Melodia curentă

Titlu

Artist


Energia poate fi elementul de bază al Universului

Scris de pe mai 7, 2021

Noua matematică a arătat că particulele ar putea să nu fie elementele fundamentale universului. Materia este ceea ce alcătuiește universul, dar ceea ce alcătuiește materia? Această întrebare a fost de multă vreme dificilă pentru cei care se gândesc la asta – în special pentru fizicieni. Reflectând tendințele recente în fizică, colegul meu Jeffrey Eischen și cu mine (nr. autorul acestui articol, Larry M. Silverberg, profesor de inginerie mecanică și aerospațială, Universitatea de Stat din Carolina de Nord) am descris o modalitate actualizată de a ne gândi la materie. Propunem că materia nu este formată din particule sau unde, așa cum se credea mult timp, ci – mai fundamental – că materia este formată din fragmente de energie. De la cinci la unu vechii greci au conceput cinci blocuri de materie – de jos în sus: pământ, apă, aer, foc și eter. Eterul a fost materia care a umplut cerurile și a explicat rotația stelelor, așa cum sa observat din punctul de vedere al Pământului. Acestea au fost primele elemente de bază din care s-ar putea construi o lume. Concepțiile lor despre elementele fizice nu s-au schimbat dramatic timp de aproape 2.000 de ani. Apoi, acum aproximativ 300 de ani, Sir Isaac Newton a introdus ideea că toată materia există ca puncte numite particule. La o sută cincizeci de ani după aceea, James Clerk Maxwell a introdus unda electromagnetică – forma subiacentă și adesea invizibilă de magnetism, electricitate și lumină. Particula a servit ca element de construcție pentru mecanică și unda pentru electromagnetism – iar publicul s-a așezat pe particulă și undă ca cele două elemente de bază ale materiei. Împreună, particulele și undele au devenit elementele constitutive ale tuturor tipurilor de materie. Aceasta a fost o îmbunătățire vastă față de cele cinci elemente ale grecilor antici, dar a fost încă defectuoasă.

Într-o serie de experimente celebre, cunoscute sub numele de experimente cu dublă fantă, lumina acționează uneori ca o particulă și alteori acționează ca o undă. Și în timp ce teoriile și matematica undelor și particulelor permit oamenilor de știință să facă predicții incredibil de exacte despre univers, regulile se descompun la cele mai mari și mai mici scale. Einstein a propus un remediu în teoria sa relativității generale. Folosind instrumentele matematice de care dispunea la acea vreme, Einstein a reușit să explice mai bine anumite fenomene fizice și, de asemenea, să rezolve un paradox de lungă durată legat de inerție și gravitație. Dar, în loc să se îmbunătățească pe particule sau unde, le-a eliminat în timp ce propunea deformarea spațiului și a timpului. Folosind instrumente matematice mai noi, eu și colegul nostru am demonstrat o nouă teorie care poate descrie cu exactitate universul. În loc să ne bazăm teoria pe deformarea spațiului și a timpului, am considerat că ar putea exista un bloc care este mai fundamental decât particula și unda. Oamenii de știință înțeleg că particulele și undele sunt opuse existențiale: o particulă este o sursă de materie care există într-un singur punct, iar undele există peste tot, cu excepția punctelor care le creează.

Video

„Colegul meu și cu mine am crezut că este logic să existe o legătură subiacentă între ei. Flux și fragmente de energie Teoria noastră începe cu o nouă idee fundamentală – că energia „curge întotdeauna” prin regiuni ale spațiului și timpului. Gândiți-vă la energie ca fiind alcătuită din linii care umple o regiune de spațiu și timp, care curg în și din această regiune, care nu începe niciodată, nu se termină niciodată și nu se traversează niciodată. Lucrând de la ideea unui univers de linii de energie care curg, am căutat un singur element de construcție pentru energia care curge. Dacă am putea găsi și defini un astfel de lucru, am sperat că îl putem folosi pentru a face cu precizie predicții despre univers la cele mai mari și mai mici scale. Au existat multe elemente de construcție pentru a alege din punct de vedere matematic, dar am căutat unul care să aibă trăsăturile atât ale particulei, cât și ale undei – concentrate ca particula, dar, de asemenea, răspândite în spațiu și timp, ca unda. Răspunsul a fost un bloc de construcție care arată ca o concentrație de energie – cam ca o stea – având energie care este cea mai mare în centru și care devine mai mică, mai departe de centru. Spre surprinderea noastră, am descoperit că există doar un număr limitat de moduri de a descrie o concentrație de energie care curge. Dintre acestea, am găsit doar unul care funcționează în conformitate cu definiția noastră matematică a fluxului. Am numit-o fragment de energie.”, spune autorul acestui articol, Larry M. Silverberg, profesor de inginerie mecanică și aerospațială, Universitatea de Stat din Carolina de Nord.

Pentru pasionații de matematică și fizică, este definit ca A = -⍺ / r unde ⍺ este intensitate și r este funcția de distanță. Folosind fragmentul de energie ca element de construcție al materiei, am construit apoi matematica necesară pentru rezolvarea problemelor de fizică. Ultimul pas a fost testarea. Cu mai bine de 100 de ani în urmă, Einstein s-a orientat către două probleme legendare din fizică pentru a valida relativitatea generală: schimbarea anuală – sau precesiunea – pe orbita lui Mercur și minuscula îndoire a luminii la trecerea Soarelui. Aceste probleme se aflau la cele două extreme ale spectrului de dimensiuni. Nici teoriile undelor, nici ale particulelor materia le-ar putea rezolva, dar relativitatea generală a făcut-o. Teoria relativității generale a deformat spațiul și timpul în așa fel încât să determine deplasarea traiectoriei lui Mercur și lumina să se îndoaie exact în cantitățile observate în observațiile astronomice. Dacă noua noastră teorie ar avea șansa de a înlocui particula și unda cu fragmentul probabil mai fundamental, ar trebui să putem rezolva aceste probleme și cu teoria noastră. Pentru problema precesiunii de mercur, am modelat Soarele ca un enorm fragment staționar de energie și Mercur ca un fragment de energie mai mic, dar încă enorm, cu mișcare lentă. Pentru problema îndoirii luminii, Soarele a fost modelat în același mod, dar fotonul a fost modelat ca un fragment minuscul de energie care se mișcă la viteza luminii. În ambele probleme, am calculat traiectoriile fragmentelor în mișcare și am obținut aceleași răspunsuri ca cele prezise de teoria relativității generale. Am rămas uimiți. Munca noastră inițială a demonstrat cum un nou bloc de construcție este capabil să modeleze cu precizie corpurile de la enorm la minuscul. Acolo unde particulele și undele se descompun, fragmentul de bloc energetic a fost puternic. Fragmentul ar putea fi un singur element de construcție potențial universal din care să modelăm realitatea matematic – și să actualizăm modul în care oamenii gândesc despre elementele de bază ale universului.

Autor: Larry M. Silverberg, profesor de inginerie mecanică și aerospațială, Universitatea de Stat din Carolina de Nord.

Sursa: interestingengineering.com


Opiniile cititorului

Lasă un comentariu

Your email address will not be published. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *