Теория всего
Тео́рия всего́ — гипотетическая объединённая физико-математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия. Первоначально данный термин использовался в ироническом ключе для обозначения разнообразных обобщённых теорий. Со временем термин закрепился в популяризациях квантовой физики для обозначения теории, которая объединила бы все четыре фундаментальных взаимодействия в природе. В современной научной литературе вместо термина «теория всего», как правило, используется термин «единая теория поля»; тем не менее следует иметь в виду, что теория всего может быть построена и без использования полей, несмотря на то, что научный статус таких теорий может быть спорным.
В течение двадцатого века было предложено множество «теорий всего», но ни одна из них не смогла пройти экспериментальную проверку, или существуют значительные затруднения в организации экспериментальной проверки для некоторых из кандидатов. Основная проблема построения научной «теории всего» состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теория относительности применима к макромиру. Специальная теория относительности (СТО) описывает явления при больших скоростях, а ОТО является обобщением ньютоновской теории гравитации, объединяющей её с СТО и распространяющей на случай больших расстояний и больших масс. Непосредственное совмещение квантовой механики и специальной теории относительности в едином формализме (квантовой релятивистской теории поля) приводит к проблеме расходимости — отсутствия конечных результатов для экспериментально проверяемых величин. Для решения этой проблемы используется идея перенормировки величин. Для некоторых моделей механизм перенормировок позволяет построить очень хорошо работающие теории, но добавление гравитации (то есть включение в теорию ОТО как предельного случая для малых полей и больших расстояний) приводит к расходимостям, которые убрать пока не удаётся. Хотя из этого вовсе не следует, что такая теория не может быть построена.
Основные положения
После построения в конце XIX века электродинамики, объединившей на основе уравнений Максвелла в единой теоретической схеме явления электричества, магнетизма и оптики, в физике возникла идея объяснения на основе электромагнетизма всех известных физических явлений. Однако работа над созданием общей теории относительности привела физиков к мысли, что для описания на единой основе всех явлений необходимо объединение теорий электромагнетизма и гравитации.
Первые варианты единых теорий поля были созданы Давидом Гильбертом и Германом Вейлем. В дальнейшем большое внимание «теории всего» уделил Альберт Эйнштейн. Он посвятил попыткам её создания большую часть своей жизни. Гильберт, Вейль и, в дальнейшем, Эйнштейн полагали, что достаточно объединить общую теорию относительности и электромагнетизм, к тому же вначале не имелось в виду, что они должны быть квантовыми, так как сама квантовая механика ещё не была достаточно развитой. В значительной мере, если не полностью, минимальная программа — объединение ОТО и электродинамики была решена в рамках теории Калуцы — Клейна (возможно, и ещё некоторых теорий), но почти уже ко времени её создания стало актуальным включение в теорию других полей и предсказание существования многих частиц, что было не совсем тривиальным, а в дальнейшем прояснились и новые трудности, а квантовый вариант теории Калуцы — Клейна хоть и был мыслим, однако квантование наталкивалось на трудности конкретной разработки, как и квантование само́й общей теории относительности отдельно.
Современная физика требует от «теории всего» объединения четырёх известных в настоящее время фундаментальных взаимодействий:
- гравитационное взаимодействие;
- электромагнитное взаимодействие;
- сильное ядерное взаимодействие;
- слабое ядерное взаимодействие.
Кроме того, она должна объяснять существование всех элементарных частиц. Первым шагом на пути к этому стало объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в теории электрослабого взаимодействия, созданной в 1967 году Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом. В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия. После чего появилось несколько вариантов теорий Великого объединения (наиболее известная из них — теория Пати — Салама, 1974 год), в рамках которых удалось объединить все типы взаимодействий, кроме гравитационного. Правда, ни одна из теорий Великого объединения пока не нашла подтверждения, а некоторые уже опровергнуты экспериментально на основе данных по отсутствию распада протона. Недостающим звеном в «теории всего» остается подтверждение какой-либо из теорий Великого объединения и построение квантовой теории гравитации на основе квантовой механики и общей теории относительности.
