Физици се опитват да обединят всички природни сили и да поправят провала на Айнщайн

През последните си години Алберт Айнщайн прекарва времето си, опитвайки се да обедини всички природни сили. Умира разочарован от това, че опитът му ще влезе в историята като най-големия му провал.

Но неуспешната мечта на Айнщайн в крайна сметка може да се превърне в негов краен триумф, тъй като малка група теоретични физици преработват старите му идеи.

Не е задължително да обединят всички сили на Вселената, но може да обяснят някои от най-належащите проблеми, пред които е изправена съвременната наука.

Най-успешната теория за гравитацията, известна на човечеството, е теорията на Айнщайн за общата относителност. Айнщайн прекарва повече от седем години в разработването й, но чакането си заслужава.

На пръв поглед общата теория на относителността е измамно проста. Цялата драма на Вселената се развива на голямата, четиримерна сцена, наречена пространство-време.

Материята и енергията – актьорите на космоса – тичат наоколо, вършейки своето, казвайки своите реплики. Материята и енергията деформират пространство-времето, което го кара да се извива. Това изкривяване от своя страна определя как материята и енергията да се движат и да се държат.

Така се пояняна общата теория на относителността! Постоянният диалог между пространствено-времевия етап и материята и енергията е това, което виждаме като сила на гравитацията.

Теорията на Айнщайн е преминала всеки тест, поради което е оцеляла цял век от раждането си. Великият учен е предсказал и обяснил странни явления във Вселената, включително огъването на светлина около масивни обекти и образуването на черни дупки.

Но именно тук се появява проблем. Когато общата теория на относителността казва, че трябва да съществуват черни дупки тя е права, но напълно се разрушава, когато се опитва да опише техните уникални свойства.

Ние нямаме описание на гравитацията в такъв субатомен мащаб, където квантовата механика да има влияние. В този мащаб, когато гравитацията стане силна и краткосрочна, общата теория на относителността дори не може да прави прогнози – математиката просто се разпада.

Освен това, астрономите са забелязали два феномена, които също не са напълно обяснени от общата теория на относителността: Повечето от материята във Вселената (така наречената тъмна материя) не взаимодейства със светлината; и разширяването на Вселената се ускорява непрекъснато (което се смята, че е причинено от все още неизвестната тъмна енергия).

За да обясним тъмната материя и тъмната енергия, имаме два избора. Или общата теория на относителността е напълно правилна, но нашият космос е изпълнен със странни нови вещества, или общата теория на относителността е напълно грешна.

Самият Айнщайн се опитва да премине границите на общата теория на относителността. Но той не е мотивиран от пъзелите на особеностите на черните дупки или от ускоряващата се Вселена, защото тогава никой не знае, че те съществуват, камо ли да бъдат големи теоретични предизвикателства.

Вместо това Айнщайн е мотивиран от по-висша цел: опит за обединяване на всички (известни) закони на физиката в една математическа рамка. В неговия случай той има гравитация от едната страна, представена от известната му обща теория на относителността, и електромагнетизъм от друга, представен от уравненията на Максуел, които описват всичко – от магнити и електрически токове до самата светлина.

В опитите си да направи супер-теория на всичко, Айнщайн въвежда Общата теория на относителността Две. Основната версия на относителността се грижи само за изкривяване на пространство-времето. Но рестартирането на Айнщайн също обърна внимание на извиването или усукването в пространство-времето. Когато Айнщайн се опитва да обясни нещо повече от гравитацията, той трябва да включи допълнителни ефекти.

Айнщайн се надява изкривяването на пространство-времето по някакъв начин да бъде свързано с електромагнетизма (по същия начин, по който изкривяването на пространство-времето е свързано с гравитацията), но уви, той не можа да намери никакви решения и новата му теория умира с него.

Но други физици никога не са се отказали от мечтата и оттогава се опитват да обединят физиката. Една от най-добре развитите концепции се нарича Теория на струните, която твърди, че всички частици са наистина малки вибриращи струни, а Вселената има допълнителни пространствени измерения, които са малки и извити.

