ईथन से पूछें: हम थ्योरी ऑफ एवरीथिंग के कितने करीब हैं?

यह विचार कि आज देखी गई सभी बातचीत और कण एक एकल की अभिव्यक्तियाँ हैं, व्यापक सिद्धांत आकर्षक है, लेकिन इसके लिए अतिरिक्त माप और नए प्रकार के कणों और इंटरैक्शन का एक गुच्छा आवश्यक है।

आइंस्टीन से बहुत पहले, ब्रह्मांड का अध्ययन करने वाले लोगों का एक ही समीकरण खोजने का सपना था, जितना संभव हो उतनी घटनाएं कवर करें। ब्रह्मांड की प्रत्येक भौतिक संपत्ति के लिए अपना स्वयं का कानून होने के बजाय, उन्हें एक ही, व्यापक मंच में संयोजित करना संभव होगा। XIX सदी के मध्य में जेम्स क्लर्क मैक्सवेल द्वारा विद्युत शुल्क, चुंबकत्व, विद्युत धाराओं, प्रेरण और अन्य चीजों के सभी कानूनों को एक मंच में जोड़ा गया था। तब से, भौतिकविदों ने थ्योरी ऑफ एवरीथिंग का सपना देखा है: ब्रह्मांड के सभी कानूनों को नियंत्रित करने वाला एक एकल समीकरण। हमने क्या प्रगति की है? यह हमारे पाठक का सवाल है जो जानना चाहते हैं:

क्या विज्ञान ने महान एकीकरण के सिद्धांत (TVO) और सब कुछ के सिद्धांत के साथ प्रगति की है? क्या आप बता सकते हैं कि अगर हमारे पास एक एकीकृत समीकरण मिला तो इसका क्या मतलब होगा?

हां, प्रगति हुई है, लेकिन हम अभी तक लक्ष्य तक नहीं पहुंचे हैं। इसके अलावा, यह भी विश्वास नहीं है कि सब कुछ के सिद्धांत मौजूद हैं।


विद्युत चुम्बकीय, कमजोर, मजबूत और गुरुत्वीय इंटरैक्शन ब्रह्मांड के चार ज्ञात मूलभूत इंटरैक्शन हैं।

प्रकृति के नियम, जहां तक ​​हमने उन्हें खोजा है, उन्हें चार मूलभूत अंत: क्रियाओं में विभाजित किया जा सकता है: गुरुत्वाकर्षण बल, जिसे जनरल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और तीन क्वांटम बल, जो कण और उनकी बातचीत को नियंत्रित करते हैं - मजबूत परमाणु संपर्क, कमजोर परमाणु संपर्क और विद्युत चुम्बकीय संपर्क। हर चीज का एक एकीकृत सिद्धांत बनाने का सबसे पहला प्रयास सामान्य सापेक्षता के प्रकाशन के तुरंत बाद शुरू हुआ, यहां तक ​​कि इससे पहले कि हम परमाणु बातचीत को नियंत्रित करने वाले मूलभूत कानूनों को जानते थे। कलुजा-क्लेन सिद्धांतों के रूप में जाने जाने वाले इन विचारों ने गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुंबकत्व को संयोजित करने का प्रयास किया।


गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुंबकत्व के संयोजन का विचार 1920 के दशक की शुरुआत में और थियोडोर कलुज़ा और ऑस्कर क्लेन के कामों के लिए है।

आइंस्टीन जीटीआर के लिए एक अतिरिक्त स्थानिक आयाम के अलावा, एक पंक्ति में पांचवें (मानक तीन स्थानिक और एक लौकिक को छोड़कर), जिसके परिणामस्वरूप आइंस्टीन गुरुत्वाकर्षण, मैक्सवेल इलेक्ट्रोमैग्नेटिज़्म और एक नया, अतिरिक्त स्केलर फ़ील्ड की उपस्थिति है। अतिरिक्त आयाम छोटा होना चाहिए, जो गुरुत्वाकर्षण के नियमों में हस्तक्षेप नहीं करता है, और अतिरिक्त स्केलर फ़ील्ड का ब्रह्मांड पर एक अलग प्रभाव नहीं होना चाहिए। चूंकि इस तरह के दृष्टिकोण के साथ गुरुत्वाकर्षण के एक क्वांटम सिद्धांत को तैयार करना असंभव था, क्वांटम भौतिकी और परमाणु बलों की खोज - जिसे एकजुट करने का यह प्रयास ध्यान में नहीं लिया गया था - लोकप्रियता के दृष्टिकोण से वंचित।


