כמו הורים גרושים בעונת החגים, הפיזיקה מורכבת משתי רשויות אהובות שפשוט לא יכולות להסתדר -ומכניקת הקוונטים.
במשך עשרות שנים תלו חוקרים רבים את תקוותיהם לאיחוד במשהו שנקרא. בצד העליון הוא מצביע על קשר מוזר בין כוח המשיכה להתנהגות של חלקיקים תת-אטומיים. בצד התחתון... זהתורת המיתרים.
כמו פיזיקאים רבים מכל העולם, תיאורטיקנים מאוניברסיטת פרינסטון רדפו אחרי החלום להפגיש את ההורים המנוכרים של הפיזיקה במשך עשרות שנים למה שידוע בתור תיאוריה של הכל.
כפי שמנהלת התקשורת של פרינסטון, קתרין זנדונלה, הסבירה לאחרונה, הם השיגו הצלחה מסוימת, לפחות בכל הנוגע לבסיס משותף מתמטי.
"התובנה המרכזית היא שכוח המשיכה, הכוח שמחזיר את כדורי הבייסבול לכדור הארץ ושולט בצמיחה של, קשור מתמטית לתעלולים המוזרים של החלקיקים התת-אטומיים המרכיבים את כל החומר שסביבנו."אומרת זנדונלה.
"הקשר הזה בין כוח המשיכה לחלקיקים תת-אטומיים מספק מעין אבן רוזטה לפיזיקה."
הבסיס המשותף הזה אינו בדיוק אותו דבר כמו נישואים של תיאוריות מריבות, אבל אמצעי לתרגום שפות יחסיות יכול לפחות לגרום להם לדבר.
למרבה הצער, תובנה כזו מגיעה באדיבות מסגרת תורת המיתרים שממשיכה לפלג את החוקרים - מודל מתמטי שרובנו שמענו עליו, אך מעטים מאיתנו באמת מבינים.
מקום ההתחלה לכל הבלגן הזה קשור לאינסוף. אם אתה מחבר מספרים לנוסחה ולא מצליח לקבל תשובה משמעותית, הנוסחה שלך למעשה חסרת תועלת בביצוע תחזיות.
תורת הקוונטים נותנת לנו תשובות מוצקות לרוב האינטראקציות בין חלקיקים. לא רק שהתשובות בעלות משמעות, הן מתכתבות בצורה מסודרת עם דמויות ניסיוניות.
לרוע המזל כוח המשיכה הוא ברווז מוזר. כרגע אנו מסבירים את המשיכה החלשה בין מסות רחוקות על ידי תיאור צורת המרחב-זמן, על פי תורת היחסות הכללית של איינשטיין.
שילוב של מתמטיקה מבוססת-הסתברות של חלקיקים נושאי כוח נפרדים עם רקע המרחב-זמן של תורת היחסות הכללית פשוט נותן לך שטויות בצורה של תשובה אינסופית. כמו שני אנשים שצועקים זה על פני זה.
עצם הכבידה על הסיפון עם שני הכוחות הגרעיניים והאלקטרומגנטיות תיתן לנו תיאוריה פשוטה ומקיפה יותר שמתארת כיצד היקום שלנו יוצא ממערכת הפעלה אחת של פיזיקה.
פתרון פוטנציאלי אחד הוא לראות את כל החלקיקים בצורה שונה לחלוטין, כזו ששומרת על האופי הדיסקרטי וההסתברותי שלהם תוך כדי אריגה ברקע 4D של חלל-זמן.
תורת המיתריםעושה זאת על ידי הצגת חלקיקים כממד יחיד המשנה צורה בתוך ממדים מרובים. או, בניסוח אחר, קו ש'מזמזם' בטווח של תדרים, מה שמסביר את המאפיינים הייחודיים של חלקיק.
זה למעשה עובד עבור מגוון דברים בפיזיקה. בשנות ה-90, שלושה חוקרי פרינסטון יישמו את תורת המיתרים על חלקיקי הכוח החזק שמדביקים קווארקים יחד לפרוטונים וניוטרונים - חלקיקים המכונים בהומור.גלוונים.
הם גילו שאותה גישה יכולה גם לעזור להם להביןאיך חורים שחורים הקרינו אנרגיה.
כמה שנים לאחר מכן, חוקר אחר פרינסטון בשם חואן מלדצ'נהפיתח הסבר כללי יותרשל דברים גדולים כמו מסות מעוותות מרחב-זמן ותורת השדות שמולידה חלקיקים תת-אטומיים.
עשרים שנה לאחר מכן, תורת המיתרים ממשיכה להוות השראה לשפה המשותפת הזו בין הורים מתווכחים לפיזיקה, בצורה של תיאוריית המרחב/השדות הקונפורמיים נגד דה סיטר, אוהתכתבות AdS/CFT.
"אנו מקווים להבין את הייחודיות שבתוך"אומרת מלדצ'נה. "ההבנה הזו תוביל כנראה לשיעורים מעניינים עבור."
רק לאחרונה, הפיזיקאי של אוניברסיטת סטנפורד לאונרד סוסקינדפרסם את ההסבר שלושל הנפח הפנימי המתרחב של חורים שחורים בהתבסס על התכתבות AdS/CFT.
עד כמה שהמודל הזה אלגנטי, רעיון נחמד צריך להיראות באופן בלעדי בפעולה כדי שהוא יהפוך לתיאוריה משכנעת. במיוחד כשממש מונח סלע הכל על כף המאזניים.
אפילו לאב המייסד של תורת המיתרים יש ספקות אם המתמטיקה מייצגת משהו אמיתי, או שהיא השתקפות רדודה של אמת עמוקה יותר.
"הניחוש שלי הוא שלתיאוריית העולם האמיתי יש דברים לעשות עם תורת המיתרים, אבל זו לא תורת המיתרים במובן הפורמלי, המחמיר והמתמטי שלה."אמר לאחרונה סוסקינד בראיון.
"הדבר המדויק - שאני קורא לו תורת המיתרים, שהוא המבנה המתמטי הזה - לא יוכל, כשלעצמו, לתאר חלקיקים."
תורת המיתרים עשויה לגרום להורים לדבר, ואולי אפילו להראות לנו את הדרך לתצפיות המקשרות את תורת היחסות הכללית עם מכניקת הקוונטים.
אבל ברור שיש לנו דרך ארוכה לעבור כדי לרכז את משפחת הפיסיקה. זה כנראה לא יקרה בזמן לחג המולד. או בכל חג המולד בקרוב, לצורך העניין.
