Theory of Everything: Heilige Gral oder erfolglosen Verfolgung?

NEW YORK – starb Einstein vor Abschluss sein Traum von einer vereinheitlichte Theorie von allem. Seitdem haben Physiker auf seine Fackel trug weiterhin die Suche nach einer Theorie, sie alle zu knechten.

Aber wollen sie überhaupt dorthin? Das war das Thema der Debatte, als sieben führenden Physiker am American Museum of Natural History der 11. Isaac Asimov Memorial Debatte hier versammelt.

Die Suche nach einer Theorie von allem entsteht dadurch, dass zwei der berühmtesten, erfolgreichen Theorien in der Physik im Widerspruch stehen.

Die Theorie, die sehr große Dinge – allgemeine Relativitätstheorie – beschreibt und die Theorie, die beschreibt, sehr kleine Dinge – Quantenmechanik – jedes Werk erstaunlich gut in ihr eigenes Reich, aber in Kombination brechen. Sie können nicht beide richtig sein.

Und wir können nicht nur diese Tatsache unter den Teppich zu kehren und weiterhin verwenden sie jeweils wie sie sind, denn es einige Fälle gibt, in denen beide Theorien – wie ein schwarzes Loch gelten.

"Seine Größe ist klein in Bezug auf Länge; seine Größe ist groß in Bezug auf die Masse. So braucht man beides,"erklärte Brian Greene, Professor für Physik und Mathematik an der Columbia University.

Die Wissenschaftler hoffen, dass eine einheitliche Theorie diese Inkompatibilität beheben und alles im Universum auf einen Schlag zu beschreiben würde.

Schwingenden Saiten

Viele Physiker sagen, unsere beste Hoffnung für eine Theorie von allem Superstring-Theorie basiert auf der Idee, dass die subatomaren Teilchen eigentlich winzig kleine Schleifen der schwingenden Saite sind. Wenn durch die Linse der Stringtheorie gefiltert, allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik möglich auskommen.

Aus diesem Grund hat String-Theorie inspiriert viele Physiker, widmen ihre Karriere zu entwickeln, da die Idee erst in den 1980er Jahren vorgeschlagen wurde.

"Es hat enorme Fortschritte in der Stringtheorie," sagte Greene, ein Befürworter der String-Theorie, deren 2000 Buch "The Elegant Universe" beschrieben die Theorie in den Bezeichnungen des Laien. "Es gab Probleme entwickelt und beschlossen, dass nie ich, ehrlich gesagt dachte, wir wären in der Lage, zu lösen. Die Fortschritte in den letzten 10 Jahren hat mein Vertrauen, dass dies eine lohnende Richtung verfolgen nur verfestigt."

Aber andere Experten sind immer müde der Stringtheorie, die noch nicht auf konkrete, überprüfbare Vorhersagen zu produzieren. Vielleicht sagen die Stringtheorie und die ganze Idee, dass eine einheitliche Theorie des Universums erklären kann ist falsch, sie.

Neil DeGrasse Tyson, Direktor des Museums Hayden Planetarium, vorgeschlagen, dass die String-Theorie scheint ins Stocken geraten, und kontrastiert die mangelnden Fortschritte "Legionen" von String-Theoretiker mit den scheinbar kurz 10 Jahre, die es ein Mann – Einstein – zum Übergang von der speziellen Relativitätstheorie zur allgemeinen Relativitätstheorie dauerte.

"Sind Sie ein Gespenst jagen oder ist die Sammlung von euch nur zu blöd, um dies herauszufinden?" DeGrasse Tyson gehänselt, beginnend eine freundliche Geplänkel, die ganze Nacht hindurch fortsetzen würde.

Greene räumte ein, dass die Zeichenfolge Theoretiker nicht prüfbare Vorhersagen hervorgebracht haben, die Experimente bestätigen können, aber sagte, dass es Zeit zum aufgeben war.

"Solange Fortschritt voran, Sie zu halten," sagte er. "Um zu sagen, es gibt keinen Fortschritt, komm Mensch, das ist einfach nicht richtig!"

Die Theorie ist so komplex, er angeklagt, und befasst sich mit solchen traumhaft kleinen Skalen, die experimentellen Daten unzugänglich sind, dass kein Wunder eine Weile dauert, um zu knacken.

"Nirgendwo steht geschrieben, dass wir"haben, in einem menschlichen Leben, Probleme zu lösen"vereinbart Janna Levin, Physiker am Barnard College in New York." "Ich sehe nicht, warum wir schockiert sein sollte, dass unglaublich schwierige Probleme zu lösen mehrere Menschenlebens dauern kann."

