Γιατί η θεωρία της σχετικότητας του Einsteins και η κβαντική φυσική σε αντίθεση;
1. Βαρύτητα και κβαντική μηχανική:
* Σχετικότητα: Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν περιγράφει τη βαρύτητα ως καμπυλότητα του χωροχρόνου που προκαλείται από τη μάζα και την ενέργεια. Είναι μια ομαλή, συνεχή θεωρία που λειτουργεί εξαιρετικά καλά σε μεγάλες κλίμακες (πλανήτες, αστέρια, γαλαξίες).
* Κβαντική μηχανική: Η κβαντική μηχανική, από την άλλη πλευρά, περιγράφει τη συμπεριφορά των σωματιδίων στις μικρότερες κλίμακες. Είναι εγγενώς πιθανολογικό και ασχολείται με έννοιες όπως η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων, η υπέρθεση και η εμπλοκή.
Το πρόβλημα προκύπτει επειδή δεν έχουμε συνεπή τρόπο να περιγράψουμε τη βαρύτητα στο κβαντικό επίπεδο. Χρειαζόμαστε μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας που μπορεί να συμβιβάσει αυτά τα δύο φαινομενικά ασυμβίβαστα πλαίσια.
2. Ο ρόλος του παρατηρητή:
* Σχετικότητα: Στις θεωρίες του Αϊνστάιν, οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι για όλους τους παρατηρητές σε ομοιόμορφη κίνηση. Αυτή η αρχή της σχετικότητας υποδηλώνει μια αντικειμενική, ανεξάρτητη πραγματικότητα από παρατηρητές.
* Κβαντική μηχανική: Στην κβαντική μηχανική, η πράξη παρατήρησης διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο. Η συνάρτηση κύματος, η οποία περιγράφει την κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος, καταρρέει κατά τη μέτρηση, φαινομενικά επηρεασμένη από τον παρατηρητή. Αυτό υποδηλώνει μια υποκειμενική, εξαρτώμενη από παρατηρητή πραγματικότητα.
Το ερώτημα εάν η πραγματικότητα είναι αντικειμενική ή υποκειμενική είναι μια θεμελιώδης φιλοσοφική συζήτηση που προέρχεται από αυτή τη σύγκρουση μεταξύ της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής.
3. Μαύρες τρύπες και ιδιότητες:
* Σχετικότητα: Η γενική σχετικότητα προβλέπει την ύπαρξη μαύρων οπών, περιοχές του χωροχρόνου όπου η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που τίποτα, ούτε καν ελαφρύ, μπορεί να ξεφύγει. Στο κέντρο μιας μαύρης τρύπα, σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, βρίσκεται μια ιδιαιτερότητα - ένα σημείο άπειρης πυκνότητας και καμπυλότητας.
* Κβαντική μηχανική: Η κβαντική μηχανική δεν χειρίζεται καλά τις ιδιότητες. Η ιδιαιτερότητα στην καρδιά μιας μαύρης τρύπας δημιουργεί μια κατάσταση όπου οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής καταρρέουν.
Αυτή η ασυνέπεια δείχνει την ανάγκη για μια βαθύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η βαρύτητα συμπεριφέρεται στις ακραίες συνθήκες που υπάρχουν μέσα στις μαύρες τρύπες.
4. Το "πρόβλημα μέτρησης":
* Σχετικότητα: Η σχετικότητα δεν έχει πρόβλημα με την έννοια της μέτρησης.
* Κβαντική μηχανική: Το "πρόβλημα μέτρησης" είναι ένα από τα πιο βαθιά μυστήρια στην κβαντική μηχανική. Δεν είναι σαφές πώς η λειτουργία κύματος καταρρέει κατά τη διάρκεια της μέτρησης και πώς αυτό σχετίζεται με τον κλασικό κόσμο που βιώνουμε.
Αυτό το πρόβλημα υπογραμμίζει τη θεμελιώδη διαφορά στον τρόπο με τον οποίο η σχετικότητα και η κβαντική μηχανική αντιμετωπίζουν τις πληροφορίες και το ρόλο της παρατήρησης.
Η αναζήτηση για μια ενοποιημένη θεωρία:
Οι φυσικοί εργάζονται ακούραστα για να αναπτύξουν μια ενοποιημένη θεωρία που μπορεί να συμβιβάσει τη σχετικότητα και την κβαντική μηχανική. Μερικοί υποσχόμενοι υποψήφιοι περιλαμβάνουν:
* Θεωρία συμβολοσειρών: Αυτή η θεωρία προτείνει ότι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία του σύμπαντος δεν είναι σωματίδια που μοιάζουν με σημεία αλλά μάλλον μικροσκοπικές δονητικές χορδές.
* Κβαντική βαρύτητα βρόχου: Αυτή η θεωρία υποδηλώνει ότι το ίδιο το χωροχρόνο είναι κβαντισμένο, που σημαίνει ότι αποτελείται από διακριτές μονάδες.
Η εύρεση μιας επιτυχημένης ενοποιημένης θεωρίας θα ήταν ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά επιτεύγματα όλων των εποχών, καθώς θα παρέχει μια πλήρη κατανόηση του σύμπαντος σε όλες τις κλίμακες, από τα μικρότερα σωματίδια έως τους μεγαλύτερους γαλαξίες.
