จะเกิดอะไรขึ้นถ้า... เราแก้ปัญหาพื้นฐานทางฟิสิกส์ ทุกอย่างกำลังรอทฤษฎีที่ไม่มีอะไรเกิดขึ้นได้

สิ่งที่จะให้คำตอบแก่ความลึกลับเช่นสสารมืดและพลังงานมืดความลึกลับของการกำเนิดจักรวาลธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงข้อดีของสสารเหนือปฏิสสารทิศทางของเวลาการรวมแรงโน้มถ่วงกับปฏิกิริยาทางกายภาพอื่น ๆ การรวมพลังแห่งธรรมชาติอันยิ่งใหญ่ให้เป็นหนึ่งเดียว จนถึงทฤษฎีที่เรียกว่าทุกสิ่ง ?

ตามคำกล่าวของไอน์สไตน์ และนักฟิสิกส์สมัยใหม่ที่โดดเด่นหลายคน เป้าหมายของฟิสิกส์คือการสร้างทฤษฎีของทุกสิ่งอย่างแม่นยำ (TV) อย่างไรก็ตาม แนวคิดของทฤษฎีดังกล่าวไม่คลุมเครือ ToE เป็นที่รู้จักในนามทฤษฎีของทุกสิ่ง เป็นทฤษฎีทางกายภาพสมมติที่อธิบายทุกอย่างอย่างสม่ำเสมอ ปรากฏการณ์ทางกายภาพ และให้คุณทำนายผลการทดสอบใดๆ ได้ ทุกวันนี้ วลีนี้มักใช้เพื่ออธิบายทฤษฎีที่พยายามเชื่อมโยงกับ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป. จนถึงตอนนี้ ยังไม่มีทฤษฎีใดที่ได้รับการยืนยันจากการทดลอง

ในปัจจุบัน ทฤษฎีขั้นสูงสุดที่อ้างว่าเป็น TW อยู่บนพื้นฐานของหลักการโฮโลแกรม ทฤษฎี M 11 มิติ. ยังไม่ได้รับการพัฒนาและหลายคนมองว่าเป็นทิศทางการพัฒนามากกว่าทฤษฎีจริง

นักวิทยาศาสตร์หลายคนสงสัยว่าบางสิ่งเช่น "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" นั้นเป็นไปได้ด้วยซ้ำ และในความหมายพื้นฐานที่สุด บนพื้นฐานของตรรกะ ทฤษฎีบทของเคิร์ท โกเดล กล่าวว่าระบบตรรกะที่ซับซ้อนเพียงพอใด ๆ ที่ไม่สอดคล้องกันภายใน (สามารถพิสูจน์ประโยคและความขัดแย้งในนั้น) หรือไม่สมบูรณ์ (มีประโยคจริงเล็กน้อยที่ไม่สามารถพิสูจน์ได้) สแตนลีย์ แจ็กกี้ตั้งข้อสังเกตในปี 1966 ว่า TW ต้องเป็นทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนและสอดคล้องกัน ดังนั้นทฤษฎีนี้จะไม่สมบูรณ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

มีวิธีพิเศษ ดั้งเดิม และอารมณ์ของทฤษฎีของทุกสิ่ง สมมติฐานโฮโลแกรม (1) โอนงานไปยังแผนที่แตกต่างกันเล็กน้อย ฟิสิกส์ของหลุมดำดูเหมือนจะบ่งชี้ว่าจักรวาลของเราไม่ใช่สิ่งที่ประสาทสัมผัสของเราบอกเรา ความเป็นจริงที่อยู่รอบตัวเราอาจเป็นโฮโลแกรมได้ เช่น การฉายภาพระนาบสองมิติ สิ่งนี้ใช้กับทฤษฎีบทของโกเดลด้วย แต่ทฤษฏีของทุกสิ่งดังกล่าวสามารถแก้ปัญหาใดๆ ได้ ทำให้เราเผชิญกับความท้าทายของอารยธรรมหรือไม่?

อธิบายจักรวาล. แต่จักรวาลคืออะไร?

ขณะนี้เรามีทฤษฎีที่ครอบคลุมสองทฤษฎีที่อธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพเกือบทั้งหมด: ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ (ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป) ผม. ข้อแรกอธิบายได้ดีถึงการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดมหึมา ตั้งแต่ลูกฟุตบอลไปจนถึงกาแล็กซี เขามีความรู้เกี่ยวกับอะตอมและอนุภาคของอะตอมเป็นอย่างมาก ปัญหาคือ ทฤษฎีทั้งสองนี้อธิบายโลกของเราในรูปแบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง. ในกลศาสตร์ควอนตัม เหตุการณ์จะเกิดขึ้นกับภูมิหลังที่ตายตัว กาลอวกาศ – ในขณะที่ w มีความยืดหยุ่น ทฤษฎีควอนตัมของกาลอวกาศโค้งจะเป็นอย่างไร? พวกเราไม่รู้.

