E se... risolvemu i prublemi fundamentali in a fisica. Tuttu hè aspittendu una tiuria da quale nunda ùn pò esce

Chì serà a suluzione à misteri cum'è a materia scura è l'energia scura, u misteru di l'iniziu di l'Universu, a natura di a gravità, u vantaghju di a materia nantu à l'antimateria, a direzzione di u tempu, l'unificazione di a gravità cù altre interazzione fisiche, grande unificazione di e forze di a natura in una forza principale, sin'à a tiuria chjamata di tuttu, ci dà ??

Sicondu Einstein è parechji altri fisici muderni eccezziunali, u scopu di a fisica hè precisamente di creà una teoria di tuttu (TH). In ogni casu, u cuncettu di una tale teoria ùn hè micca ambiguu. Cunnisciuta cum'è a Teoria di Tuttu, ToE, hè una teoria fisica ipotetica chì descrive in modu coerente tuttu. fenomeni fisichi è permette di predichendu u risultatu di ogni esperimentu. Oghje, a frasa hè generalmente aduprata per discrìviri teorii chì tentanu di stabilisce una cunnessione cù teoria generale di a relatività. Finu a ora, nimu di sti tiurìi hà ricevutu cunferma spirimintali.

Attualmente, a teoria più avanzata chì pretende esse TW hè basatu annantu à u principiu olograficu. Teoria M 11-dimensionale. Ùn hè ancu statu sviluppatu è hè cunsideratu da parechji per esse una direzzione di sviluppu piuttostu cà una teoria attuale.

Parechji scientisti dubitanu chì qualcosa cum'è una "teoria di tuttu" hè ancu pussibule, in u sensu logicu più basicu. Teorema di Kurt Gödel dice chì ogni sistema logicu abbastanza cumplessu hè o internu inconsistente (una frase è a so cuntradizzione in questu pò esse pruvata) o incomplete (ci sò frasi trivially veri chì ùn ponu esse pruvati). Stanley Jacki hà nutatu in u 1966 chì TW deve esse una teoria matematica cumplessa è coherente, perchè inevitabbilmente serà incompleta.

Ci hè un modu speciale, originale è emutivu di a teoria di tuttu. ipotesi olografica (1), trasfirendu u prublema à un livellu ligeramente sfarente. A fisica di i buchi neri pare indicà chì u nostru universu ùn hè micca ciò chì i nostri sensi ci dicenu. A realità chì ci circonda pò esse un ologramma, i.e. prughjezzione di un pianu bidimensionale. Questu hè ancu applicà à u teorema di Gödel stessu. Ma una tale teoria di tuttu risolve ogni prublema, ci permette di affruntà i sfidi di a civilizazione?

Descrive l'universu. Ma chì tipu d'universu ?

Avemu attualmente duie teorie cumplete chì spieganu quasi tutti i fenomeni fisichi: A teoria di a gravità di Einstein (relatività generale) i. U primu spiega bè u muvimentu di l'uggetti macro, da i palloni di football à e galaxie. hè assai cunniscenza di atomi è particeddi subatomici. U prublema hè chì sti dui tiurìi descrizanu u nostru mondu cumplitamenti differente. In a meccanica quantistica, l'avvenimenti si verificanu contr'à un fondo fissu. spaziu-tempu - mentri w hè flexible. Chì saria una teoria quantistica di u spaziu-tempo curvo? Ùn sapemu micca.

I primi tentativi di creà una teoria unificata di tuttu apparsu pocu dopu a publicazione teoria generale di a relativitàprima di capiscenu e liggi fundamentali chì guvernanu e forze nucleari. Sti cuncetti, canusciutu comu Teoria di Kaluzi-Klein, circava di cumminà a gravità cù l'elettromagnetismu.

Per decennii, a teoria di e corde, chì imagina a materia cum'è custituita da minuscules corde vibranti o ciclu di energia, hè cunsideratu u megliu per creà teoria unificata di a fisica. Tuttavia, certi fisici preferite kgravità di loop strallatoin quale u spaziu esterno stessu hè custituitu di picculi loops. Tuttavia, nè a teoria di corde nè a gravità quantistica di loop sò stati pruvati sperimentalmente.

