Teorii unitare si teorii nedualiste

In fizica, interactiile fundamentale reprezinta modul in care cele mai simple particule din univers interactioneaza una cu cealalta. Cele patru interactiuni fundamentale cunoscute sunt interactiunea puternica, interactiunea slaba si gravitatia. Cu exceptia gravitatiei, aceste forte sunt descrise intr-un set de calcule si metode cunoscute sub numele de teoria perturbarilor.

Albert Einstein a dorit sa creeze o teorie fizica capabila sa lege toate campurile fizice existente (gravitational, electromagnetic) pentru a furniza o explicatie cat mai detaliata si completa a imaginii fizice a lumii. Insa n-a reusit ceea ce si-a propus. Pe atunci, se cunosteau doar doua forte fundamentale, cea gravitationala si cea electromagnetica.

Astazi cunoastem patru, celelalte doua fiind forta nucleara tare si forta nucleara slaba.

Einstein a situat gravitatia pe un piedestal geometric, ceea ce izoleaza profund aceasta teorie de alte teorii fizice. De la Kepler incoace, s-a incercat insa adesea sa apropie teoriile gravitatiei de teoriile luminii, ambele fiind fenomene ce se propaga aproape instantaneu.

Dupa 1917, s-a incercat sa se extinda si la electromagnetism, procesul de geometrizare pe care Einstein l-a aplicat cu atata succes fenomenelor gravitationale. Din nefericire, restrictiile impuse curburii unui spatiu Riemann permit doar interpretarea actiunilor gravitationale.

Pentru a ingloba si electromagnetismul si gravitatia intr-un cadru geometric comun, a fost necesara largirea acestui cadru: fie prin dotarea spatiului Riemann cu un numar mai mare de dimensiuni, fie prin pastrarea spatiului cvadridimensional, dar cu complicarea structurii sale – ceea ce conduce la spatii ne-riemanniene inzestrate cu doua tipuri de curburi si, eventual, chiar si cu o torsiune.

Aceste teorii unitare incearca sa grupeze electromagnetismul si gravitatia sub acoperisul geometriei.

Istoricul legaturii dintre camp si sursele sale materiale este departe de a fi gasit. Deseori s-a considerat ca acest camp, campul gravitational, ar fi prin natura sa cu totul strain de sursele sale (electronii). Daca se atribuie acestora rolul de singularitati punctuale, apar dificultatile energiei proprii infinite. Acestea mai apar inca in majoritatea teoriilor clasice sau cuantice.

Modelul standard este cel mai elaborat si larg acceptat, si se bazeaza pe ideile Marei Teorii Unificatoare. Insa are cateva lipsuri: nu include gravitatia si nu explica masele nenule ale neutrinilor.

Se cunosc multe in privinta modului in care particulele interactioneaza, insa aceasta cunoastere este incompleta, caci ea descrie doar 5% din Univers.

Forta nucleara tare si forta nucleara slaba

Forta nucleara tare mai este numita si Interactiunea tare, fiind una din cele patru interactiuni fundamentale naturale cunoscute. Forta nucleara tare este cea mai puternica din aceste patru interactiuni, fiind de 100 de ori mai puternica decat cea electromagnetica, de 106 ori mai puternica de cat forta slaba si de 1039 de ori decat forta gravitationala.

Forta nucleara tare face ca protonii si neutronii sa ramana integri si stabili.

Forta nucleara slaba, sau Interactiunea slaba, este cauzata de schimbul de bosoni W si Z, care reprezinta cuantele campului fortei slabe. Cel mai cunoscut efect este cel de dezintegrare beta precum si majoritatea proceselor de radioactivitate. Intensitatea fortei nucleare slabe este de 1013 ori mai slaba decat a fortei tari si are o raza de actiune foarte scurta, aproximativ egala cu diametrul nucleului atomic.

Gravitatia

Gravitatia nu este chiar asa de simpla precum pare, o forta care atrage corpurile unul spre celalalt, ci este efectul unei deformari a spatiului si al timpului. Gravitatia este descrisa de teoria relativitatii generalizate la scara macroscopica, insa se poate aplica cu mare exactitate si legea atractiei universale a lui Newton, din mecanica clasica. Legea atractiei universale spune ca oricare doua corpuri actioneaza unul asupra celuilalt cu o forta de atractie direct proportionala cu masele celor doua corpuri si invers proportionale cu patratul distantei dintre ele.

