Nuair a théann muid chuig scálaí achair níos lú agus níos lú nochtann sé radhairc níos bunúsaí ar an dúlra, rud a chiallaíonn más féidir linn na scálaí is lú a thuiscint agus cur síos a dhéanamh orthu, is féidir linn ár mbealach a thógáil chun tuiscint a fháil ar na cinn is mó. (INSTITIÚID PERIMETER)

Fiafraigh de Ethan: An bhfuil na cáithníní is lú de gach rud fíor-bhunúsach?

Is féidir linn dul go leibhéil níos doimhne agus níos doimhne, agus cainníochtaí níos bunúsaí a fháil mar a dhéanaimid. Ach an bhfuil cainníocht fíor bhunúsach ann?

Cad as a ndéantar an Cruinne, ar leibhéal bunúsach, i ndáiríre? An bhfuil bloc tógála is lú is féidir, nó tacar bloic thógála ann, ar féidir linn beirt gach rud inár Cruinne iomlán a thógáil as agus freisin nach féidir a roinnt ina rud níos lú riamh? Is ceist í ar féidir leis an eolaíocht a lán a rá fúithi, ach ní gá gurb í an freagra deiridh deiridh í. Is í an cheist freisin a theastaíonn ó Paul Riggs dúinn breathnú ar an eagrán seo de Ask Ethan:

An bhfuil fianaise theoiriciúil nó thurgnamhach ann a shuíonn gan athbhrí go bhfuil cáithníní bunúsacha ann?

Is féidir i gcónaí éiginnteacht a dhéanamh san fhisic, go háirithe maidir le tuairimíocht a dhéanamh faoin méid a gheobhaimid amach anseo. Ach is fútsa atá sé cinneadh a dhéanamh cibé an bhfuil an débhríocht sin réasúnta nó nach bhfuil.

Sa bhliain 1860, rinne meteor innilt ar an Domhan, agus rinne sé taispeántas solais iontach lonrúil. D’fhéadfadh na radharcanna nádúrtha seo, mar aon leis na feiniméin nádúrtha a bhfuilimid cleachtaithe leo, intinn loighciúil a chruthú chun iarracht a dhéanamh na bunchlocha tógála a d’fhéadfadh a bheith mar bhonn agus taca lenár réaltacht uile a bhaint amach. (FREDERIC EDWIN CHURCH / JUDITH FILENBAUM HERNSTADT)

Dá mbeadh tú ag iarraidh a fháil amach cad as a ndearnadh an Cruinne, cén chaoi a dtabharfá faoin bhfadhb? Na mílte bliain ó shin, ba í an idéalaíocht shamhlaíoch agus an loighic a chur i bhfeidhm na huirlisí ab fhearr a bhí againn. Bhí a fhios againn faoi ábhar, ach ní raibh aon bhealach againn a fháil amach cad a chum é. Bhí hipitéis ann go raibh cúpla comhábhar bunúsach ann a d’fhéadfaí a chomhcheangal le chéile - ar bhealaí éagsúla agus faoi dhálaí éagsúla - chun gach rud atá ann inniu a chruthú.

D’fhéadfaimis an t-ábhar sin a thaispeáint go turgnamhach, cibé acu spás soladach, leachtach nó gás é. D’fhéadfaimis a thaispeáint go raibh mais aige. D’fhéadfaimis é a chomhcheangal i gcainníochtaí níos mó nó é a mhiondealú ina chainníochtaí níos lú. Níl ann ach an smaoineamh deireanach seo, áfach, maidir leis an ábhar is féidir linn a rochtain ina chomhpháirteanna níos lú a bhriseadh síos, a thugann le tuiscint cad a d’fhéadfadh a bheith “bunúsach” i ndáiríre.

