Daha sık olmamakla birlikte, gün boyunca ortaya çıkan sorular, tamamen güvenle cevaplayabileceğimiz sorulardır. Öğle yemeği yedin mi? Taylor Swift'in yeni şarkısını duydun mu? Bir zamanlar çıktığı bir çocuk hakkında bir itiraf mı?
Ama büyük soruları düşünmeye başladığımızda - bugün ele aldığımız şey kuantum mekaniğinin ve genel göreliliğin uzlaşabilir mi olduğunu sorar - öz güvencemiz düşer. Kuantum mekaniğinin gezegenlerle bir ilgisi yok mu? Genel görelilik, kütleye eşit olan enerjiye sahip olanı, ışık hızının karesidir? Bekle, bu kütle ya da hareket miydi? Ya da dakikalar. Dakikalar değil mi?
Korku yok. Bu sorunun cevaplanması çok zor olsa da, sorunun kendisi bir pop yıldızının sözlerini deşifre etmek kadar basittir. Çözülemeyen evreni çözmeye başlamadan önce, bileşenleri yıkalım.
Önce kuantum mekaniğini ele alalım. Ve başlamak için iyi bir yer çünkü atomik ve atom altı seviyelerinde son derece küçük bir madde ve radyasyonun çalışması. Bilim adamları sadece atomları anlamaya başladıklarında, eski fiziğin düzenli bir değişiklik yapması gerektiğine inanıyordu. Bilim adamları atomlara baktıkça, evrenin geri kalanı gibi davranmadılar. Örneğin, elektronlar çekirdeği yörüngede dönen bir gezegen gibi yörüngesine oturmamışlardı - eğer öyleyse, nükleusa [kaynak: Stedl] girerlerdi.
Klasik fiziğin atomik ölçekte kesmediği anlaşıldı. Dolayısıyla kuantum mekaniği, çok küçük olayların bilimdeki Büyük Şeylerden farklı bir şekilde nasıl davrandığını anlamak için bir gereklilikten doğmuştur. Keşfettiğimiz şey, foton gibi bir şeyin bir parçacık (kütle ve enerji taşıyan) ve bir dalga (yalnızca enerji taşıyan) olarak hareket edebilmesiydi. Bu büyük bir anlaşma - aynı anda iki şey olabilir. Ve bu, evrenin en küçük bölümlerinin dramatik bir şekilde dalgalandığı ve herhangi bir zamanda belirli bir yeri bilmenin hiçbir yolu olmadığı anlamına gelir.
Şimdi, kuantum mekaniğinin esasen evren hakkında ne düşündüğümüzü (en küçük ölçekler söz konusu olduğunda) açığa vurduğunu anlıyoruz. Parçacıklar örneğin dalgalar olabilir. Sadece eğlenceye eklemek için kuantum mekaniğinin belirsizlik ilkesi bize, bir parçacığın nerede olduğunu ya da aynı zamanda ne kadar hızlı hareket ettiğini gerçekten söyleyemeyeceğimizi söyler.
Einstein buna sahip değildi. Bir parçacığın nerede olduğunu veya neyin gerçekte olduğunu söyleyemediğimiz fikri, genel görelilik teorisi ile Einstein'ın yaptığı The Way the Universe Way'i tanımlamaya adanmış bir fizikçiye derinden sarsılmalıydı.
Şimdi korkma. Genel göreliliğin iki büyük fikri vardır: uzay ve zaman hakkında, diğeri yer çekimi hakkında. Senin ve benim gördüğüm gibi, uzay ve zaman arka planda. Sabitler. Kronolojik olarak (ve türden monolitik olarak) var olurlar. Genel görelilikte, mekân ve zaman birleşik bir boyuttur (uzay-zaman olarak adlandırılır). Ama işte şu: Uzay zamanı büyük ve birleşik olabilir, ama arka planda takılmıyor. Genel görelilik kuramı uzay-zaman maddesinden etkilenebileceğini söylüyor. Bu, sizin, - var olan, var olan - alan ve zaman değişiyor demektir.
Tamam, tam olarak değil. Aslında uzay-zaman atlamalarını yapan gerçekten büyük şeyler. Güneş, örneğin, uzaya doğru zaman eğriliyor. Ve bu ne anlama geliyor? Ah, doğru: Daha küçük gezegenler etrafında yörüngeye düşecekti.
Bu bizi yerçekimine getiriyor. Aslında, genel görelilik sadece Einstein'ın sırtında Newton'u okşadı ve "Evet efendim, yerçekimi bir şey!" Bunun yerine, Einstein bize yerçekimi için bir neden verdi - uzay-zamanın eğriliği yer çekimi yaptı ve evreni yaptığı gibi hareket ettirdi.
Peki sorun ne? Einstein bize evrenin işe yaradığı akıllara durgun bir yol gösterdi ve kuantum mekaniği bize atomik ve atom altı seviyedeki parçacıkların işleyişini büyüleyici bir şekilde gösterdi. Maalesef biri diğerini açıklamıyor. Bunun anlamı, onları kapsayan daha büyük bir teori olmalı… ya da değil mi?