Grandi teori unificate (GUT), chì combinanu a cromodinamica quantistica è a teoria di l'interazzione elettrodebule, presentanu e forze forti, debuli è elettromagnetiche cum'è manifestazioni di una forza unificata. Tuttavia, nimu di e teorie di a grande unificazione precedente anu ricevutu cunferma sperimentale. Una caratteristica cumuna di a teoria grande unificata hè a prediczione di a decadenza di protoni. Stu prucessu ùn hè ancu osservatu. Ne segue chì a vita di i protoni deve esse almenu 1032 anni.

U Modellu Standard di u 1968 hà purtatu e forze forti, debuli è elettromagnetiche sottu un ombrello generale. Tutte e particeddi è e so interazzione sò stati cunsiderati, è parechje predizioni novi sò state fatte, cumpresa una grande prediczione nantu à l'unificazione. À l'alti energii, nantu à l'ordine di 100 GeV (l'energia necessaria per accelerà un unicu elettroni à un putenziale di 100 miliardi di volti), a simmetria chì unifica l'interazzione elettromagnetica è debule serà restaurata.

L'esistenza di novi era prevista, è cù a scuperta di i bosoni W è Z in u 1983, sti predizioni sò stati cunfirmati. I quattru forzi principali sò stati ridotti à trè. L'idea di l'unificazione hè chì tutte e trè forze di u mudellu Standard è forse ancu a gravità di energia più alta si combina in una struttura.

2. L'equazioni Langrange, chì descrive u mudellu Standard, hè divisu in cinque cumpunenti.

Qualchidunu anu suggeritu chì à l'energii ancu più elevati, forse intornu Scala di Planck, a gravità unisce ancu. Questa hè una di e motivazioni principali di a teoria di corde. Ciò chì hè assai interessante di queste idee hè chì, se vulemu l'unificazione, avemu da restaurà a simmetria à l'energii più altu. È s'ellu sò attualmente rotti, questu porta à qualcosa observable, novi particelle è novi interazzione.

U Lagrangianu di u Modelu Standard hè l'unica equazione chì descrive e particelle i influenza di u mudellu standard (2). Hè custituitu di cinque parti indipindenti: gluoni in a zona 1 di l'equazioni, bosoni debuli in a parte marcata dui, marcati trè, hè una descrizzione matematica di cumu a materia interagisce cù a forza debule è u campu di Higgs, particelle fantasma chì sottrae l'eccessu di u campu di Higgs in parte quattru, è i spiriti descritti sottu cinque Fadeev-Popovchì influenzanu a redundanza di l'interazzione debule. E masse di neutrini ùn sò micca cunsiderate.

Ancu sì Modellu standard pudemu scrive cum'è una sola equazioni, ùn hè micca veramente un sanu homogeneu in u sensu chì ci sò parechje espressioni separati, indipendenti chì guvernanu i diversi cumpunenti di l'universu. I parti individuali di u mudellu Standard ùn interagisce micca cù l'altri, postu chì a carica di culore ùn affetta micca e forze elettromagnetiche è debuli, è e dumande senza risposta restanu per quessa chì l'interazzione chì deve esse accadutu, cum'è a simetria CP chì rompe in l'interazzione forte, ùn anu micca. operare. avè locu.

Quandu i simmetrii sò restaurati (à u piccu di u putenziale), l'unificazione si faci. Tuttavia, a rottura di simetria à u fondu assai currisponde à l'Universu chì avemu oghje, cù novi tipi di particeddi massivi. Allora chì "di tutte e cose" deve esse sta teoria? Quellu chì esiste, i.e. un veru Universu asimmetricu o unu è simmetricu, ma in fine micca quellu chì avemu trattatu.

A bellezza ingannosa di mudelli "complete".

Lars English, in u so libru There Is No Theory of Everything, sustene chì ùn ci hè micca un unicu inseme di regule chì ponu combina a relatività generale cù a meccanica quantisticaperchè ciò chì hè veru à u livellu quantum ùn hè micca necessariamente veru à u livellu gravitazionale. E u più grande è più cumplessu u sistema, u più sferente da i so elementi custituenti. "Ùn hè micca chì queste regule di gravità cuntradite a meccanica quantistica, ma chì ùn ponu esse derivate da a fisica quantistica", scrive.