Ó scálaí macrascópacha síos go scálaí fo-adamhacha, níl ach ról beag ag méideanna na gcáithníní bunúsacha i méideanna na struchtúr ilchodach a chinneadh. Ní fios fós an bhfuil na bloic thógála fíorcháithníní agus / nó cáithníní cosúil le pointe. (FOIREANN MAGDALENA KOWALSKA / CERN / ISOLDE)

D’fhéadfaí roinnt ábhar machnaimh a dhéanamh d’eilimintí éagsúla, mar shampla tine, cré, aer agus uisce. Shíl daoine eile, cosúil leis na monatóirí, nach raibh ach comhpháirt bhunúsach amháin den réaltacht as a bhféadfaí gach ceann eile a dhíorthú agus a chur le chéile. Roghnaigh daoine eile fós, mar na Pythagoreans, go gcaithfidh struchtúr matamaiticiúil geoiméadrach a bheith ann a leagann amach na rialacha chun cloí leis an réaltacht, agus ba é an Cruinne a fheicimid inniu mar thoradh ar thionól na struchtúr seo.

Is iad na cúig sholad Platonacha an t-aon chúig chruth polagánacha i dtrí thoise atá déanta as polagáin 2D rialta. B'ionann go leor eolaithe luatha agus na cúig sholad seo agus na cúig ghné bhunúsacha. Is smaoineamh deas é, ach ní thagann sé gar do chaighdeáin na heolaíochta nua-aimseartha. (LEATHANACH WIKIPEDIA SAOTHAIR DO SOLÁTHAIR PLATONIC)

Téann an smaoineamh go raibh cáithnín fíor-bhunúsach ann, áfach, ar ais go Democritus of Abdera, timpeall 2400 bliain ó shin. Cé nach raibh ann ach smaoineamh, mheas Democritus go raibh an t-ábhar ar fad déanta as cáithníní doshannta a ndearna sé tagairt dóibh mar adamh (ἄτομος), rud a chiallaíonn “neamh-inúsáidte,” a tháinig le chéile i measc chúlra de spás a bhí folamh ar shlí eile. Cé go raibh go leor sonraí neamhábhartha agus aisteach eile ina chuid smaointe, bhí coincheap na gcáithníní bunúsacha fós ann.

D’fhéadfadh eintitis gan dath a bheith i bprótóin agus neodróin aonair, ach tá fórsa láidir iarmharach eatarthu fós. Is féidir an t-ábhar ar fad atá ar eolas sa Cruinne a roinnt ina adamh, ar féidir iad a roinnt ina núicléis agus ina leictreoin, áit ar féidir núicléis a roinnt níos faide fós. B’fhéidir nár shroich muid teorainn na roinnte fós, nó an cumas cáithnín a ghearradh ina ilchodanna. (WIKIMEDIA COMMONS USER MANISHEARTH)

Tóg cibé píosa ábhair is mian leat agus déan iarracht é a ghearradh. Déan iarracht é a bhriseadh suas ina chomhpháirt níos lú agus níos lú. Gach uair a éiríonn leat, déan iarracht é a ghearradh arís, go dtí go gcaithfidh tú dul níos faide ná an smaoineamh gearradh chun an chéad chiseal eile a bhaint amach. Déantar rudaí micreascópacha de rudaí micreascópacha; déantar móilíní simplí de chomhdhúile casta; déantar adaimh de mhóilíní; déantar adamh ina leictreoin agus ina núicléis adamhacha; bíonn núicléis adamhacha ina bprótóin agus ina neodróin, a roinneann siad féin ina gcairéil agus ina gliúnna.

Ag an leibhéal is lú is féidir a shamhlú, is féidir linn gach a bhfuil eolas againn air a laghdú go heintitis bhunúsacha, doshannta, cosúil le cáithníní: cairéil, leptóin agus bosúin an tSamhail Chaighdeánaigh.

