นิวยอร์ก - ไอน์สไตน์เสียชีวิตก่อนที่ความฝันของเขาจะสร้างทฤษฎีที่เป็นเอกภาพของทุกสิ่ง ตั้งแต่นั้นมานักฟิสิกส์ได้ดำเนินการต่อคบเพลิงของเขาเพื่อแสวงหาทฤษฎีหนึ่งเพื่อปกครองพวกเขาทั้งหมด
แต่พวกเขาจะไปถึงที่นั่นหรือไม่? นั่นคือหัวข้อของการอภิปรายเมื่อนักฟิสิกส์ชั้นนำเจ็ดคนรวมตัวกันที่นี่ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกันสำหรับการอภิปรายอนุสรณ์อิสอัคอาซิมอฟประจำปีครั้งที่ 11
การแสวงหาทฤษฎีของทุกสิ่งเกิดขึ้นเพราะสองคนที่โด่งดังที่สุดและประสบความสำเร็จทฤษฎีทางฟิสิกส์มีความขัดแย้ง
ทฤษฎีที่อธิบายถึงสิ่งที่ยิ่งใหญ่มาก - สัมพัทธภาพทั่วไป - และทฤษฎีที่อธิบายสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ - กลศาสตร์ควอนตัม - แต่ละงานทำงานได้ดีอย่างน่าอัศจรรย์ในอาณาจักรของพวกเขาเอง แต่เมื่อรวมกัน พวกเขาทั้งคู่ไม่ถูกต้อง
และเราไม่สามารถกวาดข้อเท็จจริงนั้นภายใต้พรมและใช้งานต่อไปได้เพราะมีบางกรณีที่ทั้งสองทฤษฎีใช้เช่นหลุมดำ-
“ ขนาดของมันมีขนาดเล็กในแง่ของความยาวขนาดของมันมีขนาดใหญ่ในแง่ของมวลดังนั้นคุณต้องการทั้งสองอย่าง” Brian Greene ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียอธิบายอธิบาย
นักวิทยาศาสตร์หวังว่าทฤษฎีที่เป็นเอกภาพจะแก้ไขความไม่ลงรอยกันนี้และอธิบายอะไรก็ได้และทุกสิ่งในจักรวาลในครั้งเดียวก็ล้มลง
สตริงสั่น
นักฟิสิกส์หลายคนกล่าวว่าความหวังที่ดีที่สุดของเราสำหรับทฤษฎีของทุกสิ่งคือทฤษฎี Superstringขึ้นอยู่กับความคิดที่ว่าอนุภาค subatomic เป็นลูปเล็ก ๆ ของสตริงสั่นสะเทือน เมื่อกรองผ่านเลนส์ของทฤษฎีสตริงสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมสามารถทำได้เพื่อให้เข้ากันได้
ด้วยเหตุผลดังกล่าวทฤษฎีสตริงจึงเป็นแรงบันดาลใจให้นักฟิสิกส์หลายคนอุทิศอาชีพของพวกเขาในการพัฒนามันตั้งแต่ความคิดได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 1980
“ มีความคืบหน้าจำนวนมหาศาลในทฤษฎีสตริง” กรีนผู้แสดงทฤษฎีสตริงที่มีหนังสือ 2,000 เล่ม“ The Elegant Universe” อธิบายทฤษฎีในแง่ของ Layman กล่าว "มีปัญหาในการพัฒนาและแก้ไขที่ฉันไม่เคยคิดมาก่อนเราจะสามารถแก้ไขได้ความคืบหน้าในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาทำให้ฉันมั่นใจได้ว่านี่เป็นทิศทางที่คุ้มค่าที่จะดำเนินการ"
แต่ผู้เชี่ยวชาญคนอื่น ๆ เริ่มเบื่อทฤษฎีสตริงซึ่งยังไม่ได้ผลิตการคาดการณ์คอนกรีตและทดสอบได้ บางทีทฤษฎีสตริงและความคิดทั้งหมดที่ทฤษฎีเดียวสามารถอธิบายจักรวาลได้นั้นเข้าใจผิดพวกเขากล่าว
Neil DeGrasse Tyson ผู้อำนวยการของ Hayden Planetarium ของพิพิธภัณฑ์ชี้ให้เห็นว่าทฤษฎีสตริงดูเหมือนจะหยุดชะงักและเปรียบเทียบกับการขาดความคืบหน้าของ "พยุหเสนา" ของนักทฤษฎีสตริงที่มี 10 ปีที่ดูเหมือนจะใช้เวลาหนึ่งคน
"คุณกำลังไล่ล่าผีหรือคอลเลกชันของคุณโง่เกินไปที่จะคิดออก?" DeGrasse Tyson แกล้งเริ่มต้นล้อเลียนที่เป็นมิตรซึ่งจะดำเนินต่อไปตลอดทั้งคืน
กรีนยอมรับว่านักทฤษฎีสตริงไม่ได้ทำการคาดการณ์ที่ทดสอบได้ว่าการทดลองสามารถยืนยันได้ แต่บอกว่ามันไม่ใช่เวลาที่จะยอมแพ้
“ ตราบใดที่ความคืบหน้ายังคงดำเนินต่อไปคุณจะก้าวต่อไป” เขากล่าว "จะบอกว่าไม่มีความคืบหน้ามากับมนุษย์นั่นไม่ถูกต้อง!"
