събота, 6 ноември 2010 г.

Гравитацията показва своята полезна страна

Гравитацията е непокорна. Тя може да хвърля уравненията в хаос и се оказва препъни-камък за създаването на единна теория на всичко. Но сега нов анализ показва, че тежестта може да помогне да се направят някои основни изчисления по-лесно управляеми.

Дейвид Томс, теоретичен физик в Нюкасълския университет, Великобритания е установил, че силата на тежестта изглежда успокоява електромагнитната сила при високи енергии. Откритието може да направи някои изчисления по-лесни и е рядък случай, в който силата на тежестта изглежда, че работи в хармония с квантовата механика, теорията на малките частици.

Но не се вълнувайте прекалено: тази мечтана теория на всичко не е точно зад ъгъла. Не всеки мисли, че изчисленията ще издържат проверка. Като се има предвид "рискованото" разбиране на връзката между гравитацията и другите сили, твърде рано е да се правят дълбоки заключения, казва Стенли Дизър, теоретичен физик в Университета в Уолтъм, Масачузетс. Последващи изследвания са необходими, за да потвърдят изчисленията на Томс.

Основното объркване

В продължение на десетилетия теоретичните физици обясняват Вселената с четирите основни сили: електромагнитна сила, която причинява електричеството и магнетизма; слабата ядрена сила, която определя разпада на някои елементарни частици; силната ядрена сила, която свързва частиците заедно вътре в атомните ядра, както и силата на тежестта. Всички с изключение на тежестта са включени в "стандартен модел" на физиката на елементарните частици.

Има признаци, че още по-фундаментална теория може да я обясни. При високи енергии, електромагнетизмът и слабите сили се сливат в една единствена "електрослаба" сила, а при още по-високи енергии - все още неизпитана теория известна като суперсиметрия, се съчетават електрослабата и силната ядрена сила. Теоретиците се надяват, че най-мощният ускорител на частици в света, Големият адронен клайдер (Large Hadron Collider) близо до Женева, Швейцария, ще предостави доказателства за това съчетание на силната и електрослабата сила.

Но тежестта продължава да бъде упорито срещу усилията да се създаде теория за всичко. Тя е твърде слаба при ниски енергии, за да се вмести с останалите, но става твърде силна при висока енергия, за да бъде включена в единна теория. Освен това теориите, които се опитват да опишат тежестта от квантово-механична гледна точка водят до безсмислена безкрайност в уравненията. "Това е много сериозен проблем", казва Томс.

Но изчисленията на Томс вече са показали, че силата на тежестта понякога може да помогне, а не да пречи. Той включва квантовото формулиране на тежестта в изчисление на квантовата електродинамика (QED) - една теория, която описва как електроните взаимодействат със светлинните частици, наречени фотони. Теорията обикновено рухва при високи енергии, защото това взаимодействие изглежда расте твърде силно, за да се изчислява въз основа на конвенционалните методи.

В работата на Томс силата на тежестта успокоява взаимодействието, което прави силата между електрона и фотона почти нула при високи енергии (10 на 15степен - 10 на 19степен GeV). Това отслабване на сила означава, че с теорията може да се изчисли поведението на високоенергийни електрони и фотони.

Бъдещето на теорията

Все още има много работа за вършене, предупреждава Томс. Неговите изчисления не осигуряват основни познания защо гравитацията би отслабила други сили. Нещо повече, самата тежест все още е вероятно да стане неконтролируемо силна при много високи енергии.

Много теоретици са скептично настроени дали изчисленията на Томс ще понесат внимателно разглеждане. "Неговата математика може да се окаже правилна, но аз не мисля, че неговата интерпретация е", казва Джон Донохю, теоретичен физик в Университета Амхърст в Масачузетс. Донохю се опасява, че ако този метод се прилага и към груги взаимодействия, включващи различни частици, може да даде различен отговор. "Ефектите не са универсални", казва той. Това би било голям проблем за теоретиците, които искат техните методи еднакво да важат за всичко.

Томс признава, че "не може да се каже" дали този метод ще бъде универсален. Сега той планира отново да проследи какво се случва със силата на тежестта при високите енергии, като използва нов подход. Ако гравитацията намалява, както и другите сили, теоретиците наистина може да са по-близо до теорията на всичко. Томс казва, че ще бъде трудно да се направят изчисленията. Но той добавя: "Мисля, че знам как да го направя".

Няма коментари:

Публикуване на коментар