1925. године Ајнштајн је кренуо у шетњу са младом ученицом Естром Саламан. Док су лутали, он је делио свој основни водећи интелектуални принцип: „Желим знати како је Бог створио овај свет. Не занима ме ова или она појава, у спектру овог или оног елемента. Желим да знам Његове мисли; остало су само детаљи. "
Израз "Божје мисли" је симпатично погодна метафора за крајњи циљ савремене физике, а то је развијање савршеног разумевања закона природе - што физичари називају "теоријом свега", или ТОЕ. У идеалном случају, ТОЕ би одговарао на сва питања, не остављајући ништа без одговора. Зашто је небо плаво? Покривен, затрпан. Зашто гравитација постоји? И то је покривено. Изненађено на научнији начин, ТОЕ би идеално објаснио све појаве једном теоријом, једним грађевним блоком и једном снагом. По мом мишљењу, проналазак ТОЕ-а би могао потрајати стотине, па чак и хиљаде, година. Да бисмо разумели зашто, направимо залихе.
Знамо за две теорије које, када се узимају заједно, дају добар опис света око нас, али обе су светлосне године од постојања ТОЕ-а.
Друга се теорија зове Стандардни модел, који описује субатомски свет. Управо у овом домену научници су постигли најочитији напредак у правцу теорије свега.
Ако погледамо свет око нас - свет звезда и галаксија, пудлица и пица, можемо се запитати зашто ствари имају својства која имају. Знамо да се све састоји од атома, а ти атоми су сачињени од протона, неутрона и електрона.
И шездесетих година прошлог века истраживачи су открили да су протони и неутрони направљени од још мањих честица које се називају кваркови, а електрон је био члан класе честица званих лептонс.
Проналажење најмањих грађевних блокова само је први корак у осмишљавању теорије свега. Следећи корак је разумевање снага које управљају начином интеракције блокова. Научници знају за четири основне силе од којих се три - електромагнетизам и јаке и слабе нуклеарне силе - разумеју на субатомском нивоу. Електромагнетизам држи атоме заједно и одговоран је за хемију. Снажна сила држи заједно језгро атома и држи кваркове унутар протона и неутрона. Слаба сила је одговорна за неке врсте нуклеарног распада.
Свака од познатих субатомских сила има придружене честице или честице које носе ту силу: Глуон носи снажну силу, фотон управља електромагнетизмом, а В и З бозони управљају слабом силом. Постоји и сабласно енергетско поље, звано Хиггсово поље, које прожима свемир и даје масу кварковима, лептонима и неким честицама које носе силу. Узето заједно, ови грађевни блокови и снаге чине Стандардни модел.
Користећи кваркове и лептоне и познате честице које носе силу, човек може да изгради атоме, молекуле, људе, планете и, заиста, сву познату материју универзума. Ово је несумњиво огромно достигнуће и добро приближавање теорије свега.
А ипак стварно није. Циљ је пронаћи јединствен грађевни блок и јединствену силу која би могла објаснити материју и кретање универзума. Стандардни модел има 12 честица (шест кваркова и шест лептона) и четири силе (електромагнетизам, гравитација и јаке и слабе нуклеарне силе). Надаље, не постоји позната квантна теорија гравитације (што значи да наша тренутна дефиниција обухвата само гравитацију која укључује ствари веће од, на примјер, обичне прашине), тако да гравитација уопће није дио Стандардног модела. Дакле, физичари и даље траже још темељнију и темељнију теорију. Да би то постигли треба да смање број и блокова и снага.
Тешко је пронаћи мањи грађевински блок, јер за то је потребан снажнији акцелератор честица него што су га људи икада изградили. Временски хоризонт новог уређаја за убрзавање који долази на ред је неколико деценија и тај објекат ће пружити само релативно скромно инкрементално побољшање у односу на постојеће могућности. Научници, уместо тога, морају да спекулишу како би могао изгледати мањи грађевни блок. Популарна идеја се зове теорија супернаменовања, која постулира да најмањи грађевни блок није честица, већ мали и вибрирајући „низ“. На исти начин виолончело може свирати више нота, различити су обрасци вибрација различити кваркови и лептони. На овај начин, једна врста низа могла би бити крајњи грађевни блок.