Braitheadh ​​go díreach anois cáithníní agus frith-chomhábhair an tSamhail Chaighdeánaigh, agus an gabháltas deireanach, an Higgs Boson, ag titim ag an LHC níos luaithe sa deich mbliana seo. Is féidir na cáithníní seo go léir a chruthú ag fuinneamh LHC, agus tá tairisigh bhunúsacha riachtanach go hiomlán chun mais iomlán na gcáithníní a thuairisciú. Is féidir le fisic na dteoiricí réimse chandamach atá mar bhunús leis an tSamhail Chaighdeánach cur síos maith a dhéanamh ar na cáithníní seo, ach ní fios fós an bhfuil siad bunúsach. (E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)

Chomh fada agus a théann méideanna fisiciúla, tá rialacha na fisice chandamach againn chun muid a threorú. Is féidir a rá go bhfuil méid áirithe fuinnimh i ngach chandamach sa Cruinne - struchtúr le fuinneamh neamh-nialasach dó. Toisc gur féidir cur síos a dhéanamh ar gach a bhfuil ann cosúil le cáithníní agus cosúil le tonnta, is féidir leat teorainneacha agus srianta a chur ar mhéid fisiceach d’aon quanta den sórt sin.

Cé go bhféadfadh móilíní a bheith ina dtuairisceoirí maithe ar an réaltacht ar scála leibhéal nanaiméadar (10 ^ -9 méadar), agus go bhfuil adamh go maith ar scálaí Angstrom (10 ^ -10 méadar), tá núicléis adamhacha níos lú fós, agus prótóin agus neodróin aonair ag dul i laghad go scálaí femtometer (10 ^ -15 méadar). Ach maidir le cáithníní an tSamhail Chaighdeánaigh, téann siad níos lú fós. Ag na fuinneamh a rinneamar iniúchadh, is féidir linn a rá go sábháilte go bhfuil na cáithníní uile atá ar eolas cosúil le pointe agus saor ó struchtúr síos go scálaí 10 ^ -19 méadar.

Imeacht Higgs iarrthóra sa bhrathadóir ATLAS. Tabhair faoi deara, fiú amháin leis na sínithe soiléire agus na rianta trasnaí, go bhfuil cith de cháithníní eile ann; tá sé seo amhlaidh toisc gur cáithníní ilchodacha iad prótóin. Ní hamhlaidh atá ach toisc go dtugann na Higgs mais do na comhábhair bhunúsacha a chomhdhéanann na cáithníní seo. Ag fuinneamh ard go leor, féadfaidh na cáithníní is bunúsaí atá ar eolas faoi láthair iad féin a scaradh óna chéile. (COMHLÍONADH / CERN ATLAS)

Chomh fada agus is eol dúinn, is ionann iad agus a bheith fíor-bhunúsach. Dealraíonn sé go bhfuil cáithníní agus antiparticles agus bosons an tSamhail Chaighdeánaigh bunúsach, ó thaobh turgnamhach agus teoiriciúil de. Agus muid ag dul chuig fuinneamh cáithníní níos airde agus níos airde, is féidir linn struchtúr na réaltachta a iniúchadh go leibhéil níos airde fós.

Tugann an Imbhuailteoir Mór Hadron na srianta is fearr go dtí seo, ach d’fhéadfadh imbhuailteoirí amach anseo nó turgnaimh gha chosmaideacha an-íogair go leor orduithe méide a thógáil níos faide uainn: go scálaí 10 ^ -21 méadar do na himbhuailteoirí talún is fuinniúla agus b’fhéidir an bealach ar fad síos go dtí 10 ^ -26 méadar do na gathanna cosmacha is mó fuinnimh.

Cuimsíonn na rudaí a ndearna muid idirghníomhú leo sa Cruinne ó scálaí cosmaí an-mhóra síos go dtí thart ar 10 ^ -19 méadar, agus an taifead is nua socraithe ag an LHC. Tá bealach fada fada síos (i méid) agus suas (i bhfuinneamh) go dtí na scálaí a bhaineann an Big Bang te amach, nach bhfuil ach thart ar fhachtóir ~ 1000 níos ísle ná fuinneamh Planck. Má tá cáithníní an tSamhail Chaighdeánaigh ilchodach ó thaobh nádúir de, féadfaidh tóireadóirí fuinnimh níos airde é sin a nochtadh. (OLLSCOIL WALES THEAS THEAS / SCOIL FISIC)

