[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Wszechświat znajdzie się w stanie niemal zupełnego nie­ładu.Nie będzie istniała silna termodynamiczna strzałka czasu, gdyż nieporządek, osiągnąwszy niemal maksimum, nie będzie już mógł zna­cząco wzrastać.Silna termodynamiczna strzałka czasu jest jednak ko­nieczna, by trwać mogło życie istot inteligentnych.Aby przetrwać, ludzie spożywają jedzenie, będące uporządkowaną formą energii, i zamieniają je w ciepło, będące formą nie uporządkowaną.A zatem inteligentne istoty nie mogą żyć w okresie kurczenia się wszechświata.Wyjaśnia to, dlaczego obserwujemy, że termodynamiczna strzałka czasu skiero­wana jest w tę samą stronę, co kosmologiczna.Nie dzieje się tak nie dlatego, że ekspansja wszechświata powoduje wzrost nieporządku.Cho­dzi raczej o to.iż z reguły “braku brzegów" wynika wzrost nieporządku i istnienie warunków sprzyjających inteligentnemu życiu tylko w okre­sie rozszerzania się wszechświata.Podsumujmy.Prawa fizyki nie rozróżniają kierunków upływu czasu do przodu i wstecz.Istnieją jednak co najmniej trzy strzałki czasu odróżniające przeszłość od przyszłości.Są to: strzałka termodynamiczna, strzałka psychologiczna, związana z faktem pamiętania przeszłości, lecz nie przyszłości, oraz kosmologiczna, zgodna z kierunkiem czasu, w któ­rym rozszerza się wszechświat.Wykazałem, że strzałka psychologiczna jest w istocie taka sama jak termodynamiczna, obie zatem wskazują zawsze ten sam kierunek.Z reguły “braku brzegów" wynika istnie­nie dobrze określonej termodynamicznej strzałki czasu, gdyż pierwotny wszechświat musiał być gładki i uporządkowany.Strzałka kosmologi­czna jest zgodna z termodynamiczną, ponieważ inteligentne istoty mogą istnieć tylko w okresie ekspansji.W fazie kontrakcji życie ich nie będzie możliwe, gdyż zabraknie wówczas silnej strzałki termodynamicznej.Wiedza i zrozumienie wszechświata, których dopracowała się ludz­kość przez wieki, sprawiły, że powstał kącik ładu w coraz bardziej nie uporządkowanym wszechświecie.Jeśli pamiętasz, Czytelniku, każde słowo tej książki, to Twoja pamięć zarejestrowała około dwóch milionów jed­nostek informacji i porządek w Twym mózgu wzrósł o tyleż jednostek.Podczas czytania zmieniłeś jednak co najmniej tysiąc kalorii uporząd­kowanej energii w postaci jedzenia na energię nie uporządkowaną, głównie w postaci ciepła, które rozproszyło się w powietrzu wskutek konwekcji i pocenia się.To zwiększyło nieporządek we wszechświecie o około 20 milionów milionów milionów milionów jednostek, czyli 10 milionów milionów milionów razy więcej niż wyniósł wzrost porządku w Twoim mózgu — i to pod warunkiem, że zapamiętałeś każde słowo.W następnym rozdziale postaram się zwiększyć nieco porządek panu­jący w naszym kąciku, wyjaśniając, jak fizycy starają się złożyć w ca­łość częściowe teorie, które dotychczas opisałem, by zbudować jedną kompletną i jednolitą teorię dotyczącą wszystkiego, co istnieje we wszech­świecie.Rozdział 10UNIFIKACJA FIZYKIJak wyjaśniłem w pierwszym rozdziale, byłoby bardzo trudno stwo­rzyć za jednym zamachem kompletną, jednolitą teorię wszystkiego, co istnieje we wszechświecie.Osiągnęliśmy natomiast postęp, budując cząstkowe teorie, które opisują pewien ograniczony zakres zjawisk i po­mijają inne efekty lub przybliżają je przez podanie pewnych liczb.