Ini adalah epik fisika yang luar biasa, ini adalah rangkaian nama yang mulia untuk generasi mendatang. Mereka adalah: Newton, Gauss, Riemann, Maxwell, Einstein, Yang Zhenning, Ramanujan, Hawking, Witten ... (Tunggu, dalam sepuluh tahun terakhir, kita hanya dapat melihat Tuan Yang dalam versi hiburan, tanpa diduga Bisakah Anda membandingkan dengan para guru itu? Ya! Yang-Michang, dinamai menurut Guru Yang dan murid-muridnya, adalah yang disebut Model standar , Berhasil menjelaskan dan mengintegrasikan tiga dari empat kekuatan alam. ) Jadi, seberapa cerdas pikiran cerdas ini?
Kami umumnya menerima kesimpulan itu Alam semesta kita yang ada berasal dari ledakan besar, yang disebut Big Bang dalam bahasa Inggris! Namun, fisikawan atom tidak boleh berhenti pada akal sehat dasar tersebut.
Dia akan memberi tahu Anda bahwa momen penciptaan adalah tahap evolusi berikut:
Dengan kata lain: semuanya dimulai pada 10E ^ - 43 detik ... (10 minus 43 detik, juga dikenal sebagai waktu Planck, waktu terkecil yang diketahui umat manusia ada. Waktu Planck = panjang / kecepatan cahaya Planck. Nilai kecepatan cahaya yang ditentukan: c = 299792458m / s = 299792,458km / s.) Harap dicatat bahwa ini adalah nilai yang ditentukan, bukan nilai yang diukur.
Lebih dekat ke rumah, saat penciptaan:
Garis waktu pembuatan
# 10E 43 detik, alam semesta sepuluh dimensi terbagi menjadi alam semesta empat dimensi dan alam semesta enam dimensi. Alam semesta enam dimensi runtuh dan menyusut hingga 10E-32 meter. Alam semesta empat dimensi (alam semesta tempat kita berada sekarang) meledak dengan cepat, dan suhunya saat ini setinggi 10E32 (10 pangkat 32) derajat;
# 10E 35 detik, kekuatan pemersatu hancur;
# 10E 9 detik, listrik lemah hancur secara simetris, suhu saat ini 10E15 derajat;
# 10E 3 detik, quark mulai mengembun, neutron dan proton muncul, suhu saat ini 10E14 derajat;
# 3 menit, proton dan neutron mulai mengembun menjadi inti yang stabil;
# Dalam 300.000 tahun, elektron mulai mengembun di sekitar inti, dan atom pertama muncul;
# 3 miliar tahun, quasar pertama muncul;
# 5 miliar tahun, galaksi pertama muncul;
# 10-15 miliar tahun, tata surya lahir, dan setelah miliaran tahun, kehidupan pertama muncul di bumi.
Jadwal ini, apakah ini novel fiksi ilmiah yang ditulis oleh dewa besar? TIDAK! Ini adalah garis waktu penciptaan yang telah menjadi konsensus banyak ilmuwan.
Memang, tidak ada waktu, panjang, suhu, dll. Dalam urutan besarnya yang disebutkan dalam tabel yang dapat diukur secara langsung, karena tingkat teknologi dan alat manusia saat ini masih jauh dari mencapai urutan besaran itu. Namun, pikiran manusia melakukannya-- Di belakang setiap angka dalam jadwal ini adalah sekelompok rumus dan perhitungan yang ketat. Ada sekelompok fisikawan dan matematikawan terkenal atau tidak dikenal. Mereka adalah otak paling cerdas dari manusia kita.
Kembali ke acara pertama dalam jadwal, "Sepuluh Dimensi Universe Split", inilah tema kita hari ini: Ruang hiperdimensi . Mari kita lihat bagaimana para ilmuwan telah menjelajahi asal-usul dunia selama dua ratus tahun. Pertama, mari kita perjelas konsep penting:
Dimensi dan alam semesta multidimensi
Ulat yang berjalan pada garis lurus hanya dapat bergerak maju mundur, oleh karena itu dinamakan garis lurus atau kurva: Ruang satu dimensi
Amuba dapat bergerak maju, mundur, kiri dan kanan pada permukaan bola, jadi kita sebut bidang atau permukaan melengkung: Ruang dua dimensi
Seekor burung dapat bergerak naik turun di ruang kita, oleh karena itu ruang kita dinamakan: Ruang tiga dimensi
(Selain waktu satu dimensi, dunia kita adalah empat dimensi, secara kolektif disebut ruang-waktu. Dalam ruang-waktu ini Anda perlu mengkalibrasi suatu titik secara akurat, Anda memerlukan empat angka, seperti: Jalan Huaihai, pertigaan Jalan Madang, lantai dua, jam 4 sore .)
Begitu seterusnya dan seterusnya
Jika seseorang memberi tahu Anda bahwa orang dalam ruang multi-dimensi (di atas empat dimensi) melihat sekilas brankas atau rumah kita, seperti halnya kita melihat lingkaran pada bidang dua dimensi, apakah Anda akan bingung? , Tak terbayangkan, atau menyeramkan?
Tentu saja, karena "melihat adalah mempercayai", ini sebenarnya melibatkan masalah filosofis. Jika penglihatan itu nyata, maka benda berdimensi tinggi itu tidak nyata. Tetapi dari sudut pandang lain, manusia hanyalah satu jenis hewan, dan amoeba datar hanya dapat mengamati dunia dua dimensi. Bagaimana kita bisa membuktikan apa yang disebut realitas 'yang dapat kita rasakan tidak terbatas pada kita? Kondisi kognitif Anda sendiri?
Fakta yang harus diakui adalah: Otak dan mata manusia hanya berevolusi untuk mengatasi berbagai situasi di ruang tiga dimensi dan ruang-waktu empat dimensi, sehingga tidak memiliki kemampuan untuk mengenali dan menyelesaikan objek di ruang dimensi tinggi.