Fiú amháin ag an am sin, áfach, ní fhorchuireann na smaointe seo ach teorainneacha ar a bhfuil ar eolas againn agus is féidir linn a rá. Deir siad linn má imbhuaileann muid cáithnín (nó antiparticle, nó fótón) le méid áirithe fuinnimh dó le cáithnín eile ar fos, go n-iompróidh an cáithnín a bhuailtear ar bhealach bunúsach cosúil le pointe laistigh de theorainneacha ár turgnaimh, brathadóirí agus fuinneamh insroichte. Socraíonn na turgnaimh seo teorainn eimpíreach ar cé chomh mór agus is féidir cáithnín bunúsach a cheaptar a bheith ann faoi láthair, agus tugtar turgnaimh scaipthe domhain neamhshiméadracha orthu le chéile.

Nuair a imbhuaileann tú dhá cháithnín le chéile, déanann tú struchtúr inmheánach na gcáithníní a imbhualadh. Mura bhfuil ceann acu bunúsach, ach cáithnín ilchodach é, is féidir leis na turgnaimh seo a struchtúr inmheánach a nochtadh. Anseo, tá turgnamh deartha chun comhartha scaipthe an ábhair dorcha / núicléas a thomhas. Mar sin féin, tá go leor ranníocaíochtaí cúlra, cúlra ann a d’fhéadfadh toradh den chineál céanna a thabhairt. Taispeánfar an comhartha áirithe seo i mbrathadóirí Gearmáiniam, leachta XENON agus leachtacha ARGON. (FORBHREATHNÚ ÁBHAR DARK: CUARDACH CINNEADH, DÍREACH AGUS TIONSCNAIMH TIONSCNAIMH - QUEIROZ, FARINALDO S. ARXIV: 1605.08788)

Ach an gciallaíonn sé seo go bhfuil na cáithníní seo fíor-bhunúsach? Níl ar chor ar bith. D’fhéadfadh siad a bheith:

  • inroinnte eile, rud a chiallaíonn go bhféadfaí iad a roinnt ina bhfo-chomhpháirteanna níos lú,
  • nó d’fhéadfaidís a bheith ina athshondas ar a chéile, i gcás gur stáit chorraithe nó leaganacha ilchodacha de na cinn is éadroime iad na “col ceathracha” is troime de na cáithníní is éadroime,
  • nó d’fhéadfadh nach cáithníní uile iad na cáithníní seo ar chor ar bith, ach cáithníní dealraitheacha le struchtúr bunúsach níos doimhne.

Tá na smaointe seo fairsing i gcásanna cosúil le technicolor (atá srianta ó aimsíodh boson Higgs, ach nár cuireadh as an áireamh é), ach is é Teoiric Teaghrán an léiriú is suntasaí orthu.

Tá léaráidí Feynman (barr) bunaithe ar cháithníní pointe agus a n-idirghníomhaíochtaí. Má dhéantar iad a thiontú ina n-analógacha teoirice sreinge (bun) cruthaítear dromchlaí ar féidir cuaire neamhfhánach a bheith acu. Go teoiriciúil sreanga, is modhanna creathadh difriúla iad na cáithníní go léir de struchtúr bunúsach, níos bunúsaí: teaghráin. (PHYS. TODAY 68, 11, 38 (2015))

Níl aon dlí dochorraithe ann a éilíonn go ndéantar gach rud as cáithníní ar chor ar bith. Is smaoineamh teoiriciúil í réaltacht atá bunaithe ar cháithníní a dtacaíonn turgnaimh léi agus atá comhsheasmhach léi, ach tá fuinneamh teoranta ag ár dturgnaimh agus an cineál faisnéise is féidir leo a insint dúinn faoi réaltacht bhunúsach. I gcás cosúil le Teoiric Teaghrán, d’fhéadfadh nach mbeadh i ngach rud a dtugaimid “cáithnín bunúsach” air inniu ach sreang, ag creathadh nó ag rothlú ag minicíocht áirithe, le nádúr oscailte (i gcás go bhfuil an dá chríoch neamhcheangailte) nó de chineál dúnta (sa chás go bhfuil an dá chríoch ceangailte lena chéile). Is féidir le teaghráin snapáil, ag cruthú dhá quanta áit a raibh ceann ann roimhe seo, nó a chur le chéile, ag cruthú chandamach amháin as dhá cheann a bhí ann cheana.

