Máquinas do tempo? 1

 

Unificar as quatro forças

Historicamente, os físicos descartou a teoria de dimensões superiores, porque eles nunca poderia ser medido, nem tinham qualquer uso particular. 

Mas, para entender como a adição de dimensões mais elevadas podem, de fato, simplificar problemas físicos, considere o seguinte exemplo. Para os antigos egípcios, o clima foi um completo mistério. O que causou as estações? Por que ele ficar mais quente, enquanto viajavam para o sul? 

O tempo estava impossível de explicar do ponto de vista limitado de os antigos egípcios, a quem a terra parecia plana, como um plano bidimensional. 

Mas agora imagine enviando os egípcios em um foguete em espaço exterior, onde se pode ver a Terra como simples e inteiro em sua órbita ao redor do sol. De repente, as respostas a estas questões tornam-se evidentes. Do espaço, é claro que a terra se inclina cerca de 23 graus sobre o seu eixo na sua órbita em torno do sol. Devido a esta inclinação, o hemisfério norte recebe luz solar muito menos durante uma parte da sua órbita do que em outra parte.Assim, temos o inverno eo verão. E já que o Equador recebe mais luz solar, em média, do que as regiões norte e sul polares, torna-se mais quente que nos aproximamos do equador. 

Em resumo, as leis mais obscuras do tempo são fáceis de entender, uma vez que ver a Terra do espaço. Assim, a solução para o problema é ir para o espaço, para a terceira dimensão. 



Fatos que eram impossíveis de entender em um mundo plano, de repente se tornam evidentes durante a visualização de uma imagem unificada de uma terra tridimensional.

As quatro forças fundamentais

Da mesma forma, o entusiasmo atual sobre dimensões superiores é que eles podem ser a chave para a unificação de todas as forças conhecidas. 

 A culminação de dois mil anos de observação minuciosa é a percepção de que que o nosso universo é regido por quatro forças fundamentais. Estes quatro forças, por sua vez, podem ser unidos em maior espaço dimensional. 

Light, por exemplo, pode ser vista simplesmente como vibrações na quinta dimensão. 

As outras forças da natureza podem ser vistas como as vibrações nas dimensões cada vez maiores. À primeira vista, no entanto, as quatro forças fundamentais parecem ter nenhuma semelhança entre si. 

Eles são: 

        A gravidade é a força que mantém os nossos pés ancorado à terra girando e se liga o sistema solar e as galáxias juntas. Sem gravidade, que seria imediatamente atirou para o espaço exterior em l, 000 quilômetros por hora. Além disso, sem gravidade segurando o sol juntos, ele explodiria em uma explosão catastrófica de energia. 

        Eletro-magnetismo é a força que ilumina as nossas cidades e energiza nossos electrodomésticos. A revolução eletrônica, que nos deu a lâmpada, TV, telefone, computadores, rádio, radar, microondas, lâmpadas e máquinas de lavar louça, é um subproduto da força eletro-magnética. 

        A força nuclear forte é a força que alimenta o sol. Sem a força nuclear, as estrelas piscam para fora e os céus iria escuro. A força nuclear não só torna possível a vida na Terra, é também a força devastadora desencadeada por uma bomba de hidrogênio, que pode ser comparado a um pedaço do sol trouxe para a Terra. 

        A força fraca é a força responsável pela decadência rádio ativo envolvendo elétrons. A força fraca é aproveitado em hospitais modernos na forma de marcadores radioativos usados ​​na medicina nuclear. A força fraca também causou estragos em Chernobyl. 

Historicamente, sempre que os cientistas desvendaram os segredos de uma das quatro forças fundamentais, este irrevogavelmente alterou o curso da civilização moderna, a partir do domínio da mecânica e da física newtoniana em 1700, para o aproveitamento da eletro-magnetismo em 1800, e, finalmente, para o desbloqueio da força nuclear em 1900. 

Em certo sentido, algumas das maiores descobertas da história da ciência pode ser rastreada para a compreensão gradual dessas quatro forças fundamentais. Alguns têm mesmo a afirmar que o progresso dos últimos 2.000 anos de ciência pode ser entendida como o domínio sucessiva destas quatro forças fundamentais. Dada a importância dessas quatro forças fundamentais, a próxima questão é: eles podem ser unidos em uma força super? São eles, mas as manifestações de uma realidade mais profunda? 