В конце 1990-х стало ясно, что общей проблемой предлагаемых вариантов «теории всего» является то, что они нестрого определяют свойства наблюдаемой Вселенной. Так, многие теории квантовой гравитации допускают существование вселенных с произвольным числом измерений или произвольным значением космологической постоянной. Некоторые физики придерживаются мнения, что на самом деле существует множество вселенных, но лишь небольшое их количество обитаемы, а значит, фундаментальные постоянные вселенной определяются антропным принципом. Макс Тегмарк довёл этот принцип до логического завершения, постулирующего, что «все математически непротиворечивые структуры существуют физически». Это означает, что достаточно сложные математические структуры могут содержать «самоосознающую структуру», которая будет субъективно воспринимать себя «живущей в реальном мире».
В конце 2007 года Гаррет Лиси предложил «Исключительно простую теорию всего», основанную на свойствах алгебры Ли. Несмотря на обнаруженные недостатки теории Лиси, она может открыть новое направление работ в области единых теорий поля.
В настоящее время основными кандидатами в качестве «теории всего» являются теория струн, петлевая теория и теория Калуцы — Клейна. О последней подробней. В начале двадцатого века появились предположения, что Вселенная имеет больше измерений, чем наблюдаемые три пространственных и одно временно́е. Толчком к этому стала теория Калуцы — Клейна, которая позволяет увидеть, что введение в общую теорию относительности дополнительного измерения приводит к получению уравнений Максвелла. Благодаря идеям Калуцы и Клейна стало возможным создание теорий, оперирующих большими размерностями. Использование дополнительных измерений подсказало ответ на вопрос о том, почему действие гравитации проявляется значительно слабее, чем другие виды взаимодействий. Общепринятый ответ состоит в том, что гравитация существует в дополнительных измерениях, поэтому её влияние на наблюдаемые измерения ослабевает.
В научном сообществе физиков продолжаются дебаты по поводу того, следует ли считать «теорию всего» фундаментальным законом Вселенной. Одна точка зрения, строго редукционистская, состоит в том, что «теория всего» — это фундаментальный закон Вселенной и что все остальные теории, описывающие Вселенную, являются её следствиями или предельными случаями. Другая точка зрения опирается на законы, названные Нобелевским лауреатом по физике Стивеном Вайнбергом законами «свободного плавания», которые определяют поведение сложных систем. Критика последней точки зрения обращает внимание на то, что в такой формулировке «теория всего» нарушает принцип бритвы Оккама.
Среди других факторов, уменьшающих объяснительно-предсказательную ценность «теории всего», её чувствительность к наличию у Вселенной граничных условий и существование математического хаоса среди её решений.
См. также
- Квантовая теория поля
- Квантовая гравитация
- Петлевая квантовая гравитация
- Теория струн
- М-теория
- Суперсимметрия
- Стандартная модель
- Теории Великого объединения
- Гипотеза математической вселенной
- Теория всего (философия)
- Нерешённые проблемы современной физики
Примечания
- Так, прадед Ийона Тихого, персонажа научно-фантастического цикла Станислава Лема, работал над «Общей теорией всего».
- Евгений Беркович. Трагедия Эйнштейна, или Счастливый Сизиф. Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля // Наука и жизнь. — 2020. — № 2. — С. 66—79. Архивировано 27 сентября 2020 года.
Литература
- Визгин В. П. Единые теории в 1-й трети XX в. — М.: Наука, 1985. — С. 304.
- Вайнберг С. Мечты об окончательной теории. Dreams of a Final Theory — М.: ЛКИ, 2008, — С. 256, ISBN 978-5-382-00590-4.
- Майков В. П. Методология физики с неньютоновым временем. В сб. Философия физики: актуальные проблемы. Материалы научной конференции (МГУ) 17-18 июня 2010 года. — М.: ЛЕНАНД, 2010,- С. 95-99. ISBN 978-5-9710-0319-9.
