Einstein adalah ilmuwan hebat yang mengikuti Archimedes dan Newton. Teori relativitasnya bisa dikatakan sebagai pencapaian terbesar abad ke-20. Teori relativitas dan mekanika kuantum membawa perubahan revolusioner pada fisika. Keduanya Bersama-sama mereka meletakkan dasar fisika modern. Teori relativitas telah sangat mengubah konsep "akal sehat" manusia tentang alam semesta dan alam, dan mengusulkan konsep baru seperti "relativitas simultan", "ruang-waktu empat dimensi", "ruang-waktu melengkung", dan seterusnya.
Namun, hampir semua pencapaian terbesar Einstein diselesaikan sebelum tahun 1920, dan tidak ada hasil yang mencengangkan sejak saat itu. Banyak orang mengatakan bahwa Einstein kecanduan teologi. Nyatanya, Einstein bukannya terus mengikuti Maxwell. Jalan, ingin menyelesaikan penyatuan alam semesta.
Kita pernah berkata bahwa jika kita memilih dua fisikawan terhebat di dunia, maka Newton Einstein pasti akan terpilih. Satu orang membangun sistem mekanik dunia makroskopis, dan yang lain membawa kita ke dunia mikroskopis dan menjelajahi alam semesta yang luas. Dan yang menghubungkan keduanya tidak diragukan lagi adalah Maxwell, dia adalah terminator dari era lama dan pelopor era baru.
Teori medan elektromagnetik yang ia dirikan menyatukan listrik, magnet, dan optik. Itu merupakan pencapaian paling gemilang dari perkembangan fisika di abad ke-19 dan penyatuan pertama dalam sejarah fisika. Dapat dikatakan bahwa tanpa Maxwell, tidak akan ada peradaban modern.
Diceritakan bahwa seorang fisikawan Cambridge pernah memuji Einstein dan berkata: "Anda berdiri di atas bahu Newton", tetapi Einstein menjawab: Tidak, saya berdiri di atas bahu Maxwell!
Jalan penelitian ilmiah seumur hidup Einstein adalah mengikuti jalan Maxwell yang belum selesai. Teori relativitas khusus jelas didirikan untuk menyelesaikan kontradiksi antara teori elektromagnetik Maxwell dan mekanika klasik, sedangkan teori relativitas umum adalah kelanjutan dari gagasan sebelumnya. Dan teori medan terpadu, yang telah menghabiskan setengah dari penelitian energi hidupnya, juga bertujuan untuk menyatukan medan gravitasi dan elektromagnetik, serta mewujudkan penyatuan kedua dari sejarah fisika.
Konsep teori medan juga bermula dari teori medan elektromagnetik Maxwell. Konsep inti dari teori medan elektromagnetik Maxwell adalah "medan". Dalam suatu area ruang tertentu, suatu benda dengan sifat tertentu dapat memberikan gaya pada benda serupa yang tidak bersentuhan dengannya. , Ini adalah "bidang". Kemudian benda bermuatan memberikan gaya (gaya tarik atau tolak, tergantung pada polaritas) pada benda bermuatan lainnya. Ada medan magnet di sekitar magnet.
Medan gaya
Karena dipengaruhi oleh keberadaan medan makroskopik (tidak melibatkan struktur internal atau mekanisme molekul, atom, elektron, dll., Era penelitian fisika Maxwell belum masuk jauh ke dalam bidang mikroskopis) Teori medan elektromagnetik Maxwell masih samar-samar dalam pengertian medan. Pada fase "medan", garis-garis gaya listrik dan gaya magnet hanya menggambarkan sifat makroskopis medan listrik dan magnet, tetapi tidak menjelaskan sifat dan asal medan.
Namun, teori medan elektromagnetik Maxwell menyatukan efek listrik dan magnetisme, yang merupakan teori terpadu pertama dari beberapa interaksi dalam sejarah. Banyak fisikawan pada waktu itu mampu menyingkirkan belenggu "konsep jarak super" Newton dan mulai menerima gagasan bahwa aksi elektromagnetik dan aksi gravitasi keduanya adalah "aksi kedekatan".
