
1925年,爱因斯坦与一个名叫Esther Salaman的年轻学生一起散步。当他们徘徊时共享他的核心指导智力原则:“我想知道上帝是如何创造这个世界的。我对这种或那个元素的现象不感兴趣。我想知道他的想法;其余只是细节。”
一词“上帝的思想”是对现代物理学的最终目标的一个令人愉快的隐喻,即对自然定律产生完美的理解 - 物理学家所说的“一切理论,“或脚趾。理想情况下,脚趾会回答所有问题,什么也没有任何答案。为什么天空蓝色?覆盖。为什么存在重力?这也被涵盖了。以一种更科学的方式说明,一个脚趾理想地解释了所有现象,用单个基础,单个构件,单个构件和一个力量来解释所有现象。物理学中18个最大的未解决的奥秘这是给出的
我们知道两种理论,当在一起时,对我们周围的世界进行了很好的描述,但两者都是脚趾的光年。
第二个理论称为这stardm奥德尔,描述了亚原子世界。正是在这个领域中,科学家们取得了最明显的进步,朝着一切理论迈进。
如果我们看着周围的世界 - 星系,星系,贵宾犬和披萨的世界,我们可以问为什么事情会拥有他们所做的特性。我们知道一切都是由原子组成的,这些原子由质子,中子和电子组成。
而且,在1960年代,研究人员发现,质子和中子是由称为夸克的较小颗粒制成的,电子是称为瘦素的颗粒类的成员。
找到最小的构建块只是设计一切理论的第一步。下一步是了解控制构件障碍如何相互作用的力量。科学家知道四个基本力量,其中三个 - 电磁和强核力量 - 在亚原子水平上被理解。电磁作用将原子融合在一起,并负责化学。强力将原子的核保持在一起,并将夸克保持在质子和中子内。弱力造成某些类型的核衰减。
每种已知的亚原子都有一个相关的粒子或颗粒,该粒子或颗粒携带该力:gluon携带这强力,光子控制电磁学,W和Z玻色子控制着弱力。还有一个幽灵般的能量场,称为Higgs场,它渗透到宇宙,并为夸克,瘦素和某些携带力的颗粒提供质量。综上所述,这些构建块和力构成了标准模型。 [奇怪的夸克和妈妈,哦,天哪!自然解剖的最小粒子这是给出的
使用Quarks和Leptons以及已知的力携带粒子,可以建立原子,分子,人,行星,甚至是宇宙的所有已知物质。毫无疑问,这是一个巨大的成就,也是一切理论的良好近似。
但这确实不是。目的是找到一个可以解释宇宙的问题和运动的单个构件和一支力量。该标准模型具有12个颗粒(六个夸克和六个lept子)和四个力(电磁,重力以及强和弱核力量)。此外,没有已知的量子重力理论(这意味着我们当前的定义涵盖了重力,涉及比例更大的事物),因此重力甚至根本不是标准模型的一部分。因此,物理学家继续寻找更基本和根本的理论。为此,他们需要减少两个构件和力的数量。
找到一个较小的构建块将很困难,因为这需要比人类建造的更强大的粒子加速器。新的加速器设施的时间范围是几十年的时间,该设施将仅提供相对适度的增量改进,而不是现有功能。因此,科学家必须推测一个较小的构建块的外观。一个流行的想法称为超弦理论,这假定最小的构建块不是粒子,而是一个小而振动的“弦”。大提琴字符串可以播放多个音符的方式,振动的不同模式是不同的夸克和lept子。这样,单一类型的字符串可能是最终的构建块。 [我们可能居住在多元宇宙中的五个原因这是给出的
问题在于没有经验证据表明实际上存在超链。此外,看到它们所需的预期能量称为Planck Energy,它比我们目前产生的四倍(提高到第15次功率)倍。非常大的普朗克能量与所谓的普朗克长度这是一个不可思议的长度,量子效应变得如此之大,以至于几乎不可能测量任何较小的东西。同时,比普朗克长度(或比普朗克能量大)小,并且光子或光颗粒之间重力的量子效应变得重要而相对论不再起作用。这可能是理解量子重力的规模。当然,这都是非常投机性的,但它反映了我们当前的最佳预测。而且,如果是真的,那么在可预见的将来,SuperSrins将必须保持投机性。
大量的部队也是一个问题。科学家希望“统一”力量,表明它们只是一支力量的不同表现。 ((艾萨克·牛顿爵士当他展示了使事情落在地球上的力量统治着天堂运动的力量是同一的。詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)表明,电力和磁性确实是一种称为电磁作用的统一力的行为。)
在1960年代,科学家能够证明弱的核力量和电磁作用实际上是称为电子力量的联合力的两个不同方面。现在,研究人员希望将电动部队和强力能够统一为所谓的大统一力量。然后,他们希望大统一的力量可以重力统一,以使一切理论成为一切。
但是,物理学家怀疑这种最终统一也将在普朗克能量上进行,因为这是相对论理论中不再忽略量子效应的能量和大小。而且,正如我们已经看到的那样,这比我们希望很快在粒子加速器内实现的能量要高得多。为了了解当前理论与一切理论之间的鸿沟,如果我们代表粒子的能量,我们能检测为细胞膜的宽度,普朗克能量是地球的大小。虽然可以想象的是,对细胞膜有透彻了解的人可能会预测细胞内的其他结构(例如DNA和线粒体),但他们可以准确地预测地球是不可想象的。他们可以预测火山,海洋或地球的磁场?
一个简单的事实是,在粒子加速器中目前可实现的能量与普朗克能量之间的差距如此之大,正确地设计了一切理论似乎不可能。
这并不意味着物理学家都应该退休并进行景观绘画 - 仍然有有意义的工作要做。我们仍然需要了解无法解释的现象,例如暗物质黑暗能源占已知宇宙的95%,并利用这种理解来创造一种更新,更全面的物理理论。这种较新的理论不会是脚趾,但在渐进率上会比当前的理论框架更好。我们将不得不一遍又一遍地重复该过程。
失望的?毕竟,我致力于揭示宇宙的一些秘密,但也许有一些观点是有序的。牛顿的普遍重力理论在1670年代实现了第一次统一。第二个是在1870年代,具有麦克斯韦的电磁理论。 electroweak统一是相对较新的,仅仅半个世纪前。
鉴于自从我们这次旅程中的第一大成功以来,已经经过了350年,因此我们前面的道路更长的路程还不足为奇。天才将具有洞察力的概念,导致未来几年对一切都充分发展的理论,这是一个神话。我们有一个很长的路线 - 即使是当今科学家的孙子也不会看到它的尽头。
但是这将是一段旅程。
唐·林肯(Don Lincoln)是一位物理研究员关闭。他是“大型强子对撞机:希格斯玻色子的非凡故事和其他会震撼您的想法(约翰·霍普金斯大学出版社,2014年),他生产了一系列科学教育视频。跟随他在Facebook上。本评论中表达的观点是他的。
唐·林肯(Don Lincoln)向现场科学贡献了这篇文章专家声音:专家和见解。最初出版关于现场科学。