„Фрагменти“ от енергия са може би фундаменталните строителни блокове на Вселената?
Материята е съставната част на Вселената, но от какво се състои материята? Този въпрос дълго време мъчеше тези, които се замисляха над него, особено физиците. Отразявайки последните тенденции във физиката, Джефри Ейшен и Лари Силвърбърг от Държавния университет на Северна Каролина са описали може би към момента най-съвременния подход към материята. Те предполагат, че материята се състои не от частици или вълни, както се смяташе дълго време, а нещо по-фундаментално, а именно, че материята се състои от фрагменти от енергия.
От едно до пет
Древните гърци са смятали, че съществуват пет строителни блока на материята. Започвайки отдолу нагоре, те са съответно земя, вода, въздух, огън и ефир. Ефирът е бил материята, която е запълвала небесата и обяснявала въртенето на звездите, наблюдавани от дадена точка на Земята.
Това са били първите основни елементи, от които може да се построи света. След това представите за физическите елементи кардинално не са се променяли в продължение на следващите почти 2000 години.
Преди 300 години Исак Нютон е представил идеята си, че всичката материя съществува във вид на точки, наричани частици. Сто и петдесет години по-късно Джеймс Кларк Максуел е открил електромагнитната вълна, лежаща в основата и често в невидима форма на магнетизма, електричеството и светлината.
Частицата е служила като строителен блок за механиката, а вълната за електромагнетизма и така те се затвърдили в представите на хората като двата строителна блока на материята. Заедно частиците и вълните са станали строителните блокове на всички видове материя.
Това е било значително подобрение в сравнение с петте елемента на древните гърци, но все още несъвършено. В известната серия от експерименти, придобили популярност като експериментите с два процепа, се доказало, че светлината понякога действа като частица, понякога като вълна. И въпреки че теорията и математиката на вълните и частиците позволява на учените да правят невероятно точни предсказвания за Вселената, правилата се нарушават в най-големите и най-малките мащаби.
В началото на миналия век Айнщайн е предложил лекарство за този проблем със своята обща теория на относителността. Използвайки математическите инструменти, които са били достъпни по него време, Айнщайн е успял по-добре да обясни определени физически явления, а също така да даде решение за старите парадокси, свързани с инерцията и гравитацията.
Но вместо да подобри представата за частиците и вълните, той ги е изключил, предлагайки изкривяването на пространството и времето.
Използвайки новите математически инструменти, Джефри Ейшен и Лари Силвърбърг, са демонстрирали нова теория, която може по-точно да опише Вселената. Вместо да се базират на изкривяването на пространството и времето, те са предположили, че има по-фундаментален строителен блок от частицата и вълната.
Учените по принцип разбират, че частиците и вълните се явяват екзистенциални противоположности. Частицата е източник на материя, съществуваща в една точка, а вълните съществуват навсякъде, освен точките, които ги създават.
Потокът и фрагментите от енергия
Теорията на двамата учени започва от нова фундаментална идея, а именно че енергията винаги „тече“ през областта на пространството и времето.
Тяхната представа е, че енергията се състои от линии, запълващи пространството и времето, стичащи се в тази област и изтичащи от нея, никога незапочващи, никога несвършващи и винаги непресичащи се.
Тръгвайки от идеята за течащите енергийни линии, те са търсили единен строителен блок за течащата енергия. Те са се надявали, че ако могат да намерят и определят такова „нещо“, ще могат да го използват за създаване на представа за Вселената в най-големите и най-малките мащаби.
Имало е много строителни блокове, от които можело математически да бъде избирано, но те са търсили този блок, който би имал свойствата както на частица, така и на вълна, тоест да се концентрира като частица, но и да се разпространява в пространството и времето като вълна.
Отговорът на така поставената задача е бил строителен блок, който изглежда като концентрация на енергия, тоест нещо подобно на звезда, имаща максимална енергия в центъра и намаляваща при отдалечаването от центъра.
За голямо учудване на Ейшен и Силвърбърг, те открили, че съществува ограничен брой начини да се опише концентрацията на течащата енергия. От тях те открили само един, който работи в съответствие с математическото определение за поток.
Те са го нарекли фрагмент от енергия. Той се определя като А=-α/r, където α е интензивността, а r – функцията на разстоянието.
Използвайки фрагментът от енергия като строителен блок на материята, те са създали математическото описание, необходимо за решаването на физическите задачи. Последната крачка е била да го проверят.
Назад към Айнщайн, добавяйки универсалност
Преди повече от 100 години Айнщайн се е заинтересувал от два легендарни проблема на физиката, за да потвърди своята обща теория на относителността. Това са били незначителното ежегодно отклонение, или прецесия, на орбитата на Меркурий и слабото изкривяване на светлината, когато тя преминава покрай Слънцето.
Тези два проблема са се намирали в двата края на спектъра на размерностите. Нито вълновата, нито корпускулярната теория за материята са можели да ги решат, но общата теория на относителността е успяла.
Общата теория на относителността е изкривявала пространството и времето по такъв начин, че траекторията на Меркурий се измествала, а светлината се изкривявала точно с такава величина, която се наблюдава при астрономическите наблюдения.
Предположението на двамата физици било, че ако в новата им теория имат възможността да заменят вълната и частицата с по-фундаментален фрагмент, то те ще успеят да решат тези проблеми с помощта на своята теория.
За задачата с Меркурий те са моделирали Слънцето като огромен стационарен фрагмент от енергия, а Меркурий като по-малък, но все пак огромен, бавно движещ се фрагмент от енергия. За задачата с изкривяването на светлината, Слънцето било моделирано по същия начин, а фотонът се моделирал като миниатюрен фрагмент от енергия, движещ се със скоростта на светлината.
В двете задачи се пресмятали траекториите на движещите се фрагменти и са се получили същите отговори, които предсказва и общата теория на относителността. Ейшен и Силвърбърг били изумени.
Тяхното изследване е демонстрирало как новият строителен блок може точно да моделира различни обекти, от най-малките до най-големите. Там, където частиците и вълните се оказали безпомощни, новият строителен блок се справил прекрасно.
По мнението на Ейшен и Силвърбърг, фрагментът от енергия може да е единствения универсален строителен блок, с помощта на който да се моделира реалността и който да даде нова представа на хората от какво се състои Вселената.