- Майков В. П. Квантово-релятивистская термодинамическая космология. В сб. Философия физики: актуальные проблемы. Материалы научной конференции (МГУ) 17-18 июня 2010 года. — М.: ЛЕНАНД, 2010,- С. 228—232. ISBN 978-5-9710-0319-9.
- Митио Каку. Уравнение Бога. В поисках теории всего = Michio Kaku. The God Equation: The Quest for a Theory of Everything. — М.: Альпина нон-фикшн, 2022. — 246 с. — ISBN 978-5-00139-431-0.
Ссылки
- [bse.sci-lib.com/article036754.html Статья «Единая теория поля»] // Большая Советская Энциклопедия
Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист. |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Теория всего, Что такое Теория всего? Что означает Теория всего?
U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Teoriya vsego znacheniya Teo riya vsego gipoteticheskaya obedinyonnaya fiziko matematicheskaya teoriya opisyvayushaya vse izvestnye fundamentalnye vzaimodejstviya Pervonachalno dannyj termin ispolzovalsya v ironicheskom klyuche dlya oboznacheniya raznoobraznyh obobshyonnyh teorij So vremenem termin zakrepilsya v populyarizaciyah kvantovoj fiziki dlya oboznacheniya teorii kotoraya obedinila by vse chetyre fundamentalnyh vzaimodejstviya v prirode V sovremennoj nauchnoj literature vmesto termina teoriya vsego kak pravilo ispolzuetsya termin edinaya teoriya polya tem ne menee sleduet imet v vidu chto teoriya vsego mozhet byt postroena i bez ispolzovaniya polej nesmotrya na to chto nauchnyj status takih teorij mozhet byt spornym V techenie dvadcatogo veka bylo predlozheno mnozhestvo teorij vsego no ni odna iz nih ne smogla projti eksperimentalnuyu proverku ili sushestvuyut znachitelnye zatrudneniya v organizacii eksperimentalnoj proverki dlya nekotoryh iz kandidatov Osnovnaya problema postroeniya nauchnoj teorii vsego sostoit v tom chto kvantovaya mehanika i obshaya teoriya otnositelnosti OTO imeyut raznye oblasti primeneniya Kvantovaya mehanika v osnovnom ispolzuetsya dlya opisaniya mikromira a obshaya teoriya otnositelnosti primenima k makromiru Specialnaya teoriya otnositelnosti STO opisyvaet yavleniya pri bolshih skorostyah a OTO yavlyaetsya obobsheniem nyutonovskoj teorii gravitacii obedinyayushej eyo s STO i rasprostranyayushej na sluchaj bolshih rasstoyanij i bolshih mass Neposredstvennoe sovmeshenie kvantovoj mehaniki i specialnoj teorii otnositelnosti v edinom formalizme kvantovoj relyativistskoj teorii polya privodit k probleme rashodimosti otsutstviya konechnyh rezultatov dlya eksperimentalno proveryaemyh velichin Dlya resheniya etoj problemy ispolzuetsya ideya perenormirovki velichin Dlya nekotoryh modelej mehanizm perenormirovok pozvolyaet postroit ochen horosho rabotayushie teorii no dobavlenie gravitacii to est vklyuchenie v teoriyu OTO kak predelnogo sluchaya dlya malyh polej i bolshih rasstoyanij privodit k rashodimostyam kotorye ubrat poka ne udayotsya Hotya iz etogo vovse ne sleduet chto takaya teoriya ne mozhet byt postroena Kratkij obzor razlichnyh semejstv elementarnyh i sostavnyh chastic i teorii opisyvayushie ih vzaimodejstviya Elementarnye chasticy sleva fermiony sprava bozony Terminy giperssylki na stati Vikipedii Osnovnye polozheniyaPosle postroeniya v konce XIX veka elektrodinamiki obedinivshej na osnove uravnenij Maksvella v edinoj