Foydalanuvchi:Abdulloh ibn Mirzohid/Olamning yagona nazariyasi

 

Olamning yagona nazariyasi (OYN) — bu fizikadagi nazariyalar orasida eng qamrovli va yagona bo‘lishi kutilayotgan bir asosdir. U koinotning barcha jihatlarini birlashtirib, to‘liq tushuntirishga qodir bo‘lishi kerak. Olamning yagona nazariyasini topish esa fizikada haligacha yechilmagan eng muhim muammolardan biri hisoblanadi. Bu nazariya koinotning asosiy qonuniyatlarini bir joyga to‘plab, ularni bir-biri bilan bog‘lashga harakat qiladi.

So‘nggi bir necha asrlarda, Olamning yagona nazariyasiga eng yaqin keladigan ikki nazariy asos ishlab chiqildi. Ushbu zamonaviy fizikaga tayangan ikki nazariya — umumiy nisbiylik nazariyasi va kvant mexanikasi. Umumiy nisbiylik nazariyasi — bu koinotni katta massali va katta o‘lchamdagi hududlarda, masalan, sayyoralar, yulduzlar, galaktikalar va galaktika klasterlarida tushunishga qaratilgan nazariy asosdir.

Boshqa tomondan olib qaralganda, kvant mexanikasi esa, asosan, kichik o‘lchamli va past massali hududlarni, ya’ni subatom zarralari, atomlar va molekulalarni tushunishga qaratilgan. Kvant mexanikasi, shuningdek, kuchli yadroviy, zaif yadroviy va elektromagnit kuch kabi uchta gravitatsiyaga bog'liq bo'lmagan kuchlarni tavsiflovchi Standart Modelni muvaffaqiyatli amalga oshirdi, va kuzatilgan barcha asosiy elementar zarrachalarni ham tavsiflashga erishdi

Umumiy nisbiylik nazariyasi va kvant mexanikasi o'zlariga tegishli sohalarda bir necha bor tasdiqlangan. Umumiy nisbiylik nazariyasi va kvant mexanikasining odatiy qo'llanilish sohalari shunchalik turlicha bo'lganligi sababli, ko'pgina vaziyatlarda faqat bitta nazariyani qo'llash talab qilinadi. Ushbu ikki nazariya nihoyatda kichik miqyosli hududlarda – Plank miqyosida – masalan, qora tuynuk ichida yoki koinotning boshlang'ich bosqichlarida (ya'ni, katta portlashdan keyingi lahzalarda) bir-biriga mos kelmaydi deb hisoblanadi. Bu nomutanosiblikni hal qilish uchun tortishish kuchini boshqa uchta o'zaro ta'sir bilan birlashtiradigan chuqurroq haqiqatni ko'rsatadigan nazariy doira kashf qilinishi kerak, shunda umumiy nisbiylik va kvant mexanikasi bir butun nazariyaga aylanadi. Hammani qamrab oluvchi nazariya koinotdagi barcha fizik hodisalarni tavsiflash qobiliyatiga ega bo'lgan nazariya sifatida aniqlanishi mumkin.

Ushbu maqsadni amalga oshirish yo‘lida, kvant gravitatsiyasi faol tadqiqot sohalaridan biriga aylangan. Bunga misol sifatida, torlar nazariyasini keltirilishi mumkin, u Olamning yagona nazariyasi uchun asosiy nomzodga aylanishi davomida bir qancha kamchiliklar va munozaralarga duch keldi (eng muhim kamchiliklaridan biri — hozirgi kunda sinovdan o‘tkazish mumkin bo‘lgan bashoratlarning yetishmasligi).

Torlar nazariyasi, koinotning boshlanishida (Katta Portlashdan keyin 10⁻⁴³ soniygacha) to‘rt asosiy kuchning bitta yagona kuchga aylanganini taklif qiladi. torlar nazariyasiga ko‘ra, koinotdagi har bir zarracha o‘zining eng ultramikroskopik darajasida (Plank uzunligi) turli xil titrayotgan iplar (yoki ipchalar)ning kombinatsiyalaridan iborat bo‘ladi, bu iplar ma’lum titrash naqshlariga ega.

Torlar nazariyasi shuningdek, ma’lum titrash naqshlari orqali o‘ziga xos massa va kuch zaryadi bo‘lgan zarrachalar paydo bo‘lishini da’vo qiladi (masalan, elektron — bitta yo‘nalishda titrayotgan ip turidir, yuqori kvark esa boshqa bir yo‘nalishda titrayotgan ipdir va hokazo). Torlar nazariyasi/M-nazariyasi, o‘n yoki o‘n bir o‘lchovli fazo-vaqt uchun to‘rt umumiy o‘lchovdan tashqari, oltita yoki yetti o‘lchovli fazo-vaqtni taklif etadi.

Nom kelib chiqishi

Dastlab, "Olamning yagona nazariyasi" atamasi turli xil haddan tashqari umumlashtirilgan nazariyalarga ironiya bilan murojaat qilish uchun ishlatilgan. Misol uchun, Stanisław Lemning 1960-yillardagi ilmiy fantastika hikoyalaridagi Ijon Tichy qahramonining bobosi " Olaming umumiy nazariyasi" ustida ishlayotgani bilan tanilgan. Fizik Harald Fritzsch bu atamani 1977 yilda Varenna shahridagi ma'ruzalarida keltirgan. Jon Ellis esa 1986 yilda Nature jurnalida "OYN" qisqartmasini texnik adabiyotga kiritganini da'vo qiladi. Vaqt o‘tishi bilan, bu atama nazariy fizika tadqiqotlarini ommalashtirishda keng tarqalib ketdi.