Teori superstring percaya bahwa ruang-waktu nyata dari alam semesta sebenarnya adalah ruang sepuluh dimensi. Ruang empat dimensi adalah lipatan ruang-waktu Einstein (yaitu, ruang kehidupan sehari-hari kita), dan ada ruang lain yang 'tegak lurus' dengannya. Lipatan enam dimensi kecil. Pada ruang sepuluh dimensi ini terdapat semacam satuan kunci terkecil dalam arah vertikal dan horizontal. Untuk analogi Ruang sepuluh dimensi adalah kotak suara piano besar di alam semesta. Memetik senar-senar ini menciptakan nada dan nada yang berbeda, sehingga partikel dasar yang berbeda diproduksi, dan kemudian semua materi dan gaya dikembangkan. (Teori M terbaru, yang berbeda dengan teori superstring, percaya bahwa alam semesta telah berevolusi dari dimensi kesebelas.)
Hanya ada empat kekuatan alam
Selama dua ribu tahun, para ilmuwan telah menemukan bahwa semua fenomena di alam semesta kita dapat disederhanakan menjadi empat gaya:
1, Gaya elektromagnetik (Gaya elektromagnetik): Termasuk listrik, magnet dan cahaya itu sendiri, secara kolektif disebut gaya elektromagnetik. Muatan positif dan negatif yang sama (level magnet) adalah gaya tolak, sedangkan kebalikannya adalah gaya tarik. Foton yang dilalui sebanding dengan jumlah listriknya dan berbanding terbalik dengan jaraknya. Kekuatan jarak jauh, yang terkuat kedua di antara empat kekuatan.
2, Tenaga nuklir yang kuat (gaya nuklir kuat): Ini adalah gaya tarik antara quark, yang ditransmisikan oleh gluon (efek tambahan dari pengikatan proton dan neutron dalam nukleus ditransmisikan oleh meson). Dalam jarak efektif, semakin besar jarak, semakin besar gaya. Gaya jarak pendek, yang terkuat dari keempat gaya, juga merupakan gaya alami energi pembakaran bintang Ledakan bom hidrogen menggunakan prinsip gaya nuklir kuat.
3. Tenaga nuklir lemah (gaya nuklir lemah): Gaya nuklir lemah mempengaruhi bentuk peluruhan beberapa bahan radioaktif, yang merupakan gaya yang menyebabkan peluruhan seperti peluruhan beta. Ditransmisikan oleh partikel Higgs (W, W-, Z0), yang lebih lemah, gaya jarak pendek, yang bekerja pada partikel level quark. Ini adalah yang terkuat ketiga di antara empat kekuatan.
4. Gravitasi (gaya gravitasi, atau gravitasi): Ini ditransmisikan oleh gaya gravitasi dan sebanding dengan massa dan berbanding terbalik dengan jarak. Gaya jarak jauh adalah yang terlemah dari keempat gaya.
Mengapa kita harus menyatukan kekuatan alam?
Begitu manusia mengintegrasikan semua kekuatan menjadi satu kekuatan super, terobosan apa yang akan dilakukan saat ini. Pada titik ini, fisikawan Paul Davies Dia menulis: "Kita dapat mengubah struktur ruang dan waktu, memahami seluk beluk segala sesuatu di alam semesta, dan membuat materi teratur. Setelah mengendalikan gaya super, kita dapat dengan sewenang-wenang menggabungkan dan mengubah partikel untuk menciptakan bentuk materi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kita bahkan Dapat mengontrol jumlah dimensi ruang dan menciptakan dunia buatan dengan properti luar biasa. Kita akan menjadi penguasa alam semesta. "
Lihatlah kembali sejarah penguasaan manusia atas "kekuasaan":
Manusia telah lahir lebih dari puluhan juta tahun. Dalam 99,99% waktu, energi yang dapat dikuasai manusia hanyalah kekuatan tangan dan otot, mungkin hanya Tenaga kuda seperdelapan
Seratus ribu tahun yang lalu, dengan penemuan perkakas genggam, keluaran energi manusia berlipat ganda, mencapai Satu dan seperempat tenaga kuda
Newton ditemukan gravitasi dengan Hukum gerak , Biarkan mekanisme disederhanakan menjadi sistem persamaan yang terorganisir dengan baik. Prinsip mekanik modern melahirkan mesin uap, dan energi yang dimiliki manusia mencapai puluhan hingga ratusan tenaga kuda;
Formula Maxwell , Penemu Tercerahkan seperti Edison, umat manusia memasuki era tenaga listrik, tingkat energi telah membuat lompatan, dan sangat mengubah kehidupan orang.
Teori Relativitas Einstein Ini telah membuka era pemanfaatan energi nuklir bagi umat manusia, dan energi yang dimiliki manusia telah meningkat sedemikian rupa sehingga dapat menghancurkan planet-planet tempat tinggalnya.
Secara historis: Kapanpun manusia mengendalikan kekuatan alam, hal itu dapat meningkatkan energi yang dapat dikendalikan manusia, dan membuat seluruh masyarakat mengubah wajahnya. Jadi, berapa banyak energi yang dibutuhkan manusia di masa depan? 10E dimulai 2 miliar elektron volt, lebih dari 100 miliar kali arus. Jika tidak, kita tidak akan dapat membengkokkan ruang dan menyelesaikan masalah navigasi ke antarbintang yang jauh; atau, pada saat runtuhnya alam semesta, akan ada cukup energi untuk membuka alam semesta enam-dimensi dan menghindari bencana kehancuran.
Di bawah ini, mari kita tinjau proses integrasi manusia dari empat kekuatan alam dalam urutan kronologis:
1, Riemann, raksasa yang mendukung Einstein
Newton pernah berkata: " Jika saya melihat lebih jauh dari yang lain, itu karena saya berdiri di atas bahu raksasa Menurut pernyataan Newton, Riemann tidak diragukan lagi adalah raksasa yang mendukung Einstein.
Pada tanggal 10 Juni 1854, satu set geometri baru lahir. Riemann menyampaikan pidato terkenal di Universitas Göttingen di Jerman, yang benar-benar mengguncang geometri Euclidean yang tidak pernah terguncang selama dua ribu tahun.
Riemann adalah seorang jenius matematika.Selama SMA, dia benar-benar menyerap "Theory of Number" (Teori Bilangan) hanya dalam enam hari, yang merupakan pekerjaan yang sulit sebanyak 859 halaman.
Riemann menantang geometri Yunani, berpikir bahwa meskipun operasi matematika Euclid sangat akurat, fondasinya hanyalah pasir hisap dari akal sehat dan intuisi, bukan hasil dari deduksi logis yang solid.
