Tarihte en çok beyin yakan fizik bilimi, anında yükseliyor
Bu muhteşem bir fizik destanı, bu gelecek nesiller için muhteşem bir isimler dizisi. Bunlar: Newton, Gauss, Riemann, Maxwell, Einstein, Yang Zhenning, Ramanujan, Hawking, Witten ... (Bekleyin, son on yılda eğlence versiyonunda beklenmedik bir şekilde Bay Yang'ı görebiliriz. Bu ustalarla karşılaştırabilir misiniz? Evet! Adını Öğretmen Yang ve öğrencilerinden alan Yang-Michang, Standart Model , Dört doğal kuvvetten üçü başarıyla açıklandı ve entegre edildi. Öyleyse, bu zeki beyinler ne kadar zeki?
Genel olarak şu sonucu kabul ediyoruz: Mevcut evrenimiz İngilizcede Big Bang denen bir büyük patlamadan kaynaklandı! Ancak atomik fizikçiler bu tür temel sağduyuya son vermemelidir.
Yaratılış anının şu evrimsel aşama olduğunu size söyleyecektir:
Başka bir deyişle: her şey 10E ^ - 43 saniyede başlar ... (10 eksi 43 saniye, aynı zamanda Planck zamanı olarak da bilinir, insanlığın bildiği en küçük zaman vardır. Planck zamanı = Planck uzunluğu / ışık hızı. Işık hızının tanımlanmış değeri: c = 299792458m / s = 299792.458km / s.) Lütfen bunun ölçülen bir değer değil, tanımlanmış bir değer olduğuna dikkat edin.
Eve daha yakın, yaratma anı:
§ Oluşturma Zaman Çizelgesi
# 10E 43 saniye, on boyutlu evren dört boyutlu bir evrene ve altı boyutlu bir evrene bölünüyor. Altı boyutlu evren çöktü ve 10E-32 metreye kadar küçüldü. Dört boyutlu evren (bugün içinde bulunduğumuz evren) hızla patladı ve bu zamandaki sıcaklık 10E32 (10 üzeri 32. kuvvet) derece kadar yüksekti;
# 10E 35 saniye, birleştirici kuvvet parçalanır;
# 10E 9 saniye, elektrik zayıflığı simetrik olarak parçalanır, bu zamanda sıcaklık 10E15 derecedir;
# 10E 3 saniye, kuarklar yoğunlaşmaya başlar, nötronlar ve protonlar belirir, bu zamanda sıcaklık 10E14 derecedir;
# 3 dakika, protonlar ve nötronlar kararlı bir çekirdeğe yoğunlaşmaya başlar;
# 300.000 yıl içinde elektronlar çekirdek etrafında yoğunlaşmaya başladı ve ilk atom ortaya çıktı;
# 3 milyar yıl, ilk kuasar ortaya çıktı;
# 5 milyar yıl, ilk galaksi ortaya çıktı;
10-15 milyar yıl, güneş sistemi doğdu ve milyarlarca yıl sonra yeryüzünde ilk yaşam ortaya çıktı.
Bu çizelge, büyük bir tanrı tarafından yazılmış bir bilim kurgu romanı mı? HAYIR! Bu, birçok bilim adamının fikir birliği haline gelen yaratılışın zaman çizelgesidir.
Gerçekte, tabloda belirtilen büyüklük sırasındaki zaman, uzunluk, sıcaklık vb. Hiçbiri doğrudan ölçülemez, çünkü insan teknolojisi ve araçlarının mevcut düzeyi bu büyüklük düzeyine ulaşmaktan çok uzaktır. Ancak, insan zihni yaptı ... Bu çizelgedeki her sayının arkasında bir grup titiz formül ve hesaplama vardır: Bir grup tanınmış ya da bilinmeyen fizikçi ve matematikçi vardır. Onlar insanlarımızın en zeki beyinleridir.
Zaman çizelgesindeki ilk etkinliğe geri dönersek, "On Boyutlu Evren Ayrımı", bugünkü temamız bu: Hiper boyutlu uzay . Bilim adamlarının dünyanın kökenini iki yüz yıldır nasıl keşfettiklerine bir göz atalım. Öncelikle önemli bir kavramı açıklığa kavuşturalım:
Boyutlar ve çok boyutlu evren
Düz bir çizgi üzerinde yürüyen bir tırtıl yalnızca ileri geri hareket edebilir. Bu nedenle, düz bir çizgi veya bir eğri diyoruz: Tek boyutlu uzay
Bir amip, küresel yüzey üzerinde ileri, geri, sola ve sağa hareket edebilir, bu nedenle düzlem veya eğimli yüzey diyoruz: İki boyutlu uzay
Uzayımızda bir kuş aşağı yukarı hareket edebilir, bu nedenle bizim yerimize: Üç boyutlu uzay
(Tek boyutlu zamana ek olarak, dünyamız dört boyutludur, topluca uzay-zaman olarak adlandırılır. Bu uzay-zamanda bir noktayı doğru bir şekilde kalibre etmeniz gerekir; Huaihai Yolu, Madang Yolu kavşağı, ikinci kat, öğleden sonra saat 4 gibi dört sayıya ihtiyacınız vardır. .)
Böyle devam ediyor
Biri size çok boyutlu bir uzayda (dört boyutun üstünde) insanların bir bakışta kasamıza veya evimize, tıpkı iki boyutlu bir düzlemdeki bir daireye baktığımız gibi baktıklarını söylerse, şaşırır mısınız? , Düşünülemez mi, tüyler ürpertici mi?
