Fizik kanunları neden gerçekte yok?

[™ Admin]

Fizik kanunları neden gerçekte yok?

Geçenlerde Quanta Magazine'de sicim teorisyeni Robbert Dijkgraaf'ın yazdığı “Fizik kanunları yoktur” başlıklı eski bir makaleyi okuyordum. Bir fizikçinin fizik kanunları olmadığını iddia etmesini biraz tuhaf düşünebilirsiniz ama ben ona katılıyorum. Aslında, onunla hemfikir olmakla kalmıyor, kendi alanımın bunun için daha iyi olduğunu düşünüyorum. Ve sizi buna da ikna etmeyi umuyorum.

Her şey sırayla. Genellikle fizik yasaları dediğimiz şeyler, gerçekten de doğanın bazı bölümleriyle uyuşuyormuş gibi görünen tutarlı matematiksel teorilerdir. Bu, Einstein'ın görelilik teorileri, Schrödinger ve Dirac'ın kuantum fiziğindeki denklemleri ve hatta sicim teorisi için olduğu kadar Newton'un hareket yasaları için de geçerlidir. Dolayısıyla bunlar aslında yasalar değil, gördüğümüz gerçekliği tanımlamanın kesin ve tutarlı yolları. Bu, bu yasaların statik olmadığı gerçeğinden açıkça anlaşılmalıdır; evren hakkındaki ampirik bilgimiz geliştikçe gelişirler.

İşte olay. Birçok bilim insanının rollerini bu nihai yasaları ortaya çıkarmak olarak görmelerine rağmen, onların var olduğuna inanmıyorum.

Yüz yıl önce, böyle bir görüş tartışmalı olmazdı. O zamandan önce, sözde fizik yasalarının çoğu, bir yayı germek için ne kadar kuvvet gerektiğini açıklayan Hooke yasası veya basınç, sıcaklık ve hacim arasındaki ilişki hakkındaki Boyle yasası gibi, doğal dünyanın somut yönleriyle doğrudan bağlantılıydı. bir gaz. Ancak bu, 20. yüzyılın başlarında Albert Einstein gibi insanların her şeyin nihai teorisini bulma arayışına girmesiyle değişmeye başladı. Hayatının son 30 yılını boşuna birini arayarak geçirdi. Dirac da bu görüşe inanmıştı, görünüşe göre tüm kimyanın onun denkleminden türetilebileceğini söylemişti - gerçi ben bu sözün muhtemelen uydurma olduğunu düşünüyorum.

İnsan beyninde yaklaşık 86 milyar nöron bulunmaktadır. Bu, bilinen evrenin küçücük bir parçası olan Samanyolu'ndaki yıldız sayısından daha azdır. Evren, insan beyninin sınırlı kapasitesiyle karşılaştırıldığında neredeyse sonsuz görünüyor ve bize nihai yasaları bulma konusunda belki çok az şans bırakıyor. Şaşırtıcı olan, fizik kanunları aracılığıyla evrenin bazı yönlerini anlamlandırabilmemizdir. Sorunun biz insanların doğanın nasıl çalıştığını anlamakta ne kadar zeki olduğumuz değil, doğanın kanunlarımıza uymakta ne kadar zeki olduğu olduğunu ilk kez Richard Feynman söylemiş olabilir!

Doğa hakkında daha fazla şey keşfettikçe, ona ilişkin açıklamalarımızı bileyebiliriz, ancak bu hiç bitmez - sonsuz bir soğanı soymak gibi, ne kadar çok soyarsak, o kadar çok soymak gerekir.

Örnek olarak sicim teorisini ele alalım. Bu, matematiksel olarak çok sıkı ve yerçekimini ve kuantum mekaniğini eşdeğer olarak ele alma biçiminde oldukça büyülü bir teori, evren gözlemlerimizin çoğuyla eşleşiyor. Çok şey vaat ediyor, ancak şu ana kadar mevcut anlayışımızın ötesinde herhangi bir test edilebilir somut tahmin sağlamak için mücadele etti.

Ayrıca, kelimenin tam anlamıyla zilyonlarca evrenin (10500 civarında, sayı o kadar büyük ki müstehcen görünüyor) teorinin kabul edilebilir çözümleri olduğu, peyzaj sorunu olarak bilinen oldukça dikenli bir tökezleme bloğu var. Sicim teorisi doğruysa, zilyonlarca evrenden biri bizim evrenimiz olduğundan zafer ilan edilebilir ve tek yapılması gereken, fizik yasalarının bizim için ne olduğunu anlamak için bir şekilde o özel çözümü bulmaktır. Tabii ki, manzarada var olan ve hepsinin kendi farklı yasalarına sahip olan istisnai derecede çok sayıda olası evren nedeniyle bu imkansız bir görevdir.

Bu senaryo genellikle çoklu evren olarak adlandırılır. Akla gelebilecek ve akıl almaz tüm olası yasalara bazı olası evrenlerde izin verilir ve fizik yasaları artık tamamen kişinin çoklu evren manzarasında nereye baktığına bağlı olduğundan, temel anlamda anlamlı veya benzersiz değildir. Her şeyin teorisinin, daha önce herhangi birinin hayal edebileceği her şeyden katlanarak daha büyük bir her şeyi ima ettiğinin ortaya çıkması ironiktir.