Sebagai contoh, geometri Eropa mengatakan bahwa jumlah dari tiga sudut dalam segitiga sama dengan seratus delapan puluh derajat, tetapi masalah yang tampaknya sederhana ini tidak pernah dibuktikan secara ketat dalam sejarah matematika! Apalagi jika kita berada di dunia dengan permukaan melengkung, rumus ini tidak berlaku. (Pada titik ini, kita harus mengungkapkan penghargaan tulus kita kepada Tn. Euclid! Setiap kali saya memikirkan "Geometri" yang ditulis oleh orang tuanya lebih dari dua ribu tahun yang lalu, itu masih buku teks sekolah menengah dunia, saya bergidik! Aksioma yang terbukti baik, bagaimana orang Yunani yang hidup pada 300 SM menemukannya? Jika ada "keajaiban" di dunia ini, Tuan Ou pantas menjadi salah satunya!)
Berbicara tentang Riemann, bidang penelitiannya bahkan meluas ke listrik, ia percaya bahwa listrik dan magnet sebenarnya adalah representasi yang berbeda dari gaya yang sama. Berdasarkan ini, dia mengembangkan solusi baru untuk gaya dan membuat terobosan pembuatan zaman pertama Newton dalam 200 tahun, benar-benar menggulingkan prinsip aksi Newton dari jarak jauh. Dia percaya: Gaya berasal dari geometri, dan gaya hanya merupakan fenomena yang tak terelakkan yang disebabkan oleh distorsi struktur geometris. (Sebelum Newton, komunitas ilmiah percaya bahwa gaya adalah interaksi instan antara dua benda yang berjauhan. Sebuah benda dapat langsung mempengaruhi gerak benda lain yang dipisahkan oleh jarak tertentu.)
Mari kita rangkum kehebatan Riemann:
1. Dia menyederhanakan semua gaya alam dengan teori ruang multidimensi, dia percaya bahwa listrik, seperti magnet dan gravitasi, hanyalah hasil dari pembengkokan ruang dimensi tinggi.
2. Dia mengusulkan konsep lubang hangat Riemann cut adalah contoh paling sederhana dari beberapa ruang yang terhubung.
3. Dia menggunakan "medan" untuk mendeskripsikan gravitasi, dan "tensor metrik Riemann" (tensor metrik Riemann) untuk mendeskripsikan medan gravitasi setiap titik dalam ruang. (Yang disebut "tensor metrik" sebenarnya adalah kumpulan angka, mirip dengan koordinat.)
Riemann meninggal muda, dan dia tidak menemukan persamaan medan gaya listrik dan magnet, juga tidak menghitung berapa banyak ruang yang harus dilipat untuk menggambarkan gaya yang berbeda. Perkembangan penting ini masih tersisa Maxwell dengan Einstein .
1. Dalam teori relativitas khusus, kecepatan cahaya adalah konstan E = mc.
Kami memuji matahari! Itu tidak hanya membayangkan kehidupan, tetapi juga menerangi pikiran manusia. Einstein adalah orang yang terbang dengan cahaya dan melakukan perjalanan melalui ruang dan waktu.
Ketika Einstein masih kecil, dia sering bertanya dan menjawab dirinya sendiri dengan pertanyaan sederhana: "Jika Anda mengejar seberkas cahaya, seperti apa bentuknya? Apakah Anda akan melihat gelombang cahaya statis yang membeku dalam waktu?" Biarkan dia dalam lima puluh tahun ke depan, Pimpin umat manusia ke dalam perjalanan ruang dan waktu yang misterius.
Pada usia enam belas tahun, Einstein menemukan bahwa tampaknya tidak ada di dunia ini yang dapat mengejar kecepatan cahaya. Pada usia dua puluh enam tahun, dia membuktikan penemuan ini dengan matematika yang ketat. Sebagai juru tulis tingkat rendah di Kantor Paten Swiss, dia menggunakan persamaan bidang Maxwell untuk mendapatkan relativitas khusus (relativitas khusus).
Untuk meringkas teori relativitas khusus dalam satu kalimat, yaitu: Kecepatan cahaya konstan dalam setiap struktur abadi . Teorema ini tidak mencolok di permukaan, tetapi memang merupakan salah satu pencapaian terbesar dari pikiran manusia!
Einstein menunjukkan bahwa tidak peduli bagaimana kita berakselerasi atau kecepatan kita sendiri, kecepatan cahaya yang dapat diukur orang adalah sama.
Untuk kesimpulan ini, Einstein memberikan penjelasan yang luar biasa, dia percaya bahwa alasan dari hasil ini adalah: waktu melambat! (Ini adalah kalimat yang mengejutkan) Dengan kata lain, Semakin cepat kita bergerak, semakin lambat jam kita akan berjalan, dan semakin pendek tongkat pengukur kita, maka kecepatan cahaya yang kita ukur adalah konstan.
Einstein lebih jauh berpikir: Maka, hampir semua benda harus diukur dengan jam dan skala. Karena waktu dan skala berubah, kita harus mengoreksi semua besaran fisik (besaran), sehingga ia menurunkan mayor berikutnya Kesimpulannya: Kualitas berasal dari energi.
Kesimpulan ini membalikkan dua penemuan fisik utama di abad kesembilan belas: Kekekalan massa dan energi . Sejak itu, massa dan energi diperlakukan sebagai satu kesatuan: materi-energi.
Einstein yang berusia dua puluh enam tahun juga memberikan persamaan perubahan massa-energi, yang terkenal itu E = mc .
Mari kita telusuri proses penurunan relativitas khusus:
Kecepatan cahaya konstan waktu menjadi lambat massa tidak konstan konversi timbal balik "massa-energi" E = mc
Teori relativitas khusus menyatukan "ruang-waktu" serta "energi-massa".
Setelah menyatukan "ruang-waktu" dan "energi-massa", Einstein lebih jauh memikirkan tentang hubungan antara "ruang-waktu" dan "energi-massa", Ini adalah percepatan yang diabaikan oleh teori relativitas khusus, dan gravitasi.
Ini tentang pencapaian besar berikutnya: Relativitas umum .