Elbette, "görmek inanmaktır" için bu aslında felsefi bir problemi içerir. Görmek gerçekse, yüksek boyutlu nesneler gerçek değildir. Ama başka bir bakış açısına göre, insanlar sadece bir tür hayvandır ve düz ameba sadece iki boyutlu dünyayı algılayabilir. Algılayabildiğimiz sözde '' gerçekliğin bizimle sınırlı olmadığını nasıl kanıtlayabiliriz? Kendi bilişsel koşullarınız mı?
Kabul edilmesi gereken gerçekler şunlardır: İnsan beyni ve gözleri yalnızca üç boyutlu uzayda ve dört boyutlu uzay-zamanda çeşitli durumlarla başa çıkmak için evrimleşti, bu nedenle yüksek boyutlu uzaydaki nesneleri tanıma ve çözme yeteneğine sahip değiller.
Süper sicim teorisi, evrenin gerçek uzay-zamanının aslında on boyutlu bir uzay olduğuna inanır.Dört boyutlu uzay, Einstein'ın uzay-zaman manifoldudur (yani, günlük yaşam alanımızdır) ve ona "dik" olan başka bir uzay vardır. Küçük altı boyutlu bir manifold. Bu on boyutlu uzayda, dikey ve yatay yönlerde bir tür en küçük akor birimi vardır. İçin benzetme On boyutlu uzay, evrendeki büyük piyanonun ses kutusudur.Bu telleri koparmak farklı perdeler ve tınılar yaratır, böylece farklı temel parçacıklar üretilir ve sonra tüm madde ve kuvvetler geliştirilir. (Süper sicim teorisinden farklı olan en son M teorisi, evrenin on birinci boyuttan evrimleştiğine inanmaktadır.)
Yalnızca dört doğal kuvvet
Bilim adamları, iki bin yıldır, evrenimizdeki tüm olayların dört kuvvete basitleştirilebileceğini keşfettiler:
1, Elektromanyetik güç (Elektromanyetik kuvvet): Toplu olarak elektromanyetik kuvvet olarak adlandırılan elektrik, manyetizma ve ışığın kendisi dahil. Aynı pozitif ve negatif yük (manyetik seviye) itici bir kuvvettir, tersi ise çekici bir kuvvettir. Fotonların geçirdiği elektrik miktarı ile orantılıdır ve mesafe ile ters orantılıdır. Uzun menzilli kuvvet, dört kuvvet arasında ikinci en güçlü kuvvet.
2, Güçlü nükleer güç (güçlü nükleer kuvvet): Gluonlar tarafından iletilen kuarklar arasındaki çekimdir (çekirdekteki proton ve nötronların bağlanmasının ek etkisi mezonlar tarafından iletilir). Etkili mesafe içinde, mesafe ne kadar büyükse, kuvvet o kadar büyük olur. Dört kuvvetin en güçlüsü olan kısa menzilli kuvvet, aynı zamanda yıldız yanma enerjisinin doğal gücüdür.Bir hidrojen bombasının patlaması, güçlü nükleer kuvvet prensibini kullanır.
3. Zayıf nükleer güç (zayıf nükleer kuvvet): Zayıf nükleer kuvvet, beta bozunması gibi bozunmaya neden olan kuvvet olan bazı radyoaktif maddelerin bozunma formunu etkiler. Higgs parçacıkları (W +, W-, Z0) tarafından iletilir, daha zayıf, kısa menzilli kuvvet, kuark seviyesindeki parçacıklara etki eder. Dört kuvvet arasında üçüncü en güçlü olanıdır.
4. Yerçekimi (yerçekimi kuvveti veya yerçekimi): Yerçekimi kuvveti ile iletilir ve kütle ile orantılıdır ve mesafe ile ters orantılıdır. Uzun menzilli kuvvet, dört kuvvetin en zayıfıdır.
Neden doğal güçleri birleştirmeliyiz?
İnsanlar tüm güçleri tek bir süper güce entegre ettikten sonra, bu zamanda hangi atılım yapılacak. Bu noktada fizikçiler Paul Davies Şöyle yazdı: "Zamanın ve uzayın yapısını değiştirebiliriz, evrendeki her şeyin içini ve dışını anlayabiliriz ve maddeyi düzenli hale getirebiliriz. Süper kuvveti kontrol ettikten sonra, daha önce görülmemiş madde biçimleri yaratmak için parçacıkları keyfi olarak birleştirebilir ve değiştirebiliriz. Uzayın boyutlarının sayısını kontrol edebilir ve inanılmaz özelliklere sahip yapay bir dünya yaratabiliriz. Evrenin efendisi olacağız. "
İnsanların "iktidar" üzerindeki ustalığının tarihine bir göz atın:
İnsanlar on milyonlarca yıldan fazla bir süredir doğmuştur. Zamanın% 99,99'unda insanların ustalaşabileceği enerji, muhtemelen yalnızca ellerin ve kasların gücüdür. Sekizde bir beygir gücü
Yüz bin yıl önce el aletlerinin icadıyla insan enerji çıktısı ikiye katlandı, Bir ve bir çeyrek beygir gücü
Newton bulundu Yerçekimi ile Hareket kanunu , Mekaniğin iyi organize edilmiş bir denklem sistemi halinde basitleştirilmesine izin verin. Modern mekanik ilkeler buhar makinesini doğurdu ve insanların tuttuğu enerji onlarca ila yüzlerce beygir gücüne ulaştı;
Maxwell Formülü Edison, insanlık gibi aydınlanmış mucitler elektrik enerjisi çağına girmiş ve enerji seviyesi insanların hayatını büyük ölçüde değiştiren bir sıçrama yapmıştır.
Einstein'ın Görelilik Teorisi İnsanlığa nükleer enerji kullanımı çağını açtı ve insanlığın sahip olduğu enerji, üzerinde yaşadığı gezegenleri yok edebilecek kadar yükseldi.
