Einstein'ın 30 yıllık boşa harcanan hayatı, 20. yüzyılda bilim camiasının en büyük pişmanlığıdır.
Einstein, Arşimet ve Newton'u takip eden büyük bir bilim adamıydı. Görelilik teorisinin 20. yüzyılın en büyük başarısı olduğu söylenebilir. Görelilik teorisi ve kuantum mekaniği fiziğe devrim niteliğinde değişiklikler getirdi. Birlikte modern fiziğin temelini attılar. Görelilik teorisi, insanlığın "sağduyu" evren ve doğa kavramını büyük ölçüde değiştirmiş ve "eşzamanlı görelilik", "dört boyutlu uzay-zaman" ve "eğimli uzay-zaman" gibi yeni kavramlar önermiştir.
Bununla birlikte, neredeyse tüm Einstein'ın en büyük başarıları 1920'den önce tamamlandı ve o zamandan beri çarpıcı sonuçlar alınamadı.Birçok kişi Einstein'ın teolojiye bağımlı olduğunu söylüyor. Aslında, Einstein Maxwell'i takip etmeye devam etmedi. Yol, evrenin birleşmesini tamamlamak istiyor.
Bir keresinde, dünyanın en büyük iki fizikçisini seçersek şüphesiz Newton Einstein'ın seçileceğini söylemiştik.Bir kişi makroskopik dünyanın mekanik sistemini inşa etti ve diğeri bizi mikroskobik dünyaya götürdü ve geniş evreni keşfetti. Ve bu ikisini birbirine bağlayan şüphesiz Maxwell, eski çağın sonlandırıcısı ve yeni çağın öncüsü.
Kurduğu elektromanyetik alan teorisi elektrik, manyetizma ve optiği birleştirir. 19. yüzyılda fiziğin gelişiminin en görkemli başarısı ve fizik tarihindeki ilk birleşimdir.Maxwell olmadan modern bir medeniyet olmayacağı söylenebilir.
Bir zamanlar Cambridge'li bir fizikçinin bir zamanlar Einstein'a iltifat ettiği ve "Newton'un omuzlarında duruyorsunuz" dediği söylenir, ancak Einstein cevap verdi: Hayır, Maxwell'in omuzlarında duruyorum!
Einstein'ın ömür boyu sürecek bilimsel araştırma yolu, Maxwell'in bitmemiş yolunu takip etmekti.Özel görelilik teorisi, Maxwell'in elektromanyetik teorisi ile klasik mekanik arasındaki çelişkiyi çözmek için açık bir şekilde oluşturulmuşken, genel görelilik teorisi önceki fikirlerin bir devamı idi. Ve hayatının enerji araştırmalarının yarısını tüketen birleşik alan teorisi, aynı zamanda yerçekimi ve elektromanyetik alanları birleştirmeyi amaçlayarak fizik tarihinin ikinci birleşimini gerçekleştirir.
Alan teorisi kavramı da Maxwellin elektromanyetik alan teorisinden kaynaklanmıştır. Maxwellin elektromanyetik alan teorisinin temel kavramı "alan" dır. Uzayın belirli bir alanında, belirli özelliklere sahip bir nesne, kendisiyle temas halinde olmayan benzer nesnelere kuvvet uygulayabilir. , Bu "alan" dır. Daha sonra yüklü bir nesne, diğer yüklü nesnelere bir kuvvet (polariteye bağlı olarak çekici veya itici bir kuvvet) uygular. Mıknatısın etrafında manyetik alan var.
manyetik alan
Makroskopik alanın varlığından etkilendiği için (moleküllerin, atomların, elektronların vb. İç yapısını veya mekanizmasını içermediği için, Maxwell'in fizik araştırması dönemi mikroskobik alanın derinliklerine inmemiştir) Maxwellin elektromanyetik alan teorisi, alanın anlaşılması konusunda hala belirsizdir. "Alan" fazında, elektrik kuvveti ve manyetik kuvvet çizgileri yalnızca elektrik ve manyetik alanların makroskopik özelliklerini tanımlar, ancak alanın doğasını ve kaynağını netleştirmez.
Bununla birlikte, Maxwell'in elektromanyetik alan teorisi, elektrik ve manyetizmanın etkilerini birleştirir.Tarihte birkaç etkileşimin ilk birleşik teorisidir. O dönemde birçok fizikçi Newton'un "süper mesafe kavramı" nın zincirlerinden kurtulmayı başardı ve elektromanyetik eylem ile yerçekimi eyleminin hem "yakınlık eylemi" olduğu fikrini kabul etmeye başladı.