Shu tariqa, "Olaming yagona nazariyasi" atamasi oddiy bir qism sifatida, ba'zan kulgili yoki ironiya bilan ishlatilgan, ammo oxir-oqibat bu ilmiy izlanishlarning jiddiy qismiga aylangan.

Tarixiy kelib chiqishlar

Qadim zamonlardan XIX asrgacha

Ko‘plab qadimiy madaniyatlar, masalan, Bobil astronomlari va hind astronomiyasi, yulduzlar fonida yetti muqaddas yorug‘lik manbalarini (klassik sayyoralarni) o‘rganishgan. Ularning maqsadi osmon harakatini insoniy voqealar (astrologiya) bilan bog‘lash va voqealarni vaqt o‘lchoviga asoslanib yozib, takrorlanuvchi naqshlarni izlash orqali oldindan aytish edi. Koinotning boshlanishi yoki abadiy aylanishlari haqidagi bahslar qadimgi Bobilga borib taqaladi.

Hind kosmologiyasi vaqtni cheksiz va aylanuvchi koinot sifatida tasavvur qiladi. Hozirgi koinot cheksiz sonli boshqa koinotlardan oldin bo‘lgan va keyin ham paydo bo‘ladi. Hind kosmologiyasida keltirilgan vaqt o‘lchovlari zamonaviy ilmiy kosmologiyaga mos keladi. Bu aylanishlar oddiy kunduz va kechadan tortib, 8,64 milliard yil davom etadigan Brahma kunduziga qadar davom etadi.

Atomizmning tabiiy falsafasi bir nechta qadimiy an’analar ichida paydo bo‘ldi. Qadimgi yunon falsafasida, pre-sokratik faylasuflar kuzatilgan hodisalardagi ko‘rinadigan xilma-xillik bir turdagi o‘zaro ta’sir — ya’ni atomlarning harakatlari va to‘qnashuvlari natijasi ekanini taxmin qildilar. Demokrit tomonidan taklif qilingan "atom" tushunchasi, tabiatda kuzatilgan hodisalarni birlashtirishga qaratilgan dastlabki falsafiy urinishlardan biri edi. "Atom" tushunchasi qadimgi hind falsafasining Nyaya-Vaisheshika maktabida ham paydo bo‘lgan.

Arximed, tabiatni aksiomalar (yoki asosiy tamoyillar) yordamida t'riflalagan birinchi faylasuf bo‘lishi mumkin. Har qanday "Olamning yagona nazariyasi" ham shunga o‘xshab, aksiyomalarga asoslanib, ularning yordamida barcha kuzatiladigan hodisalarni chiqarib olish kutiladi.

Oldingi atomistik g‘oyalardan kelib chiqib, 17-asr mexanik falsafasi barcha kuchlarni oxir-oqibat atomlar orasidagi to‘qnashuv kuchlariga qisqartirish mumkinligini ta’kidladi, bu atomlar esa kichik mustahkam zarrachalar sifatida tasavvur etildi.

17-asrning oxirlarida, Isaak Nyutonning uzoq masofali gravitatsiya kuchini tasvirlashi tabiatdagi barcha kuchlar to‘qnashuvlardan kelib chiqmasligini anglatdi. Nyutonning "Tabiat falsafasining matematik prinsiplari" asarida bu masala yanada birlashuv misoli sifatida ko‘rib chiqildi, bunda Galiley tomonidan yer gravitatsiyasi, Keplerning sayyoralarning harakati to‘g‘risidagi qonunlari va to‘lqinlar fenomeni bitta qonun — universial gravitatsiya qonuni ostida birlashtirildi.

1814 yilda, bu natijalarga asoslanib, Laplas mashhur tarzda kuchli bir ongning, agar u har bir zarrachaning ma'lum bir vaqtdagi joylashuvi va tezligini, shuningdek, tabiat qonunlarini bilsa, har qanday boshqa vaqtdagi zarrachaning joylashuvini hisoblab chiqishi mumkinligini taklif qildi.

Laplas shunday qilib, gravitatsiya va mexanikani birlashtirib, Olamning yagona nazariyasi sifatida tasavvur qildi. Zamonaviy kvant mexanikasi esa noaniqlikning qochib qutulmasligini ko‘rsatadi, shuning uchun Laplasning g‘oyasini yangilash kerak: olaming yagona nazariyasi gravitatsiya va kvant mexanikasini o‘z ichiga olishi kerak. Kvant mexanikasini hisobga olmasak ham, xaos nazariyasi yetarli darajada murakkab mexanik yoki astronomik tizimning kelajagini bashorat qilishning imkoni yo‘qligini kafolatlaydi.

1820 yilda Hans Christian Ørsted elektr va magnitlik o‘rtasidagi bog‘lanishni kashf etdi, bu esa o‘nlab yillik tadqiqotlarga zamin yaratdi va 1865 yilda Jeyms Klark Makswellning elektromagnetizm nazariyasi bilan yakunlandi. 19-asr va 20-asrning boshlarida ko‘plab oddiy kuchlar misollari — to‘qnashuv kuchlari, elastiklik, viskozlik, ishqalanish va bosim — eng kichik moddalar zarralari o‘rtasidagi elektr o‘zaro ta’sirlardan kelib chiqishi asta-sekin ma’lum bo‘la boshladi.