Buradan çıkarılabilecek olası bir sonuç, doğal yasaların gitgide daha küçük yapı taşlarına (moleküller, atomlar ve parçacıklar gibi) ve bunlar arasında etki eden temel kuvvetlere (kütleçekimi ve elektromanyetizma gibi) odaklandığı geleneksel indirgemeci parçacık fiziği yaklaşımının geçerli olmadığıdır. artık fiziksel dünyaya bakmanın verimli bir yolu. Temel yapı taşları ve temel kuvvetler yoktur ve bu nedenle kanunlar da yoktur çünkü nihai indirgemeci kanunlar üzerinde titiz bir şekilde düşünmek, 10500 evrenin olası varlığına yol açmıştır ve bunlardan sadece biri belki de Homo sapiens'i barındırmak için gereken kanunlara uymaktadır. .

Bize kalan tek şey, "yasaların" kişinin uğraştığı belirli evrene bağlı olduğu manzaradır. Bu o kadar akıllara durgunluk verecek kadar karmaşık ki, tüm doğa yasaları fikrinin değiştirilmesi gerekiyor. Bu, 2500 yıl önce maddenin varsayımsal bölünemez bileşenleri olarak atomlarla başlayan ve 2012'de Higgs parçacığının deneysel keşfinde büyük bir zafere tanık olan değerli bir yolculuğun görünüşte garip bir sonu. hepsi, tamamen manzaranın neresinde olduğumuza bağlı olarak.

Teorik bir yoğun madde fizikçisi olarak bu senaryoyu hiç de cesaret kırıcı bulmuyorum - tam tersi. Esasen sonsuz sayıda olası yasanın olması, bilim yapmayı yalnızca daha heyecan verici hale getiriyor çünkü manzarayı keşfetmek sonsuza dek aktif ve yaratıcı bir etkinlik olarak kalacak. Manzara çok geniş olduğu için teorik fizik asla sona eremez.

Gerçek hayattaki fiziksel fenomenler üzerinde 40 yıllık çalışma deneyimimden biliyorum ki, sadece yapı taşlarını ve temel kuvvetleri kullanan bir denkleme dayanan nihai bir yasa fikri uygulanamaz ve esasen bir fantezidir. Hangi denklemin belirli bir laboratuvar durumunu tanımladığını asla tam olarak bilemeyiz. Bunun yerine, onu kontrol eden denklemin nihai olarak Schrödinger denkleminin bir biçimi olduğunu bilsek bile, her fenomeni açıklamak için her zaman modeller ve yaklaşımlar oluşturmak zorundayız!

"Peki ya kuantum mekaniği?" diye sorabilirsin. Kuantum ölçeğindeki tüm deneylerimizi eşleştirmede 100 yıla yakın bir süredir oldukça başarılı oldu. Ancak kuantum mekaniği aslında nihai bir yasa olmaktan çok, yasalarımızı ifade etmek için kullandığımız bir dizi kural gibidir. Örneğin, parçacık fiziğinin standart modeli, süperiletkenlik teorisi ve atomik spektrum teorisinin tümü, kuantum mekaniğinin kuralları kullanılarak inşa edilmiştir, ancak bunların birbirleriyle çok az ilgisi vardır. Ek olarak, uzay ve zaman herhangi bir nihai fizik yasasından doğal olarak çıkması gerektiğinde, uzay ve zaman teoriye elle dahil edilmesi gereken değişkenlerdir. Bu, görünürde çözümü olmayan temel fizikteki belki de en büyük gizem olarak kaldı.

Bundan bin yıl sonra fizikçilerin hala kuantum mekaniğini doğanın temel tanımı olarak kullanacaklarını hayal etmek zor. Tıpkı kuantum mekaniğinin kendisinin Newton mekaniğinin yerini alması gibi, o zamana kadar kuantum mekaniğinin yerini başka bir şey almalıdır. Başka bir şeyin ne olabileceği hakkında hiçbir fikrim yok, ancak fiziksel evrenin nasıl çalıştığına dair açıklamamızın 21. yüzyılın başında aniden zirveye ulaşması ve sonsuza kadar kuantum mekaniğine takılıp kalması için özel bir neden göremiyorum. Bu gerçekten iç karartıcı bir düşünce olurdu!

Newton yasaları 300 yıl boyunca olağanüstü derecede başarılıydı, ancak evren hakkında daha fazla şey öğrendikçe onların ötesine geçmemiz gerekiyordu ve aynısı gelecekte bir gün kuantum yasalarında da olacak.

Geleceğin bu tür bilinmeyen yeni teorileri, tıpkı kuantum mekaniğinin klasik mekaniği üzerine inşa ettiği ve birleştirdiği gibi, kuantum mekaniğinin fiziği üzerine inşa edilmeli ve onu içermelidir. Fiziksel dünyaya ilişkin anlayışımız, nihai yasalar arayışıyla engellenmeden sonsuza kadar devam etmelidir. Fizik yasaları sürekli olarak gelişir - asla nihai olmayacaklar.

Kaynak: New Scientist