만약... 우리가 물리학의 근본적인 문제를 해결한다면. 모든 것은 아무것도 나올 수 없는 이론을 기다리고 있다

암흑 물질과 암흑 에너지, 우주 시작의 신비, 중력의 본질, 반물질에 대한 물질의 이점, 시간의 방향, 중력과 다른 물리적 상호 작용의 통합과 같은 미스터리에 대한 해답을 제공하는 것은 무엇입니까? , 소위 모든 이론에 이르기까지 자연의 힘을 하나의 기본으로 통합하는 것입니까?

아인슈타인에 따르면 그리고 다른 많은 뛰어난 현대 물리학자들과 마찬가지로 물리학의 목표는 정확히 모든 것의 이론(TV)을 만드는 것입니다. 그러나 그러한 이론의 개념은 모호하지 않다. 모든 것의 이론으로 알려진 ToE는 모든 것을 일관되게 설명하는 가상의 물리적 이론입니다. 물리적 현상 모든 실험의 결과를 예측할 수 있습니다. 오늘날 이 문구는 일반적으로 다음과 연결하려는 이론을 설명하는 데 사용됩니다. 일반 상대성 이론. 지금까지 이러한 이론 중 어느 것도 실험적 확인을 받지 못했습니다.

현재 TW라고 주장하는 가장 진보된 이론은 홀로그램 원리를 기반으로 합니다. 11차원 M 이론. 그것은 아직 개발되지 않았으며 많은 사람들이 실제 이론보다는 개발 방향으로 간주합니다.

많은 과학자들은 "모든 것의 이론"과 같은 것이 가장 기본적인 의미에서 논리에 기반을 둔 것이 가능하다는 것을 의심합니다. 쿠르트 괴델의 정리 충분히 복잡한 논리 체계는 내부적으로 일관성이 없거나(문장과 문장의 모순을 증명할 수 있음) 불완전합니다(증명할 수 없는 사소한 참 문장이 있음). Stanley Jackie는 1966년에 TW가 복잡하고 일관된 수학적 이론이어야 하므로 필연적으로 불완전할 것이라고 언급했습니다.

모든 것의 이론에는 특별하고 독창적이며 감정적인 방식이 있습니다. 홀로그램 가설 (1) 작업을 약간 다른 계획으로 이전합니다. 블랙홀의 물리학은 우리의 우주가 우리의 감각이 우리에게 말하는 것이 아니라는 것을 나타내는 것 같습니다. 우리를 둘러싼 현실은 홀로그램, 즉 XNUMX차원 평면의 투영. 이것은 괴델의 정리 자체에도 적용됩니다. 그러나 그러한 모든 것에 대한 이론이 문제를 해결하고 문명의 도전에 맞서도록 허용합니까?

우주를 묘사하십시오. 그러나 우주는 무엇입니까?

현재 거의 모든 물리적 현상을 설명하는 두 가지 중요한 이론이 있습니다. 아인슈타인의 중력 이론 (일반 상대성 이론) i. 첫 번째는 축구공에서 은하에 이르기까지 거시 물체의 움직임을 잘 설명합니다. 그는 원자와 아원자 입자에 대해 매우 잘 알고 있습니다. 문제는 이 두 이론은 우리의 세계를 완전히 다른 방식으로 설명합니다.. 양자 역학에서 이벤트는 고정된 배경에서 발생합니다. 시공간 – w는 유연합니다. 휘어진 시공간의 양자 이론은 어떤 모습일까요? 우리는 모른다.

모든 것에 대한 통합 이론을 만들려는 첫 번째 시도는 출판 직후에 나타났습니다. 일반 상대성 이론핵력을 지배하는 기본 법칙을 이해하기 전에. 이러한 개념은 칼루지-클라인 이론, 전자기와 중력을 결합하려고했습니다.

수십 년 동안 물질을 구성하는 것으로 나타내는 끈 이론 작은 진동 줄 럽 에너지 루프, 생성에 가장 적합한 것으로 간주됩니다. 물리학의 통일 이론. 그러나 일부 물리학자는 k를 선호합니다.사장 루프 중력우주 공간 자체는 작은 고리로 구성되어 있습니다. 그러나 끈 이론도 루프 양자 중력도 실험적으로 검증되지 않았습니다.