1849-1850 yillardagi tajribalarida Maykl Faraday gravitatsiyani elektr va magnitlik bilan birlashtirishni birinchi bo‘lib o‘rganishga harakat qildi. Biroq, u hech qanday bog‘liqlikni aniqlay olmadi.

1900 yilda David Hilbert mashhur matematik muammolar ro‘yxatini e'lon qildi. Hilbertning oltinchi muammosida u tadqiqotchilarga barcha fizika uchun aksiyomatik asos topishni taklif qildi. Ushbu muammoda u bugungi kunda "Olamning yagona nazariyasi" deb ataladigan narsani so‘radi.

20-asrning boshlarida

1920-yillarning oxirlarida yangi kvant mexanikasi atomlar o‘rtasidagi kimyoviy bog‘lanishlarning (kvant) elektr kuchlari misollari ekanligini ko‘rsatdi, bu esa Diracning "fizikaning katta bir qismi va kimyoning butunligi uchun zarur bo‘lgan asosiy fizik qonunlar to‘liq ma'lum" degan mag‘rurligini oqladi.

1915 yilda Albert Eynshteyn gravitatsiya nazariyasini (umumiy nisbiylik nazariyasi) e'lon qilgandan so‘ng, gravitatsiyani elektromagnetizm bilan birlashtiradigan birlashgan maydon nazariyasini izlashga qiziqish qayta tug‘ildi. Eynshteyn zamonida kuchli va kuchsiz kuchlar hali kashf etilmagan edi, lekin u gravitatsiya va elektromagnetizm kabi ikkita farqli kuchning mavjudligi potentsialini ancha jozibali deb topdi. Bu, uni "birlashgan maydon nazariyasi"ni izlashda 40 yillik safarga boshladi, bu nazariya uning umidida, ushbu ikki kuch bir umumboshqaruvchi prinsipning ifodalari ekanligini ko‘rsatishi kerak edi. Hayotining oxirgi o‘n yilliklarida bu maqsad Eynshteynni fizikaning asosiy yo‘nalishidan chetlashtirib yubordi, chunki asosiy yo‘nalish esa kvant mexanikasining yangi ko‘rinishi bilan ko‘proq qiziqardi. Eynshteyn 1940-yillarning boshlarida do‘stiga "Men paypoq kiymaganligi bilan tanilgan, maxsus hollarda qiziqish sifatida namoyish etiladigan yolg‘iz keksaga aylandim," deb yozdi. Ahamiyatli hissadorlar orasida Gunnar Nordström, Hermann Weyl, Arthur Eddington, David Hilbert, Teodor Kaluza, Oskar Klein (Kaluza–Klein nazariyasi) va eng muhimi, Albert Eynshteyn va uning hamkorlari bo‘ldi. Eynshteyn jiddiy ravishda birlashtiruvchi nazariyani izladi, lekin oxir-oqibat uni topishda muvaffaqiyatsizlikka uchradi.

20-asr oxirlari va yadroviy aloqalar

20-asrda birlashtiruvchi nazariya izlash kuchli va kuchsiz yadro kuchlari kashf etilishi bilan to‘xtadi, bu kuchlar gravitatsiya va elektromagnetizmga nisbatan farq qiladi. Yana bir to‘siq esa, olamning yagona nazariyasida kvant mexanikasini dastlabdan kiritish zarurligini qabul qilish bo‘ldi, bu Eynshteyn umid qilganidek, aniqlik asosidagi birlashtirilgan nazariyaning natijasi sifatida yuzaga kelishi emasdi.

Gravitatsiya va elektromagnetizm klassik kuchlar ro‘yxatida birgalikda mavjud bo‘lishi mumkin, lekin ko‘p yillar davomida gravitatsiyaning kvant tizimiga kiritilishi qiyinligi va boshqa asosiy kuchlar bilan birlashtirilishi mumkin emasdek tuyuldi. Shu sababdan, 20-asrning ko‘p qismida birlashuvga oid ishlar kvant mexanikasi tomonidan tasvirlangan uchta kuchni – elektromagnetizm, kuchsiz va kuchli kuchlarni tushunishga qaratildi. Birinchi ikkita 1967-1968 yillarda Sheldon Glashow, Steven Weinberg va Abdus Salam tomonidan elektromagnit-kuchsiz kuchga birlashtirildi. Elektromagnit-kuchsiz birlashuvi buzilgan simmetriya hisoblanadi: elektromagnetik va kuchsiz kuchlar past energiyalarda farqli ko‘rinishda bo‘ladi, chunki kuchsiz kuchni tashuvchi zarrachalar, W va Z bosonlari, nolga teng bo‘lmagan massaga (80.4 GeV/c² va 91.2 GeV/c², mos ravishda) ega, ammo elektromagnetik kuchni tashuvchi foton esa massasizdir. Yuqori energiyalarda W bosonlari va Z bosonlarini osonlik bilan yaratish mumkin, shuning uchun kuchning birlashgan tabiati aniq bo‘ladi.

Kuchli va elektromagnit-kuchsiz kuchlar zarracha fizikasining Standart Modeli ostida birga mavjud bo‘lsa-da, ular o‘zaro farqlanib turadi. Shuning uchun, har qanday narsaning nazariyasini izlash muvaffaqiyatsiz davom etmoqda: kuchli va elektromagnit-kuchsiz kuchlarning birlashuvi – Laplace buni "bog‘lanish kuchlari" deb atagan bo‘lardi – hamda bu kuchlarning gravitatsiya bilan birlashtirilishi amalga oshirilmagan.