Ceea ce nu se stie deocamdata, este natura si motivul existentei acestei forte, numita forta gravitationala. Desi este observat pretutindeni, fenomenul nu este elucidat. Valoarea greutatii unui corp este direct proportionala cu masa lui si este orientata spre centrul Pamantului. Este vorba de aceeasi forta ce ne tine pe noi pe Pamant, de aceeasi forta ce face ca Luna sa orbiteze in jurul Pamantului, sau a Pamantului sa orbiteze in jurul Soarelui. Coeficientul de proportionalitate se numeste acceleratie gravitationala si este egal cu acceleratia unui corp care cade liber in campul gravitational al Pamantului.

Datorita gravitatiei, noi existam astazi. Reprezinta forta care a dus la aparitia tuturor planetelor si satelitilor naturali, prin atractia reciproca dintre particulele de materie care se roteau in jurul unei stele. Chiar si in cadrul unei galaxii, stelele si sistemele stelare sunt mentinute impreuna datorita gravitatiei, iar evolutia intregului Univers este la randul ei dictata de fortele de gravitatie dintre particulele de materie existente.

Electromagnetismul

Din electromagnetism fac parte electrostatica, care se ocupa cu studiul sarcinilor electrice aflate in repaus si al campurilor lor, electrodinamica, care se ocupa cu studiul sarcinilor aflate in miscare si campurile lor, si magnetismul, studiul campului magnetic.

Fenomenele electrice si magnetice au fost cunoscute de mii de ani, insa nu s-au realizat experimente asupra lor.

In anul 1785, fizicianul Charles Augustin de Columb a confirmat printr-un experiment ca sarcinile electrice se atrag sau se resping pe baza unei legi similare cu cea a gravitatiei.

Prima legatura intre magnetism si electricitate a fost facuta datorita lui Hanz Christian Oersted in anul 1819, descoperind ca un ac magnetic poate fi deviat cu ajutorul unui conductor sub tensiune electrica. Mai apoi, Andre Ampere va demonstra ca doi conductori purtatori de curent electric se vor comporta ca si cei doi poli ai unui magnet.

Ba mai mult, in 1831, Michael Farady a descoperit ca un curent electric poate fi indus intr-un fir si fara conectarea acestuia la o baterie, prin miscarea unui magnet sau prin plasarea altui conductor cu un curent variabil in vecinatatea conductorului in care se doreste generat curentul.

Studiile au continuat, iar in 1887 fizicianul Heinrich Rudolf Hertz a reusit sa genereze un nou tip de campuri magnetice, care se propaga cu viteza luminii, sub forma undelor electromagnetice. Astfel, s-a pus baza transmisiilor de radio, televiziune si a altor forme de telecomunicatii.

Campurile magnetice si electrice ale acestor unde sunt similare cu cele ale unei sfori lungi, intinse, al carei capat este miscat foarte repede in sus si in jos, unda fiind transmisa pana in celalalt capat.

Teoria Marii Unificari si Teoria Totului

Teoria Marii Unificari reprezinta familia de teorii ce unifica cele trei forte negravitationale, tare, electromagnetica si slaba, intr-un singur formalism teoretic. Mergand mai departe, pentru a unifica cele trei forte negravitationale cu gravitatia, se spera ca se va ajunge la o Teorie a Totului ce va unifica cele patru forte.

Multi fizicieni considera ca teoria M, cu 11 dimensiuni, numita si Teoria Stringurilor este Teoria completa a Totului, sau cel putin reprezinta un pas inainte pentru a rezolva una din cele mai mari intrebari ale fizicii.

Si totusi, ramane acel grad de incertitudine. Exista mai multe opinii in privinta unei teorii unificate complete. Fie se va descoperi, fie vom ajunge sa ne dam seama ca nu exista, ci sunt doar succesiuni de teorii care vor descrie universul din ce in ce mai exact. Universul continua sa ne uimesca si evident stim prea putine. Poate mult prea putine pentru a oferi o Teorie a Totului.

O teorie unificatoare nu va insemna ca vom afla totul, ci abia vom porni la drum, punandu-ne din nou, alte intrebari. Si probabil, va reprezenta baza pe care ne vom cladi cunoasterea noastra viitoare.

Va urma…

Bibliografie: Istoria generala a stiintei, Stiinta contemporana vol. IV.

Cititi si: http://www.descopera.org/teoria-corzilor-si-teoria-m

Autor: Marius, www.descopera.org