मानक मॉडल के क्वार्क्स, एंटीकार्क्स और ग्लून्स में एक रंग चार्ज होता है, अन्य सभी गुणों के अलावा, जैसे कि द्रव्यमान और इलेक्ट्रिक चार्ज। मानक मॉडल को एकल समीकरण के रूप में लिखा जा सकता है, लेकिन इसके भीतर की बातचीत को संयुक्त नहीं किया जाएगा।

हालांकि, मजबूत और कमजोर परमाणु इंटरैक्शन ने 1968 में स्टैंडर्ड मॉडल तैयार किया, जिसने एक सर्वव्यापी छाते के तहत मजबूत, कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बातचीत को एक साथ लाया। सभी कणों और उनकी बातचीत को ध्यान में रखा गया था, एसोसिएशन के बारे में एक बड़ी भविष्यवाणी सहित कई नई भविष्यवाणियां की गई थीं। 100 GeV (100 बिलियन वोल्ट की क्षमता तक एक इलेक्ट्रॉन में तेजी लाने के लिए आवश्यक ऊर्जा) के आदेश की उच्च ऊर्जाओं पर, विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बातचीत के समरूपता को बहाल किया जाना चाहिए। नए बड़े बोसॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी की गई थी, और 1983 में डब्ल्यू और जेड बोसॉन की खोज के साथ, इस भविष्यवाणी की पुष्टि की गई थी। चार मूलभूत इंटरैक्शन घटकर तीन हो गए।


एकीकरण के विचार से पता चलता है कि मानक ऊर्जा के सभी तीन इंटरैक्शन, और संभवतः गुरुत्वाकर्षण भी उच्च ऊर्जा पर एक ही मंच पर संयुक्त होते हैं

संघ पहले से ही एक दिलचस्प विचार था, लेकिन मॉडल इसे विकसित करने लगे। लोगों ने सुझाव दिया है कि उच्च ऊर्जा पर भी, मजबूत संपर्क इलेक्ट्रोकेक के साथ संयोजन करेगा; यहीं से ग्रेट थ्योरी ऑफ यूनिफिकेशन का विचार आया। कुछ ने सुझाव दिया है कि उच्च ऊर्जा पर, शायद प्लैंक स्केल के क्षेत्र में, गुरुत्वाकर्षण भी बाकी हिस्सों में शामिल हो जाएगा; यह स्ट्रिंग सिद्धांत के लिए मुख्य प्रेरणाओं में से एक था। इन विचारों की एक दिलचस्प विशेषता यह है कि यदि आपको एकीकरण की आवश्यकता है, तो आपको उच्च ऊर्जाओं में समरूपता को पुनर्स्थापित करने की आवश्यकता है। और अगर उच्च ऊर्जा वाले ब्रह्मांड में समरूपताएं हैं जो वर्तमान में टूट गई हैं, तो इसका अनुवाद कुछ अवलोकन योग्य हो सकता है: नए कण और नई बातचीत।


स्टैंडर्ड मॉडल और उनके सुपरसिमेट्रिक जुड़वाँ के कण। यह कण स्पेक्ट्रम स्ट्रिंग सिद्धांत के संदर्भ में चार मूलभूत बातचीत के मिलन का एक अनिवार्य परिणाम है

तो क्या नए कणों और बातचीत की भविष्यवाणी की जाती है? यह निर्भर करता है कि एकीकरण के सिद्धांतों के किस संस्करण को चुनना है। इनमें शामिल हैं:

• काले पदार्थ के समान भारी, तटस्थ कण।
• कणों के सुपरसिमेट्रिक पार्टनर्स।
• चुंबकीय मोनोपोल।
• भारी, चार्ज स्केलर बोसोन [शून्य स्पिन / लगभग के साथ। ट्रांस।]।
• हिग्स कण के समान कई कण।
• प्रोटॉन क्षय में मध्यवर्ती कण।

हालांकि अप्रत्यक्ष टिप्पणियों से हम आत्मविश्वास से काले पदार्थ के अस्तित्व की पुष्टि कर सकते हैं, प्रयोगों में इनमें से कोई भी कण या पूर्वानुमानित क्षय नहीं देखा गया।


1982 में, ब्लास कैबरेरा के नेतृत्व में एक प्रयोग में , आठ लूप तार के साथ, आठ मैग्नेटन में एक बदलाव दर्ज किया गया था: एक चुंबकीय मोनोपोल का संकेत। दुर्भाग्य से, खोज के दौरान, कोई भी प्रयोगशाला में नहीं था, और तब से कोई भी इस प्रयोग को पुन: पेश करने या दूसरे मोनोलोल को खोजने में सक्षम नहीं है।