Zamonaviy fizika

  "Bir paytda tabiatni harakatga keltiruvchi barcha kuchlarni va tabiatni tashkil etuvchi barcha narsalarning joylashuvini biladigan bir ong, agar bu ma'lumotlarni tahlil qilish uchun yetarlicha keng bo‘lsa, koinotning eng katta jismlarining harakatlarini va eng kichik atomlarning harakatlarini bitta formulada birlashtirishi mumkin edi; bunday aql uchun hech narsa noaniq bo‘lmaydi va kelajak, o‘tgan kabi, uning oldida mavjud bo‘ladi."

— Ehtimolliklar ustida falsafiy esse, Kirish. 1814

Nazariylarning an'anaviy ketma-ketligi

Har qanday narsaning nazariyasi tabiatning barcha asosiy o‘zaro ta’sirlarini birlashtirishi kerak: gravitatsiya, kuchli o‘zaro ta’sir, kuchsiz o‘zaro ta’sir va elektromagnetizm. Chunki kuchsiz o‘zaro ta’sir asosiy zarrachalarni bir turdan boshqasiga o‘zgartira oladi, har qanday narsaning nazariyasi ham mumkin bo‘lgan barcha turli xil zarrachalarni oldindan aytishi zarur. Nazariyalar odatda quyidagi grafikda berilgan yo‘nalish bo‘yicha rivojlanadi, bunda har bir birlashuv bosqichi grafikda bir daraja yuqoriga olib chiqadi.

Olamning Yagona nazariyasi

Kvant gravitatsiyasi

Umumiy nisbiylik nazariyasi

Katta birlashgan nazariya)

Kosmologiyaning standatr modeli

Fizik zarrachalarning standart modeli

Kuchli o'zaro ta'sir SU(3)

Elektro o'zaro ta'sir SU(2) x U(1)Y

Zaif o'zaro ta'sir SU(2)

Elektromagnetizm U(1)EM

Elektr toki

Magnetizm

Ushbu grafikda elektrozaif o'zaro ta'sir taxminan 100 GeV atrofida sodir bo‘ladi, katta birlashuv 10¹⁶ GeVda sodir bo‘lishi taxmin qilinadi, va KBN kuchining tortishish kuchi bilan birlashuvi taxminan Plank energiyasida, ya'ni taxminan 10¹⁹ GeVda sodir bo‘lishi kutilmoqda.

Bir nechta Katta Birlashuv Nazariyalari (KBNlar) elektromagnetizm, zaif va kuchli kuchlarni birlashtirish uchun taklif qilingan. Katta birlashuv elektronuklear kuchning mavjudligini anglatadi; bu kuch taxminan 10¹⁶ GeV energiyalarda paydo bo‘ladi deb taxmin qilinadi, bu esa hozirgi paytda mavjud bo‘lgan zarracha tezlatgichlari bilan erishib bo‘lmaydigan darajadagi energiyalardir. KBNning eng sodda nazariyalari eksperimental ravishda noto‘g‘ri deb topilgan bo‘lsa-da, katta birlashuv nazariyasi g‘oyasi, ayniqsa supersimmetriya bilan bog‘liq bo‘lganda, nazariy fizika hamjamiyatida mashhur nomzod bo‘lib qolmoqda. Supersimmetrik katta birlashuv nazariyalari nafaqat nazariy "go‘zalligi" uchun asosli ko‘rinadi, balki ular tabiiy ravishda katta miqdorda qorong‘u modda hosil qilgani uchun va inflatsion kuch katta birlashuv nazariyasi fizikasi bilan bog‘liq bo‘lishi mumkinligi sababli asosli ko‘rinadi (garchi u nazariyaning muhim qismi bo‘lib ko‘rinmasa ham). Ammo katta birlashuv nazariyalari oxirgi javob emasligi aniq; amaldagi standart model va taklif qilingan barcha KBNlar kvant maydon nazariyalari bo‘lib, mantiqiy javoblarni olish uchun renormalizatsiya deb nomlangan muammoli usulni talab qiladi. Bu odatda bu nazariyalar faqat yuqori energiyalarga tegishli bo‘lgan muhim hodisalarni e'tiborsiz qoldiruvchi samarali maydon nazariyalari ekanligining belgisi sifatida qaraladi.

Ushbu grafikdagi oxirgi qadam kvant mexanikasi va gravitatsiya (ko‘pincha umumiy nisbiylik nazariyasi bilan tenglashtiriladigan) o‘rtasidagi tafovutni hal qilishni talab qiladi. Ko‘plab tadqiqotchilar o‘z ishlarini aynan shu qadamga qaratadilar; shunga qaramay, hozircha kvant gravitatsiya nazariyasi va, shunga muvofiq, hamma narsani qamrab oluvchi yagona nazariya kuzatuv asosidagi isbot bilan qabul qilingan emas. Odatda, hamma narsani qamrab oluvchi nazariya katta birlashuv nazariyalarining qolgan muammolarini ham hal qilishi taxmin qilinadi.

Grafikda keltirilgan kuchlarni tushuntirishdan tashqari, hamma narsani qamrab oluvchi nazariya zamonaviy kosmologiya tomonidan taklif qilingan ikkita nomzod kuch – inflatsion kuch va qora energiya – maqomini ham tushuntirishi mumkin. Bundan tashqari, kosmologik tajribalar qora moddaning mavjudligini ham taklif qilmoqda, u ehtimol standart modelga kirmaydigan fundamental zarrachalardan iborat deb taxmin qilinadi. Biroq, bu kuchlar va zarrachalarning mavjudligi hali isbotlanmagan.