Tarihsel olarak: İnsanlar doğal bir gücü kontrol ettiklerinde, insanların kontrol edebileceği enerjiyi büyük ölçüde artırabilir ve tüm toplumun çehresini değiştirmesine neden olabilir. Peki gelecekteki insanların ne kadar enerjiye ihtiyacı olacak? 10E 2 milyar elektron volt başladı, akımın 100 milyar katından fazla. Aksi takdirde uzayı büküp uzak yıldızlararası gezinme sorununu çözemeyeceğiz ya da evrenin çöküşü anında altı boyutlu evreni açıp yıkım felaketinden kaçmaya yetecek kadar enerji olacaktır.
Aşağıda, dört doğal kuvvetin insan entegrasyonu sürecini kronolojik sırayla gözden geçirelim:
1
Einstein'ı destekleyen dev Riemann
Newton bir keresinde şöyle demişti: " Diğerlerinden daha ötesini görürsem, bunun nedeni devlerin omuzlarında durmamdır ". Newton'un açıklamasına göre, Riemann şüphesiz Einstein'ı destekleyen devdir.
10 Haziran 1854'te yeni bir geometri seti doğdu. Riemann, Almanya'daki Göttingen Üniversitesi'nde iki bin yıldır hiç sarsılmayan Öklid geometrisini tamamen sarsan ünlü bir konuşma yaptı.
Riemann bir matematik dehasıdır ve lise yıllarında, 859 sayfalık meşakkatli bir çalışma olan "Sayı Teorisi" ni (Sayı Teorisi) sadece altı günde tamamen özümsemiştir.
Riemann, Öklid'in matematiksel işlemlerinin son derece doğru olmasına rağmen, temelinin sağlam bir mantıksal çıkarımın sonucu olmaktan çok sağduyu ve sezginin temeli olduğunu düşünerek Yunan geometrisine meydan okudu.
Örneğin, Avrupa geometrisi, bir üçgenin üç iç açısının toplamının yüz seksen dereceye eşit olduğunu söylüyor, ancak görünüşte basit olan bu problem matematik tarihinde asla kesin bir şekilde kanıtlanmadı! Dahası, eğimli bir yüzeye sahip bir dünyada isek, bu formül doğru değildir. (Bu noktada, Bay Öklid'e içten saygılarımızı ifade etmeliyiz! İhtiyarının iki bin yıldan fazla bir süre önce yazdığı "Geometri" yi her düşündüğümde, bu hala dünyanın ortaokul ders kitabıdır, ürperiyorum! Kanıtlanmış aksiyomlar, MÖ 300 yılında yaşamış bir Yunanlı bunu nasıl keşfetti? Bu dünyada "mucizeler" varsa, Bay Ou onlardan biri olmayı hak ediyor!)
Riemann'a dönecek olursak, araştırma alanı elektriğe bile uzanıyor.Elektrik ve manyetizmanın aslında aynı kuvvetin farklı temsilleri olduğuna inanıyor. Buna dayanarak, kuvvet için yeni bir çözüm geliştirdi ve Newtonun 200 yılda çığır açan ilk atılımını yaptı ve Newtonun eylem prensibini mesafeden tamamen altüst etti. Kuvvet, geometriden türetilir ve kuvvet, geometrik yapının bozulmasının neden olduğu kaçınılmaz bir fenomendir. (Newton'dan önce, bilim topluluğu, kuvvetin iki uzak nesne arasındaki anlık bir etkileşim olduğuna inanıyor. Bir nesne, belirli bir mesafeyle ayrılmış diğer nesnelerin hareketini anında etkileyebilir.)
Riemann'ın büyüklüğünü özetleyelim:
1. Çok boyutlu uzay teorisiyle tüm doğal kuvvetleri sadeleştirdi; elektriğin, manyetizma ve yerçekimi gibi, yalnızca yüksek boyutlu uzayın bükülmesinin bir sonucu olduğuna inanıyordu.
2. Sıcak deliği kavramını önerdi Riemann kesimi çoklu bağlantılı uzayların en basit örneğidir.
3. Yerçekimini tanımlamak için "alan" ı ve uzaydaki her noktanın yerçekimi alanını tanımlamak için "Riemann metrik tensörü" (Riemann metrik tensörü) kullandı. (Sözde "metrik tensör" aslında koordinatlara benzer bir sayı kümesidir.)
Riemann genç yaşta öldü ve elektrik ve manyetik kuvvetlerin alan denklemlerini bulamadı, farklı kuvvetleri tanımlamak için ne kadar alan katlanması gerektiğini hesaplamadı. Bu önemli gelişmeler Maxwell ile Einstein .
2
Einstein, Kraliyet Hafif Pilotu
1. Özel görelilik, ışık hızı sabittir E = mc²
Güneşi övüyoruz! Sadece hayatı tasarlamakla kalmaz, aynı zamanda insan zihnini de aydınlatır. Einstein, ışıkla uçan, zaman ve uzayda yolculuk eden kişidir.
Einstein çocukken sık sık sorar ve kendine basit sorularla yanıt verir: "Bir ışık demetini yakalarsanız, neye benzer? Zaman içinde donmuş statik bir ışık dalgası görür müsünüz?" Bu soru, Önümüzdeki elli yıl içinde bıraksın, İnsanlığı gizemli bir zaman ve uzay yolculuğuna çıkarın.
Einstein, on altı yaşında, dünyada ışık hızına yetişebilecek hiçbir şeyin olmadığını keşfetti. Yirmi altı yaşında bu keşfini titiz bir matematikle kanıtladı. İsviçre Patent Ofisinde alt düzey bir katip olarak, özel görelilik (özel görelilik) türetmek için Maxwell'in alan denklemlerini kullandı.