Dada a busca infrutífera que tem desafiado os vencedores do mundo Prêmio Nobel de meio século, a maioria dos físicos concordam que a Teoria de Tudo deve ser um ponto de partida radical de tudo o que já foi tentado antes. Por exemplo, Niels Bohr, fundador da teoria atômica moderna, uma vez que ouviu a explicação de Wolfgang Pauli, de sua versão da teoria do campo unificado. 

Frustrado, Bohr finalmente se levantou e disse: 

    "Estamos todos de acordo que a sua teoria é absolutamente louco. Mas o que nos divide é se sua teoria é louco o suficiente. " 

Hoje, porém, depois de décadas de falsos começos e frustrantes becos sem saída, muitos dos principais físicos do mundo acha que eles finalmente encontraram a teoria de "louco o suficiente" para ser o campo unificado teoria. 

Há uma crença generalizada (embora certamente não por unanimidade, por qualquer meio) em laboratórios do mundo busca principais re que temos finalmente encontrado a Teoria de Tudo.

Teoria de Campo em dimensões maiores

Para ver como dimensões superiores ajuda a unificar as leis da natureza, os físicos usam o dispositivo matemática chamada "teoria do campo." 

Por exemplo, o campo magnético de um ímã de barra se assemelha a uma teia de aranha que enche todo o espaço. Para descrever o campo magnético, introduz-se no campo, uma série de números definidos em cada ponto no espaço, que descreve a intensidade e direcção da força nesse ponto. 

James Clerk Maxwell, no século passado, mostrou-se que a força electro-magnética pode ser descrito por quatro números em cada ponto em quatro dimensões de espaço-tempo (rotulada por A 1 _, _ A 2, A 3 _, _ A 4). Estes quatro números, por sua vez, obedecer a um conjunto de equações (chamadas as equações de Maxwell campo). 

Para a força gravitacional, Einstein mostrou que o campo requer um total de 10 números em cada ponto em quatro dimensões. Estes 10 números que podem ser montados na matriz mostrado na fig. 3. (Como g _ 12 = g _ 21, apenas 10 dos 16 números contidos dentro da matriz são independentes.) O campo gravitacional, por sua vez, obedecem equações de campo de Einstein. 

A ideia-chave de Theodore Kaluza em 1920 foi o de escrever um cinco teoria dimensional da gravidade. 

Em cinco dimensões, o campo gravitacional tem 15 números independentes, que podem ser arranjados em uma matriz de cinco dimensional (ver fig.4). Kaluza em seguida, re-definiu a coluna 5 e linha do campo de gravitação al para ser o campo eletromagnético de Maxwell. 

O recurso verdadeiramente milagroso dessa construção é que a teoria cinco dimensões de gravidade reduz-se precisamente a teoria original da gravidade de Einstein, mais a teoria de Maxwell de luz. Em outras palavras, adicionando a quinta dimensão, temos luz trivialmente unificada com gravidade. Em outras palavras, a luz é agora encarada como vibrações na quinta dimensão. Em cinco dimensões, há "espaço suficiente" para unificar gravidade e luz. 

Este truque é facilmente estendido. Por exemplo, se generalizar a teoria N dimensões, então o campo dimensional N gravitacional pode ser dividida em seguintes peças (ver fig. 5). Agora, fora aparece uma generalização do campo electromagnético, o chamado "campo de Yang-Mills," que é conhecido por descrever as forças nucleares. As forças nucleares, por conseguinte, podem ser vistas como as vibrações de maior espaço dimensional. 



Simplificando, adicionando mais dimensões, que são capazes de descrever mais forças. Da mesma forma, pela adição de dimensões superiores e embelezar esta abordagem (com uma coisa chamada "supersimetria), podemos explicar toda a partícula" zoo "que foi descoberto nos últimos 30 anos, com nomes bizarros como quarks, neutrinos, múons, glúons, etc 

Embora a matemática necessários para estender a idéia de Kaluza atingiu níveis verdadeiramente deslumbrante, surpreendentes até mesmo matemáticos profissionais, a idéia básica por trás unificação permanece surpreendentemente simples: 

    as forças da natureza pode ser visto como vibrações no maior espaço tridimensional.

 

O que aconteceu antes do Big Bang?

Uma vantagem de ter uma teoria de todas as forças é que poderemos ser capazes de resolver alguns dos mais espinhosos, as antigas perguntas da física, como a origem do universo e da existência de "buracos de minhoca" e até mesmo máquinas do tempo. 