Torlar nazariyasi va M-nazariyasi

1990-yillardan beri ba'zi fiziklar, jumladan Edvard Vitten, 11 o‘lchovli M-nazariyasini hamma narsani qamrab oluvchi nazariya deb hisoblashadi. Bu nazariya ba'zi cheklangan holatlarda beshta perturbativ supertorlar nazariyasidan biri bilan, boshqa holatlarda esa maksimal supersimmetrik 11 o‘lchovli supergravitatsiya bilan tavsiflanadi. Biroq, bu masalada keng tarqalgan kelishuv mavjud emas.

Torlar/M-nazariyasining muhim xususiyatlaridan biri shundaki, nazariyaning izchilligini ta'minlash uchun bizning olamdagi to‘rtta o‘lchovdan tashqari yana yettita qo‘shimcha o‘lchov kerak. Shu ma’noda, torlar nazariyasi Kaluza-Klein nazariyasining tushunchalariga asoslanadi. Ushbu nazariyada 5 o‘lchovli olamga umumiy nisbiylikni qo‘llash orqali, bir o‘lchov kichik va buklangan holda bo‘lganda, 4 o‘lchovli nuqtai nazardan umumiy nisbiylik nazariyasi bilan Maksvellning elektromagnit nazariyasi kombinatsiyalangandek ko‘rinadi. Bu g‘oya o‘lchovli va gravitatsion ta'sirlarni birlashtirish va qo‘shimcha o‘lchovlarning mavjudligini tasdiqlagan, ammo batafsil eksperimental talablarga javob bermagan. Torlar nazariyasining yana bir muhim xususiyati uning supersimmetriyasi bo‘lib, bu qo‘shimcha o‘lchovlar bilan birga standart modelning ierarxiya muammosini hal qilish uchun taklif etilgan ikkita asosiy g‘oyadan biri hisoblanadi. Ierarxiya muammosi asosan gravitatsiya nega boshqa kuchlarga nisbatan ancha zaif ekanligi savoliga javob beradi. Qo‘shimcha o‘lchovli yechimda gravitatsiyaga boshqa o‘lchovlarga tarqalish imkonini berish ko‘zda tutiladi, shu bilan birga boshqa kuchlar 4 o‘lchovli fazo-vaqt bilan cheklangan holda qoladi. Bu g‘oya torlar nazariyasidagi aniq mexanizmlar bilan amalga oshirilgan.

Torlar nazariyasi turli nazariy va eksperimental omillar tomonidan qo'llab-quvvatlanadi. Eksperimental tomondan, neytrino massalari bilan to'ldirilgan standart model zarrachalari SO(10) spinor taqdimotiga mos keladi, bu E8 subguruhiga kiradi va ko'pincha torlar nazariyasida, masalan, heterotik torlar nazariyasi yoki F-nazariyasida paydo bo'ladi. String nazariyasi fermionlarning uchta ierarxik avlodga ega bo'lishining sabablarini tushuntirish va kvark avlodlari o'rtasidagi aralashish tezliklarini izohlaydigan mexanizmlarni taklif etadi.

Nazariy tomondan esa, torlar nazariyasi kvant gravitatsiyasi bilan bog'liq bir qator muhim savollarga javob berishga harakat qilmoqda. Masalan, qora tuynuk ma'lumotlari paradoksini hal qilish, qora tuynuklarning to'g'ri entropiyasini hisoblash va topologiyani o'zgartiradigan jarayonlarga imkon berish. Shuningdek, torlar nazariyasi Gauge/Torlar dualitasi orqali sof matematika va kuchli bog'langan gauge nazariyalarida ko'plab yangi tushunchalarni keltirib chiqardi.

1990-yillarning oxirlarida tadqiqotchilar 4 o'lchovli olamlarlar soni juda katta ekanligini ta'kidladilar. Kichik, "bukilib qolgan" qo'shimcha o'lchovlar ko'plab turli usullarda kompaktilanishi mumkin (bir taxmin bo'yicha, bu son 10⁵⁰⁰ ga yetadi), va har bir konfiguratsiya past energiyali zarrachalar va kuchlar uchun turli xususiyatlarga olib keladi. Ushbu modellar to'plami "string nazariyasi landshafti" deb nomlanadi.

Taklif qilingan yechimlardan biri shundaki, ushbu imkoniyatlarning barchasi juda ko‘p koinotlarning birida yoki boshqasida amalga oshiriladi, lekin ulardan faqat kichik bir qismi yashashga mos keladi. Shunday qilib, odatda biz koinotning fundamental konstantalari deb hisoblaydigan narsalar, asosan, antropik printsip natijasidir bu esa nazariyaga bog‘liq emas. Bu esa torlar nazariyasiga tanqidlarni keltirib chiqardi, chunki u foydali (ya'ni, original, soxtalashtirilishi mumkin bo‘lgan va tasdiqlanishi mumkin) prognozlar bera olmaydi va uni pseudofan yoki falsafa sifatida ko‘rib chiqishmoqda. Boshqalar esa bunga qo‘shilmaydi va torlar nazariyasi nazariy fizika sohasida faol o‘rganilayotgan mavzu sifatida qolmoqda.

