Nejhorší predikce v historii fyziky
Nejpřesnější teorie, jakou máme
Kvantová teorie pole je matematický popis, jak se chovají elektrony, fotony, kvarky — všechny částice. Je to naše nejlepší teorie subatomárního světa.
Dokáže předpovědět věci jako g−2 mionu (jaký magnetický moment má mion) na 12 desetin souhlasu s experimentem. To je mimořádná přesnost — obdoba toho, jako byste předpovědeli vzdálenost ze Země na Měsíc s přesností na šířku lidského vlasu.
Až na jednu věc
Stejná teorie předpovídá, jaká je energie prázdného prostoru. Každé bodu ve vakuu přiřazuje jistou "nulovou energii" — důsledek kvantových fluktuací.
Když to sečtete, vyjde obrovské číslo: hustota vakua = 10^96 kg/m³.
Astronomové mezitím měří, jaká je skutečná hustota vakua — z toho, jak se vesmír rozpíná zrychleně. Vyjde jim: 10^-27 kg/m³.
Rozdíl 10^123
Rozdíl mezi předpovědí a měřením je 10^123 — jednička následovaná 123 nulami. To je víc než počet všech atomů ve vesmíru.
Je to nejhorší předpověď v historii vědy. Občas fyzika má chybu 10% — velký problém. 2× — katastrofa. Ale 10 na 123? To není chyba. To je fundamentální nepochopení něčeho důležitého.
A přesto stejná teorie jinde funguje dokonale. Kdyby byla úplně špatně, nefungovala by nikde. Ale funguje všude — kromě této jedné otázky.
Co to znamená
Fyzikové tomu říkají "vakuová katastrofa". Je to signál, že naše chápání "prázdného prostoru" je neúplné. Něco velkého nám chybí.
V naší teorii Alexandria Dynamics navrhujeme: nesčítejte energii vakua naivně. Vakuum je strukturované pole, ne součet kvantových fluktuací. Jeho energie má jiný původ — geometrický, ne kvantový.
Nevíme s jistotou, že máme pravdu. Víme ale, že stávající odpověď je špatně. Rozdíl 10^123 znamená, že někde děláme gigantickou chybu. A překlad problému do jiného jazyka může pomoci ho vyřešit.
10¹²³
Napište si to číslo:
1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
To je poměr mezi tím, co teorie predikuje a co měříme. 10¹²³. Číslo s 123 nulami.
Kvantová teorie pole (QFT) — nejpřesnější teorie v historii (předpovídá magnetický moment elektronu na 12 desetinných míst) — predikuje že vakuum by mělo mít energii 10⁹⁶ kg/m³.
Měříme: 10⁻²⁷ kg/m³.
Rozdíl: 10¹²³.
'Vakuová katastrofa' — tak to fyzici nazývají. Nejtrapnější číslo v celé fyzice.
Proč tak vedle?
QFT počítá energii vakua tak, že sečte nulové bodové energie VŠECH kvantových polí. Každé pole vibruje i v základním stavu — jako struna, která hraje i když na ni nehrajete.
Problém: součet přes všechny frekvence až po Planckovu škálu (10⁻³⁵ m) dá obrovské číslo. A nikdo neví jak ho zmenšit o 123 řádů.
Pokusy o řešení:
- Supersymetrie: bosonové a fermionové příspěvky se ruší. Ale SUSY částice nebyly nalezeny.
- Multiverse: 10⁵⁰⁰ vesmírů, každý s jinou hodnotou. Nefalsifikovatelné.
- 'Prostě to ignorujte': překvapivě populární přístup.
Žádné řešení nemá konsenzus. Od roku 1998 (objev zrychlené expanze) je to ještě horší — teď potřebujeme vysvětlit nejen PROČ je vakuová energie tak malá, ale PROČ je PŘESNĚ tak malá aby způsobila pozorovanou expanzi.
Ironie všech ironií
QFT predikuje magnetický moment elektronu: g = 2.00231930436256.
Měření: g = 2.00231930436256.
Shoda na 12 číslic. Nejpřesnější predikce v historii.
Stejná teorie predikuje vakuovou energii o 10¹²³ vedle.
Stejná teorie. Stejné rovnice. Geniální přesnost v jedné oblasti, katastrofální selhání v druhé.
Buď je QFT nejpřesnější i nejhorší teorie současně. Nebo počítá něco jiného, než si myslíme.
My v Alexandria Dynamics si myslíme, že víme co. Ale to je příběh pro jindy. 😄