Daha sonra fizikçiler onu mikroskobik alana koyarlar, bir yük hareket ettiğinde diğer yük hemen algılanmaz. İlk yük bir tepki kuvveti oluşturacak ve momentum kazanacaktır, ancak ikinci yük, birinci yükün hareketinin etkisi ışık hızında ve verilen momentumda ikinci yüke aktarılıncaya kadar indüklenmeyecektir. İkinci yük hareket etmeden önce momentum alanda gizlidir. O halde bu elektromanyetik alanların varlığını açıklıyor. Daha sonra alan kavramı modern fiziğin paradigması haline geldi.
Özel görelilik teorisinde Einstein, doğada elektromanyetik dalgalar için ortam olmadığını ileri sürdü.Elektromanyetik alanın kendisi ortamdır.Einstein, alanın belirli bir uzay-zaman bölgesinde ne elektromanyetik radyasyon ne de maddi parçacıklarla belirli bir duruma sahip olduğunu öne sürdü. Buna "vakum" denir. Einstein, alanın maddenin var olduğu uzay olduğunu söyledi. Maddi uzay-zaman ortamında çeşitli faktörlerin etkileşimi olarak tezahür eder.
Bu temelde, Einstein alan görüşünü yerçekimi teorisine dahil etti ve genel görelilik teorisini yarattı. Genel görelilik teorisi, birleşik alan teorisi çalışmasında bir yükselişi tetikledi.
Çünkü genel görelilikte yerçekimi alanı, uzay-zamanın eğriliği olarak tanımlanır, artı o sırada bilinen temel etkileşimler yalnızca yerçekimi ve elektromanyetik etkilerdir. Bu nedenle, sayısız bilim insanı, Maxwell'in ardından büyük birleşmeyi tamamlayan bir sonraki kişi olmak istiyor.
Örneğin, Weyl, Einsteinın genel görelilik teorisinin simetrisinden ilham aldı ve Maxwellin elektromanyetik alan denklemlerinin de Einsteinın alan denklemleri gibi temel bir simetriye karşılık gelmesi gerektiğini fark etti. Weyl "ölçek" adlı bir yöntem geliştirdi "Değişmezliğin" simetrik dönüşümü, simetri açısından başlayarak ve normların değişmezliğine dayanan yerçekimi ile elektromanyetik kuvveti birleştirmeyi amaçlamaktadır. Yerçekimi ve elektromanyetik etkileri birleştirme büyük hedefini başaramamasına rağmen, alan teorisini ölçmeyi doğurdu.
1930'larda, yerçekimi ve elektromanyetik etkilerin entegrasyonunun sağlanmasındaki gecikme nedeniyle, kuantum mekaniğinin sürekli ampirik çalışmalarıyla birleştiğinde, birçok fizikçi kuantum mekaniğine yöneldi, bu nedenle birleşik alan teorisi üzerine araştırma yavaş yavaş zayıfladı ve birleşik alan zaten birleşti. Teori üzerine yapılan araştırmanın fizik üzerinde çok az etkisi vardır, ancak diferansiyel geometrinin gelişimini teşvik etmede önemli bir role sahiptir.
Ancak Einstein pes etmedi. 1920'lerden beri, kendisini birleşik alan teorisi çalışmasına adamıştır. Nobel Ödülü'nü kazandıktan sonra, Einstein bir keresinde "iki alan (kılavuz kuvvet alanı ve elektromanyetik alan) birbirinden bağımsızdır. "Birlik arayan zihni tatmin edemez" in varlığı "Matematikte, yerçekimi alanı ve elektromanyetik uzunluğun aynı alanın sadece farklı bileşenleri olduğu birleşik bir alan teorisi arıyoruz."!
Einsteinın genel görelilik teorisinin yerçekimi alanını tanımlamak için Riemann geometrisini kullandığını biliyoruz.Kütleçekim alanını tanımlamak için Riemannian eğri uzay-zaman geometrisini kullandı, yerçekimi alanındaki fiziksel yasaları verdi ve ardından yerçekimi alan denklemini önerdi. .
Einstein, yerçekimi alanının Riemann geometrisi tarafından tanımlanabileceğinden, yerçekimi ve elektromanyetik etkilerin birleşimini tamamlamak için yeni bir geometri olması gerektiğine inanıyordu.