A 10 a teoria de supercordas dimensional, por exemplo, dá-nos uma explicação convincente da origem do Big Bang, a explosão cósmica que aconteceu 15-20000000000 anos atrás, que enviou as estrelas e galáxias atirando em todas as direções. Nesta teoria, o universo começou originalmente como um universo perfeito 10 dimensional com nada. 

 No início, o universo estava completamente vazio. 

entanto, este universo 10 dimensional não era estável. O original 10 dimensional do espaço-tempo, finalmente, "rachado" em duas partes, uma de quatro e um universo seis dimensões. O universo feito o "salto quântico" para outro universo em que seis das 10 dimensões desmoronou e se enrolou em uma bola pequena, permitindo que o universo quatro restantes dimensões a explodir para fora a uma taxa enorme. 

O universo de quatro dimensões (nosso mundo) expandiu rapidamente, criando o Big Bang, quando o Universo seis dimensional envolveu-se em uma bola pequena e encolhido para o tamanho infinitesimal. Isso explica a origem do Big Bang. A expansão atual do universo, o que podemos medir com os nossos instrumentos, é uma réplica, em vez menor de um colapso mais cataclísmico: a quebra de um universo 10 dimensional em um universo de quatro e seis dimensões. 

Em princípio, isso também explica por que nós não podemos medir o universo seis dimensional, porque tem encolhido a um tamanho muito menor do que um átomo. Assim, nenhum experimento terra-bound pode medir o universo seis dimensional porque tem enrolado em uma bola muito pequena para ser analisado por nossos instrumentos ainda mais poderosos. 

(Isso vai ser decepcionante para aqueles que gostariam de visitar essas dimensões superiores em sua vidas. Estas dimensões superiores são muito pequenas para entrar.)

Máquinas do tempo?

Outro enigma de longa data diz respeito a universos paralelos e viagens no tempo. 

acordo com a teoria da gravidade de Einstein, o espaço-tempo pode ser visualizado como um tecido que é esticado e distorcido pela presença de matéria e energia. O campo gravitacional de um buraco negro, por exemplo, pode ser visualizado como um funil, com uma estrela, morto desabou no centro (ver fig. 6). Qualquer pessoa infeliz o suficiente para ficar muito perto do funil inexoravelmente cai dentro dele e é esmagado até a morte. 

Um enigma, porém, é que, de acordo com as equações de Einstein, o funil de um buraco negro, necessariamente, conecta o nosso universo com um universo paralelo. 

Além disso, se o funil se conecta com nosso universo em si, então temos um "buraco de minhoca" (ver fig. 7). Estas anomalias não se incomodou Einstein porque se pensava que a viagem através do pescoço do funil, chamada de "ponte de Einstein-Rosen," seria impossível (desde que alguém cair no buraco negro seria morto). 

No entanto, ao longo dos anos os físicos como Roy Kerr, bem como Kip Thorne, no Instituto de Tecnologia da Califórnia descobriram novas soluções das equações de Einstein, em que o campo gravitacional não se torna infinita no centro, ou seja, em princípio, um foguete poderia viajar através da ponte de Einstein-Rosen para um universo alternativo (ou uma parte distante do nosso próprio universo), sem ser rasgado por intensos campos gravitacionais. (Esta fenda é, de facto, a representação matemática do espelho de Alice.) 

Ainda mais intrigante, estes buracos podem ser vistos como máquinas do tempo. Uma vez que os dois extremos do buraco de minhoca pode se conectar duas épocas de tempo, Thorne e seus colegas calcularam as condições necessárias para entrar no buraco de minhoca em uma era de tempo e sair do outro lado em outra era tempo. (Thorne se deixa intimidar pelo fato de que a energia necessária para abrir uma ponte de Einstein-Rosen excede o de uma estrela, e é, portanto, fora do alcance da atual tecnologia. Mas, para Thorne, este é apenas um pequeno detalhe para os engenheiros de alguma civilização suficientemente avançada no espaço!) 

Thorne ainda dá uma idéia crua do que uma máquina do tempo pode parecer quando construída. (Imagine, no entanto, o caos que poderia entrar em erupção se máquinas do tempo eram tão comuns como carros. Livros de história nunca poderia ser escrito. Milhares de intrometidos que ser constantemente voltando no tempo para eliminar os ancestrais dos seus inimigos, para mudar o resultado do Mundo Guerra I e II, para salvar John Kennedy e da vida de Abraham Lincoln, etc 

"História" como a conhecemos seria impossível, jogando historiadores profissionais fora do trabalho. 