Özel görelilik teorisini tek bir cümleyle özetlemek gerekirse: Sürekli herhangi bir yapıda ışık hızı sabittir . Bu teorem yüzeyde göze çarpmaz, ama gerçekten de insan zihninin en büyük başarılarından biridir!
Einstein, ne kadar hızlanırsak hızlanalım veya kendi hızımız ne olursa olsun, insanların ölçebildiği ışık hızının aynı olduğuna dikkat çekti.
Bu sonuç için Einstein olağanüstü bir açıklama yaptı ve bu sonucun sebebinin zamanın yavaşlaması olduğuna inanıyordu! (Bu şok edici bir cümledir) Başka bir deyişle, Ne kadar hızlı hareket edersek, saatimiz o kadar yavaş gider ve göstergemiz o kadar kısa olur, bu nedenle ölçtüğümüz ışık hızı sabittir.
Einstein ayrıca şöyle düşündü: O zaman neredeyse tüm nesneler saatler ve ölçeklerle ölçülmelidir.Zaman ve ölçekler değiştiğinden, tüm fiziksel nicelikleri (niceliği) düzeltmeliyiz, böylece bir sonraki ana Sonuç: Kalite enerjiden gelir.
Bu sonuç, on dokuzuncu yüzyılda iki büyük fiziksel keşfi tersine çevirdi: Kütle ve enerjinin korunumu . O zamandan beri, kütle ve enerji tek bir birim olarak ele alındı: madde-enerji.
Yirmi altı yaşındaki Einstein, aynı zamanda ünlü olan kütle-enerji değişimi denklemini de verdi. E = mc² .
Özel göreliliğin türetilme sürecini izleyelim:
Işık hızı sabittir zaman yavaşlar kütle sabit değildir "kütle-enerji" karşılıklı dönüşüm E = mc²
Özel görelilik teorisi, "zaman-uzayı" ve "kütle-enerjiyi" birleştirir.
Einstein, "zaman-uzay" ve "kütle-enerji" yi birleştirdikten sonra, "zaman-uzay" ve "kütle-enerji" arasındaki ilişkiyi daha da düşündü. Bu, özel görelilik teorisi ve yerçekimi tarafından göz ardı edilen ivmedir.
Bu, bir sonraki büyük başarısıyla ilgili: Genel görelilik .
2. Genel görelilik, uzay kavislidir mekanik = geometri
Bir kez daha, Einstein basit bir soruyla başladı: "Bir kişi serbest düşme durumundaysa, ağırlığını hissetmez mi?" Einstein, bu basit soruyla yerçekiminin temel özelliklerine hakim oldu: ivme çerçevesi altında Doğa yasası, çekim alanı yasasıyla aynıdır. Bu sözde eşdeğerlik ilkesidir.
Einstein, eşdeğerlik ilkesiyle, ışığın hızıyla ilgili soruyu yeniden düşünür: Işık hızı yerçekiminden etkilenecek mi? Cevap evet, yerçekimi alanı ışığın yolunu bozacak.
fakat! Ancak göre Fermat'ın en kısa zaman prensibi , Işık iki nokta arasındaki en kısa zaman yolunu alacak.Einstein bir kez daha şok edici bir sonuç çıkardı: Işığın bir eğri üzerinde hareket ettiğini gözlemleyebilirsek, bu, uzayın kendisinin eğimli olduğu anlamına gelir! (Işığın bir eğri üzerinde ilerlediği öngörüsü, gelecek nesiller tarafından yapılan sayısız deneyle defalarca kanıtlanmıştır.)
Büyük Einstein ayrıca şu sonuca vardı: Kütle enerjisinin varlığı, çevreleyen zaman ve uzayın bükülmesine neden olur.
Daha önce de belirttiğimiz gibi, matematikçi Riemann kuvvet ve uzay eğriliği arasındaki ilişkiyi 1854 gibi erken bir tarihte önerdi ve önerdi Yerçekimi Alan Teorisi . Einstein, Riemann'ın araştırma sonuçlarını, fizikteki kendi yeni keşiflerini matematiksel formda ifade etmek için kullandı. Genel görelilik .
Genel göreliliğin türetilme sürecini takip edelim:
Işık bir eğri içinde hareket eder + ışık iki nokta arasındaki en kısa zaman yolunu alır uzay kavislidir "kütle-enerji" "zaman-uzay" bükülmesine neden olur mekanik = geometri
Einstein'ın büyüklüğü üçüncü denemesinde durdu!
Özel ve genel görelilikten sonra, tüm hayatı boyunca birleşik alan teorisi çalıştı. Işığı ve yerçekimini aynı anda tanımlayabilecek bir formül bulmaya çalışıyor . Maalesef sonunda başarılı olamadı.
Bu sorunun cevabı Theodor Kaluza ile Oskar Klein İki bilim adamı, dediğimiz teorileri "Cruza-Klein Teorisi" Kısacası, bu teori: Beş boyutlu uzayda ışık ve yerçekimi teorisi birleşmiştir.
Ama beşinci boyut nerede? Crucha Deyin ki: Beşinci boyut bir çembere dağıldı, hacmi atomları bile tutamayacak kadar küçük olduğundan ölçülemez. 1926'da, Klein Hatta beşinci boyutun boyutunun sadece 10E-33 cm (10 üzeri eksi 33 kuvvet) olduğu ve bu kadar küçük bir mesafeyi tespit etmek için gereken enerjinin 10E 2 milyar elektrona eşdeğer olan Planck enerjisi olduğu bile hesaplanmıştır. Volt, protonlarda bulunan enerjinin bir milyon trilyon katı.
