Физиците Лари Силвърбърг и Джефри Айшен наскоро предложиха нова теория, която гласи, че материята във Вселената се състои не от частици и вълни, а по-скоро от фрагменти от енергия.
Двамата професори от Университета на Северна Каролина предлагат изцяло нов физичен модел, който може да пренапише начина, по който мислим за материята.
Тяхното изключително амбициозно предположение, описано в есе за The Conversation, премахва частиците или вълните като фундаментални градивни елементи на материята, и ги замества с „фрагменти от енергия“, които да изграждат всички неща във Вселената.
Теорията на Лари Силвърбърг и колегата му Джефри Айшен би заменила и Общата теория на относителността на Айнщайн, която се използва повече от век за обяснение на физическите явления, най-вече деформирането на пространството и времето.
„Частицата е източник на материя, която съществува в една точка, а вълните съществуват навсякъде, освен в точките, които ги създават“, обяснява Силвърбърг.
Според двамата физици това, което свързва и двете явления на по-фундаментално ниво, е идеята, че енергията винаги „тече“ през пространството и времето.
„Мислете за енергията като съставена от линии, които запълват регион от пространството и времето, вливащи се в и извън този регион, които никога не започват, никога не свършват и никога не се пресичат.“
От пет на едно
Древните гърци са мислили, че има пет строителни блока на материята - земя, вода, въздух, огън и етер. Етерът е материята, която изпълва небесата и обяснява въртенето на звездите, както се наблюдава от гледната точка на Земята. Това са първите базови елементи, от които човек може да изгради света. Концепциите за физическите елементи не се променят драстично в продължение на близо 2000 години.
След това, преди около 300 години, сър Исак Нютон въвежда идеята, че цялата материя съществува в точки, наречени частици. Сто петдесет години след това Джеймс Максуел въвежда електромагнитната вълна - основната и често невидима форма на магнетизъм, електричество и светлина. Частицата служи като градивен елемент за механиката, а вълната за електромагнетизма - и частицата и вълната стават двата градивни елемента на материята. Заедно частиците и вълните се превръщат в градивните елементи на всякакъв вид материя.
Това е значителен напредък в сравнение петте елемента на древните гърци, но все още е недостатъчно. В известна поредица от експерименти, известни като експерименти с двоен процеп, светлината понякога действа като частица, а друг път - като вълна. И докато стандартната физика работи добре в повечето случаи, нещата често стават много по-сложни, когато става въпрос за много голям и много малък мащаб.
Използвайки математическите инструменти, достъпни за него по това време, Айнщайн успява в своята Обща теория на относителността да обясни определени физически явления и също така да разреши дългогодишен парадокс, свързан с инерцията и гравитацията. Но вместо да усъвършенства частиците или вълните, той ги елиминира, като предлага деформирането на пространството и времето.
Ако Вселената е изградена от материя, тогава какво изгражда самата материя? Според нов модел материята може да се състои от фрагменти енергия. Млечният път. Изображението е с дължина около 6 дъгови минути. Кредит: ESO/E. Helder & NASA/Chandra
Фрагментът на енергията
„Използвайки по-нови математически инструменти, аз и моят колега демонстрирахме нова теория, която може точно да опише Вселената. Вместо да се базираме на теорията на изкривяването на пространството и времето, ние приехме, че може да има градивен елемент, който е по-фундаментален от частицата и вълната “, пише Силвърбърг.
Той и Айшен търсят решение, което да има характеристики както на частици, така и на вълни - градивен елемент, който едновременно да е концентриран като частица и да се разпростира като вълна. Техният отговор е това, което те наричат фрагмент от енергия (fragment of energy).
Фрагментът от енергия много прилича на звезди в далечна галактика. Отдалеч една галактика изглежда като ярка светлина, излъчваща в пространството. Но при по-внимателен поглед астрономите могат да видят отделните звезди, съставляващи галактиката. В същия смисъл фрагментът от енергия представлява концентрация на енергия, която тече и се разсейва навън, далеч от центъра.
С новия си градивен елемент учените формулират нов набор от уравнения за решаване на физическите проблеми.
За да проверят своята теория, Силвърбърг и Айшен избират два легендарни проблема, решени от Айнщайн преди 100 години, за да потвърди Общата теория на относителността - лекото изместване в орбитата на Меркурий и минималното огъване на светлината при преминаването покрай Слънцето.
Айнщайн точно прогнозира, че кривината на пространство-времето, причинена от масата на Слънцето, ще накара орбитата на Меркурий да се измества с течение на времето. Кредит: Rainer Zenz чрез Wikimedia Commons
Общата теория на относителността на Айнщайн е потвърдена от две наблюдения, направени от астрономи. Първото бе малка годишна промяна в орбитата на Меркурий. Айнщайн точно прогнозира, че кривината на пространство-времето, причинена от масата на Слънцето, ще накара орбитата на Меркурий да се измества с течение на времето. Второто бе огъването на светлината, която преминава през изкривеното пространство-време близо до Слънцето.
За да разрешат проблема с Меркурий, Силвърбърг и Айшен моделират Слънцето като масивен фрагмент от енергия, а Меркурий като по-малък фрагмент от енергия, обикалящ около него. При проблема със огъването на светлината Слънцето е моделирано по идентичен начин, но светлината е моделирана като безмасова точка, пътуваща със скоростта на светлината (фотон). След изчисляване на пътищата на движещите се фрагменти на енергия, изследователите получиха същите отговори като Айнщайн.
Моделирайки небесните тела като фрагменти от енергия, авторите с изненада установяват, че получените отговори са идентични с тези, предсказани от Общата теория на относителността.
„Първоначалната ни работа демонстрира как нов градивен блок е в състояние да моделира точно телата от огромното до най-малкото. Там, където частиците и вълните се разпадат, фрагментът от енергиен градивен елемент остава“, заявява Силвърбърг.
„Фрагментът може да бъде единичен потенциално универсален градивен елемент, от който математически да се моделира реалността - и да се актуализира начинът, по който хората мислят за градивните елементи на Вселената.“
Решенията показват колко ефективни могат да бъдат новите градивни елементи при моделиране на поведението на материята от микро до макроскопична скала. Въпреки че тяхната формулировка може да не промени точно физиката като откритията на Максуел и Айнщайн, теорията би могла да направи двойствеността на материята вълна-частица по-интуитивна и да даде нов начин на мислене за Вселената.
Справка: Larry M. Silverberg and Jeffrey W. Eischen, On a new field theory formulation and a space-time adjustment that predict the same precession of Mercury and the same bending of light as general relativity, Physics Essays
Източници:
Fragments of energy – not waves or particles – may be the fundamental building blocks of the universe, The Conversation
New Theory Casually Upends Space and Time, Рopular Мechanics
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
2010
1
02.11 2021 в 12:09
Последни коментари