Com cada virada de discagem uma máquina do tempo, a história seria mudar como as areias sendo soprado pelo vento.) Outros físicos, no entanto, como Steven Hawking, têm dúvidas sobre viagem no tempo. Eles argumentam que os efeitos quânticos (como campos de radiação intensa no funil) pode fechar a ponte de Einstein-Rosen. Hawking ainda avançou uma "prova" experimental que máquinas do tempo não são possíveis (ou seja, se eles existissem, teríamos sido visitados por turistas do futuro). 

Esta controvérsia tem gerado recentemente uma enxurrada de trabalhos na literatura física.O problema essencial é que, embora as equações de Einstein para a gravidade permitir a viagem no tempo, eles também quebrar quando se aproxima do buraco negro, e efeitos quânticos, tais como a radiação, assuma. 

Mas para calcular se estas correções quânticas são intensas o suficiente para fechar a Einstein -Rosen ponte, uma necessariamente precisa de uma teoria do campo unificado que inclui tanto a teoria quanto da gravidade de Einstein, bem como a teoria quântica da radiação. Portanto, não há esperança de que em breve estas questões podem ser respondidas de uma vez por todas por uma teoria do campo unificado. 

Ambos os lados da controvérsia sobre viagem no tempo reconhece que, em última análise esta questão será resolvida pela Teoria de Tudo.

Recriando a Criação

Embora a teoria das supercordas 10 dimensional tem sido chamado a descoberta mais fascinante em física teórica nas últimas décadas, seus críticos se concentraram em seu ponto mais fraco, que é quase impossível testar. 

A energia em que as quatro forças fundamentais se fundem em um único , força unificada ocorre no fabuloso "a energia de Planck", que é um bilhão de bilhões de vezes maior do que a energia encontrada em um próton. 

Mesmo se todas as nações da terra foram se unir e concentradamente construir o maior smasher átomo em todos história, ainda não seria o suficiente para testar a teoria. Devido a isso, alguns físicos zombou da idéia de que a teoria das supercordas pode até mesmo ser considerado um legítimo "teoria". Prêmio Nobel Sheldon Glashow, por exemplo, comparou a teoria das supercordas para os ex-Pres. Estrela de Reagan programa Wars (porque é testável e drena os melhores talentos científicos). 

A razão pela qual a teoria não pode ser testada é bastante simples. A Teoria de Tudo é necessariamente uma teoria da Criação, isto é, ele deve explicar tudo, desde a origem do Big Bang até os lírios do campo. Seu pleno poder se manifesta no momento do Big Bang, onde todas as suas simetrias estavam intactos. Para testar esta teoria, portanto, significa recriar Criação na terra, o que é impossível com o atual tecnologia. 

 Esta crítica aplica-se, na verdade, para qualquer teoria da Criação. O filósofo David Hume, por exemplo, acreditava que uma teoria científica da Criação foi filosoficamente impossível.Isto porque o fundamento da ciência depende, reprodutibilidade e Criação é um evento que nunca pode ser reproduzido em laboratório.) 

Embora este é desanimador, uma peça do quebra-cabeça pode ser fornecido pela Supercollider Supercondutor (SSC), que, se construído, será smasher a maior do mundo átomo. O CCD (que é susceptível de ser cancelado pelo Congresso) é projetado para acelerar prótons a uma energia impressionante de dezenas de trilhões de elétron-volts.Quando essas partículas sub-atômicas bater um no outro a estas energias fantásticas dentro do SSC, as temperaturas que não foram vistos desde o instante da Criação será gerado. 

 É por isso que às vezes é chamado de "janela de Criação". 

Custeio 8 - 10 bilhões, o SSC é composto de um anel de ímãs poderosos esticadas em um tubo de mais de 50 quilômetros de comprimento. Na verdade, pode-se facilmente ajustar a Washington Beltway, que circunda Washington DC, dentro do SSC. Se e quando for construído, os físicos esperam que o SSC vai encontrar algumas exóticas partículas sub-atômicas, a fim de completar a nossa compreensão atual das quatro forças. 

No entanto, também existe a pequena chance de que os físicos possam descobrir "super-simétrica "partículas, que podem ser remanescentes da teoria das supercordas original. 

Em outras palavras, embora a teoria das supercordas não pode ser testada diretamente pelo SSC, um espera encontrar ressonâncias da teoria das supercordas entre os escombros criado por fragmentar prótons juntos em energias não encontrados uma vez que a grande