Cruza-Klein Teorisi O zamanlar, yaygın bir ilgi ve evrensel kabul görmedi ve eğilimi yönlendiren bir başka yeni teori grubuydu: Kuantum mekaniği (Kuantum mekaniği)
3
Atom fizikçileri tarafından yapılan bir dizi keşif
. Kuantum mekaniği üç doğal etkileşim kuvvetini birleştirir
1925'te, Schrödinger (Erwin Schrödinger) ve Heisenberg (Werner Heisenberg) atomik hareketin neredeyse tam bir matematiksel tanımını veren bir grup bilim adamını temsil eder. Kuantum mekaniği .
Bu, Riemann ve Einstein'ın teorilerinden çok farklı olan doğanın güçlerini açıklayan bir dizi teoridir. Ana teorik noktaları şunları içerir:
1. Kuvvet, enerji paketlerinin (yani kuantum: kuanta) kesintili değişimiyle üretilir;
2. Farklı kuvvetlerin oluşumu, farklı kuantumların mübadelesinden gelir;
3. Aynı anda atom altı parçacıkların hızını ve konumunu asla bilemeyiz;
Bu ünlü Heisenberg'in belirsizlik teoremi Kulağa pek güvenilir gelmeyen bu teorem, yarım asırdır herhangi bir deneyin meydan okumasına dayanan bir teoremdir Şimdiye kadar hiçbir deneysel sonuç bu teoremi ihlal etmedi. Sözde atom altı parçacıklar: atomlardan bile daha küçük parçacıklar. Heisenberg'in belirsizlik yasasının felsefi önemi, her şeyin üretimini ve bileşimini, kaçınılmaz bir sonuçtan ziyade, en düşük malzeme bileşimi düzeyinden bir olasılığın tezahürü olarak yorumlamasıdır! Başka bir deyişle, sözde nesnel varoluş ve sözde kaçınılmaz sonuç yoktur. Bu, materyalizmin temel taşını tamamen sallıyor.
4. Parçacıkların sonlu bir olasılıkla tünel açması veya kuantum sıçraması ve geçilemez engellerden geçmesi mümkündür.
Güvenilmez geliyor, değil mi? fakat! Bu teori sadece deneylerle tekrar tekrar kanıtlanmakla kalmadı, aynı zamanda insanlar yarattılar bile. Tünel diyot (Tünel diyotu veya Ezaki diyotu).
Kuantum mekaniği fotonu (yani ışığın kuantumunu) örnek alır.Zayıf ve güçlü kuvvetlerin enerji kuantum değişiminden kaynaklandığına inanır ve buna "Yang-Mi Alanı" adını verir. Bu Yang Zhenning ve öğrencisi Mills. Teori 1954'te keşfedildi. 1970'lere gelindiğinde, Yang Michang nükleer maddenin tüm sırlarını açığa çıkarabilir ve atom altı parçacıklar hakkında herhangi bir deneysel veriyi açıklayabilir. Elektronlar ve ışık arasındaki etkileşimi açıklarken, doğruluğu on milyonda birine ulaşır ve bu da şöyle bilinir: Şimdiye kadarki en doğru teori! Bilimsel topluluk bu teoriye o kadar güveniyor ki ona " Standart Model "(Standart Model).
Elli yıllık geliştirmeden sonra, kuantum mekaniği dört doğal kuvvetten üçünü başarıyla entegre etti: Güçlü kuvvet + zayıf kuvvet + elektromanyetik kuvvet . Ancak dahil Yang Zhenning Ben dahil birçok bilim adamı, Standart Modelin nihai birleşik teori olmaması gerektiğine inanıyor. Bunun ana nedeni, modelin yerçekimi içermemesidir!
Tarihsel olarak şu söylenebilir: Kuantum mekaniği, atom altı parçacıkların yalnızca bazı görünüm özelliklerini sıralar, ancak kökenleri hakkında herhangi bir açıklama yapmaz.
. Onbir boyutlu uzayda dört kuvveti bütünleştiren süper yerçekimi teorisi
Bir "Her Şeyin Teorisi" (Her Şeyin Teorisi) oluşturmak için kuantum teorisi ve yerçekimini bütünleştiren bu problem, Einstein, Heisenberg ve bilim dünyasındaki diğer birçok dev dahil olmak üzere 20. yüzyılın en zeki zihinlerini hayal kırıklığına uğrattı. Ve büyük bir kase, ancak ikisi de mevcut değil.
1976'da Stony Brook'taki New York Eyalet Üniversitesi'nden üç fizikçi süper yerçekimi teorisini yazdı. Basitçe ifade etmek gerekirse, bu teorinin Riemann'ın "Metrik tensör" modeli Araştırma yapmak, Einstein'ın bilinen güçleri birleştirme hayalini neredeyse gerçekleştirdi.
On bir boyutlu metrik tensör modelinde, doğadaki neredeyse tüm parçacıkların ve kuvvetlerin dahil edildiğini buldular: Einstein'ın yerçekimi teorisi, Yang-Mei alanı ve Maxwell alanı ile kuarklar ve leptonlar . resim gösterdiği gibi:
(Şekildeki parantezler on bir boyutlu Riemann metrik tensör alanını temsil eder. Dört boyuta sadeleştirilirse, Einstein'ın yerçekimi alanıdır; boyut sayısını artırın, sonucunu çıkarabiliriz. Maxwell denklemleri ile Standart model Son olarak, on bir boyutta, dört kuvveti temsil eden tüm denklemler entegre edilmiştir. )
Süper yerçekimi teorisi model üzerindeki dört kuvveti bütünleştirmesine rağmen, kusuru, birçok anahtar düğümde belirli nicel matematiksel modellerin ve formüllerin eksikliğinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, yalnızca birleşik evren teorisine doğru yavaş yolculukta bir kaldırım taşı olabilir. Yeni ve en güçlü fizik projesi başlatıldı. Süper Sicim Teorisi
. Tüm güçleri ve doğanın kanunlarını bütünleştiren süper sicim
1968'de süper sicim teorisi tesadüfen keşfedildi. O sırada, iki genç teorik fizikçi yanlışlıkla on dokuzuncu yüzyıl matematikçisi Jura'nın CERN'deki çalışmayı tamamladığını keşfetti. Ulabeta işlevi (Euler beta işlevi) Temel parçacıkların güçlü etkileşimini tanımlamak için gereken hemen hemen tüm özellikleri karşılar.