,
1929'da "Birleşik Alan Teorisi Üzerine" adlı yeni bir makale yayınladı. Bu makale, uzay-zaman manifoldunun Riemann metriğine ek olarak mutlak paralelliğe sahip olması koşuluyla birleşik bir yerçekimi ve elektromanyetik kuvvet teorisi elde etmeye çalıştı. O sıralarda Einstein bu yazıyla gurur duyuyordu ve 5 Ocak 1929'da yakın arkadaşı M. Besso'ya yerçekimi ve elektromanyetik etkilerin birleşmesinin başarıldığını düşünerek yazdı.
Bununla birlikte, durum Einstein'ın beklediği gibi değil ve yerçekimi ile elektromanyetik kuvvetin birleşmesi önemli bir ilerleme kaydetmedi. Daha sonra Einstein, Kaluza-Klein teorisine döndü.Kaluza, erken birleşik alan teorisi araştırmasının temsilcisiydi.T. Kaluza ve O. Klein elektromanyetik potansiyeli beş boyutlu bir uzay-zaman metriği olarak gördü. Tensörlerin kısmi bileşenleri için, Einstein'ın düşündüğü gibi yerçekimi ve elektromanyetik etkileri birleştirmek için yeni bir geometrik teori oluşturmadı, ancak Riemann geometrisini 4 boyuttan 5 boyuta genelleştirdi. Devrim niteliğinde yüksek boyutlu uzay kavramını ortaya koydu.
Einstein, 1931'den 1941'e kadar 10 yılını Kalucha-Klein teorisiyle başlamak için harcadı, ancak başarılı olamadı. Bu sırada Einstein, alan teorisini birleştirmek için yaklaşık 20 yıl harcamıştı. 1945'te, "Göreceli Yerçekimi Teorisinin Bir Uzantısı." Bu girişimin mantıklı olduğuna inanıyordu, ancak fiziksel bir test vardı. zor.
Bu sırada Einstein, Kopenhag Okulu'ndan Bohr ile tartışmaya devam etmenin yanı sıra, zaman zaman yerçekimsel dalgaları ve görelilik denklemlerini de araştırdı.Örneğin, 1952'de "Görelilik ve Uzay Problemleri" ni yayınladı. Zamanın çoğunun birleşik alan teorisinde harcandığı söylenebilir.
Bu gerçekten üzücü ... O zamanlar, Kopenhag Okulu'nun kuantum mekaniği teorilerinin birçoğu zaten deneysel tartışmalara maruz kalmıştı, ancak, Einstein'ın Kopenhag Okulu tarafından kuantum mekaniğine ilişkin yorumu hâlâ kısasa kısas durumundaydı. Dahası, birleşik alan teorisi çalışması şu anda artık fizik araştırmalarının ana akımında değildi ve Einstein, hayatının sonraki 20 yılı boyunca fizikte çok izole edildi.
18 Nisan 1955'te Einstein öldü ve hayatının yarısını üzerinde çalışarak geçirdiği birleşik alan teorisi başarısız oldu. Einstein son 30 yılını başka araştırmalar için harcasaydı, fizik camiasının itici gücü çok büyük olurdu.
Einstein'ın birleşik alan teorisinde neden başarısız olduğunu ayrıntılı olarak tartışın, çünkü o sırada bilinen tek temel etkileşim yerçekimi ve elektromanyetik etkilerdi. Zayıf etkileşim, 1930'larda, zayıf etkileşimi etkileşimde yer alan dört parçacık (nötronların bozunmasındaki nötronlar, protonlar, elektronlar ve nötrinolar gibi) arasındaki bir nokta olarak gören Fermi'nin teorisi tarafından önerildi. Etkileşim ve zayıf etkileşim kavramı hala çok belirsizdi.
1954 yılına kadar Yang Zhenning ve Mills, benzersiz bir yaklaşıma öncülük etti.Artık yerçekimi ve elektromanyetik kuvveti birleştirmekle sınırlı kalmıyorlardı, zayıf etkileşim ve elektromanyetik kuvvetle başlamak istiyorlardı.Weyl temelinde, elektromanyetik etki yerel normların değişmezliği tarafından belirleniyordu. Karar kavramı, değiştirilemeyen yerel simetri gruplarına genişletilmiştir. Normların değişmezliğinin elektromanyetik ve diğer etkilerin ortak doğası olabileceği ve böylece norm ilkeleriyle çeşitli etkileşimleri birleştirmenin yeni bir yolunu açtığı ortaya çıktı. Yang Zhenning, gösterge alanı teorisini mükemmelleştirdi ve fizik topluluğu, Einstein'ın birleşik alanı çalışmasından, fizikte yeni bir trend haline gelen ölçüm alanı teorisine resmi olarak değişti. Daha sonra, birçok insan, gösterge alanının birleşik dört güce ulaşma olasılığının en yüksek olduğuna inanıyordu.