लेकिन यह कई कारणों से अफ़सोस की बात है, क्योंकि हम बहुत सक्रिय रूप से इस सब की तलाश कर रहे थे। 1982 में, चुंबकीय मोनोपोलों की तलाश में किए गए एक प्रयोग ने एकमात्र सकारात्मक परिणाम दर्ज किया, इसलिए उनके पास बहुत सारे अनुयायी थे जो मोनोपोल खोजने की कोशिश कर रहे थे। दुर्भाग्य से, यह सकारात्मक परिणाम एक विसंगति थी, और किसी ने कभी इसे पुन: पेश नहीं किया। इसके अलावा 1980 के दशक में, लोगों ने प्रोटॉन क्षय के सबूत की तलाश में पानी और अन्य परमाणु नाभिकों के साथ विशालकाय टैंक बनाने शुरू किए। नतीजतन, इन टैंकों को न्यूट्रिनो सेंसर में बदल दिया गया था, और प्रोटॉन का एक भी क्षय दर्ज नहीं किया गया था। प्रोटॉन जीवनकाल की सीमा अब 10 ³⁵ वर्ष से अधिक है - ब्रह्मांड की आयु से अधिक परिमाण के लगभग 25 आदेश।


सुपर कमोकांडे प्रयोग के पानी से भरे कुंड, जिसने प्रोटॉन के जीवनकाल में सबसे कठोर प्रतिबंध स्थापित किए। बाद में, ऐसे डिटेक्टर उत्कृष्ट न्यूट्रिनो वेधशाला बन गए, लेकिन एक भी प्रोटॉन क्षय दर्ज नहीं किया।

यह भी बुरा है, क्योंकि महान एकीकरण ब्रह्मांड में पदार्थ और एंटीमैटर के बीच विषमता पैदा करने के लिए एक साफ और सुरुचिपूर्ण तरीका प्रदान करता है। शुरुआती दिनों में, ब्रह्मांड पदार्थ / एंटीमैटर जोड़े और सभी कणों का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त गर्म था। अधिकांश टीबीओ में, ऐसे दो मौजूदा कण सुपरहैवी बोसॉन एक्स और वाई हैं, जिन पर शुल्क हैं और इनमें क्वार्क और लेप्टोन के जोड़े हैं। यह उम्मीद की जाती है कि विषमता पदार्थ और एंटीमैटर के अपने संस्करणों को उसी तरह से प्रकट करती है, जो एंटीमैटर के ऊपर पदार्थ के अवशेषों की प्रधानता को जन्म दे सकती है, भले ही शुरू में कोई पूर्वाग्रह न हो। दुर्भाग्य से, फिर से, हमें इस तरह के कणों की उपस्थिति और उनके इंटरैक्शन के लिए सबूत ढूंढना बाकी है।


टीबीओ के आवश्यक गुणों की उपस्थिति में पदार्थ और एंटीमैटर (एक्स, वाई, एंटी-एक्स, एंटी-वाई) के बोसॉन का एक सममितीय संग्रह, ब्रह्मांड में आज देखे गए पदार्थ / एंटीमैटर की विषमता उत्पन्न करता है।

कुछ भौतिकविदों का मानना ​​है कि ब्रह्मांड में ऐसे समरूपता मौजूद होनी चाहिए, और यह कि उनके प्रमाण एलएचसी पर उपलब्ध ऊर्जा से परे हैं। अन्य लोग कम सुविधाजनक अवसर पर आते हैं: शायद प्रकृति एकजुट होने की कोशिश नहीं करती है। शायद हमारी शारीरिक वास्तविकता का वर्णन करने वाला कोई टीवीओ नहीं है; शायद गुरुत्वाकर्षण का क्वांटम सिद्धांत अन्य इंटरैक्शन के साथ संयुक्त नहीं है; शायद बैरोजेनेसिस और डार्क मैटर की समस्याओं के अन्य समाधान भी हैं जो इन विचारों का पालन नहीं करते हैं। आखिरकार, ब्रह्मांड जैसा दिखता है उसका अंतिम मध्यस्थ इस बारे में हमारे विचार नहीं होंगे, लेकिन प्रयोगों और टिप्पणियों के परिणाम। हम केवल ब्रह्मांड से पूछ सकते हैं कि यह क्या है; इसका जवाब देना और उसके आधार पर कार्य करना हमारे ऊपर है।