ความพยายามครั้งแรกในการสร้างทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวของทุกสิ่งปรากฏขึ้นไม่นานหลังจากการตีพิมพ์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก่อนที่เราจะเข้าใจกฎหมายพื้นฐานที่ควบคุมกองกำลังนิวเคลียร์ แนวคิดเหล่านี้เรียกว่า ทฤษฎีคาลูซี-ไคลน์, พยายามที่จะรวมแรงโน้มถ่วงกับแม่เหล็กไฟฟ้า

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ทฤษฎีสตริงซึ่งแสดงถึงสสารที่ประกอบขึ้นจาก สายสั่นเล็กๆ หรือ วงพลังงานถือว่าดีที่สุดสำหรับการสร้าง ทฤษฎีเอกภาพทางฟิสิกส์. อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์บางคนชอบ kแรงดึงดูดแบบห่วงต่อสายเคเบิลซึ่งในห้วงอวกาศนั้นประกอบด้วยวงเล็กๆ อย่างไรก็ตาม ไม่มีการทดสอบทฤษฎีสตริงหรือแรงโน้มถ่วงควอนตัมของลูป

ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (GUTs) ซึ่งรวมโครโมไดนามิกของควอนตัมและทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กโตรวีก เป็นตัวแทนของปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง อ่อนแอ และแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการรวมตัวกันของอันตรกิริยาเพียงครั้งเดียว อย่างไรก็ตาม ไม่มีทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ก่อนหน้านี้ได้รับการยืนยันจากการทดลอง ลักษณะทั่วไปของทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่คือการทำนายการสลายตัวของโปรตอน กระบวนการนี้ยังไม่ได้รับการสังเกต จากนี้ไปอายุการใช้งานของโปรตอนต้องมีอย่างน้อย 1032 ปี

โมเดลมาตรฐานปี 1968 ได้รวมพลังที่แข็งแกร่ง อ่อนแอ และแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไว้ด้วยกันภายใต้ร่มอันเดียว อนุภาคทั้งหมดและการโต้ตอบของพวกมันได้รับการพิจารณาแล้ว และมีการทำนายใหม่ๆ มากมาย รวมถึงการทำนายการรวมครั้งใหญ่หนึ่งครั้ง ที่พลังงานสูง ตามคำสั่ง 100 GeV (พลังงานที่จำเป็นในการเร่งอิเล็กตรอนตัวเดียวให้มีศักย์ไฟฟ้า 100 พันล้านโวลต์) ความสมมาตรที่รวมเอาพลังแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อนกลับคืนมา

มีการทำนายการมีอยู่ของสิ่งใหม่ ๆ และด้วยการค้นพบโบซอน W และ Z ในปี 1983 การทำนายเหล่านี้ได้รับการยืนยัน กองกำลังหลักทั้งสี่กำลังลดลงเหลือสาม แนวคิดเบื้องหลังการรวมคือแรงทั้งสามของแบบจำลองมาตรฐาน และอาจรวมถึงพลังงานแรงโน้มถ่วงที่สูงกว่า รวมกันเป็นโครงสร้างเดียว

2. สมการ Langrange ที่อธิบาย Standard Model แบ่งออกเป็น XNUMX ส่วน

บางคนแนะนำว่าด้วยพลังงานที่สูงขึ้น บางทีประมาณ มาตราส่วนพลังค์แรงโน้มถ่วงก็จะรวมกัน นี่เป็นหนึ่งในแรงจูงใจหลักของทฤษฎีสตริง สิ่งที่น่าสนใจมากเกี่ยวกับแนวคิดเหล่านี้ก็คือ ถ้าเราต้องการความสามัคคี เราต้องฟื้นฟูความสมมาตรด้วยพลังงานที่สูงขึ้น และหากพวกมันพังทลายไปในตอนนี้ มันจะนำไปสู่บางสิ่งที่สังเกตได้ อนุภาคใหม่และปฏิสัมพันธ์ใหม่