Sicim teorisi nedir? Hayatının ikinci yarısında, Einstein birleşik bir alan teorisi, yani doğanın tüm kuvvetlerini tek bir her şeyi kapsayan matematiksel çerçevede tanımlayabilen bir teori arıyordu. Evrenin faaliyetlerinin gizemini ve bu şekilde sergilenen doğal dünyanın hareketli güzelliğini ve zarafetini ortaya çıkarmak için daha önce hiç kimsenin başarıyla başaramadığı netliği özlüyor.
Günümüzde pek çok fizikçi nihayet bu bilgiyi kesintisiz bir bütün halinde birleştirmeyi mümkün kılan bir çerçeve bulduklarına inanıyor: Tek bir teori, tüm fenomenleri tanımlayabilen bir teori, bu sicim teorisidir. Einstein'ın coşkuyla izlediği birleşik bir teori idealini gerçekleştiriyor.
Sicim teorisi, yerçekimini ve tüm temel parçacıkları tanımlamak için kullanılabilir. Temel fikirlerinden biri, elektronlar, fotonlar, nötrinolar, kuarklar vb. Gibi temel doğa birimlerinin parçacıklara benzediği, ancak aslında kemanda olduğu gibi çok küçük tek boyutlu tellerin farklı titreşim modları olduğudur. dize.
Sicim teorisindeki kozmik sicimler (sicim teorisinde sıradan sicimlerle karıştırılmaması için sicimler olarak adlandırıyoruz) belirli modlarda titreşebilir. Her titreşim modu, özel bir rezonans frekansına ve dalga boyuna karşılık gelir. Elektronlar, fotonlar, nötrinolar, kuarklar vb. Gibi tüm temel parçacıklar, kozmik dizginin farklı titreşim modları veya titreşim uyarımlı halleridir.
Her bir kozmik sicimin tipik ölçeği, Planck uzunluğu (10E-33 cm) olan temel uzunluk birimiyle ilgilidir. İp çok ince, belli bir mesafeden, telin rezonansı mı yoksa parçacığın mı olduğunu ayırt edemiyoruz. Ancak parçacığı büyüttüğümüzde, bunun bir nokta parçacığı olmadığını, bir tür titreşen ip olduğunu görebiliriz.
Süper sicim teorisine göre, parçacıklar evrenin temel öğeleri değildir. Fizik yasaları sicimlerin uyum yasalarına eşdeğerdir . Sicim teorisi geniş ve derindir ve doğanın tüm temel kanunlarını açıklayabilir.
Kısacası, evreni kozmik sicimlerden oluşan bir deniz olarak düşünürseniz, o zaman temel parçacıklar sudaki kabarcıklar gibidir, sürekli üretilir ve yok edilirler. Gerçek fiziksel dünyamız aslında kozmik sicimler tarafından oynanan muhteşem bir senfonidir! Yaşam için karmaşık bilgiler ve kodlar içeren deoksiribonükleik asit (DNA) molekülü bile ip benzeri bir yapıdır. Dize, büyük miktarda veriyi depolamanın en modern yollarından biridir.
Süper sicim teorisi ve temelde geliştirilen sicim alanı teorisi, tüm doğa kanunları ve kuvvetleri ile Fields Madalyasını (Nobel Ödülü'nün matematik ödülü yoktur ve Fields matematikteki en yüksek ödüldür) birleştirir. Witten şunları söyledi: "Fizikteki tüm büyük fikirler, süper sicim teorisinin yan ürünleridir."
4
Ramanujan on boyutlu evreni kurdu
Süper sicim teorisi, son derece geniş ve derin olan tüm fizik bilgisini içeriyor gibi görünüyor. Pek çok bilim adamı, bunun 21. yüzyılın fiziği olduğuna ve kazara 20. yüzyıla düştüğüne inanıyor, ancak insanlık henüz onu doğru bir şekilde tanımlamak için 21. yüzyılın matematiğini icat etmedi.
Büyük bir sır var: Sicim teorisini yalnızca yirmi altıncı ve onuncu boyutlarda tanımlayabiliriz, aksi takdirde bilinen fiziksel yasaları entegre etmek için sicim teorisini kullanamayız. . Bu sırrı çözen, Riemann'la kıyaslanabilecek başka bir matematik dehasıydı. Ramanujan (Srinivasa Ramanujan).
Ramanujan 1887'de Hindistan'da doğdu. Biraz inişli çıkışlıydı ve üçüncü sınıf sınavını bile geçemedi. Yirmi altı yaşında ünlü matematikçiye verdi Hardy 120 teorem içeren bir mektup yazdı. Bu zavallı ve izole Hintli arkadaşın Avrupa matematik çemberindeki herhangi bir araştırma bilgisi hakkında bilgisi yok. Bireysel yeteneklere güvenerek ve kendi yöntemlerine uygun olarak, Avrupa matematik tarihinin tüm önemli yasalarını yeniden türetmek.