Ar leibhéal bunúsach, níl aon cheanglas ann go mbeidh comhpháirteanna ár Cruinne ina gcáithníní nialasacha, cosúil le pointe.

Déanann domhantarraingt chandamach iarracht teoiric ghinearálta Einstein maidir le coibhneas a chomhcheangal le meicnic chandamach. Taispeántar ceartúcháin chandamach ar dhomhantarraingt clasaiceach mar léaráidí lúb, mar an ceann a thaispeántar anseo i mbán. Ní chinntear fós an bhfuil an spás (nó an t-am) féin scoite nó leanúnach, mar aon leis an gceist an ndéantar domhantarraingt a chainníochtú ar chor ar bith, nó an bhfuil cáithníní, mar is eol dúinn iad inniu, bunúsach nó nach bhfuil. (SLAC INNEALTÓIR NÁISIÚNTA SLAC)

Tá go leor cásanna ann nach ndéantar rúndiamhair nár aimsíodh inár Cruinne, mar ábhar dorcha agus fuinneamh dorcha, as cáithníní ar chor ar bith, ach gur cineál sreabhán nó maoin de chineál éigin iad. Ní fios fós cén cineál spáis agus ama iad féin; d’fhéadfadh siad a bheith bunúsach bunúsach chandamach nó neamh-chandamach; d’fhéadfaidís a bheith scoite amach (is féidir iad a bhriseadh suas ina smutáin) nó go leanúnach.

D’fhéadfadh go mbeadh méid teoranta, neamh-nialasach ag na cáithníní a bhfuil aithne againn orthu inniu, a mheasann siad a bheith bunúsach inniu, nó d’fhéadfadh siad a bheith cosúil le pointe, b’fhéidir an bealach ar fad síos go dtí fad Planck nó fiú , conceivably, níos lú.

In ionad greille folamh, bán, 3D, má mhaisítear í, is í an chúis a bheadh ​​ina línte 'díreacha' cuartha le méid sonrach. Maidir le Gaolmhaireacht Ghinearálta, déileálaimid le spás agus am mar rud leanúnach, agus maiseanna / cáithníní scoite agus bunúsach. Ní gá go bhfuil ceachtar acu seo amhlaidh. (VITALE CHRISTOPHER NETWORKOLOGIES AGUS AN INSTITIÚID PRATT)

Is é an rud is tábhachtaí ba chóir duit a bhaint den cheist seo - cibé an bhfuil cáithníní fíor-bhunúsacha ann nó nach bhfuil - ná nach bhfuil gach rud atá ar eolas againn san eolaíocht ach sealadach. Níl aon rud ar eolas againn chomh maith nó chomh daingean go bhfuil sé dochorraithe. Níl inár n-eolas eolaíoch go léir ach an comhfhogasú réaltachta is fearr a bhíomar in ann a thógáil faoi láthair. D’fhéadfadh na teoiricí is fearr a chuireann síos ar ár Cruinne míniú a thabhairt ar na feiniméin go léir is féidir linn a urramú, d’fhéadfadh siad tuar nua, cumhachtach, intomhaiste a dhéanamh, agus d’fhéadfadh siad a bheith gan chead ag aon roghanna eile atá ar eolas againn faoi láthair.

Ach ní chiallaíonn sin go bhfuil siad ceart ar aon chiall iomlán. Bíonn an eolaíocht i gcónaí ag iarraidh níos mó sonraí a bhailiú, críoch agus cásanna nua a iniúchadh, agus í féin a athbhreithniú má tharlaíonn coimhlint riamh. Tá cuma bhunúsach ar na cáithníní a bhfuil aithne againn orthu inniu, ach níl aon ráthaíocht ann go leanfaidh an dúlra ag léiriú go bhfuil cáithníní bunúsacha ann is doimhne a fhoghlaimímid.

Seol isteach do chuid ceisteanna Iarr ar Ethan chuig startwithabang ag gmail dot com!

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.