(Na przykład chemia pozwala nam obliczyć oddziaływania atomów bez wni­kania w wewnętrzną budowę jądra atomowego).Mamy jednak nadzieję, iż w końcu znajdziemy kompletną, spójną, jednolitą teorię, która obe­jmuje wszystkie teorie cząstkowe jako pewne przybliżenia i której nie trzeba będzie dopasowywać do faktów, wybierając pewne dowolne sta­łe.Poszukiwania takiej teorii nazywamy dążeniem do “unifikacji fizy­ki".Einstein w ostatnich latach swego życia poszukiwał uparcie jed­nolitej teorii, lecz ze względu na ówczesny stan wiedzy te wysiłki nie mogły się powieść — znane były cząstkowe teorie grawitacji i ele­ktromagnetyzmu, ale bardzo mało wiadomo było o oddziaływaniach jądrowych.Co więcej, Einstein nigdy nie uwierzył w realność mecha­niki kwantowej, mimo iż sam odegrał ważną rolę w jej stworzeniu.Wydaje się jednak, że zasada nieoznaczoności wyraża fundamentalną własność wszechświata, w jakim żyjemy.Wobec tego jednolita teoria musi uwzględniać tę zasadę.Dziś widoki na sformułowanie takiej teorii są o wiele lepsze, po­nieważ wiemy znacznie więcej o wszechświecie.Musimy się jednak wystrzegać nadmiernej pewności siebie, nieraz już bowiem dawaliśmy się zwieść fałszywym nadziejom.Na przykład, w początkach tego stu­lecia uważano, iż wszystko można wyjaśnić w kategoriach pewnych własności ośrodków ciągłych, takich jak przewodnictwo cieplne lubelastyczność.Odkrycie atomowej struktury materii i zasady nieozna­czoności położyło kres tym złudzeniom.W 1928 roku laureat Nagrody Nobla, Max Born, powiedział grupie gości zwiedzających Uniwersytet w Getyndze: “Fizyka, na ile ją znamy, będzie ukończona za pół roku".Podstawą tego przekonania było dokonane niedawno przez Diraca od­krycie równania opisującego elektron.Uważano, że podobne równanie opisuje proton, który był jedyną poza elektronem znaną wówczas czą­stką elementarną.Z odkryciem neutronu i oddziaływań jądrowych roz­wiały się i te nadzieje.Po przypomnieniu tych faktów chcę jednak powiedzieć, że mamy już dziś pewne podstawy, by sądzić, że prawdo­podobnie zbliżamy się do końca poszukiwań ostatecznych praw natury.W poprzednich rozdziałach omówiłem ogólną teorię względności, czyli cząstkową teorię grawitacji, oraz cząstkowe teorie oddziaływań słabych, silnych i elektromagnetycznych.Ostatnie trzy oddziaływania można połączyć w jednolite teorie zwane GUT-ami, czyli teoriami wiel­kiej unifikacji (grand unified theories).Takie teorie nie są w pełni zado­walające, gdyż pomijają grawitację i zawierają pewne liczby, na przy­kład stosunki mas poszczególnych cząstek, których nie można obliczyć na podstawie teorii, lecz trzeba je zmierzyć.Zasadnicza trudność w zna­lezieniu teorii łączącej grawitację z innymi siłami bierze się z faktu, iż ogólna teoria względności jest teorią klasyczną, to znaczy nie uwzględ­nia zasady nieoznaczoności, natomiast inne teorie cząstkowe w istotny sposób zależą od mechaniki kwantowej.Pierwszym koniecznym kro­kiem jest zatem uzgodnienie ogólnej teorii względności z zasadą nie­oznaczoności.Jak już widzieliśmy, uwzględnienie efektów kwantowych prowadzi do godnych uwagi konsekwencji, na przykład sprawia, iż czar­ne dziury wcale nie są czarne, a wszechświat nie zaczyna się od osob­liwości, lecz jest całkowicie samowystarczalny i pozbawiony brzegów.Problem polega na tym (była o tym mowa w rozdziale siódmym), że wskutek zasady nieoznaczoności nawet “pusta" przestrzeń jest wypeł­niona parami wirtualnych cząstek i antycząstek.Te pary mają w sumie nieskończoną energię, a zatem, zgodnie ze słynnym wzorem Einsteina E = mc2, również nieskończoną masę.Wobec tego ich grawitacyjne przyciąganie powinno zakrzywić czasoprzestrzeń do nieskończenie ma­łych rozmiarów [ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • hanula1950.keep.pl

    		•