Ramanujanın araştırma sonuçları, 4000'den fazla formül içeren 400 sayfadan fazla not içeren üç cilt içerir. Sonraki nesiller bu temelde özetledi Ramanu Golden Modüler Fonksiyon (Ramanujan işlevi), bu yirmi dördüncü kuvvete kadar içeren tuhaf bir matematiksel formüldür. Bu matematiksel kanıtlar: Sicim teorisi yalnızca on boyutta kendi kendine tutarlıdır. Başka bir deyişle, mevcut evrenimizi üreten yüksek boyutlu evren on boyuta sahip olmalıdır! (Sicim teorisinin ikinci devrimi 1994'te başladı. Bundan sonra doğan "M Teorisi" en son birleşik teorik model olarak kabul edilir. M Teorisi, tarihte beş farklı sicim teorisinin özünde eşdeğer olduğunun kanıtlandığına inanır. Evet, 11 boyutlu uzay-zaman M teorisinden türetilebilirler.)
Bu noktada, bu fiziksel şiir tarihi temelde sona erebilir. Riemann ve Einstein'ın yerçekimi alanından kuantum mekaniğine, süper yerçekimi teorisine, süper sicim teorisine, M teorisine, insanlık tarihindeki bu büyük zeki beyinler, evrenin gerçeğini keşfetmek için ileri gittiler ve evreni bizim için tanımladılar. Tüm doğum süreci, 10E-34 saniyeden başlayan yaratma zaman çizelgesidir.
Sicim teorisinden bu yana, bilimin içinde bulunduğumuz evreni nasıl açıkladığını birlikte görelim:
. Evrenin doğuşu
Daha önce tanıttığımız gibi, yaratılış anı "Büyük Patlama" Büyük Patlama ile başladı.10E-34 saniyeden başlayarak bugün evrenimizi oluşturmak 15 milyar yıl aldı.
Evrenin "büyük patlamasının" deneysel kanıtı esas olarak aşağıdaki dört noktayı içerir:
1. Ölçüm yoluyla Yıldız ışığı Bozulma fenomeni, yıldızların bizden yüksek hızlarda uzaklaştığını ve yıldızlar veya galaksilerin bizden ne kadar uzaklaşırsa, bizden uzaklaşma hızları da o kadar yüksek olacaklarını defalarca kanıtlamıştır;
2. "Büyük Patlama" teorik tahmini Evrendeki helyumun hidrojene oranı% 25'e yakın olmalıdır:% 75 , Gerçek ölçüm verileri tahminle oldukça tutarlıdır;
3. Radyoaktif malzemelerin bozunmasını ölçerek, Dünyadaki kayalar ve meteorlarla tarihlenebilir , Şimdiye kadar "Büyük Patlama" dan öncesine kadar izlenebilecek hiçbir nesne bulunamadı;
4. "Büyük Patlama" evrenin yankılarını üretti, Bu tür bir mikrodalga radyasyonu hala evrende yankılanıyor 1965'te insanlar bu mikrodalga arkaplan radyasyonunu (mikrodalga fon radyasyonu) tespit etti.
. Evrenin ölümü
Önce her yıldızın yaşam akışına bakalım:
Yıldızlar büyük miktarda hidrojenin bir araya toplanmasıyla oluşur ve hidrojen elementleri helyum oluşturmak üzere birleşir. Hidrojen protonlarının ağırlığı helyum protonlarının ağırlığını aştığından, hidrojen helyuma dönüştüğünde fazla kütleler olacaktır. Bu kütleler, Einstein'ın kütle-enerji formülüne dayanmaktadır. E = mc² Çekirdekleri birbirine bağlayan ve enerjinin bir kısmını serbest bırakan, güneşin parlamasını ve ısınmasını sağlayan enerji haline gelir.
Sonra, milyarlarca yıl sonra, hidrojen yavaş yavaş tükenir, nükleer fırın yavaş yavaş söner ve yerçekimi, yıldızın iki kez çökmesine neden olan baskın kuvvet haline gelir. Yıldızın sıcaklığı bu sırada keskin bir şekilde yükselecek, "kırmızı bir dev" ve ardından bir "beyaz cüce yıldız" haline gelecektir. "," beyaz cüce "patlayarak bir" süpernova "ve bir" nötron yıldızı "haline geldi," nötron yıldızı yerçekimi nedeniyle çökmeye devam etti ve sonunda "Kara delik" .
Bu süreçte yıldızın içindeki elementler "birleşik enerji eğrisi" ne göre sırayla değişir.
Bu eğriye göre yıldızdaki hidrojen elementi tekrar tekrar daha ağır bir element haline geldikten sonra demire ulaşacak ve artık ek enerji üretemeyecek. Bu sırada yıldız çöker ve çok fazla ısı açığa çıkar ve süpernova doğar. Bu şiddetli patlama olacaktır. Yıldız gövdesi patladı ve enkazları yıldızlararası uzayın her yerine serpti ve yeni yıldızları doğurmanın tohumları oldu.
Yıldızların yaşam döngüsünü anlattıktan sonra, sayısız yıldız içeren ve sayısız yıldız doğumuna ve ölümüne tanıklık eden evrenin kendisine bakalım, nereye gidecek?
göre Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi , Evrenin sonu sonsuz ağlıyor. Ya sıcaklık mutlak sıfıra yaklaşana kadar genişlemeye devam eder ya da çöker ve bir ateş topuna dönüşür. Evren sınırsız sınırları olan açık bir evren ise "buz" tarafından yok edilecek, evren sınırları olan kapalı bir evren ise ateşle yok edilecektir.
Fizikçi geçti Ortalama yoğunluk Evrenin sürekli genişleyip genişlemediğini yoksa büyük bir çöküşe mi döneceğini yargılamak için, eğer evrenin ortalama yoğunluğu 10E-29 g / cm³'den azsa, evren genişlemeye devam edecek, aksi takdirde büyük bir çöküşe girecektir.
Kuantum mekaniği Aynı zamanda protonların ve nötronların bozunması olan evrenin ölümünün başka bir senaryosunu da açıklar. Büyük birleşme teorisine göre, akıllı organizmaların bedenlerindeki protonlar ve nötronların yanı sıra güneş sistemi ve dünya da dahil olmak üzere bildiğimiz tüm maddeler er ya da geç ayrışacak.