ทฤษฎีนั้นซับซ้อนมากเขาถูกเรียกเก็บเงินและจัดการกับเครื่องชั่งขนาดเล็กที่น่าอัศจรรย์ซึ่งไม่สามารถเข้าถึงข้อมูลการทดลองได้ซึ่งไม่น่าแปลกใจเลยที่มันต้องใช้เวลาสักครู่
"ไม่มีที่ไหนเขียนว่าเรา" ต้องแก้ปัญหาในชีวิตมนุษย์หนึ่งครั้ง "Janna Levin นักฟิสิกส์ที่ Barnard College ในนิวยอร์กฉันไม่เห็นว่าทำไมเราควรตกใจว่าการแก้ปัญหาที่ท้าทายอย่างไม่น่าเชื่ออาจต้องใช้ชีวิตมากกว่าหนึ่งชีวิต"
มิติที่ซ่อนอยู่
แง่มุมหนึ่งของทฤษฎีสตริงที่ Riles หลายคนคือหลาย ๆ รุ่นที่ต้องการให้จักรวาลมีมากกว่าสามมิติของอวกาศและเวลาหนึ่งที่เราคุ้นเคย
จริง ๆ แล้วทฤษฎีสตริงที่ได้รับความนิยมมากที่สุดเรียกร้อง11 มิติทั้งหมด-
"ทำไมเราไม่เห็นพวกเขา" เลวินกล่าว “ อาจเป็นไปได้ว่าพวกเขามีขนาดเล็กมากหรืออาจเป็นไปได้ว่าเราจะถูก จำกัด อยู่ที่เมมเบรนสามมิติหรืออาจเป็นไปได้ว่าพวกเขาไม่ได้อยู่ที่นั่น แต่สิ่งเหล่านี้เป็นความคิดที่น่าสนใจมากที่มีผลกระทบที่น่าสนใจมาก”
แต่ความคิดที่แปลกประหลาดเช่นนี้ทำให้หลายคนไม่สงบ
“ ฉันเป็น Refusnik มิติที่สูงขึ้น” นักฟิสิกส์จิมเกตส์จากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์-คอลัมน์พาร์คกล่าวซึ่งเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าบางครั้งดูเหมือนว่านักฟิสิกส์จะเรียกมิติที่สูงขึ้นเมื่อพวกเขาไม่สามารถทำงานทฤษฎีของพวกเขาได้
“ มันไม่ได้เลยที่เราไม่สามารถแก้ปัญหาได้ดังนั้นเราจึงดึงมิติพิเศษออกมาจากหมวก” กรีนกล่าว
“ ฉันแค่บอกว่ามันดูเป็นอย่างนั้น” DeGrasse Tyson กล่าวพร้อมกับการอภิปรายที่เป็นมิตร
การทดสอบทฤษฎีสตริง
โชคดีที่คำถามเกี่ยวกับมิติที่สูงขึ้นนั้นไม่ได้ จำกัด อยู่ที่โดเมนทางทฤษฎีทั้งหมด มีความหวังบางอย่างที่การทดลองเช่นHadron Collider ขนาดใหญ่- ตัวเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในโลกในเจนีวาสวิตเซอร์แลนด์จะสามารถให้หลักฐานการทดลองเกี่ยวกับมิติที่ซ่อนอยู่ในจักรวาล
หลักฐานอาจอยู่ในกรณีที่ไม่มีอนุภาคบางชนิดหรือพลังงานที่หายไปซึ่งอาจส่งผลให้อนุภาคออกจากมิติปกติของเราและเข้าสู่หนึ่งในอนุภาคที่ซ่อนอยู่
“ สิ่งที่เราต้องทำคือไปที่พลังงานสูงสุดในการเร่งความเร็วและส่งบางสิ่งบางอย่างออกไปในมิติพิเศษ” Katherine Freese นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยมิชิแกนกล่าว