양자 색역학과 전기약력 상호작용 이론을 결합한 대통일 이론(GUT)은 강, 약 및 전자기 상호작용을 하나의 단일 상호작용의 표현으로 나타냅니다. 그러나 이전의 대통일 이론 중 어느 것도 실험적으로 확인되지 않았습니다. 대통일 이론의 공통적인 특징은 양성자의 붕괴를 예측하는 것입니다. 이 과정은 아직 관찰되지 않았습니다. 따라서 양성자의 수명은 적어도 1032년이어야 합니다.

1968년 표준 모델은 강력한 힘, 약한 힘, 전자기력을 하나의 포괄적인 우산 아래 통합했습니다. 모든 입자와 그 상호 작용이 고려되었으며 하나의 큰 통합 예측을 포함하여 많은 새로운 예측이 이루어졌습니다. 높은 에너지에서 100 GeV(단일 전자를 100억 볼트의 전위로 가속하는 데 필요한 에너지) 수준에서 전자기력과 약력을 통합하는 대칭이 복원됩니다.

새로운 입자의 존재가 예측되었고 1983년 W 및 Z 보손이 발견되면서 이러한 예측이 확인되었습니다. XNUMX개의 주력군이 XNUMX개로 줄었습니다. 통합의 기본 아이디어는 표준 모델의 세 가지 힘과 아마도 더 높은 중력 에너지가 하나의 구조로 결합된다는 것입니다.

2. 표준 모델을 설명하는 Langrange 방정식은 다섯 가지 구성 요소로 나뉩니다.

일부는 더 높은 에너지에서, 아마도 약 플랑크 척도, 중력도 결합됩니다. 이것은 끈 이론의 주요 동기 중 하나입니다. 이 아이디어에서 매우 흥미로운 점은 통일을 원한다면 더 높은 에너지에서 대칭을 복원해야 한다는 것입니다. 그리고 그것들이 현재 깨지면 관찰 가능한 것, 새로운 입자 및 새로운 상호 작용으로 이어집니다.

표준 모델의 라그랑지안은 입자 i를 설명하는 유일한 방정식입니다. 표준 모델의 영향 (2). 그것은 1개의 독립적인 부분으로 구성됩니다: 방정식의 영역 XNUMX의 글루온에 대해, XNUMX로 표시된 부분의 약한 보손, XNUMX으로 표시된 부분은 물질이 약력 및 힉스 필드와 어떻게 상호 작용하는지에 대한 수학적 설명입니다. 네 번째 부분에 있는 힉스 필드의 초과, 다섯 번째에 설명된 영혼 파데예프-포포프약한 상호 작용의 중복성에 영향을 미칩니다. 중성미자 질량은 고려되지 않습니다.

이기는하지만 표준 모델 우리는 그것을 하나의 방정식으로 쓸 수 있습니다. 그것은 우주의 다양한 구성 요소를 지배하는 많은 분리되고 독립적인 표현이 있다는 의미에서 실제로 균질 전체가 아닙니다. 색상 전하가 전자기 및 약한 상호 작용에 영향을 미치지 않기 때문에 표준 모델의 개별 부품은 서로 상호 작용하지 않으며, 예를 들어 강한 상호 작용에서 CP 위반과 같이 발생해야 하는 상호 작용이 작동하지 않는 이유에 대한 질문에 답이 없습니다. 일어난다.

대칭이 회복되면(전위의 정점에서) 통일이 일어난다. 그러나 맨 아래에서 깨지는 대칭은 새로운 종류의 무거운 입자와 함께 오늘날 우리가 가지고 있는 우주와 일치합니다. 그렇다면 이 이론은 "모든 것 중에서" 무엇이 되어야 합니까? 즉, 실제 비대칭 우주, 또는 대칭적이지만 궁극적으로 우리가 다루고 있는 우주는 아닙니다.

"완전한" 모델의 기만적인 아름다움

The No Theory of Everything에서 Lars English는 단일 규칙 집합이 존재하지 않는다고 주장합니다. 일반상대성이론과 양자역학의 결합양자 수준에서 참인 것이 중력 수준에서 반드시 참인 것은 아니기 때문입니다. 그리고 시스템이 더 크고 복잡할수록 구성 요소와 더 많이 다릅니다. "중요한 점은 이러한 중력 규칙이 양자 역학과 모순된다는 것이 아니라 양자 물리학에서 파생될 수 없다는 것입니다."라고 그는 썼습니다.