O'ralma kvant gravitatsiyasi

Hozirgi tadqiqotlar O'ralma kvant gravitatsiya(O'KG) nazariyasi oxir-oqibat "Olamning yagona nazariyasi"da muhim rol o‘ynashi mumkin, lekin bu uning asosiy maqsadi emas. O'KG shuningdek, mumkin bo‘lgan uzunlik o‘lchovlari uchun emg quyi chegarani taqdim etadi.

So‘nggi paytlarda o'ralma kvant gravitatsiyasi (O'KG) ba'zi xususiyatlarni Standart modelga o‘xshash shaklda qayta tiklash mumkinligi haqida da'volar bildirildi. Hozirgacha faqat birinchi avlod fermionlari (leptonlar va kvarklar) to‘g‘ri spektral xususiyatlari bilan Sundance Bilson-Thompson tomonidan bo‘lishgan preonlar yordamida modellashtirilgan. Biroq, bunday zarrachalarning o‘zaro ta'sirlarini tasvirlaydigan Lagrangianni hosil qilish yo‘li yo‘q, shuningdek, bunday zarrachalar fermionlar ekanligini yoki Standart modelning gauge guruhlari yoki o‘zaro ta'sirlarining amalga oshirilishini ko‘rsatish imkoniyati ham yo‘q. Kvant hisoblash tushunchalaridan foydalanish, zarrachalarning kvant tebranishlariga bardosh bera olishini ko‘rsatishga imkon berdi.

Ushbu model elektr va rang zaryadini topologik miqdorlar sifatida talqin qilishga olib keladi (elektr zaryadi individual lenta ustida mavjud burilishlar soni va xiraligi sifatida, rang esa ma'lum bir elektr zaryadi uchun burilishning variantlari sifatida).

Bilson-Thompsonning dastlabki maqolasida yuqori avlod fermionlarini yanada murakkab o‘ralmalar bilan ifodalash mumkinligi taklif qilingan, garchi bu strukturalarning aniq tasvirlari berilmagan bo'lsa ham. Bunday fermionlarning elektr zaryadi, rang va spektral xususiyatlari birinchi avlod fermionlari bilan bir xil tarzda paydo bo‘ladi. Ushbu model 2008-yilda Bilson-Thompson, Hackett, Kauffman va Smolin tomonidan nashr etilgan maqolada cheksiz avlodlar va zaif kuch bosonlari uchun (lekin fotonlar yoki glyuonlar uchun emas) kengaytirilgan.

Boshqa urinishlar

Olamning yagona nazariyasini ishlab chiqishga qaratilgan boshqa urinishlar qatorida, sababli fermion tizimlari nazariyasi mavjud bo‘lib, bu nazariya ikki joriy fizik nazariyani (umumiy nisbiylik nazariyasi va kvant maydon nazariyasi) cheklov holatlari sifatida taqdim etadi.

Boshqa bir nazariya "Sabablar to‘plami" deb ataladi. Yuqorida keltirilgan ba'zi yondashuvlar singari, uning to‘g‘ridan-to‘g‘ri maqsadi hamma narsaning nazariyasiga erishish emas, balki asosan kvant gravitatsiyasi bo‘yicha ishlovchi nazariya yaratishdir. Bu nazariya oxir-oqibat standart modelni o‘z ichiga olishi va hamma narsaning nazariyasi uchun nomzod bo‘lishi mumkin. Uning asosiy tamoyili shundaki, fazo-vaqti asosan diskret va fazo-vaqti hodisalari qisman tartib bilan bog‘liq. Ushbu qisman tartib fazo-vaqti hodisalari o‘rtasidagi sabab-oqibat munosabatlarining fizik ma'nosini anglatadi, ya'ni nisbiy o'tmish va kelajakni ajratadi.

Sababli dinamik uchburchaklar nazariyasi oldindan mavjud bo‘lgan arena (o‘lchovli fazo)ni nazarda tutmaydi, balki fazo-vaqti to‘qimasining qanday rivojlanishini ko‘rsatishga harakat qiladi.

Boshqa bir urinish ER=EPR bilan bog'liq bo'lishi mumkin, bu fizikadagi gipoteza bo'lib, u ta'kidlaydiki, bir biri bilan bog'langan zarralar wormhole (yoki Eynshteyn-Rozen ko'prigi) orqali bog'langan.

Hozirgi holati

Hozirda, zarrachalar fizikasi standart modeli va umumiy nisbiylik nazariyasini o'z ichiga oluvchi, shuningdek, nozik tuzilish konstantasini yoki elektronning massasini hisoblay oladigan biron bir nomzod "Olamnign yagona nazariyasi" mavjud emas. Ko'p zarrachalar fizikchilari davom etayotgan tajribalar natijalari – yangi zarrachalarni katta zarracha tezlatgichlarida qidirish va qora modda izlash – "olamning yagona nazariyasi" uchun qo'shimcha ma'lumot berish uchun zarurligini kutmoqdalar.

Hamma narsaning nazariyasini topish uchun olib borilayotgan kuchli qidiruv bilan bir qatorda, turli olimlar uning kashf etilishi imkoniyatini muhokama qilmoqdalar.