Теорията на струните никога не се основава на оригиналната идея на Айнщайн за извитостта на пространство-времето, но сега физиците дават втори поглед на тази стара идея, която се нарича „телепаралелна гравитация“.

Името „телепаралелно“ идва от оригиналната работа на Айнщайн, която изследва същността на далечните успоредни линии в неговата геометрична рамка, изследвайки как изкривяването и извиването на пространство-времето са повлияли на движението на материята и енергията.

Днес физиците не смятат, че телепаралелната гравитация може да обедини физиката (дори самият Айнщайн в крайна сметка се е отказал от идеята), но може да е интересен кандидат за нова теория на гравитацията.

Това е така, защото теоретиците използват телепаралелна гравитация, за да обяснят неща като ускореното разширяване на Вселената, ранният период след Големия взрив, когато Вселената се раздува, наречен „инфлация“ и по-нови проблеми като наблюдаван конфликт между различни измервания на разширяването на космоса. С други думи, телепаралелната гравитация се оказва доста предсказуема.

Телепаралелната гравитация може да е интересен и полезен нов подход към гравитацията, но не ни доближава по-близо до разбирането на по-фундаментален закон на физиката.

Вместо това физиците използват езика на теорията на струните, за да свършат тази работа, така че естествено възникна въпросът: Дали Теорията на струните – която твърди, че е върхова теория на всичко – по някакъв начин се свързва с телепаралелната гравитация?

С други думи, ако телепаралелната гравитация потенциално може да реши всички тези проблеми, като тъмната материя и тъмната енергия, тече ли тя като естествена последица от теорията на струните или това са две отделни линии, които нямат никаква връзка помежду си?

Наскоро теоретиците започнаха да обвързват телепаралелната гравитация с теорията на струните, осигурявайки мотивация за теорията в жилавата Вселена, както се съобщава в статия, публикувана в списанието за предпечат arXiv през ноември.

В своята работа те показват как телепаралелната гравитация може да бъде следствие от теорията на струните. Това е важно прозрение, тъй като теорията на струните трябва да може да обясни всички закони на физиката и ако телепаралелната гравитация е по-добра версия на общата теория на относителността и в крайна сметка се окаже вярна, тогава трябва да може да се извлече телепаралелизъм от математиката на струнната теория.

Ето една аналогия. Да кажем, че полицията идентифицира оръжие за убийство на местопрестъпление (обща теория на относителността). Те имат главен заподозрян (теория на струните), който искат да свържат с оръжието за убийство. Но новият анализ на местопрестъплението разкрива, че различно оръжие (телепаралелизъм) всъщност е причинило убийството. Може ли главният заподозрян все още да е свързан с новото оръжие за убийство? Краткият отговор е: да.

Има още много работа за вършене. Теорията на струните все още не е завършена (и може никога да не бъде завършена, ако никога не бъдат открити твърди математически решения), така че всяка връзка, която може да се направи с реалността, е полезна.

Ако телепаралелната гравитация се окаже полезен начин да се обяснят някои от настоящите недостатъци на общата теория на относителността и може да се извлече телепаралелизъм от теорията на струните, тогава това е още една стъпка за постигане на крайната мечта на Айнщайн за обединение – не по начина, по който той си го е представял, но все пак обединение.

Публикувано в Live Science.

Така и така си тук …

… искаме да те помолим за услуга. Ние сме малка независима редакция, което значи, че сами си решаваме какво да правим и за какво да пишем. Нямаме абсолютно никакви зависимости към рекламодатели, собствениците ни не са милионери, нямаме никакви взаимоотношения с политици или пък бизнесмени. Никой не редактира редактора. Никой не „насочва“ мнението ни. Затова ти можеш да ни подкрепиш. Ако ни четеш редовно и смяташ, че статиите, които качваме са полезни, интересни или забавни, може да натиснеш бутона по – долу и да дариш сума по свое усмотрение.