2. Relativitas umum, ruang melengkung mekanika = geometri
Sekali lagi, Einstein memulai dengan pertanyaan sederhana: Jika seseorang dalam keadaan jatuh bebas, dia tidak akan merasakan berat badannya? Einstein menguasai karakteristik dasar gravitasi melalui pertanyaan sederhana ini: di bawah kerangka percepatan Hukum alam sama dengan hukum medan gravitasi. Inilah yang disebut prinsip kesetaraan.
Melalui prinsip kesetaraan, Einstein memikirkan kembali pertanyaan tentang kecepatan cahaya: Apakah kecepatan cahaya akan dipengaruhi oleh gravitasi? Jawabannya adalah ya, medan gravitasi akan mendistorsi jalur cahaya.
tapi! Namun menurut Prinsip waktu terpendek Fermat , Cahaya akan mengambil jalur waktu terpendek di antara dua titik. Einstein sekali lagi menarik kesimpulan yang mengejutkan: Jika kita dapat mengamati cahaya yang bergerak dalam kurva, itu berarti ruang itu sendiri melengkung! (Prediksi bahwa kemajuan cahaya dalam kurva telah berulang kali dibuktikan oleh eksperimen yang tak terhitung jumlahnya oleh generasi mendatang.)
Einstein yang hebat selanjutnya menyimpulkan: Adanya energi massa menyebabkan pembengkokan ruang dan waktu sekitarnya.
Seperti yang kami sebutkan sebelumnya, matematikawan Riemann mengusulkan hubungan antara gaya dan kelengkungan ruang pada awal 1854, dan mengusulkan Teori Medan Gravitasi . Einstein menggunakan hasil penelitian Riemann untuk mengekspresikan penemuan barunya sendiri dalam fisika dalam bentuk matematika Relativitas umum .
Mari kita ikuti proses penurunan relativitas umum:
Cahaya bergerak dalam kurva + cahaya mengambil jalur waktu terpendek antara dua titik ruang melengkung "massa-energi" menyebabkan pembengkokan "ruang-waktu" mekanika = geometri
Kehebatan Einstein berhenti pada upaya ketiganya!
Setelah relativitas khusus dan umum, ia mempelajari teori medan terpadu sepanjang hidupnya. Sederhananya, Sedang mencoba mencari rumus yang bisa mendeskripsikan cahaya dan gravitasi pada saat bersamaan . Sayangnya, dia tidak berhasil pada akhirnya.
Jawaban atas pertanyaan ini adalah Theodor Kaluza dengan Oskar Klein Dua ilmuwan, teori mereka kami sebut "Teori Cruza-Klein" Singkatnya, teori ini adalah: Di ruang lima dimensi, teori cahaya dan gravitasi disatukan.
Tapi di manakah dimensi kelima? Crucha Katakanlah: Dimensi kelima telah hancur menjadi lingkaran, volumenya terlalu kecil untuk menahan atom genap, sehingga tidak dapat diukur. Pada tahun 1926, Klein Bahkan dihitung bahwa ukuran dimensi kelima hanya 10E-33 cm (10 pangkat minus 33), dan energi yang dibutuhkan untuk mendeteksi jarak sekecil itu disebut energi Planck, yang setara dengan 10E 2 miliar elektron Volt, satu juta triliun kali energi yang terkandung dalam proton.
Teori Cruza-Klein Pada saat itu, ia tidak menerima perhatian luas dan pengakuan universal, dan itu adalah kumpulan teori baru yang memimpin tren: Mekanika kuantum (Mekanika kuantum)
3. Serangkaian penemuan yang dibuat oleh fisikawan atom
Mekanika kuantum mengintegrasikan tiga gaya interaksi alami
Pada tahun 1925, Schrodinger (Erwin Schrödinger) dan Heisenberg (Werner Heisenberg) mewakili sekelompok ilmuwan yang telah memberikan deskripsi matematis yang hampir lengkap tentang gerakan atom, yang kami sebut Mekanika kuantum .
Ini adalah sekumpulan teori yang menjelaskan kekuatan alam yang sangat berbeda dengan teori Riemann dan Einstein. Poin teoritis utamanya meliputi:
1. Gaya dihasilkan oleh pertukaran paket energi yang terputus-putus (yaitu, kuantum: kuanta);
2. Pembangkitan gaya yang berbeda berasal dari pertukaran kuanta yang berbeda;
3. Kita tidak pernah bisa mengetahui kecepatan dan posisi partikel subatomik pada saat yang bersamaan;
Ini yang terkenal Teorema ketidakpastian Heisenberg Teorema ini, yang kedengarannya tidak terlalu dapat diandalkan, adalah salah satu yang telah bertahan dari tantangan eksperimen apa pun dalam setengah abad. Sejauh ini, tidak ada hasil eksperimen yang melanggar teorema ini. Yang disebut partikel subatom: partikel yang bahkan lebih kecil dari atom. Signifikansi filosofis hukum ketidakpastian Heisenberg adalah bahwa ia menafsirkan produksi dan komposisi segala sesuatu dari tingkat komposisi material yang paling rendah sebagai manifestasi probabilitas, bukan hasil yang tak terelakkan! Dengan kata lain, tidak ada yang disebut keberadaan objektif dan tidak ada yang disebut hasil yang tak terhindarkan. Yang satu ini benar-benar mengguncang landasan materialisme.
4. Mungkin saja partikel-partikel masuk terowongan atau lompatan kuantum dengan probabilitas terbatas dan melewati rintangan yang tidak bisa ditembus.
Kedengarannya tidak bisa diandalkan, bukan? tapi! Teori ini tidak hanya dibuktikan berulang kali oleh eksperimen, tetapi manusia bahkan telah menciptakannya Dioda terowongan (Dioda terowongan, atau dioda Ezaki).
Mekanika kuantum mengambil foton (yaitu kuantum cahaya) sebagai contoh. Ia percaya bahwa gaya lemah dan kuat disebabkan oleh pertukaran energi kuantum, dan menyebutnya "Medan Yang-Mi". Ini Yang Zhenning dan muridnya, Mills Teori tersebut ditemukan pada tahun 1954. Pada 1970-an, Yang Michang bisa membuka semua rahasia materi nuklir, dan bisa menjelaskan data eksperimen tentang partikel subatomik. Saat menjelaskan interaksi antara elektron dan cahaya, akurasinya mencapai sepersepuluh juta, yang dikenal sebagai Teori paling akurat yang pernah ada! Komunitas ilmiah begitu yakin dengan teori ini sehingga menyebutnya " Model standar "(Model Standar).