Проблем је што не постоје емпиријски докази да суперстрингс заиста постоје. Надаље, очекивана енергија потребна да их видимо зове се Планцкова енергија, што је четворни билион (10 подигнут на 15. снагу) пута већи него што тренутно можемо да произведемо. Врло велика Планцкова енергија је уско повезана са оним што је познато под називом Планцкова дужина, незамисливо сићушна дужина, иза које квантни ефекти постају толико велики да је буквално немогуће измерити ништа мање. У међувремену, пређите мању од Планцкове дужине (или већу од Планцкове енергије), а квантни ефекти гравитације између фотона или светлосних честица постају важни и релативност више не функционира. Због тога је вероватно да ће то бити скала квантне гравитације. Ово је, наравно, врло спекулативно, али одражава наше тренутно најбоље предвиђање. И, ако је тачно, суперстрингс ће морати да остану шпекулативне у догледној будућности.
Мноштво снага је такође проблем. Научници се надају да ће "објединити" снаге, показујући да су само различите манифестације једне силе. (Сир Исаац Невтон то је учинио управо кад је показао силу због које су ствари пале на Земљи и силу која управља кретањем неба биле су једно те исто; Јамес Цлерк Маквелл показао је да су електрицитет и магнетизам заиста различита понашања уједињене силе која се назива електромагнетизам.)
Шездесетих година прошлог века научници су успели да покажу да су слаба нуклеарна сила и електромагнетизам заправо две различите стране комбиноване силе зване електро-слаба сила. Сада се истраживачи надају да се сила слабе електроелектране и јака сила могу објединити у оно што се назива велика обједињена сила. Затим се надају да се велика обједињена сила може сравнити са гравитацијом и направити теорију о свему.
Међутим, физичари сумњају да ће се то коначно уједињење десити и код Планцкове енергије, опет зато што је то енергија и величина на којој се у теорији релативности више не могу занемарити квантни ефекти. И као што смо видели, ово је много већа енергија него што се можемо надати да ћемо ускоро постићи у акцелератору честица. Да би се добио осећај између раскорака између тренутних теорија и теорије свега, ако бисмо представљали енергије честица које ми моћи откривају као ширину ћелијске мембране, Планцкова енергија је величина Земље. Иако је замислити да неко са темељним разумевањем ћелијских мембрана може предвидети друге структуре унутар ћелије - ствари попут ДНК и митохондрија - незамисливо је да би тачно могли да предвиде Земљу. Колика је вероватноћа да могу да предвиде вулкане, океане или Земљино магнетно поље?
Једноставна чињеница је да се с тако великим јазом између тренутно достижне енергије у акцелераторима честица и Планцкове енергије, исправно осмишљавање теорије свега чини невероватним.
То не значи да би се физичари требали повући и бавити пејзажним сликарством - још је смисленог посла који треба обавити. Још увијек морамо разумјети необјашњене појаве попут тамне материје и тамне енергије, које чине 95% познатог универзума, и користити то разумијевање за стварање новије, свеобухватније теорије физике. Ова новија теорија неће бити ТОЕ, али ће бити инкрементално боља од постојећег теоријског оквира. Тај процес ћемо морати понављати изнова и изнова.
Разочаран? Тако сам и ја. Напокон сам посветио свој живот покушају да откријем неке тајне космоса, али можда је нека перспектива у реду. Прво обједињавање снага извршено је 1670-их Невтоновом теоријом универзалне гравитације. Друга је била 1870-их с Маквелл-овом теоријом о електромагнетизму. Обједињавање електро слабе било је релативно недавно, пре само пола века.
С обзиром да је прошло 350 година од нашег првог великог успешног корака на овом путовању, можда је мање изненађујуће да је пут који је пред нама још дужи. Мисао да ће гениј имати увид који резултира потпуно развијеном теоријом свега у наредних неколико година је мит. Ми смо у дугом слогу - па чак ни унуци данашњих научника неће видети крај томе.
Али какво ће то путовање бити.
Дон Линцолн је истраживач физике Фермилаб. Аутор је књиге „Велики хадронски сударач: Изванредна прича о Хиггсовом бозону и другим стварима које ће вам разбити дух"(Јохнс Хопкинс Университи Пресс, 2014), и он је направио низ научних едукација видео. Прати га на Фејсбуку. Мишљења изражена у овом коментару су његова.
Дон Линцолн је овај чланак допринео Ливе Сциенце-у Гласови стручњака: Оп-Ед & Инсигхтс. Оригинално објављено он Ливе Сциенце.