Lagrangian ของ Standard Model เป็นสมการเดียวที่อธิบายอนุภาค i อิทธิพลของแบบจำลองมาตรฐาน (2). ประกอบด้วยห้าส่วนอิสระ: เกี่ยวกับกลูออนในโซน 1 ของสมการ, โบซอนอ่อนในส่วนที่มีเครื่องหมายสอง, ทำเครื่องหมายด้วยสาม, เป็นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ว่าสสารมีปฏิกิริยาอย่างไรกับแรงอ่อนและสนามฮิกส์, อนุภาคผีที่ลบ ส่วนเกินของทุ่งฮิกส์ในส่วนที่สี่และวิญญาณที่อธิบายไว้ภายใต้ห้า Fadeev-Popovซึ่งส่งผลต่อความซ้ำซ้อนของการโต้ตอบที่อ่อนแอ มวลนิวตริโนจะไม่ถูกนำมาพิจารณา

แม้ว่า รุ่นมาตรฐาน เราสามารถเขียนมันเป็นสมการเดียวได้ มันไม่ใช่ทั้งหมดที่เป็นเนื้อเดียวกัน ในแง่ที่ว่า มีนิพจน์ที่แยกจากกันและเป็นอิสระจำนวนมากที่ควบคุมองค์ประกอบต่างๆ ของจักรวาล ส่วนที่แยกจากกันของแบบจำลองมาตรฐานจะไม่โต้ตอบกัน เนื่องจากประจุสีไม่ส่งผลต่อการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการโต้ตอบที่อ่อนแอ และคำถามยังคงไม่ได้รับคำตอบว่าทำไมการโต้ตอบที่ควรเกิดขึ้น เช่น การละเมิด CP ในการโต้ตอบที่รุนแรง จึงไม่ทำงาน แทนที่.

เมื่อความสมมาตรกลับคืนมา (ที่จุดสูงสุดของศักยภาพ) การรวมกันจะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม ความสมมาตรที่แตกออกที่ด้านล่างสุดนั้นสอดคล้องกับเอกภพที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน พร้อมกับอนุภาคขนาดใหญ่ชนิดใหม่ ดังนั้น "ของทุกสิ่ง" ทฤษฎีนี้ควรเป็นอย่างไร? สิ่งที่เป็นคือ จักรวาลอสมมาตรที่แท้จริง หรือจักรวาลเดียวและสมมาตร แต่ท้ายที่สุด ไม่ใช่จักรวาลที่เรากำลังเผชิญอยู่

ความงามที่หลอกลวงของโมเดลที่ "สมบูรณ์"

ลาร์ส อิงลิช ใน The No Theory of Everything ให้เหตุผลว่าไม่มีกฎเกณฑ์ชุดเดียวที่สามารถทำได้ รวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับกลศาสตร์ควอนตัมเพราะสิ่งที่เป็นจริงในระดับควอนตัมไม่จำเป็นต้องเป็นความจริงที่ระดับแรงโน้มถ่วง และยิ่งระบบมีขนาดใหญ่และซับซ้อนมากขึ้นเท่าไร ก็ยิ่งมีความแตกต่างจากองค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบมากขึ้นเท่านั้น "ประเด็นไม่ได้อยู่ที่กฎของแรงโน้มถ่วงเหล่านี้ขัดแย้งกับกลศาสตร์ควอนตัม แต่ไม่สามารถได้มาจากฟิสิกส์ควอนตัม" เขาเขียน

วิทยาศาสตร์ทั้งหมดไม่ว่าจะโดยตั้งใจหรือไม่ก็ตามขึ้นอยู่กับหลักฐานของการดำรงอยู่ของพวกเขา กฎทางกายภาพเชิงวัตถุประสงค์ซึ่งนำมาซึ่งชุดสมมุติฐานทางกายภาพพื้นฐานที่เข้ากันได้ซึ่งอธิบายพฤติกรรมของจักรวาลทางกายภาพและทุกสิ่งในนั้น แน่นอน ทฤษฎีดังกล่าวไม่ได้ให้คำอธิบายที่สมบูรณ์หรือคำอธิบายของทุกสิ่งที่มีอยู่ แต่น่าจะอธิบายกระบวนการทางกายภาพที่ตรวจสอบได้ทั้งหมดอย่างละเอียดถี่ถ้วน ตามหลักเหตุผล ประโยชน์ทันทีของการเข้าใจ TW ดังกล่าวคือการหยุดการทดลองซึ่งทฤษฎีทำนายผลลัพธ์เชิงลบ

นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่จะต้องหยุดค้นคว้าและทำการสอนที่มีชีวิตไม่ใช่การค้นคว้า อย่างไรก็ตาม สาธารณชนอาจไม่สนใจว่าจะสามารถอธิบายแรงโน้มถ่วงในแง่ของความโค้งของกาลอวกาศได้หรือไม่