Setelah lima puluh tahun berkembang, mekanika kuantum telah berhasil mengintegrasikan tiga dari empat gaya alam: Gaya kuat + gaya lemah + gaya elektromagnetik . Namun, termasuk Yang Zhenning Banyak ilmuwan, termasuk saya sendiri, percaya bahwa Model Standar tidak boleh menjadi teori terpadu yang terakhir. Alasan utamanya adalah bahwa model tersebut tidak memasukkan gravitasi!
Secara historis, dapat dikatakan: Mekanika kuantum hanya memilah beberapa karakteristik penampakan partikel subatom, tetapi tidak memberikan penjelasan apa pun tentang asalnya.
Teori gayaberat super, mengintegrasikan empat gaya dalam ruang sebelas dimensi
Mengintegrasikan teori kuantum dan gravitasi untuk menciptakan "Teori Segalanya" (Theory of Everything), masalah ini membuat frustasi para pemikir terpintar abad ke-20, termasuk Einstein, Heisenberg, dan banyak raksasa lain di dunia ilmiah. Dan mangkuk besar, tapi tidak ada yang tersedia.
Pada tahun 1976, tiga fisikawan dari Universitas Negeri New York di Stony Brook menulis teori gayaberat super. Sederhananya, teori ini berdampak pada Riemann Model "metrik tensor" Melakukan penelitian hampir mewujudkan impian Einstein untuk menyatukan kekuatan yang diketahui.
Mereka menemukan bahwa dalam model tensor metrik sebelas dimensi, hampir semua partikel dan gaya di alam termasuk: Teori gravitasi Einstein, medan Yang-Mei dan medan Maxwell, serta quark dan lepton . seperti yang ditunjukkan gambar:
(Tanda kurung pada gambar mewakili bidang tensor metrik Riemann sebelas dimensi. Jika disederhanakan menjadi empat dimensi, itu adalah medan gravitasi Einstein; tambah jumlah dimensinya, kita dapat menyimpulkan Persamaan Maxwell dengan Model standar ; Akhirnya, dalam sebelas dimensi, semua persamaan yang mewakili empat gaya diintegrasikan. )
Meskipun teori gravitasi super mengintegrasikan empat gaya pada model, kekurangannya terletak pada kurangnya model dan rumus matematika kuantitatif spesifik di banyak titik kunci. Oleh karena itu, ia hanya bisa menjadi batu paving dalam perjalanan lambat menuju teori kesatuan alam semesta. Proyek fisika baru dan paling kuat telah diluncurkan. Yaitu: Teori Superstring
Superstring, mengintegrasikan semua kekuatan dan hukum alam
Pada tahun 1968, teori superstring secara tidak sengaja ditemukan. Pada saat itu, dua ahli fisika teoretis muda secara tidak sengaja menemukan bahwa ahli matematika abad kesembilan belas Jura telah menyelesaikan pekerjaannya di Pusat Penelitian Nuklir Eropa (CERN). Fungsi Ulabeta (Fungsi beta Euler) Ia memenuhi hampir semua karakteristik yang diperlukan untuk menggambarkan interaksi kuat dari partikel elementer.
Apa itu teori string? Di paruh kedua hidupnya, Einstein telah mencari teori medan terpadu, yaitu teori yang dapat menggambarkan semua kekuatan alam dalam satu kerangka matematika yang mencakup semua. Dia merindukan kejelasan yang belum pernah berhasil dicapai oleh siapa pun sebelumnya untuk mengungkap misteri aktivitas alam semesta, dan keindahan serta keanggunan alam yang bergerak yang ditampilkan.
Saat ini, cukup banyak fisikawan yang percaya bahwa mereka akhirnya menemukan kerangka kerja yang memungkinkan untuk menggabungkan pengetahuan ini menjadi satu kesatuan yang mulus: Teori tunggal, teori yang dapat mendeskripsikan semua fenomena, inilah teori string. Ini adalah mewujudkan cita-cita teori terpadu yang dikejar Einstein dengan antusias.
Teori string dapat digunakan untuk mendeskripsikan gravitasi dan semua partikel elementer. Salah satu ide dasarnya adalah bahwa unit dasar alam, seperti elektron, foton, neutrino, quark, dll., Terlihat seperti partikel, tetapi sebenarnya merupakan mode getaran yang berbeda dari string satu dimensi yang sangat kecil, seperti yang ada pada biola. tali.
String kosmik dalam teori string (kami menyebutnya string dalam teori string superstring agar tidak tertukar dengan string biasa) dapat bergetar dalam mode tertentu. Setiap mode getaran sesuai dengan frekuensi resonansi dan panjang gelombang khusus. Semua partikel elementer, seperti elektron, foton, neutrino, quark, dll., Adalah mode getaran yang berbeda atau status tereksitasi getaran dari string kosmik.
Skala tipikal setiap string kosmik adalah tentang satuan dasar panjang, yaitu panjang Planck (10E-33 cm). Stringnya terlalu halus. Dari kejauhan, kita tidak bisa membedakan apakah itu resonansi string atau partikelnya. Hanya ketika kita memperbesar partikelnya, kita dapat melihat bahwa itu bukanlah partikel titik sama sekali, tetapi semacam tali yang bergetar.
Menurut teori superstring, partikel bukanlah elemen dasar alam semesta. Hukum fisika setara dengan hukum harmoni string . Teori string bersifat luas dan mendalam, dan dapat menjelaskan semua hukum dasar alam.
Singkatnya, jika Anda menganggap alam semesta sebagai laut yang terdiri dari string-string kosmik, maka partikel-partikel elementer seperti gelembung di dalam air, yang terus-menerus diproduksi dan dimusnahkan. Dunia fisik kita yang sebenarnya sebenarnya adalah simfoni luar biasa yang dimainkan oleh string kosmik! Bahkan molekul asam deoksiribonukleat (DNA), yang mengandung informasi dan kode kompleks untuk kehidupan, adalah struktur seperti tali. String adalah salah satu cara paling efisien untuk menyimpan data dalam jumlah besar.