Ogni scienza, intenzionalmente o micca, hè basatu annantu à a premessa di a so esistenza. leggi fisiche oggettivechì implicanu un inseme mutualmente cumpatibile di postulati fisichi fundamentali chì descrizanu u cumpurtamentu di l'universu fisicu è tuttu in questu. Di sicuru, una tale teoria ùn implica micca una spiegazione cumpleta o una descrizzione di tuttu ciò chì esiste, ma, assai prubabilmente, descrive exhaustivamente tutti i prucessi fisichi testabili. Lòggicamenti, unu di i benefizii immediati di capiscenu TW in questu modu seria di piantà esperimenti in quale a teoria predice risultati negativi.

A maiò parte di i scentifichi fisichi duveranu piantà di ricerca è guadagnà a vita da l'insignamentu piuttostu chè da a ricerca. Tuttavia, u publicu prubabilmente ùn importa micca se a gravità pò esse spiegata in termini di a curvatura di u spaziu-tempu.

Di sicuru, ci hè una altra pussibilità - l'Universu simpricimenti ùn unificà. I simmetrii chì avemu ghjuntu sò solu i nostri invenzioni matematichi è ùn descrive micca l'universu fisicu.

In un articulu sfacciatu per Nautil.Us, Sabine Hossenfelder (3), un scientist in l'Istitutu di Studi Avanzati di Francoforte, hà valutatu chì "l'idea sana di una teoria di tuttu hè basatu annantu à una supposizione micca scientifica". "Questa ùn hè micca una bona strategia per sviluppà teorii scientifichi. (…) A basa di a bellezza in u sviluppu di a teoria hà storicamente travagliatu male. In u so parè, ùn ci hè micca ragiuni per a natura per esse discritta da una teoria di tuttu. Mentre avemu bisognu di una teoria quantistica di gravità per evità una incongruenza logica in e lege di a natura, e forze in u Modelu Standard ùn anu micca bisognu di esse unificate è ùn anu micca bisognu di esse unificate cù a gravità. Saria bellu, sì, ma ùn hè micca necessariu. U mudellu standard funziona bè senza unificazione, u circadori enfasi. A natura chjaramente ùn importa micca ciò chì i fisici cunzidenu bella matematica, a Sra Hossenfelder dice in furia. In a fisica, i sviluppi in u sviluppu teoricu sò assuciati à risolve inconsistenzi matematichi, micca cù mudelli belli è "completi".

Malgradu queste sobri esortazioni, novi pruposte di teoria di tuttu sò sempre presentate, cum'è Garrett Lisi in 2007 The Exceptionally Simple Theory of Everything. Hà a peculiarità chì u Prof. Hossenfelder hè bellu è pò esse mostratu bè cù una visualizazione attrattiva (4). Sta tiuria, chjamata E8, dice chì a chjave per capiscenu l'universu hè ughjettu matematicu in a forma di una rosetta simmetrica.

Lisi hà criatu sta struttura tracciandu particeddi elementari nantu à un graficu chì piglia ancu in contu l'interazzione fisica cunnisciuta. U risultatu era una struttura matematica cumplessa ottu-dimensionale di 248 punti. Ognunu di sti punti rapprisenta particeddi cù proprietà diffirenti. In u diagramma ci hè un gruppu di particeddi cù certi pruprietà chì sò "mancante". Almenu alcuni di questi "missing ones" teoricamente anu qualcosa à fà cù a gravità, colmantendu a distanza trà a meccanica quantistica è a relatività generale.

4. E8 Teoria di a visualizazione

Allora i fisici anu da travaglià per riempie a Rosetta di Fox. Se questu riesce, chì succede? Parechji rispundenu sarcasticamente chì ùn hè nunda di speciale. Solu una bella stampa seria cumpleta. Sta custruzzione pò esse preziosa in questu sensu, postu chì ci mostra quale seranu e veri cunsequenze di cumpletà una "teoria di tuttu". Forse insignificante in un sensu praticu.