bu iki teorinin her ikisi de doğru olamayacağını söylüyorum.
Ancak uygulama fiziği açısından bu bir problem değildir. Biri mikroskobik ve diğeri makroskopik olduğu için, uygulamadaki büyük farklılık nedeniyle ayrı ayrı açıklanabilir. Her ikisi de mevcut deneylerde defalarca doğrulanmış olsa da, hangisinin doğru hangisinin yanlış olduğunu söylemek zor, ancak mevcut açıklama çok "kaotik" ve mükemmel değil ve her şeyin birleşik bir teorisi değil. Ancak gelecekte tanımlarını birbirine uyacak şekilde değiştirmek mümkündür. Her neyse, sadece her ikisinin de evrenin gizeminin sadece bir kısmını açıkladığı söylenebilir.
Kuantum yerçekimi, kuantum mekaniğinin yerçekimini açıklamaya ve genel göreliliği bütünleştirmenin yollarını bulmaya çalıştığı bir teoridir. Kavramlardan biri, varsayımsal bir temel parçacık olan gravitondur. Graviton gerçekten varsa, kütlesi veya yükü olmayacak ve yerçekiminin kaynağı olacaktır. Bununla birlikte, bu varsayımsal teori, yerçekiminin kaynağını mükemmel bir şekilde açıklayıp evrensellik teorisini tamamlayabilse de, hala çok büyük deneysel doğrulama problemleri vardır. Ölçmenin temelde imkansız olduğu söylenebilir. Her neyse, gerçek ölçümü neredeyse imkansız kılan birçok temel fiziksel problemin neden olduğu hakkında daha fazla şey söylemeyeceğim. Bilimde deneylerle doğrulanamayan bir teori iyi bir teori değildir, ancak bu, hipotezin yanlış olduğu anlamına gelmez. Sadece doğrulayamayabileceğimiz söylenebilir.
Ayrıca her şeyin teorisine gelince, Sicim Teorisinden bahsetmemek imkansızdır. Şu anda en umut verici teori olduğu için, nihayet her şeyin teorisi alanına ulaşabilir. Dahası, sicim teorisi, kuantum mekaniğini ve genel göreliliği birleştirme imkanı verir. Sicim teorisinin birçok alt teorisi vardır ve bunu burada açıklığa kavuşturmak zordur. Temel olarak, evren ilk başladığında, evrenin dört kuvvetinin tümü birleşik bir temel kuvvetti.
En küçük mikroskobik boyuttaki tüm parçacıklar: Planck uzunluğu, farklı titreşimli iplere sahiptir. Bu sicimlerin farklı titreşimlerine göre farklı parçacık kütleleri ve etkileşimleri üretilir.
Ayrıca belirtilmesi gereken, Döngü Kuantum Yerçekimi teorisidir. Geçmişte bu teori sicim teorisi ile uyumsuzdu. Bununla birlikte, son yıllarda iki teoriyi birleştiren alt teoriler de var. Sicim teorisi gibi, döngü kuantum kütleçekimi teorisi de kuantum mekaniğini ve genel göreliliği birleştirmeye çalışıyor, bu nedenle hem o hem de sicim teorisi, kuantum yerçekimini açıklamaya çalışan iyi bilinen rakiplerdir. Döngü kuantum yerçekimi teorisinin temel kavramı, evrenin zaman ve uzayda nicelleştirilmesi ve Planck'ın uzunluğu ile granüler olmasıdır. Evren daireler halinde birbirine dokunmuş gibi görünüyor. Yerçekimi, belirli özelliklere sahip dairelerden kaynaklanır.
Sheldon "The Big Bang Theory" de sicim teorisine inanıyordu ve düşmanı Leslie Winkle kuantum yerçekimi çemberindendi. Yerçekiminin kaynağını açıklamaya çalışan ve her şeyin teorisi olmak isteyen çok sayıda başka hipotez ve teori var. Birçoğunun kısmen örtüşen kavramları varken, bazılarının çelişkili varsayımları vardır. Bu teori nihayet her şeyin teorisinin statüsüne yüceltilebilir mi bilmiyorum. Belki bizim neslimiz biliyor olabilir, belki evrenin gizemini asla çözemeyecek.