Teori superstring, dan teori medan string yang dikembangkan atas dasar itu, mengintegrasikan semua hukum dan kekuatan alam, dan Fields Medal (Hadiah Nobel tidak memiliki hadiah matematika, dan Fields adalah penghargaan tertinggi dalam matematika). Witten berkata: "Semua gagasan hebat dalam fisika adalah produk sampingan dari teori superstring."
4. Ramanujan membangun alam semesta sepuluh dimensi
Teori superstring sepertinya mengandung semua pengetahuan fisika, sangat luas dan mendalam. Banyak ilmuwan percaya bahwa ini adalah fisika abad ke-21, yang secara tidak sengaja jatuh ke dalam abad ke-20, tetapi umat manusia belum menemukan matematika abad ke-21 untuk menggambarkannya secara akurat.
Ada rahasia besar: Kita hanya dapat mendefinisikan teori string dalam dimensi dua puluh enam dan sepuluh, jika tidak kita tidak dapat menggunakan teori string untuk mengintegrasikan hukum fisika yang diketahui. . Orang yang memecahkan rahasia ini adalah jenius matematika lain yang sebanding dengan Riemann. Ramanujan (Srinivasa Ramanujan).
Ramanujan lahir di India pada tahun 1887. Dia sedikit bergelombang dan dia bahkan tidak lulus ujian kelas tiga. Pada usia dua puluh enam tahun, dia memberi ahli matematika terkenal Kuat Menulis surat yang berisi 120 teorema. Teman India yang malang dan terisolasi ini tidak memiliki pengetahuan tentang informasi penelitian apa pun di lingkaran matematika Eropa. Mengandalkan bakat individu dan sesuai dengan metode mereka sendiri, mendapatkan kembali semua hukum penting dari sejarah matematika Eropa.
Hasil penelitian Ramanujan mencakup tiga jilid lebih dari 400 halaman catatan, yang berisi lebih dari 4.000 rumus. Generasi-generasi selanjutnya menyimpulkan atas dasar ini Fungsi Modular Emas Ramanu (Fungsi Ramanujan), ini adalah rumus matematika khusus yang berisi hingga dua puluh empat pangkat. Bukti matematis ini: Teori string hanya konsisten dalam sepuluh dimensi. Dengan kata lain, alam semesta berdimensi tinggi yang menghasilkan alam semesta kita yang ada pasti memiliki sepuluh dimensi! (Revolusi kedua teori string dimulai pada tahun 1994. "Teori M" yang lahir setelah itu dianggap sebagai model teoretis terpadu terbaru. Teori M percaya bahwa lima teori string berbeda dalam sejarah telah terbukti setara pada dasarnya. Ya, mereka dapat diturunkan dari teori M ruang-waktu 11-dimensi.)
Pada titik ini, sejarah puisi fisik ini pada dasarnya bisa berakhir. Dari medan gravitasi Riemann dan Einstein, mekanika kuantum, teori gayaberat super, teori superstring, teori M, para pemikir cerdas hebat dalam sejarah manusia ini telah maju untuk mengeksplorasi kebenaran alam semesta dan telah menggambarkan alam semesta untuk kita. Seluruh proses kelahiran adalah jadwal pembuatan dimulai dari 10E-34 detik.
Mari kita lihat bersama, sejak teori string, bagaimana sains menjelaskan alam semesta tempat kita ada:
. Kelahiran alam semesta
Seperti yang telah kita perkenalkan sebelumnya, momen penciptaan dimulai dengan Big Bang "Big Bang". Dimulai dari 10E-34 detik, dibutuhkan waktu 15 miliar tahun untuk membentuk alam semesta kita saat ini.
Bukti eksperimental "big bang" alam semesta terutama mencakup empat poin berikut:
1. Melalui pengukuran Cahaya bintang Fenomena distorsi telah berulang kali membuktikan bahwa bintang-bintang bergerak menjauh dari kita dengan kecepatan tinggi, dan semakin jauhnya bintang atau galaksi dari kita, semakin tinggi kecepatan bintang-bintang itu menjauh dari kita;
2. Prediksi teoritis "Big Bang" Rasio helium dan hidrogen di alam semesta harus mendekati 25%: 75% , Data pengukuran aktual sangat konsisten dengan prediksi;
3. Dengan mengukur peluruhan bahan radioaktif, kami Dapat menentukan usia batuan dan meteorit di Bumi , Tidak ada objek yang ditemukan sejauh ini yang dapat ditelusuri kembali ke sebelum "Big Bang";
4. "Big Bang" menghasilkan gema alam semesta, Jenis radiasi gelombang mikro ini masih bergema di alam semesta Pada tahun 1965, manusia mendeteksi radiasi latar gelombang mikro ini (radiasi latar gelombang mikro).
. Matinya alam semesta
Mari kita lihat dulu kehidupan setiap bintang:
Bintang terbentuk dari agregasi sejumlah besar hidrogen, dan elemen hidrogen berfusi membentuk helium. Karena berat proton hidrogen melebihi berat proton helium, akan ada massa berlebih saat hidrogen beragregasi menjadi helium. Massa ini didasarkan pada rumus energi massa Einstein E = mc Ini menjadi energi, yang mengikat inti bersama dan melepaskan sebagian energi, membuat matahari bersinar dan panas.
Kemudian, setelah miliaran tahun, hidrogen secara bertahap habis, tungku nuklir secara bertahap padam, dan gravitasi menjadi gaya dominan yang menyebabkan bintang runtuh dua kali. Suhu bintang akan meningkat tajam saat ini, menjadi "raksasa merah", dan kemudian "bintang katai putih" "," katai putih "meledak menjadi" supernova "dan" bintang neutron "," bintang neutron terus runtuh karena gravitasi, dan akhirnya menjadi "Lubang hitam" .
Dalam proses ini, unsur-unsur di dalam bintang berubah secara berurutan sesuai dengan "kurva energi gabungan".
Menurut kurva ini, unsur hidrogen dalam bintang akan mencapai besi setelah berulang kali melebur menjadi unsur yang lebih berat, dan tidak dapat lagi menghasilkan energi tambahan. Pada saat ini, bintang runtuh dan melepaskan banyak panas, dan supernova lahir. Ledakan hebat ini akan terjadi. Tubuh bintang itu meledak dan menaburkan puing-puing di seluruh ruang antarbintang, menjadi benih untuk melahirkan bintang baru.