teoreticheskoj sheme yavleniya elektrichestva magnetizma i optiki v fizike voznikla ideya obyasneniya na osnove elektromagnetizma vseh izvestnyh fizicheskih yavlenij Odnako rabota nad sozdaniem obshej teorii otnositelnosti privela fizikov k mysli chto dlya opisaniya na edinoj osnove vseh yavlenij neobhodimo obedinenie teorij elektromagnetizma i gravitacii Pervye varianty edinyh teorij polya byli sozdany Davidom Gilbertom i Germanom Vejlem V dalnejshem bolshoe vnimanie teorii vsego udelil Albert Ejnshtejn On posvyatil popytkam eyo sozdaniya bolshuyu chast svoej zhizni Gilbert Vejl i v dalnejshem Ejnshtejn polagali chto dostatochno obedinit obshuyu teoriyu otnositelnosti i elektromagnetizm k tomu zhe vnachale ne imelos v vidu chto oni dolzhny byt kvantovymi tak kak sama kvantovaya mehanika eshyo ne byla dostatochno razvitoj V znachitelnoj mere esli ne polnostyu minimalnaya programma obedinenie OTO i elektrodinamiki byla reshena v ramkah teorii Kalucy Klejna vozmozhno i eshyo nekotoryh teorij no pochti uzhe ko vremeni eyo sozdaniya stalo aktualnym vklyuchenie v teoriyu drugih polej i predskazanie sushestvovaniya mnogih chastic chto bylo ne sovsem trivialnym a v dalnejshem proyasnilis i novye trudnosti a kvantovyj variant teorii Kalucy Klejna hot i byl myslim odnako kvantovanie natalkivalos na trudnosti konkretnoj razrabotki kak i kvantovanie samo j obshej teorii otnositelnosti otdelno Sovremennaya fizika trebuet ot teorii vsego obedineniya chetyryoh izvestnyh v nastoyashee vremya fundamentalnyh vzaimodejstvij gravitacionnoe vzaimodejstvie elektromagnitnoe vzaimodejstvie silnoe yadernoe vzaimodejstvie slaboe yadernoe vzaimodejstvie Krome togo ona dolzhna obyasnyat sushestvovanie vseh elementarnyh chastic Pervym shagom na puti k etomu stalo obedinenie elektromagnitnogo i slabogo vzaimodejstvij v teorii elektroslabogo vzaimodejstviya sozdannoj v 1967 godu Stivenom Vajnbergom Sheldonom Gleshou i Abdusom Salamom V 1973 godu byla predlozhena teoriya silnogo vzaimodejstviya Posle chego poyavilos neskolko variantov teorij Velikogo obedineniya naibolee izvestnaya iz nih teoriya Pati Salama 1974 god v ramkah kotoryh udalos obedinit vse tipy vzaimodejstvij krome gravitacionnogo Pravda ni odna iz teorij Velikogo obedineniya poka ne nashla podtverzhdeniya a nekotorye uzhe oprovergnuty eksperimentalno na osnove dannyh po otsutstviyu raspada protona Nedostayushim zvenom v teorii vsego ostaetsya podtverzhdenie kakoj libo iz teorij Velikogo obedineniya i postroenie kvantovoj teorii gravitacii na osnove kvantovoj mehaniki i obshej teorii otnositelnosti V konce 1990 h stalo yasno chto obshej problemoj predlagaemyh variantov teorii vsego yavlyaetsya to chto oni nestrogo opredelyayut svojstva nablyudaemoj Vselennoj Tak mnogie teorii kvantovoj gravitacii dopuskayut sushestvovanie vselennyh s proizvolnym chislom izmerenij ili proizvolnym znacheniem kosmologicheskoj postoyannoj Nekotorye fiziki priderzhivayutsya mneniya chto na samom dele sushestvuet mnozhestvo vselennyh no lish nebolshoe ih kolichestvo obitaemy a znachit fundamentalnye postoyannye vselennoj opredelyayutsya antropnym principom Maks Tegmark dovyol etot princip do logicheskogo zaversheniya postuliruyushego chto vse matematicheski neprotivorechivye struktury