Young Mills denklemi
Daha sonra Li Zhengdao, Yang Zhenning, Wu Jianxiong ve diğerleri zayıf etkileşimin paritesi ve CP'sinin korunmadığını kanıtladıktan sonra, fizikçiler kuantum alan teorisine dayanan zayıf bir etkileşim teorisi kurmayı düşündüler. Amerikalı bilim adamı Glashow, elektromanyetik ve zayıf etkileri matematiksel bir çerçevede birleştirmek için gösterge alanını kullanma yöntemini ilk ortaya atan kişiydi. 1968'de Weinberg ve Salam, Glashaw elektrozayıf birleşik modeline dayalı birleşik bir elektrozayıf model oluşturdu. Teoriyi mükemmelleştirmek için, teorileri birçok deneyde onaylandı ve birleşik elektrik ve zayıf teorisi, deneylerle oldukça titizlikle test edilmiş bilimsel bir teoridir.
Dört temel etkileşim arasındaki güçlü etkileşim 1973'te önerildi. O zamanlar, elektromanyetik kuvvetin elektromanyetik alan teorisi zaten kuantum elektrodinamiğine dönüştürülmüştü ve güçlü etkileşimler kuantum kromodinamiğini ve zayıf etkileşimler Fermi noktası etkileşim teorisini içeriyordu. . Glachow, birleşik elektrik zayıflığı teorisine dayanarak, üçünü zayıf, elektrik ve güçlü arasındaki üç etkileşimi tanımlayan birleşik bir teori içinde birleştirir. İnsanlar ayrıca gösterge alanı teorisini genişletti ve başarılı bir şekilde birleşik bir matematiksel biçimsel çerçeve sağladı - elektromanyetik etkileşimler için standart model, zayıf ve güçlü etkileşimler ve tüm maddeyi oluşturan temel parçacıklar. Bu teori seti, doğanın üç temel kuvvetinin deneysel öngörülerini doğru bir şekilde ifade eder.Bu, SU (3) × SU (2) × U (1) ayar grubu ile bir ayar alanı teorisidir.
Standart model altında temel parçacıklar
Bu nedenle, Einstein birleşik alan teorisini zamanın çok ötesinde olduğu için neden tamamlamadı.O zamanlar, dört temel etkileşimdeki güçlü kuvvet ortaya konmamıştı ve zayıf kuvvet kavramı açık değildi.Einstein, görelilik teorisi nedeniyle seçti. Bunların en zoru, başlangıç noktası olarak yerçekimi. Biliyorsunuz, standart model henüz yerçekimini tanımlamadı. Ve birleşik elektrik zayıflığı teorisi ile karşılaştırıldığında, standart modelin birleştirilmesi olgun olmaktan uzaktır ve yalnızca teorik bir çerçeveye yerleştirilmiştir.
Ek olarak, Einstein ve arkadaşları geometrik bir bakış açısıyla gelişti, maddenin uzay-zaman özelliklerini daha fazla düşündüler, maddenin kuantum doğasını görmezden geldiler ve birçok deneysel veriye göz yumdular.Ayrıca, Kopenhag Okulu'nun kuantum teorisinin farkında değildi. Kuantum alan teorisinin teorik sonuçlarını kabul etmedim ve absorbe etmedim.Her zaman elektromanyetik alanı geometrikleştirmeye ve elektromanyetik alanı ve yerçekimi alanını geometrik bir alan olarak kurmaya çalıştım, Einstein'ın başarısızlığının nedeni buydu.
Her halükarda, Einsteinın ısrarcı keşif ruhu çalışmamıza değer, ancak bu 30 yılı diğer araştırma alanlarında geçirirse veya Kopenhag Okulu'nun kuantum mekaniği yorumunu kabul ederse, Einsteinın kuantum mekaniğini yeniden inceleyecektir. Bilgelik, bugünün fizik dünyası büyük ölçüde değişecek mi?