Kemudian, fisikawan memasukkannya ke dalam bidang mikroskopis, ketika satu muatan bergerak, muatan lainnya tidak langsung dirasakan. Muatan pertama akan menimbulkan gaya reaksi dan mendapatkan momentum, tetapi muatan kedua tidak akan diinduksi sampai pengaruh gerakan muatan pertama ditransfer ke muatan kedua dengan kecepatan cahaya dan diberi momentum. Momentumnya tersembunyi di lapangan sebelum muatan kedua bergerak. Kemudian hal ini menjelaskan keberadaan medan elektromagnetik. Belakangan, konsep lapangan menjadi paradigma fisika modern.
Dalam teori relativitas khusus, Einstein menegaskan bahwa tidak ada media untuk gelombang elektromagnetik di alam. Medan elektromagnetik sendiri adalah medianya. Einstein mengusulkan bahwa medan memiliki keadaan tertentu di wilayah ruang-waktu tertentu, tanpa radiasi elektromagnetik maupun partikel material. Ini disebut "vakum". Einstein mengatakan bahwa medan adalah ruang tempat materi berada. Ini dimanifestasikan sebagai interaksi berbagai faktor dalam lingkungan ruang-waktu material.
Atas dasar ini, Einstein memperkenalkan pandangan medan ke dalam teori gravitasi dan menciptakan teori relativitas umum. Teori relativitas umum telah memicu peningkatan studi tentang teori medan terpadu.
Karena dalam relativitas umum medan gravitasi digambarkan sebagai kelengkungan ruang-waktu, ditambah interaksi dasar yang diketahui saat itu hanyalah efek gravitasi dan elektromagnetik. Oleh karena itu, banyak ilmuwan ingin menjadi orang berikutnya yang menyelesaikan penyatuan besar setelah Maxwell.
Misalnya, Weyl terinspirasi oleh kesimetrian teori relativitas umum Einstein, dan menyadari bahwa persamaan Maxwell untuk medan elektromagnetik juga harus sesuai dengan simetri dasar seperti persamaan medan Einstein. Weyl membuat metode yang disebut "skala Transformasi simetris dari "invarian" bertujuan untuk menyatukan gaya gravitasi dan gaya elektromagnetik, dimulai dari sudut pandang kesimetrisan, dan berdasarkan invarian dari norma. Meskipun tidak mencapai tujuan besar untuk menyatukan gravitasi dan efek elektromagnetik, teori ini melahirkan teori medan ukur.
Pada tahun 1930-an, karena keterlambatan pencapaian integrasi efek gravitasi dan elektromagnetik, ditambah dengan studi empiris mekanika kuantum yang berkelanjutan, banyak fisikawan beralih ke mekanika kuantum, sehingga penelitian tentang teori medan terpadu secara bertahap melemah, dan medan terpadu sudah disatukan. Penelitian tentang teori memiliki pengaruh yang kecil terhadap fisika, tetapi memiliki peran penting dalam mendorong perkembangan geometri diferensial.
Tetapi Einstein tidak menyerah. Sejak tahun 1920-an, ia berkomitmen untuk mempelajari teori medan terpadu. Setelah memenangkan Hadiah Nobel, Einstein pernah mengatakan bahwa "kedua medan (medan gaya pemandu dan medan elektromagnetik) tidak bergantung satu sama lain. Adanya "tidak dapat memuaskan jiwa yang mencari kesatuan" "Kami sedang mencari teori medan terpadu dalam matematika, di mana medan gravitasi dan panjang elektromagnetik hanyalah komponen yang berbeda dari medan yang sama."!
Kita tahu bahwa teori relativitas umum Einstein menggunakan geometri Riemann untuk mendeskripsikan medan gravitasi. Dia menggunakan geometri Riemannian dari ruang-waktu melengkung untuk mendeskripsikan medan gravitasi, memberikan hukum fisika dalam medan gravitasi, dan kemudian mengusulkan persamaan medan gravitasi. .
Einstein percaya bahwa karena medan gravitasi dapat dijelaskan oleh geometri Riemannian, pasti ada geometri baru untuk menyelesaikan penyatuan efek gravitasi dan elektromagnetik.
,
Ia menerbitkan makalah baru "On the Unified Field Theory" pada tahun 1929. Makalah ini mencoba untuk mendapatkan teori terpadu gaya gravitasi dan elektromagnetik dengan syarat bahwa manifold ruang-waktu memiliki paralelisme absolut di samping metrik Riemann. Einstein sendiri cukup bangga dengan makalah ini, ia menulis kepada teman dekatnya M. Besso pada tanggal 5 Januari 1929, berpikir bahwa penyatuan gravitasi dan efek elektromagnetik telah tercapai.