Bir kara delik kuantum mekaniğinin ve göreliliğin birbiriyle nasıl ilişkilendiğini anlamak için en iyi bahislerden biri olabilir. Resimdeki resimde, eşlik eden bir yıldızdan gazı tutan büyük bir kara delik var.
Kuantum mekaniğinin ve genel görelilik kuramının, ilk önce nasıl olduklarını anlamadan nasıl uzlaştırabileceğini anlayamayız. Çünkü diğeri doğru değilse, birinin gerçekten işe yaramayacağı ortaya çıkıyor.
Einstein, uzay zamanının düzgün bir sabit olduğunu ve sadece büyük şeylerin onu çözebileceğini söyledi. Kuantum mekaniği, evrenin en küçük bölümlerinin sürekli olarak değiştiğini, dalgalı bir şekilde değiştiğini ve değiştiğini söyledi.
Eğer kuantum mekaniği doğruysa ve her şey bulanık hareket halinde ise, yerçekimi Einstein'ın öngördüğü şekilde işe yaramaz. Uzay-zamanı da, etrafındaki her şeyle sürekli olarak istikrarlı olmalı ve buna göre hareket edecektir. Dahası, kuantum mekaniği, herhangi bir kesinlik ile - belirsiz bir emir beyan edemeyeceğinizi söyledi. Bunun yerine, olasılıkları tahmin etmek için yerleşmek zorundaydınız.
Öte yandan, eğer genel görelilik doğruysa, o zaman madde çok çılgınca dalgalanamazdı. Bir noktada, tüm maddenin nerede olduğunu ve nereye gittiğini tam olarak bilirsiniz. Hangi, yine kuantum mekaniği ile çelişiyor.
Ancak, bilim insanlarının, fizikçilerin ve koltuk uzmanlarının benzer şekilde, ikisinin de uzlaşmak için umutsuzca bir yol bulmaya çalıştıklarından emin olabilirsiniz.Bir ön koşucu, bir nokta gibi davranan bir parçacık yerine, bir ip gibi davranan dizgi teorisidir. Bu, dalgalanabilmesi, hareket edebilmesi ve döngü yapabilmesi ve genellikle bir noktanın yapamayacağı her türlü şeyi yapabilmesi anlamına gelir. Aynı zamanda bir kuantum seviyesinde yerçekimi de iletebilir ve parçacıkların bir dizgeye yayılması teorik olarak daha az ürkütücü, daha az çılgın bir atmosfer yaratır. Tabii ki teori, genel görelilik ile aynı fikirde. Ancak dize kuramının hiçbir deneyde hiçbir zaman doğrulanmadığını aklınızda bulundurun - eğer kanıtlanabilirse çok fazla tartışma var.
Böyle bir anıtsal deney oluşacak olsaydı, bir parçacık hızlandırıcıda gerçekleşebilirdi. Süperpartners bulabiliriz. (Hayır, Batman ve Robin değil). Superpartners her parçacığın kararsız ve farklı şekilde (örneğin, elektron ve selektron veya graviton ve gravitino) dönüşen süpersimetrik bir ortak parçacığı olduğunu söyleyen dizilim teorisinin bir parçasıdır. Bizim için şanslıyız, 2010 yılında, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda parçacıkları çarpıştığında ilk Higgs bozonumuzun kanıtını bulduk, bu yüzden ipliği teorisini deneysel olarak kanıtlamak için yola çıkmış olabiliriz.
Spin ayrıca denememize yardımcı olabilir kuantum dolanmasıelektronların birbirlerinin sıkışmalarına yakalandığı yer. Küçük mekanlarda görmek çok kolaydır, ancak bilim adamları uzaya ve zamana büyük bir mesafe (ve eğrilik) üzerinde nasıl çalıştığını ölçmek için fotonları uzaya göndermek için çalışıyorlar.
Ancak, herşeyin Teorisi'ni (bir TOE!) Parçalamak için kara deliklere de bakabiliriz. Kara delikte, gerçekten ağır bir şey (genel göreliliğin geçerli olduğu bir yıldız) ve gerçekten küçük bir şey (hangi kuantum mekaniğinin açıkladığı küçük küçücük bir şey) vardır. Yani eğer ne olur - ne değiştiğini - büyüklerin küçük olduğu zamanları belirleyebilirsek, kuantum mekaniğini ve genel görelilik teorisini uzlaştırabiliriz.
Bazen, bir makalenin başlığının sadece bir feragatname olmasını isterim: "Bu konudan korkmayın." Bu Büyük Fikirlerin - Einstein'ın teorilerinin, kuantum mekaniğinin - kamunun anlayışının ötesinde olmanın itibarına sahip olması utanç verici. Elbette, arkasındaki matematik çoğumuzun ötesindedir, ancak fikirleri onsuz kavrayabilir. Fizikte ejderha yok; Bilmediğin şeyleri kızdırmaktan korkma.