Астрофизик Брайан Китинг в беседе с Джулианом Дори обсуждает фундаментальные основы физики, стремление ученых к созданию «Теории всего» и математическую необходимость существования множества измерений, скрытых от человеческого глаза.
🌌 От четырех сил к единому уравнению 0:00
Современная физика базируется на четырех фундаментальных взаимодействиях, которые ученые пытаются объединить в одну стройную систему . Брайан Китинг напоминает, что когда-то электричество и магнетизм считались разными силами, но теперь они объединены в электромагнетизм.
Основные силы природы сегодня:
- Электромагнетизм: ответственен за свет и связь между частицами.
- Слабое ядерное взаимодействие: отвечает за радиоактивный распад (например, распад нейтрона на протон, электрон и нейтрино) .
- Сильное ядерное взаимодействие: сила, удерживающая протоны вместе в ядре атома (например, в гелии), преодолевая их электростатическое отталкивание .
- Гравитация: наиболее знакомая нам сила, с которой мы боремся в спортзале, но самая сложная для математического объединения с остальными .
Китинг отмечает, что в 1960-х и 70-х годах физики Шелдон Глэшоу (ставший прототипом главного героя сериала «Детство Шелдона»), Стивен Вайнберг и Абдус Салам объединили слабое взаимодействие с электромагнитным, создав теорию электрослабого взаимодействия . Теперь ученые стремятся к «Великому объединению» (GUT), где сильное взаимодействие сольется с электрослабым, и к финальной цели — «Теории всего» (TOE), которая включит в себя гравитацию .
По мнению Китинга, многие физики, включая Митио Каку, одержимы поиском уравнения длиной в один дюйм, которое позволило бы «познать разум Бога» . Однако Китинг иронизирует, что ученые пытаются построить верхние этажи «Теории всего», не разобравшись до конца с «фундаментом» — Великим объединением .
🧵 Струны и лишние измерения: почему нам не хватает 3D 4:37
Обсуждая теорию струн, участники беседы затрагивают фигуру Эдварда Виттена, которого Китинг называет «Волан-де-Мортом» современной физики из-за его колоссального авторитета . Виттен — единственный физик, получивший Филдсовскую премию (высшую награду в математике), именно за свои работы по квантовой физике и топологии .
По словам Китинга, теория струн возникла как способ примирить квантовую механику (мир атомов) с общей теорией относительности (мир гравитации) . Однако в нашем обычном трехмерном пространстве (плюс время) математически невозможно совместить все частицы и силы — им просто «не хватает места» или степеней свободы .
Ключевые факты о мерности пространства:
- Первые версии теории струн требовали наличия 26 измерений .
- Эдвард Виттен нашел способ математически сократить это число до 11 (или 10) измерений, что сделало теорию более «удобоваримой» .
- Компактификация: лишние измерения не видны нам, потому что они либо бесконечно велики, либо (что более вероятно) свернуты до невероятно малых размеров — порядка 10 в минус 30-й степени сантиметров .
Китинг приводит аналогию с чувствами животных: пчелы и птицы способны видеть поляризацию света, которую не воспринимает человеческий глаз . Добавление нового сенсора (или измерения) кардинально меняет картину мира, точно так же дополнительные математические измерения позволяют силам природы «уживаться» в одном уравнении .
⏳ Возраст Вселенной: 13, 26 или бесконечность миллиардов лет? 10:21
В завершение беседы Китинг касается недавней научной полемики о возрасте Вселенной. Летом 2023 года исследование Раджендры Гупты из Оттавского университета вызвало резонанс в СМИ, утверждая, что Вселенной может быть 26 миллиардов лет, а не 13,8 .
Аргументы за пересмотр возраста:
- Гупта полагает, что Вселенная должна быть старше, чтобы объяснить существование галактик, которые выглядят «слишком старыми» для своих лет .
- Если смотреть в глубокий космос, мы смотрим в прошлое: свет от объектов на расстоянии 3 футов доходит до нас за 3 наносекунды, а свет от далеких галактик идет миллиарды лет .
Китинг подчеркивает, что хотя расчеты Гупты не содержат грубых ошибок, это лишь одна из моделей . Существуют и более радикальные мнения, например, физик Эрик Лернер утверждает, что Вселенная бесконечно стара . Китинг характеризует это как настоящую научную дискуссию, требующую дальнейших доказательств.
