Фрагменты энергии, а не волны или частицы, могут быть фундаментальными строительными блоками Вселенной

Материя — это то, что составляет вселенную, но что составляет материю? Этот вопрос долгое время был непростым для тех, кто задумывался над этим, особенно для физиков. Отражая последние тенденции в физике, мы с моим коллегой Джеффри Эйшеном описали обновленный способ размышления о материи. Мы предполагаем, что материя состоит не из частиц или волн, как считалось долгое время, а, что более фундаментально, что материя состоит из фрагментов энергии.

Фрагменты энергии, а не волны или частицы, могут быть фундаментальными строительными блоками Вселенной

Древние греки задумывали пять строительных блоков материи — снизу вверх: землю, воду, воздух, огонь и эфир. Эфир был материей, которая заполняла небеса и объясняла вращение звезд, наблюдаемое с точки зрения Земли. Это были первые самые основные элементы, из которых можно было построить мир. Их представления о физических элементах кардинально не менялись почти 2000 лет.

Затем, около 300 лет назад, сэр Исаак Ньютон представил идею о том, что вся материя существует в точках, называемых частицами. Спустя сто пятьдесят лет после этого Джеймс Клерк Максвелл представил электромагнитную волну — лежащую в основе и часто невидимую форму магнетизма, электричества и света. Частица служила строительным блоком для механики, а волна для электромагнетизма — и публика остановилась на частице и волне как двух строительных блоках материи. Вместе частицы и волны стали строительными блоками всех видов материи.

Эйнштейн предложил лекарство в своей общей теории относительности. Используя математические инструменты, доступные ему в то время, Эйнштейн смог лучше объяснить определенные физические явления, а также разрешить давний парадокс, связанный с инерцией и гравитацией. Но вместо того, чтобы улучшить частицы или волны, он устранил их, предложив искривление пространства и времени. Это было значительным улучшением по сравнению с пятью элементами древних греков, но все же было несовершенным. В известной серии экспериментов, известных как эксперименты с двумя щелями, свет иногда действует как частица, а иногда как волна. И хотя теории и математика волн и частиц позволяют ученым делать невероятно точные предсказания относительно Вселенной, правила нарушаются в самых больших и малых масштабах.

Используя новые математические инструменты, мы с коллегой продемонстрировали новую теорию, которая может точно описать Вселенную. Вместо того, чтобы основывать теорию на искривлении пространства и времени, мы считали, что может существовать более фундаментальный строительный блок, чем частица и волна. Ученые понимают, что частицы и волны — это экзистенциальные противоположности: частица — это источник материи, существующий в одной точке, а волны существуют везде, кроме тех точек, которые их создают. Мой коллега и я считали логичным наличие глубинной связи между ними.

Наша теория начинается с новой фундаментальной идеи — энергия всегда «течет» через области пространства и времени.

Думайте об энергии как о составленной из линий, заполняющих область пространства и времени, текущих в эту область и из нее, никогда не начинающихся, никогда не заканчивающихся и никогда не пересекающихся.

Исходя из идеи вселенной текущих энергетических линий, мы искали единый строительный блок для текущей энергии. Если бы мы могли найти и определить такую ​​вещь, мы надеялись, что сможем использовать ее, чтобы делать точные предсказания о Вселенной в самых больших и малых масштабах.

Было много строительных блоков, из которых можно было выбрать математически, но мы искали тот, который обладал бы свойствами как частицы, так и волны — концентрировался, как частица, но также распространялся в пространстве и времени, как волна. Ответом на этот вопрос был строительный блок, который выглядит как концентрация энергии — вроде звезды — с энергией, которая находится наверху в центре и становится меньше по мере удаления от центра.

К нашему большому удивлению, мы обнаружили, что существует лишь ограниченное количество способов описать концентрацию текущей энергии. Из них мы нашли только один, который работает в соответствии с нашим математическим определением потока. Мы назвали его фрагментом энергии. Для поклонников математики и физики он определяется как A = -⍺ / r, где ⍺ — интенсивность, а r — функция расстояния.

Используя фрагмент энергии как строительный блок материи, мы затем построили математику, необходимую для решения физических задач. Последним шагом было проверить это.

Эти проблемы находились на двух крайностях в спектре размеров. Ни волновая, ни корпускулярная теории материи не могли их решить, но общая теория относительности решила. Общая теория относительности исказила пространство и время таким образом, что траектория Меркурия сместилась, а свет изогнулся именно на те величины, которые наблюдаются в астрономических наблюдениях. Более 100 лет назад Эйнштейн обратился к двум легендарным проблемам физики, чтобы подтвердить общая теория относительности: очень незначительный годовой сдвиг — или прецессия — на орбите Меркурия и крошечный изгиб света, когда он проходит мимо Солнца.

Если бы наша новая теория имела шанс заменить частицу и волну предположительно