Пет великих проблема теоријске физике

У својој контроверзној књизи из 2006. "Проблеми са физиком: пораст теорије струна, пад науке, и Шта слиједи ", теоријски физичар Лее Смолин истиче" пет великих проблема у теоретском стање."

1. Проблем квантне гравитације: Комбинујте општу релативност и квантна теорија у јединствену теорију за коју се може тврдити да је потпуна теорија природе.
2. Темељни проблеми квантне механике: Решите проблеме у основама квантне механике, било смисла теорије каква постоји или изумом нове теорије која има смисла.
3. Уједињење честица и сила: Утврдити могу ли се различите честице и силе објединити у теорији која их све објашњава као манифестације једне, фундаменталне целине.
4. Проблем са подешавањем: Објасните како се у природи бирају вредности слободних константи у стандардном моделу физике честица.
5. Проблем космолошких мистерија: Објасните Тамна материја и тамна енергија. Или, ако не постоје, одредите како и зашто се гравитација модификује на великим скалама. Опћенитије, објасните зашто константе стандардног модела космологије, укључујући тамну енергију, имају вредности које имају.

Квантна гравитација је напор у теоријској физици да се створи теорија која укључује и једно и друго општа релативност и стандардни модел физике честица. Тренутно ове две теорије описују различите скале природе и покушавају да истраже размере где се налазе резултати преклапања приноса који немају сасвим смисла, попут силе гравитације (или закривљености простора) бесконачно. (Уосталом, физичари никада не виде стварне бесконачности у природи, нити то желе!)

Једно питање са разумевањем квантна физика то је основни физички механизам који је у питању. У квантној физици постоји много интерпретација класична копенхагенска интерпретација, Контроверзна интерпретација многих свјетова Хугх Еверетте ИИ., И још контраверзнија попут оне Антропијски принцип партиципације. Питање које се поставља у тим тумачењима врти се око тога што заправо узрокује колапс квантне таласне функције.

Већина модерних физичара који раде са теоријом квантног поља више не сматрају ова питања тумачења релевантнима. Принцип декохеренције је многима објашњење - интеракција са околином узрокује квантни колапс. Што је још значајније, физичари су у стању да реше једнаџбе, изводе експерименте и практикују физику без решавање питања шта се тачно дешава на фундаменталном нивоу, и тако већина физичара не жели да се приближи тим бизарним питањима са палицом од 20 стопа.

Постоје четири основне физичке силе, а стандардни модел физике честица укључује само три од њих (електромагнетизам, јака нуклеарна сила и слаба нуклеарна сила). Гравитација је изостављена од стандардног модела. Покушај да се створи једна теорија која обједињује ове четири силе у а јединствена теорија поља је главни циљ теоријске физике.

Пошто је стандардни модел физике честица квантна теорија поља, тада ће свако уједињење морати укључују гравитацију као квантну теорију поља, што значи да је решавање проблема 3 повезано са решавањем проблем 1.

Поред тога, стандардни модел физике честица показује много различитих честица - укупно 18 основних честица. Многи физичари сматрају да би фундаментална теорија природе требало да има неку методу обједињавања ових честица, па су оне описане у фундаменталнијим цртама. На пример, Теорија струна, најјасније дефинисан од ових приступа, предвиђа да су све честице различите вибрационе режиме основних нити енергије или струна.

А теоријска физика модел је математички оквир који за предвиђање захтева постављање одређених параметара. У стандардном моделу физике честица, параметри су представљени са 18 честица предвиђених теоријом, што значи да се параметри мере посматрањем.

Неки физичари, међутим, верују да би основни физички принципи теорије требало да одређују ове параметре, независно од мерења. То је мотивисало велики део ентузијазма за обједињену теорију поља у прошлости и изазвало Еинстеиново познато питање "Да ли је Бог имао избора кад је створио универзум? "Да ли својства универзума својствено постављају облик универзума, јер та својства једноставно неће радити ако је облик различит?

Изгледа да се одговор на ово снажно нагиње идеји да не може бити створен само један универзум, већ и да постоји широк спектар основних теорије (или различите варијанте исте теорије, засноване на различитим физичким параметрима, изворним енергетским стањима и тако даље), а наш универзум је само једна од ових могућих свемири.

У овом случају поставља се питање зашто наш универзум има својства која су изгледа фино подешена да омогуће постојање живота. Ово питање се назива проблем са фином подешавањем и промовисао је неке физичаре да се окрену антропијски принцип за објашњење, које диктира да наш универзум има својства која има, јер да има различита својства, ми не бисмо били овде да поставимо питање. (Главни помак Смолинове књиге је критика овог гледишта као објашњење својстава.)

Свемир још увек има низ мистерија, али оне које већина ведри физичари чине тамна материја и тамна енергија. Ова врста материје и енергије детектирају се њеним гравитационим утицајима, али их не могу директно посматрати, па физичари и даље покушавају да схвате шта су. Ипак, неки физичари су предложили алтернативна објашњења ових гравитационих утицаја, који не захтевају нове облике материје и енергије, али ове су алтернативе већини непопуларне физичари.

Уредио Др Анне Марие Хелменстине