การทดสอบที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งสำหรับทฤษฎีสตริงคือการวิเคราะห์การสังเกตโดยละเอียดของแสงที่เหลือจากบิ๊กแบงเรียกว่ารังสีพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลซึ่งแทรกซึมพื้นที่ การแผ่รังสีนี้เป็นความคิดที่จะรักษาสำนักพิมพ์ของความผันผวนเล็กน้อยในความหนาแน่นที่จะเกิดขึ้นในจักรวาลยุคแรกและอาจเปิดเผยหลักฐานสำหรับการคาดการณ์ของทฤษฎีสตริง
“ ถ้าเราโชคดีเราสามารถใช้สิ่งนี้เพื่อทดสอบความคิดบางอย่างของทฤษฎีสตริงโดยดูที่สำนักพิมพ์ในพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล” Freese กล่าว
เราควรจะค้นหาหรือไม่?
ในที่สุดนักฟิสิกส์บางคนบอกว่าการค้นหาทฤษฎีของทุกสิ่งจะเป็นการไล่ล่าที่ไร้ผล
“ สำหรับฉันปัญหาของความคิดเกี่ยวกับทฤษฎีของทุกสิ่งคือมันหมายความว่าในที่สุดเราจะรู้ทุกอย่างที่ต้องรู้” Marcelo Gleiser นักฟิสิกส์ของ Dartmouth College ในรัฐนิวแฮมป์เชียร์กล่าว "สำหรับฉันฟิสิกส์เป็นงานที่กำลังดำเนินอยู่"
เมื่อความรู้ของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์เติบโตขึ้นเหมือนเกาะเขากล่าวว่า "ชายฝั่งแห่งความไม่รู้ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน" ดังนั้นจะมีมากกว่าที่จะรู้เสมอคำถามที่ใหญ่กว่าพื้นที่ที่มีความไม่แน่นอนมากขึ้น
“ ฉันมีความไม่สงบกับความฝันของการค้นหาทฤษฎีสุดท้าย” ลีสโมลินนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของสถาบันปริมณฑลสำหรับฟิสิกส์เชิงทฤษฎีในออนแทรีโอแคนาดากล่าว เขากล่าวว่าภารกิจไม่สอดคล้องกับวิธีการทางฟิสิกส์ที่ทันสมัยซึ่งแซงหน้าวิธีการทางวิทยาศาสตร์ของนิวตันซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองซ้ำแล้วซ้ำอีก
ตอนนี้ Smolin กล่าวว่า "เราไม่สามารถทำการทดลองซ้ำแล้วซ้ำอีกได้อีกครั้งมีการทดลองหนึ่งครั้งซึ่งเป็นจักรวาลโดยรวม"
เราไม่สามารถเรียกใช้จักรวาลอื่น ๆ ในสถานการณ์ทดสอบเพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลวิทยาเขากล่าว
"เราไม่สามารถแยกกฎหมายออกจากเงื่อนไขเริ่มต้นได้อีกต่อไปเราถูกทิ้งให้อยู่กับคำถามไม่เพียง แต่กฎหมายคืออะไร แต่ทำไมกฎหมายเหล่านี้ทำไมเงื่อนไขเริ่มต้นเหล่านี้มากกว่าเงื่อนไขเริ่มต้นอื่น ๆ วิธีที่นิวตันไม่ได้บอกเราอีกต่อไปว่าจะดำเนินการต่อไปได้อย่างไรเราต้องเปลี่ยนวิธีการที่เราพยายามเข้าใจจักรวาล"
คุณสามารถติดตามนักเขียนอาวุโส LiveScience Clara Moskowitz บน Twitter @Claramoskowitz-