Gödelning to'liq emaslik teoremasi

Bir qator olimlar Gödelning noaniqlik teoremasi olamning yagona nazariyasini qurishga bo'lgan urinishlar muvaffaqiyatsiz tugashini taklif qiladi, deb da'vo qilmoqdalar. Gödelsiz teoremasi norasmiy bayon etilgan holda, asosiy arifmetik faktlarni ifodalash uchun yetarli va ularni isbotlash uchun kuchli bo'lgan har qanday rasmiy nazariya esa yo nomuvofiq (o'z aks ettirilishi va rad etilishi mumkin bo'lgan bayonot) yoki noaniq, ya'ni rasmiy nazariyada chiqarib bo'lmaydigan haqiqat bayonoti mavjudligini ta'kidlaydi.

Stenli Jaki,1966 yilda nashr etilgan "Fizikaning ahamiyati" nomli kitobida, "olamning yagona nazariyasi" albatta, izchil va muhim bo'lmagan matematik nazariya bo'lishi sababli, noaniq bo'lishi kerakligini ta'kidlagan. U buni, bu deterministik "olamning yagona nazariyasi" izlanishlarini xatoga yo'l qo'yishi deb da'vo qilmoqda.

Freeman Dyson shunday degan: "Gödelning teoremasi sof matematikaning tuganmasligini anglatadi. Biz qancha muammolarni hal qilsak ham, mavjud qoidalar ichida hal qilib bo'lmaydigan boshqa muammolar doimo bo'ladi. […] Gödelning teoremasi tufayli, fizikada tuganmasdir. Fizika qonunlari cheklangan qoidalar to'plamidir va matematikani bajarish qoidalarini o'z ichiga oladi, shuning uchun Gödelning teoremasi ularga ham tatbiq etiladi."

Stiven Xoking dastlab "Olamning yagona nazariyasi"ga ishonar edi, ammo Gödel teoremasini o‘ylab ko‘rgach, bunday nazariya mavjud emasligiga qaror qildi. "Ba'zi odamlar cheklangan sonli tamoyillar asosida shakllantiriladigan oxirgi nazariya yo‘q bo‘lsa, juda xafa bo‘lishadi. Men ham o‘sha fikrda edim, lekin fikrimni o‘zgartirdim."

Yürgen Shmidxuber (1997) ushbu fikrga qarshi chiqqan; u Gödel teoremalari hisoblanadigan fizika uchun ahamiyatsiz ekanini ta'kidlaydi. 2000-yilda Shmidxuber aniq chegaralar bilan hisoblash mumkin bo‘lgan, deterministik koinotlarni yaratdi, unda qaror chiqarib bo‘lmaydigan, Gödelga o‘xshash to‘xtash muammolariga asoslangan pseudo-tasodifiylikni aniqlash juda qiyin, ammo bu juda oz bit ma'lumot bilan tavsiflanadigan barcha narsaning nazariyalariga to‘sqinlik qilmaydi.

Solomon Feferman va boshqa olimlar ham shunga o'xshash tanqidlar bildirgan. Douglas S. Robertson misol sifatida Konveyning Hayot o‘yini ni keltiradi: uning asosiy qoidalari sodda va to‘liq, lekin o‘yinning xulq-atvori haqida qaror chiqarib bo‘lmaydigan savollar mavjud. Shunga o'xshab, fizik qonunlarning asosiy qoidalarini aniq belgilangan cheklangan qonunlar bilan to‘liq ifodalash mumkin (yoki mumkin emas), lekin fizik tizimlarning xatti-harakatlari bo‘yicha, aynan o‘sha qoidalarga asoslanib, hal qilib bo‘lmaydigan savollar mavjudligiga shubha yo‘q.

Ko‘pchilik fiziklar asosiy qonunlarni bayon etishni " olamning yagona nazariyasi" deb atash uchun yetarli hisoblaydilar. Shuning uchun, ko‘pchilik fiziklar Gödel teoremasi "olamning yagona nazariyasi" mavjud emasligini anglatmaydi, deb hisoblaydi. Boshqa tomondan, Gödel teoremasini keltirayotgan olimlar, ba'zi hollarda, asosiy qonunlar emas, balki barcha fizik tizimlarning xulq-atvorini tushunishni nazarda tutishlari ko‘rinadi. Masalan, Xoking bloklarni to‘g‘ri to‘g‘rilarga joylashni misol keltirganida, tub sonlarni hisoblashni fizik savolga aylantiradi. Ushbu ta'rifdagi farq tadqiqotchilar o‘rtasidagi ba'zi kelishmovchiliklarni tushuntirishi mumkin.

Hozirgacha hech bir fizik nazariya aniq to‘g‘ri deb hisoblanmaydi. Buning o‘rniga, fizika "ketma-ket yaqinlashuvlar" orqali rivojlanib kelmoqda, bu esa kengroq va kengroq fenomenlar doirasida aniqroq bashoratlar berishga imkon beradi. Ba'zi fiziklar esa nazariy modellarni haqiqiy reallik bilan chalkashtirib yuborish xato deb hisoblaydilar va yaqinlashuvlar seriyasi hech qachon "haqiqat" ga olib kelmaydi, deb aytadilar. Einshtein o‘zi ham ba'zi hollarda shu fikrni bildirgan

Asosiy qonunlarning ta'rifi

Fizika jamoasida "Olamning yagona nazariyasi" koinotning asosiy qonuni deb atalishi kerakmi, degan falsafiy munozara bor. Bir nuqtai nazar shundaki, qattiq qisqartirish pozitsiyasi hamma narsaning nazariyasini asosiy qonun sifatida ko‘radi, va koinot ichida amal qiladigan boshqa nazariyalar bu nazariyaning natijasi hisoblanadi. Boshqa bir nuqtai nazar esa, murakkab tizimlarning xulq-atvorini boshqaruvchi paydo bo‘lgan qonunlar ham asosiy qonunlar sifatida ko‘rilishi kerakligini ta'kidlaydi. Bunday qonunlarga ikkinchi termodinamik qonuni va tabiiy tanlanish nazariyasi misol bo‘ladi. Paydo bo‘lish tarafdorlari, murakkab yoki tirik tizimlarni tasvirlaydigan qonunlar, past darajadagi mikro qonunlardan mustaqil ekanini ta'kidlaydilar. Shu nuqtai nazardan, paydo bo‘lgan qonunlar hamma narsaning nazariyasi kabi asosiy hisoblanadi.