स्टैंडर्ड मॉडल का लैग्रैजियन एकल समीकरण है जिसमें स्टैंडर्ड मॉडल के कण और इंटरैक्शन शामिल हैं। इसके पांच स्वतंत्र हिस्से हैं: ग्लून्स (1), कमजोर बोसॉन (2), एक कमजोर बातचीत और हिग्स फील्ड (3) के साथ पदार्थ की बातचीत, कण-आत्माएं जो हिग्स फील्ड (4) और फडदेव-पोपोव आत्माओं के अतिरेक को खत्म करती हैं जो अतिरेक को प्रभावित करती हैं कमजोर बातचीत (5)। न्यूट्रिनो के द्रव्यमान शामिल नहीं हैं।

यद्यपि हम मानक मॉडल को एक एकल समीकरण के रूप में लिख सकते हैं, यह इस अर्थ में एक एकीकरण सिद्धांत नहीं है कि अलग, अलग, स्वतंत्र सदस्य ब्रह्मांड के विभिन्न घटकों को नियंत्रित करते हैं। स्टैंडर्ड मॉडल के विभिन्न हिस्से एक-दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं - रंग चार्ज विद्युत चुम्बकीय या कमजोर इंटरैक्शन को प्रभावित नहीं करता है। इस प्रश्न के बारे में भी कोई जवाब नहीं है कि सीपी इंटरैक्शन के उल्लंघन के कारण मजबूत बातचीत में कोई बातचीत क्यों नहीं होती है।


जब समरूपता बहाल की जाती है (उच्चतम संभावित मूल्य पर), तो एक संघ होता है। हालांकि, पहाड़ी के आधार पर, समरूपता का उल्लंघन, हमारे पास आज के ब्रह्मांड से मेल खाता है, जहां नए प्रकार के बड़े पैमाने पर मौजूद हैं

कई लोगों को उम्मीद है कि एसोसिएशन के पास इन सवालों का जवाब है, और यह आधुनिक भौतिकी की कई खुली समस्याओं और पहेलियों को हल करेगा। हालांकि, किसी भी प्रकार के अतिरिक्त समरूपता - समरूपताएं जो उच्च ऊर्जा पर बहाल होती हैं, और आज टूट जाती हैं - नए कणों, नए इंटरैक्शन और नए भौतिक नियमों की उपस्थिति का नेतृत्व करती हैं जिनके द्वारा ब्रह्मांड को खेलना चाहिए। हमने उन नियमों का उपयोग करके इंजीनियर की कुछ भविष्यवाणियों को उलटने की कोशिश की, जो काम करने के लिए आवश्यक हैं - हालांकि, जिन कणों और संघों को हमने देखने की उम्मीद की थी, वे दिखाई नहीं दिए। एकीकरण आपको रसायन, जीव विज्ञान, भूविज्ञान, चेतना जैसे गुणों को प्रकट करने में मदद नहीं करेगा - लेकिन यह हमें बेहतर समझने में मदद करेगा कि सब कुछ कहां और कैसे आया।


पूरे ज्ञात ब्रह्मांड के लौकिक इतिहास से पता चलता है कि हम मुद्रास्फीति की समाप्ति और गर्म बिग बैंग की शुरुआत में सभी पदार्थों की उत्पत्ति और उस पर प्रकाश डालते हैं

बेशक, एक और संभावना है: कि यूनिवर्स एकजुट न हो। तथ्य यह है कि कई अलग-अलग कानून और नियम एक कारण से मौजूद हैं: हमने जो समरूपता का आविष्कार किया वह सिर्फ गणितीय विशेषताएं हैं, न कि भौतिक ब्रह्मांड का वर्णन। प्रत्येक सुंदर, सुंदर, आश्वस्त भौतिक सिद्धांत के लिए, एक और है, समान रूप से सुंदर, सुंदर, और भौतिक सिद्धांत को समझाने वाला - लेकिन गलत है। इनमें, जैसा कि सभी वैज्ञानिक सवालों में है, मानव जाति का काम सही सवाल पूछना है। खैर, ब्रह्मांड का कार्य हमें उत्तर प्रदान करना है। वे जो कुछ भी हैं, हमारे पास ऐसा ब्रह्मांड है जैसा वह है। और हमें समझना चाहिए कि इन उत्तरों का क्या मतलब है।

एथन सीगल - खगोल वैज्ञानिक, विज्ञान लोकप्रिय, एक बैंग्स के साथ शुरुआत के लेखक! उन्होंने "बियॉन्ड द गैलेक्सी" [ बियॉन्ड द गैलेक्सी ], और "ट्रैकनोलॉजी: स्टार ट्रेक का विज्ञान" [ ट्रेकनोलॉजी ] किताबें लिखीं ।

यदि यूनिवर्स का विस्तार हो रहा है, तो हम विस्तार क्यों नहीं कर रहे हैं ; क्यों ब्रह्मांड की उम्र उसके मनाया भाग की त्रिज्या के साथ मेल नहीं खाती है ।