Setelah menjelaskan siklus hidup bintang, mari kita lihat alam semesta itu sendiri, yang berisi bintang-bintang yang tak terhitung jumlahnya dan menyaksikan kelahiran dan kematian bintang yang tak terhitung jumlahnya.
berdasarkan Teori Relativitas Umum Einstein , Akhir dari alam semesta adalah tangisan yang tak terbatas. Entah itu terus mengembang sampai suhunya mendekati nol mutlak; atau ia runtuh dan menyusut menjadi bola api. Jika alam semesta adalah alam semesta terbuka dengan batas tak terhingga, ia akan dihancurkan oleh "es", jika alam semesta tertutup dengan batas, ia akan dihancurkan oleh api.
Fisikawan lulus Kepadatan rata-rata Untuk menilai apakah alam semesta terus mengembang atau akan mundur dan bergerak menuju keruntuhan besar, jika kerapatan rata-rata alam semesta kurang dari 10E-29 g / cm ^ 3, alam semesta akan terus mengembang, jika tidak, akan jatuh ke dalam keruntuhan besar.
Mekanika kuantum Ini juga menggambarkan skenario lain dari kehancuran alam semesta, yaitu peluruhan proton dan neutron. Menurut teori penyatuan besar, semua materi yang kita ketahui, termasuk tata surya dan bumi, serta proton dan neutron dalam tubuh organisme cerdas, pada akhirnya akan membusuk.
Pertanyaannya adalah: apa yang terjadi sebelum Big Bang yang menghasilkan alam semesta?
Setelah memahami jalan hidup bintang dan seluruh alam semesta, pertanyaan yang harus dijawab adalah: sebelum momen ini? Apakah ada kekuatan pendorong pertama itu? Dengan kata lain, adakah Tuhan yang memicu Big Bang?
Selama ratusan tahun, seiring dengan akumulasi penemuan-penemuan ilmiah yang terus menerus, desakan dunia religius tentang keberadaan Tuhan telah mundur ke situasi seperti itu, yaitu, apa yang terjadi sebelum Big Bang? Newton tidak dapat menjawab pertanyaan tentang "dorongan pertama" ini selama hidupnya, dan ia menghubungkannya dengan "tangan Tuhan".
Namun nyatanya, dengan teori superstring sebagai masternya, kelompok ilmuwan saat ini tidak hanya memberikan perkembangan alam semesta setelah terciptanya Big Bang (termasuk matinya alam semesta), tetapi juga memberikan keberadaan alam semesta sebelum Big Bang. Hipotesis, yaitu tentang alam semesta paralel, lubang hitam, lubang cacing dan teori terkait lainnya. Sementara teori-teori ini menjawab pertanyaan "dorongan pertama", mereka sekali lagi mengguncang bukti keberadaan Tuhan.
Jaman dulu Nietzsche Punya kata-kata "Tuhan sudah mati" ,sekarang juga Hawking Itu dideklarasikan di halaman pertama "Grand Design" "Filsafat sudah mati" , Karena "filsafat tidak dapat mengikuti laju perkembangan ilmu pengetahuan modern, terutama fisika." Ini adalah "manifesto" yang sangat arogan. Yang dia maksudkan adalah asal mula dunia adalah pemikiran terakhir dari semua mazhab filosofis, dan sekarang komunitas ilmiah telah memberikan semua penjelasan tentang asal mula dunia dan perkembangan alam semesta, sehingga misi filsafat telah berakhir.
memang! "Materialisme", "idealisme", dan bahkan "keberadaan objektif" telah sepenuhnya diguncang oleh teori kuantum dan teori superstring!
Pada saat yang sama, Tuhan juga Hawking "Menyapu", dia "Desain Besar" Pada akhirnya dinyatakan: Karena adanya hukum seperti gravitasi, alam semesta bisa "menjadi sesuatu dari ketiadaan", dan generasi spontan dapat menjelaskan mengapa alam semesta ada dan mengapa kita ada. sehingga" Tidak perlu berdoa kepada Tuhan untuk menyalakan sumbu untuk membuat alam semesta bekerja Dengan kata lain, Tuhan tidak lagi diperlukan sekarang. (Lihat "Filsafat Sudah Mati" dari Hawking, "Langkah Fisika Menuju Zen: Asal Usul yang Bergantung" Zhu Qingshi)
5. Hawking, alam semesta paralel
Lubang hitam Ini adalah penelitian yang membuat Hawking terkenal di seluruh dunia. Setelah itu, dia mendirikan kosmologi kuantum, dimulai dari kosmologi klasik Einstein, dan kemudian mengukur seluruh alam semesta dalam upaya untuk menyelesaikan pekerjaan fisikawan pendahulunya. Urusan yang belum selesai "Teori Medan Terpadu" menyatukan semua hukum alam sekecil quark, sebesar galaksi antarbintang dan bahkan seluruh alam semesta. Faktanya, teori Hawking jauh melampaui alam semesta kita!
Ide barunya adalah memperlakukan seluruh alam semesta sebagai partikel kuantum dan menggunakan fungsi gelombang kosmik untuk mendeskripsikan kumpulan tak terhingga dari banyak alam semesta (lebih dari satu, tapi alam semesta tak terhitung). Menurut teori Hawking, alam semesta kita hanyalah salah satu dari alam semesta paralel yang tak terhitung jumlahnya, dan setiap alam semesta terhubung ke alam semesta lain melalui sistem lubang cacing yang kompleks.
Jika Hawking benar, Ada alam semesta paralel yang tak terhitung jumlahnya di dunia. Banyak dari alam semesta ini memiliki konstanta fisik yang berbeda, sebagian besar alam semesta mati dan diam serta tidak memiliki hukum fisika yang melahirkan kehidupan. . Tetapi di alam semesta tertentu, hukum fisikanya benar-benar memenuhi kondisi kehidupan, dan inilah alam semesta kita.
Jika teori ini benar, kita tidak harus mengaitkan asal mula kehidupan dengan Tuhan.