Namun, situasinya tidak seperti yang diharapkan Einstein, dan penyatuan gravitasi dan gaya elektromagnetik belum membuat kemajuan yang berarti. Kemudian, Einstein beralih ke teori Kaluza-Klein Kaluza adalah perwakilan dari penelitian teori medan terpadu awal. T. Kaluza dan O. Klein menganggap potensial elektromagnetik sebagai metrik ruang-waktu lima dimensi. Untuk beberapa komponen tensor, dia tidak membuat teori geometri baru untuk menyatukan efek gravitasi dan elektromagnetik seperti yang dipikirkan Einstein, tetapi menggeneralisasikan geometri Riemannian dari 4-dimensi ke 5-dimensi. Secara revolusioner mengedepankan konsep ruang dimensi tinggi.
Einstein menghabiskan 10 tahun dari 1931 hingga 1941 mencoba memulai dengan teori Kalucha-Klein, tetapi tidak berhasil. Saat ini, Einstein telah menghabiskan hampir 20 tahun dalam menyatukan teori medan. Pada tahun 1945, ia juga Perpanjangan Teori Gravitasi Relativistik. Ia percaya bahwa upaya ini logis, tetapi ada uji fisik. sulit.
Saat ini, selain melanjutkan debat dengan Bohr dari Sekolah Kopenhagen, Einstein juga sesekali mengeksplorasi gelombang gravitasi dan persamaan relativitas, misalnya menerbitkan "Relativitas dan Masalah Angkasa" pada 1952. Dapat dikatakan bahwa sebagian besar waktu dihabiskan untuk teori medan terpadu.
Hal ini sangat disesalkan. Saat itu, banyak teori mekanika kuantum Sekolah Kopenhagen yang telah mendapat kontroversi eksperimental. Namun, interpretasi Einstein tentang mekanika kuantum oleh Sekolah Kopenhagen masih dalam keadaan tit-for-tat. Selain itu, studi teori medan terpadu tidak lagi menjadi arus utama penelitian fisika saat ini, dan Einstein sangat terisolasi dalam fisika selama 20 tahun berikutnya dalam hidupnya.
Pada 18 April 1955, Einstein meninggal, dan teori medan terpadu yang dia habiskan separuh hidupnya untuk belajar gagal. Jika Einstein menghabiskan 30 tahun terakhir untuk penelitian lain, dorongan untuk komunitas fisika akan sangat besar.
Diskusikan secara rinci mengapa Einstein gagal dalam teori medan terpadu, karena satu-satunya interaksi dasar yang diketahui pada saat itu adalah efek gravitasi dan elektromagnetik. Interaksi lemah hanya dikemukakan pada tahun 1930-an oleh teori Fermi, yang menganggap interaksi lemah sebagai titik antara empat partikel (seperti neutron, proton, elektron, dan neutrino dalam peluruhan neutron) yang terlibat dalam interaksi tersebut. Interaksi, dan konsep interaksi lemah masih sangat kabur.
Baru pada tahun 1954 Yang Zhenning dan Mills memelopori pendekatan unik. Mereka tidak lagi terbatas pada pemersatu gravitasi dan gaya elektromagnetik, tetapi ingin memulai dengan interaksi yang lemah dan gaya elektromagnetik. Berdasarkan Weyl, efek elektromagnetik ditentukan oleh invarian dari norma-norma lokal. Konsep keputusan diperluas ke kelompok simetri lokal yang tidak dapat diubah-ubah. Terungkap bahwa invariansi norma mungkin merupakan sifat umum elektromagnetik dan efek lainnya, sehingga membuka cara baru untuk menyatukan berbagai interaksi dengan prinsip norma. Yang Zhenning menyempurnakan teori medan ukur, dan komunitas fisika secara resmi berubah dari studi bidang terpadu Einstein menjadi teori medan ukur, yang menjadi tren baru dalam fisika. Belakangan, banyak orang percaya bahwa bidang ukur kemungkinan besar akan mencapai empat kekuatan terpadu.