Verborgene Dimensionen

Ein Aspekt der String-Theorie, die viele riles ist, dass viele Versionen davon das Universum erfordern enthalten mehr als die drei Dimensionen des Raumes und eine Zeit, die wir kennen.

Die beliebteste Version der Stringtheorie, erfordert in der Tat insgesamt 11 Dimensionen.

"Warum sehen wir nicht sie?" Levin, sagte. "Es könnte sein, dass sie sehr, sehr klein sind. Oder es könnte sein, dass wir irgendwie auf eine dreidimensionale Art Membran beschränkt sind. Oder es könnte sein, dass sie nicht da sind. Aber das sind sehr interessante Ideen, die einige sehr überzeugenden Folgen haben. "

Noch ist eine bizarre Vorstellung für viele beunruhigend.

"Ich bin ein höher dimensionalen Refusnik", sagte Physiker Jim Gates von der University of Maryland-College Park, der argumentiert, dass es manchmal scheint, wie Physiker höhere Dimensionen aufrufen, wenn sie nicht ihre Theorie arbeiten, wie es ist.

"Es ist überhaupt nicht, dass wir ein Problem nicht lösen, so dass wir extra-Dimensionen aus dem Hut ziehen", sagte Greene.

"Ich sage nur, es sieht so," DeGrasse Tyson sagte, die freundliche Debatte weitergehen.

String-Theorie testen

Glücklicherweise ist die Frage der höheren Dimensionen nicht ganz auf den theoretischen Bereich beschränkt. Es gibt einige Hoffnung, die Experimente wie dem Large Hadron Collider – die weltweit leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger in Genf, Schweiz – verborgene Dimensionen des Universums experimentell nachweisen können.

Die Beweise möglicherweise das Fehlen bestimmter Teilchen oder fehlende Energie, der entstehen könnten, wenn ein Teilchen unsere normalen Abmessungen verlässt und man die versteckte betritt.

"Was wir tun müssen ist, gehen Sie zu den höchsten Energien an Beschleunigern und senden etwas ab in die extra-Dimensionen", sagte Katherine Freese, ein Physiker an der University of Michigan.

Ein weiterer möglicher Test für String-Theorie wird analysiert die detaillierten Beobachtungen des Lichts nach links von der Big Bang, genannt der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, der Raum durchdringt. Diese Strahlung wird gedacht, um einen Eindruck von den winzigen Schwankungen der Dichte zu erhalten, die im frühen Universum vorhanden gewesen wäre, und Beweise für einige der String-Theorie Vorhersagen offenbaren könnten.

"Wenn wir Glück haben, dass wir dies tatsächlich nutzen können, einige der Ideen der String-Theorie zu testen, indem man Abdrücke in der kosmischen Hintergrundstrahlung," sagte Freese.

Sollten wir noch auf der Suche sein?

Einige Physiker sagen letztlich die Suche nach einer Theorie von allem eine fruchtlose Jagd sein wird.

"Für mich das Problem einer Vorstellung von einer Theorie von allem ist, dass es bedeutet, wissen wir schließlich alles, was es zu wissen," sagte Marcelo Gleiser, Physiker am Dartmouth College in New Hampshire. "Die Physik ist für mich ein Work In Progress".

Da unsere Kenntnisse der Physik wie eine Insel, er sagte wächst: so werden auch "Ufer der Unwissenheit erhöhen." So werden immer mehr zu wissen, größere Fragen, größere Bereiche der Unsicherheit.

"Ich habe eine Unruhe mit dem Traum von der Suche nach der endgültigen Theorie", sagte Lee Smolin, ein theoretischer Physiker am Perimeter Institute for Theoretical Physics in Ontario, Kanada. Er sagte die Quest unvereinbar mit der modernen Physik, die die wissenschaftlichen Methoden der Newton, in denen Wissenschaftler Experimente über und über, sind unterschiedliche Ausgangsbedingungen, um die Allgemeinheiten zu isolieren oder Gesetze, überholt hat.

Nun, Smolin sagte, "können wir nicht mehr Experimente immer und immer wieder tun. Es ist ein Experiment, das das Universum als Ganzes ist."

Wir anderen Universen in Testszenarien Kosmologie verstehen ausgeführt werden kann, sagte er.

"Nicht mehr trennen wir die Gesetze von den Anfangsbedingungen. Wir haben die Frage nicht genau das, was die Gesetze, aber warum sind diese Gesetze? Warum diese Bedingungen, anstatt andere Anfangsbedingungen initial? Die Methode, die Newton uns nicht mehr gab erzählt uns wie Sie voran gehen. "Wir haben die Methode zu ändern, mit der wir versuchen, das Universum zu verstehen."

Sie können LiveScience Redakteur Clara Moskowitz auf Twitter @ClaraMoskowitz verfolgen.