의도적이든 아니든 모든 과학은 그 존재를 전제로 합니다. 객관적인 물리법칙물리적 우주와 그 안의 모든 것의 행동을 설명하는 기본 물리적 가정의 상호 호환 가능한 세트를 수반합니다. 물론 그러한 이론은 존재하는 모든 것에 대한 완전한 설명이나 설명을 수반하지는 않지만 검증 가능한 모든 물리적 프로세스를 철저히 설명합니다. 논리적으로 TW에 대한 그러한 이해의 즉각적인 이점 중 하나는 이론이 부정적인 결과를 예측하는 실험을 중단하는 것입니다.

대부분의 물리학자들은 연구를 중단하고 연구가 아닌 살아있는 가르침을 만들어야 할 것입니다. 그러나 대중은 아마도 중력이 시공간의 곡률로 설명될 수 있는지 여부에 관심이 없을 것입니다.

물론 또 다른 가능성이 있습니다. 우주는 단순히 통합되지 않을 것입니다. 우리가 도달한 대칭은 단순히 우리 자신의 수학적 발명이며 물리적 우주를 설명하지 않습니다.

Nautil.Us의 유명한 기사에서 프랑크푸르트 고급 연구 연구소의 과학자인 Sabine Hossenfelder(3)는 "모든 것에 대한 이론이라는 전체 아이디어는 비과학적인 가정에 기반을 두고 있다"고 평가했습니다. “이것은 과학 이론을 발전시키기 위한 최선의 전략이 아닙니다. (…) 이론의 발전에서 아름다움에 대한 의존은 역사적으로 제대로 작동하지 않았습니다.” 그녀의 견해로는 자연이 모든 것에 대한 이론으로 기술될 이유가 없습니다. 자연 법칙의 논리적 불일치를 피하기 위해 양자 중력 이론이 필요하지만 표준 모델의 힘은 통합될 필요가 없으며 중력과 통합될 필요도 없습니다. 예, 좋겠지만 불필요합니다. 표준 모델은 통일 없이 잘 작동한다고 연구원은 강조합니다. 자연은 분명히 물리학자들이 아름다운 수학이라고 생각하는 것을 신경쓰지 않는다고 Hossenfelder는 화를 내며 말합니다. 물리학에서 이론적 발전의 돌파구는 아름답고 "완성된" 모델이 아니라 수학적 불일치의 해결과 관련이 있습니다.

이러한 냉정한 충고에도 불구하고 2007년에 출판된 Garrett Lisi의 The Exceptionally Simple Theory of Everything과 같이 만물의 이론에 대한 새로운 제안이 끊임없이 제시되고 있습니다. 교수라는 특징이 있습니다. Hossenfelder는 아름답고 매력적인 시각화로 아름답게 표시될 수 있습니다(4). E8이라고 불리는 이 이론은 우주를 이해하는 열쇠는 대칭 로제트 형태의 수학적 객체.

Lisi는 알려진 물리적 상호 작용도 고려하는 그래프에 기본 입자를 플로팅하여 이 구조를 만들었습니다. 결과는 248포인트의 복잡한 XNUMX차원 수학적 구조입니다. 이러한 각 점은 특성이 다른 입자를 나타냅니다. 다이어그램에는 "누락된" 특정 속성을 가진 입자 그룹이 있습니다. 이러한 "누락" 중 적어도 일부는 이론적으로 중력과 관련이 있어 양자 역학과 일반 상대성 이론 사이의 간극을 연결합니다.

4. 시각화 이론 E8

따라서 물리학자들은 "폭스 소켓"을 채우기 위해 노력해야 합니다. 성공하면 어떻게 될까요? 많은 사람들이 비꼬듯이 특별한 것은 없다고 대답합니다. 예쁜 그림이 완성됩니다. 이 구성은 "모든 것의 이론"을 완성하는 실제 결과가 무엇인지를 보여주기 때문에 이러한 의미에서 가치가 있을 수 있습니다. 아마도 실용적인 의미에서 중요하지 않을 것입니다.