แน่นอนว่ามีความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่ง - จักรวาลก็จะไม่รวมตัวกัน สมมาตรที่เราได้มาถึงเป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์ทางคณิตศาสตร์ของเราเองและไม่ได้อธิบายถึงจักรวาลทางกายภาพ

ในบทความระดับสูงของ Nautil.Us ซาบีน่า ฮอสเซนเฟลเดอร์ (3) นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันแฟรงค์เฟิร์ตเพื่อการศึกษาขั้นสูง ประเมินว่า "แนวคิดทั้งหมดของทฤษฎีของทุกสิ่งอยู่บนพื้นฐานของสมมติฐานที่ไม่เป็นวิทยาศาสตร์" “นี่ไม่ใช่กลยุทธ์ที่ดีที่สุดสำหรับการพัฒนาทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ (…) การพึ่งพาความงามในการพัฒนาทฤษฎีมีผลงานไม่ดีในอดีต” ในความเห็นของเธอ ไม่มีเหตุผลใดที่ธรรมชาติจะอธิบายได้ด้วยทฤษฎีของทุกสิ่ง ในขณะที่เราต้องการทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของควอนตัมเพื่อหลีกเลี่ยงความไม่สอดคล้องเชิงตรรกะในกฎแห่งธรรมชาติ แรงในแบบจำลองมาตรฐานไม่จำเป็นต้องรวมกันเป็นหนึ่งและไม่จำเป็นต้องรวมเป็นหนึ่งเดียวกับแรงโน้มถ่วง คงจะดี ใช่ แต่มันไม่จำเป็น แบบจำลองมาตรฐานใช้งานได้ดีโดยไม่มีการรวมกัน นักวิจัยเน้นย้ำ ธรรมชาติไม่สนใจสิ่งที่นักฟิสิกส์คิดว่าเป็นคณิตศาสตร์ที่สวยงาม คุณ Hossenfelder กล่าวอย่างโกรธจัด ในวิชาฟิสิกส์ ความก้าวหน้าในการพัฒนาทฤษฎีเกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาความไม่สอดคล้องกันทางคณิตศาสตร์ ไม่ใช่กับแบบจำลองที่สวยงามและ "เสร็จสิ้น"

แม้จะมีการตักเตือนอย่างมีสติ แต่ข้อเสนอใหม่สำหรับทฤษฎีของทุกสิ่งยังคงถูกหยิบยกขึ้นมาอย่างต่อเนื่อง เช่น Garrett Lisi's The Exceptionally Simple Theory of Everything ซึ่งตีพิมพ์ในปี 2007 มีคุณสมบัติที่ Prof. Hossenfelder มีความสวยงามและสามารถแสดงได้อย่างสวยงามด้วยการสร้างภาพข้อมูลที่น่าดึงดูด (4) ทฤษฎีนี้เรียกว่า E8 อ้างว่ากุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจจักรวาลคือ วัตถุทางคณิตศาสตร์ในรูปแบบของดอกกุหลาบสมมาตร.

Lisi สร้างโครงสร้างนี้โดยพล็อตอนุภาคมูลฐานบนกราฟซึ่งคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพที่รู้จักด้วย ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างทางคณิตศาสตร์แปดมิติที่ซับซ้อน 248 คะแนน แต่ละจุดเหล่านี้แสดงถึงอนุภาคที่มีคุณสมบัติต่างกัน มีกลุ่มของอนุภาคในไดอะแกรมที่มีคุณสมบัติบางอย่างที่ "หายไป" อย่างน้อย "ที่หายไป" เหล่านี้ในทางทฤษฎีมีส่วนเกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วง ซึ่งเชื่อมช่องว่างระหว่างกลศาสตร์ควอนตัมกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

4. ทฤษฎีการแสดงภาพ E8

นักฟิสิกส์จึงต้องทำงานเพื่อเติม "ซ็อกเก็ตฟ็อกซ์" ถ้าสำเร็จจะเกิดอะไรขึ้น? หลายคนตอบประชดประชันว่าไม่มีอะไรพิเศษ แค่รูปสวยๆก็เสร็จแล้ว โครงสร้างนี้สามารถมีค่าในแง่นี้ เพราะมันแสดงให้เราเห็นว่าผลที่ตามมาที่แท้จริงของการทำ "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" สำเร็จจะเป็นอย่างไร อาจไม่มีนัยสำคัญในทางปฏิบัติ