Pelayaran luar angkasa dan melarikan diri ke alam semesta berdimensi tinggi
Seperti yang telah disebutkan di atas, tata surya dan bahkan alam semesta ini pun tidak akan pernah lepas dari nasib kepunahan. Jadi, apakah makhluk cerdas adalah bagian dari alam semesta dan oleh karena itu tidak dapat lepas dari takdir kepunahan?
Harapan kami ada Alam semesta sepuluh dimensi dengan Teori superstring !
Menurut teori superstring, alam semesta kita lahir di alam semesta sepuluh dimensi. Karena struktur alam semesta sepuluh dimensi yang tidak stabil, ia terurai menjadi alam semesta empat dimensi (alam semesta kita saat ini) dan alam semesta enam dimensi selama "Big Bang". Alam semesta empat dimensi telah berkembang pesat, dan butuh 15 miliar tahun untuk membentuk alam semesta kita hari ini; sedangkan alam semesta enam dimensi telah menyusut tajam menjadi dunia kecil 10E-32 cm.
Di manakah alam semesta enam dimensi ini? Semuanya ada di sekitar kita! Hanya karena terlalu kecil untuk diamati. Jika kita bisa mengamatinya, seperti apa bentuknya? Ini adalah topik yang telah dipelajari oleh sejumlah besar ahli matematika dan fisikawan dalam beberapa dekade terakhir. Diantaranya, ilmuwan China Qiu Chengtong Bernama Calabi-Yau Manifold Itu adalah jawaban yang lebih dikenal.
Gambar di atas adalah tampilan penampang dua dimensi dari manifold Calabi-Yau enam dimensi. Dengan kata lain, gambar itu setara dengan "bayangan" dari ruang enam dimensi.
Kemudian, ketika alam semesta empat dimensi kita runtuh, berlawanan dengan momen big bang, alam semesta enam dimensi yang semula berkontraksi mulai perlahan-lahan terungkap. Saat ini, makhluk cerdas memiliki kesempatan untuk melarikan diri dari alam semesta empat dimensi ke alam semesta enam dimensi dan mendapatkan kehidupan baru. .
Proses ini menuntut kita untuk menguasai kekuatan dan energi yang lebih kuat untuk mengendalikan alam semesta dan mendapatkan kehidupan baru. Sebagai contoh: Pada saat itu kami membutuhkan pesawat luar angkasa berkecepatan sangat tinggi, tetapi menurut teori relativitas khusus, kami tahu bahwa kami tidak akan pernah bisa mencapai kecepatan cahaya, jadi bagaimana kami melintasi jalan panjang tahun cahaya? Metode yang tidak melanggar hukum Einstein tentang alam dan dapat mencapai rentang waktu dan ruang yang memungkinkan adalah dengan membelokkan ruang dan waktu secara artifisial.
Untuk membuat analogi yang mudah dipahami, ini seperti memiliki botol di sisi lain karpet. Kita tidak perlu pergi ke sisi lain karpet untuk mendapatkannya. Kita bisa duduk di tempat dan secara bertahap menarik karpet ke arah kita, dengan membuat karpet melengkung secara bertahap. , Untuk mempersempit jarak antara kami dan botol, dan akhirnya mendapatkan botol dengan cara ini.
Beginilah cara Anda tidak perlu melintasi jarak, tetapi Anda bisa berpindah dari satu titik ke titik lainnya: Ruang-waktu melengkung . Energi yang diperlukan untuk membelokkan ruang-waktu seratus miliar kali lipat energi yang kita miliki sekarang. Inilah tujuan menyatukan kekuatan alam.
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, mekanika kuantum juga menjelaskan skenario lain di mana alam semesta mati, yaitu peluruhan proton dan neutron. Menurut teori penyatuan besar, semua yang kita ketahui, termasuk tata surya dan bumi, serta proton dan neutron dalam tubuh organisme cerdas, pada akhirnya akan membusuk.
Pada saat itu, organisme cerdas perlu mensintesis inti baru dengan proton dan neutron baru. Ini juga membutuhkan sejumlah besar energi, setara dengan urutan besarnya yang dibutuhkan untuk membelokkan ruang-waktu. Ini juga arti integrasi kekuatan alam.
6. Kesimpulan
Kami memuji para pionir ini dalam proses kemajuan ilmiah selama ratusan tahun. Itu adalah pikiran bijak mereka. Kita manusia dapat menghitung hukum yang mengatur materi miliaran tahun cahaya jauhnya hanya dengan pikiran dan beberapa alat. Kita hanya tidak penting. Sumber energi bahkan belum meninggalkan tata surya, tetapi kita sudah mengetahui reaksi nuklir di kedalaman bintang atau situasi di inti.
Hukum fisika yang kami temukan di asteroid sederhana ini berlaku untuk semua penjuru alam semesta. Pikiran kita dapat memahami dan mengendalikan hukum alam semesta bintang. Atom-atom dalam tubuh kita pada awalnya adalah produk reaksi fusi nuklir dari sebuah bintang tertentu. Atom kita lebih tua dari gunung, kita terbuat dari debu kosmik, dan atom-atom ini terkondensasi menjadi makhluk cerdas yang dapat memahami hukum alam semesta.
Mari kita simpulkan dengan kutipan dari Hawking:
" Jika kita benar-benar dapat menemukan teori yang lengkap, jika kita dapat membahas jawabannya, itu akan menjadi pencapaian terbesar dari kecerdasan manusia - maka kita akan tahu apa yang Tuhan pikirkan. . "
Catatan khusus: Materi untuk artikel ini terutama dikutip dari "Hyperspace" oleh Michio Kalai dan "The Shape of Inner Space" oleh Yau Chengtong. Ide kami adalah: Berdasarkan artikel ini, tinjau sejarah sains selama dua ratus tahun terakhir, dan lihat para ahli matematika dan fisikawan yang mewakili pemikiran tertinggi umat manusia dalam menjelajahi keajaiban asal mula alam semesta, dan sampaikan kepada mereka yang paling mulia Hormat!
Sumber: Zhuge Think Tank
- Foto-foto ini mungkin tidak memenangkan penghargaan, tetapi membuat orang-orang menjadi hangat sepanjang musim dingin
- 28 jam untuk menyelesaikan kasus ini dan memulihkan barang yang dicuri! Dibalik hasilnya, polisi sudah bekerja siang malam, begadang semalaman ...