Persamaan Young Mills
Kemudian, setelah Li Zhengdao, Yang Zhenning, Wu Jianxiong, dan lainnya membuktikan bahwa paritas dan CP interaksi lemah tidak dilestarikan, fisikawan mempertimbangkan untuk menetapkan teori interaksi lemah berdasarkan teori medan kuantum. Ilmuwan Amerika Glashow adalah orang pertama yang mengedepankan metode penggunaan bidang pengukur untuk menyatukan efek elektromagnetik dan lemah ke dalam kerangka kerja matematika. Pada tahun 1968, Weinberg dan Salam membentuk model elektroweak terpadu berdasarkan model terpadu elektrowak Glashaw. Untuk menyempurnakan teori tersebut, teori mereka telah dikonfirmasi dalam banyak eksperimen, dan teori terpadu listrik dan lemah sudah menjadi teori ilmiah yang telah diuji dengan cukup ketat oleh eksperimen.
Interaksi yang kuat di antara empat interaksi dasar diusulkan pada tahun 1973. Pada saat itu, teori medan elektromagnetik gaya elektromagnetik telah dikembangkan menjadi elektrodinamika kuantum, dan interaksi yang kuat termasuk kromodinamika kuantum, dan interaksi lemah termasuk teori interaksi titik Fermi. . Atas dasar teori terpadu kelemahan-listrik, Glachow menyatukan ketiganya menjadi teori terpadu yang menggambarkan tiga interaksi lemah, listrik dan kuat. Orang-orang juga telah memperluas teori medan pengukur dan berhasil memberikan kerangka kerja formal matematika terpadu-model standar untuk interaksi elektromagnetik, interaksi lemah dan kuat, dan partikel elementer yang menyusun semua materi. Kumpulan teori ini secara akurat mengungkapkan prediksi eksperimental dari tiga gaya fundamental di alam, yaitu teori medan ukur dengan kelompok pengukur SU (3) × SU (2) × U (1).
Partikel unsur di bawah model standar
Oleh karena itu, mengapa Einstein tidak menyelesaikan teori medan terpadu karena terlalu jauh melampaui zaman. Pada saat itu, gaya kuat dalam empat interaksi dasar belum dikemukakan, dan konsep gaya lemah belum jelas. Einstein memilihnya karena teori relativitas. Yang paling sulit dari mereka-gravitasi, sebagai titik awal. Anda tahu, model standar belum menggambarkan gravitasi. Apalagi dibandingkan dengan unified theory of electric weak, penyatuan model standar masih jauh dari matang, dan hanya ditempatkan dalam kerangka teoritis.
Selain itu, Einstein dan kolaboratornya sama-sama berkembang dari sudut pandang geometris. Mereka lebih menganggap properti ruang-waktu materi, mengabaikan sifat kuantum materi, dan menutup mata terhadap banyak data eksperimen. Selain itu, ia tidak melihat teori kuantum dari Sekolah Kopenhagen. Saya tidak menerima dan tidak menyerap hasil teoritis teori medan kuantum. Saya selalu berusaha membuat geometri medan elektromagnetik dan menetapkan medan elektromagnetik dan medan gravitasi sebagai medan geometris. Inilah alasan kegagalan Einstein.
Bagaimanapun, semangat eksplorasi Einstein yang gigih layak untuk studi kita, tetapi jika dia menghabiskan 30 tahun ini di bidang penelitian lain, atau menerima interpretasi dari Sekolah Kopenhagen tentang mekanika kuantum, dia akan mempelajari kembali mekanika kuantum dengan Einstein. Hikmah, akankah dunia fisika saat ini berubah drastis?
- Kebanyakan orang tidak tahu tentang insiden tahun 1994, ketika kehidupan dan kematian manusia penting
- "Jika aku bisa menunggumu di atas ombak" versi poster "Kekasih dalam Air" dari kisah "Cinta Hantu Manusia Sudah Berakhir" mengungkapkan filosofi cinta
- Film cinta sastra "The Most Beautiful Place Meets You" bertemu dengan lautan bunga yang paling indah
- Penuh ketulusan, pencipta mengungkapkan bahwa "Terminator: Dark Fate" akan membawa lebih banyak kejutan
- 36 Rilis Pertama | Daftar applet Aladdin Juli: jendela mengambang menjadi pintu masuk penting ke applet WeChat, dan applet Toutiao menyoroti permainan kecil dan aliran informasi