Munozaralar muammo nuqtasini aniq qilib ko‘rsatmaydi. Ehtimol, asosiy masala — tegishli tadqiqot mavzulariga "asosiy" yuqori darajadagi atamadan foydalanish huquqidir. Bu masala bo‘yicha Steven Weinberg va Philip Anderson o‘rtasida yaxshi ma'lum munozara bo‘lib o‘tgan.

Hisoblash imkonsizligi

Weinberg ta'kidlaydiki, Yer atmosferasida haqiqiy proyektildan aniq harakatni hisoblash imkoniyati yo‘q. Shunday ekan, proyektillar harakatini tasvirlash uchun yetarli nazariyaga ega ekanligimizni qanday bilishimiz mumkin? U, oddiy misollar — masalan, bo‘sh fazodagi sayyoralar harakati — uchun "yaxshi ishlaydigan" tamoyillar (Nyutonning harakat va gravitatsiya qonunlari) mavjudligini taklif qiladi. Ushbu tamoyillar oddiy holatlarda juda yaxshi ishlagani sababli, murakkab holatlarda ham ish berishiga ishonch bildirishimiz mumkin.

Masalan, umumiy nisbiylik nazariyasidada aniq yechimga ega bo‘lmagan tenglamalar mavjud, lekin uning barcha aniq echimlarga ega tenglamalari tajriba orqali tasdiqlanganligi sababli, bu nazariya to‘g‘ri deb hisoblanadi. "Olamning yagona nazariyasi" esa keng ko‘lamli oddiy misollar uchun ishlashi kerak, shunda har bir fizik vaziyatda ham ishlashiga ishonchimiz bo‘ladi. Olamning yagona nazariyasini yaratishda qiyinchiliklar ko‘pincha kvant mexanikasini umumiy nisbiylik nazariyasi bilan birlashtirganda paydo bo‘ladi, chunki gravitatsiya kuchi qo‘llanganda kvant mexanikasi tenglamalari ishlamay qoladi.

Shuningdek qarang

 

Qora tuynuk - kuchli gravitatsiyaga ega bo'lib, o'zidan hech narsani, hatto yorug'likni ham chiqarib yuborolmaydigan, yulduzlarning qulashidan hosil bo'ladigan osmon jismi.

Kvant fizikasi - mikroskopik darajadagi moddiy jismlarning xulq-atvorini o'rganadigan ilmiy yo'nalishdir, u energiya va materiyaning kvant holatlari orqali ta'riflanadi.

Multiolam - bir nechta parallel olamlarning mavjudligini anglatadigan nazariya bo'lib, u kvant mexanikasi va kosmologiyada o'rganiladi.

Katta portlash - kosmosning kengayishiga sabab bo'lgan hodisa bo'lib, u taxminan 13.8 milliard yil oldin, barcha materiya va energiya bitta nuqtada to'plangan holda yuzaga kelgan.

M-nazariyasi - barcha kuchlarni va zarrachalarni birlashtiruvchi va kvant gravitatsiyasini tasvirlashga harakat qiluvchi nazariya bo'lib, string nazariyasining kengaytmasi sifatida qaraladi.

Torlar nazariyasi - materiyaning asosiy zarrachalari torlar shaklida tasvirlangan va koinotning kuchlarini birlashtirishga harakat qiluvchi nazariya.

Qora materiya - ko'rinmas va o'lchanmaydigan, ammo gravitatsiyaviy ta'siri orqali mavjudligini ko'rsatadigan materiya turidir, u koinotning 27% ni tashkil etadi.

Qora energiya - koinotning kengayishini tezlashtiradigan va energiyaning ko'p qismini tashkil etuvchi sirli energiya turidir, u koinotning taxminan 68% ni egallaydi.

Qo'shimcha linklar

• The Elegant Universe, Nova olamning yagona nazariyasi va torlar nazariyasi qidiruvi haqida epizod.
• Theory of Everything tekin video ->> Vega Science Trust, BBC va Open University.
• The Theory of Everything: Biz moddalar va koinot haqidagi oxirgi nazariyaga yaqinlashyapmizmi yoki bu nazariya hech qachon amalga oshmaydimi? John Ellis (physicist), Frank Close va Nicholas Maxwell. lar orasida bahs
• Why The World Exists, fizik Laura Mersini-Houghton, kosmolog George Francis Rayner Ellis va faylasuf David Wallace qora materiya, parallel dunyolar va niima uchun hozir koinot bor haqida munozara
• Theories of Everything, BBC Radio 4 ta muhokama Brian Greene, John Barrow & Val Gibson lar bilan (In Our Time, March 25, 2004).

[[Turkum:Astronomiya]] [[Turkum:Astronomik hodisalar]] [[Turkum:Astrofizika]] [[Turkum:Astronomik gipotezalar]]