Soru şu: Evreni üreten Big Bang'den önce ne vardı?
Yıldızların ve tüm evrenin yaşam akışını anladıktan sonra cevaplanması gereken soru şudur: bu andan önce? İlk itici güç var mı? Başka bir deyişle, Big Bang'i ateşleyen bir Tanrı var mı?
Yüzlerce yıldır, sürekli bilimsel keşiflerin birikmesiyle, din dünyasının Tanrı'nın varlığındaki ısrarı böyle bir duruma çekildi, yani Büyük Patlama'dan önce ne oldu? Newton yaşamı boyunca "ilk itme" hakkındaki bu soruyu yanıtlayamamıştı ve bunu "Tanrı'nın eli" ne atfetti.
Ama aslında, üstat olarak süper sicim teorisi ile, bugünün bilim adamları grubu sadece Büyük Patlama'nın yaratılmasından sonra (evrenin ölümü dahil) evrenin gelişimini değil, aynı zamanda Büyük Patlama'dan önce evrenin varlığını da verir. Hipotez, paralel evrenler, kara delikler, solucan delikleri ve diğer ilgili teoriler hakkındadır. Bu teoriler "ilk itme" sorusunu yanıtlarken, Tanrı'nın varlığının delilini bir kez daha sarstı.
Eski günler Nietzsche Sözler var "Tanrı öldü" ,Şu anda Hawking "Grand Design" ın ilk sayfasında ilan edildi "Felsefe öldü" Çünkü "felsefe bilimin, özellikle fiziğin modern gelişiminin hızına yetişemez." Bu son derece kibirli bir "manifesto". Demek istediği, dünyanın kökeninin tüm felsefi okulların nihai düşüncesi olduğuydu ve şimdi bilim camiası dünyanın kökeni ve evrenin gelişimi ile ilgili tüm açıklamaları vermiş, dolayısıyla felsefenin misyonu sona ermiştir.
aslında! "Materyalizm", "idealizm" ve hatta "nesnel varoluş", kuantum teorisi ve süper sicim teorisi tarafından tamamen sarsıldı!
Aynı zamanda Tanrı da Hawking "Süpürüyordu", o "Büyük Tasarım" Sonunda, yerçekimi gibi yasaların varlığından dolayı evren "yoktan bir şey haline gelebilir" ve kendiliğinden oluşan nesil, evrenin neden var olduğunu ve neden var olduğumuzu açıklayabilir. ve bu yüzden" Evrenin çalışması için fitili yakmak için Tanrı'ya dua etmeye gerek yok ". Başka bir deyişle, Tanrı artık gerekli değildir. (Lütfen Hawking'in" Philosophy Is Dead ", Zhu Qingshi'nin" Physics Steps into Zen: Dependent Origination "adlı eserine bakın)
5
Hawking, paralel evren
Kara delik Hawking'i tüm dünyada ünlü yapan araştırmadır ve bundan sonra Einsteinın klasik kozmolojisinden başlayarak kuantum kozmolojisini kurdu ve ardından önceki fizikçinin çalışmasını tamamlamak için tüm evreni nicelleştirdi. Bitmemiş iş "Birleşik Alan Teorisi", kuarklar kadar küçük, yıldızlararası galaksi ve hatta tüm evren kadar büyük tüm doğa yasalarını birleştirir. Aslında, Hawking'in teorisi evrenimizin çok ötesine geçiyor!
Yeni fikri, tüm evreni tek bir kuantum parçacığı olarak ele almak ve kozmik dalga işlevini çoklu evrenlerin (birden fazla, ancak sayısız evren) sonsuz koleksiyonunu tanımlamak için kullanmaktır. Hawking'in teorisine göre, evrenimiz sayısız paralel evrenlerden sadece biridir ve her evren, karmaşık bir solucan deliği sistemiyle diğer evrenlere bağlıdır.
Hawking haklıysa, Dünyada sayısız paralel evren var. Bu evrenlerin çoğu farklı fiziksel sabitlere sahiptir Evrenlerin çoğu ölü ve sessizdir ve yaşamı doğuran fizik yasalarına sahip değildir. . Ancak belirli bir evrende, fizik yasaları tam olarak yaşam koşullarını karşılar ve bu bizim evrenimizdir.
Bu teori doğruysa, yaşamın kökenini Tanrı'ya atfetmek zorunda değiliz.
Uzay yolculuğu ve yüksek boyutlu evrene kaçış
Yukarıda belirtildiği gibi, güneş sistemi ve hatta bu evren asla yok olmanın kaderinden kaçamayacaktır. Öyleyse, akıllı yaratıklar evrenin bir parçası mı ve dolayısıyla yok olmanın kaderinden kaçamazlar mı?
Umudumuz yatıyor On boyutlu evren ile Süper sicim teorisi !
Süper sicim teorisine göre, evrenimiz on boyutlu bir evrende doğmuştur, on boyutlu evrenin dengesiz yapısı nedeniyle, "Büyük Patlama" sırasında dört boyutlu bir evrene (şimdiki evrenimiz) ve altı boyutlu bir evrene ayrıştırılmıştır. Dört boyutlu evren hızla genişledi ve bugün evrenimizi oluşturmak 15 milyar yıl aldı; altı boyutlu evren ise keskin bir şekilde küçülerek 10E-32 cm'lik küçük bir dünyaya dönüştü.
Bu altı boyutlu evren nerede? Çevremizde! Sırf gözlemlenemeyecek kadar küçük olduğu için. Gözlemleyebilseydik, nasıl görünürdü? Adlı
.
6
Sonuç
" . "
HyperspaceThe Shape of Inner Space