sushestvuyut fizicheski Eto oznachaet chto dostatochno slozhnye matematicheskie struktury mogut soderzhat samoosoznayushuyu strukturu kotoraya budet subektivno vosprinimat sebya zhivushej v realnom mire V konce 2007 goda Garret Lisi predlozhil Isklyuchitelno prostuyu teoriyu vsego osnovannuyu na svojstvah algebry Li Nesmotrya na obnaruzhennye nedostatki teorii Lisi ona mozhet otkryt novoe napravlenie rabot v oblasti edinyh teorij polya V nastoyashee vremya osnovnymi kandidatami v kachestve teorii vsego yavlyayutsya teoriya strun petlevaya teoriya i teoriya Kalucy Klejna O poslednej podrobnej V nachale dvadcatogo veka poyavilis predpolozheniya chto Vselennaya imeet bolshe izmerenij chem nablyudaemye tri prostranstvennyh i odno vremenno e Tolchkom k etomu stala teoriya Kalucy Klejna kotoraya pozvolyaet uvidet chto vvedenie v obshuyu teoriyu otnositelnosti dopolnitelnogo izmereniya privodit k polucheniyu uravnenij Maksvella Blagodarya ideyam Kalucy i Klejna stalo vozmozhnym sozdanie teorij operiruyushih bolshimi razmernostyami Ispolzovanie dopolnitelnyh izmerenij podskazalo otvet na vopros o tom pochemu dejstvie gravitacii proyavlyaetsya znachitelno slabee chem drugie vidy vzaimodejstvij Obsheprinyatyj otvet sostoit v tom chto gravitaciya sushestvuet v dopolnitelnyh izmereniyah poetomu eyo vliyanie na nablyudaemye izmereniya oslabevaet V nauchnom soobshestve fizikov prodolzhayutsya debaty po povodu togo sleduet li schitat teoriyu vsego fundamentalnym zakonom Vselennoj Odna tochka zreniya strogo redukcionistskaya sostoit v tom chto teoriya vsego eto fundamentalnyj zakon Vselennoj i chto vse ostalnye teorii opisyvayushie Vselennuyu yavlyayutsya eyo sledstviyami ili predelnymi sluchayami Drugaya tochka zreniya opiraetsya na zakony nazvannye Nobelevskim laureatom po fizike Stivenom Vajnbergom zakonami svobodnogo plavaniya kotorye opredelyayut povedenie slozhnyh sistem Kritika poslednej tochki zreniya obrashaet vnimanie na to chto v takoj formulirovke teoriya vsego narushaet princip britvy Okkama Sredi drugih faktorov umenshayushih obyasnitelno predskazatelnuyu cennost teorii vsego eyo chuvstvitelnost k nalichiyu u Vselennoj granichnyh uslovij i sushestvovanie matematicheskogo haosa sredi eyo reshenij Sm takzheKvantovaya teoriya polya Kvantovaya gravitaciya Petlevaya kvantovaya gravitaciya Teoriya strun M teoriya Supersimmetriya Standartnaya model Teorii Velikogo obedineniya Gipoteza matematicheskoj vselennoj Teoriya vsego filosofiya Nereshyonnye problemy sovremennoj fizikiPrimechaniyaTak praded Ijona Tihogo personazha nauchno fantasticheskogo cikla Stanislava Lema rabotal nad Obshej teoriej vsego Evgenij Berkovich Tragediya Ejnshtejna ili Schastlivyj Sizif Ocherk vtoroj Ejnshtejn protiv Pauli Edinaya teoriya polya rus Nauka i zhizn 2020 2 S 66 79 Arhivirovano 27 sentyabrya 2020 goda LiteraturaVizgin V P Edinye teorii v 1 j treti XX v M Nauka 1985 S 304 Vajnberg S Mechty ob okonchatelnoj teorii Dreams of a Final Theory M LKI 2008 S 256 ISBN 978 5 382 00590 4 Majkov V P Metodologiya fiziki s nenyutonovym vremenem V sb Filosofiya fiziki aktualnye problemy Materialy nauchnoj konferencii MGU 17 18 iyunya 2010 goda M LENAND 2010 S 95 99 ISBN 978 5 9710 0319 9 Majkov V P Kvantovo relyativistskaya termodinamicheskaya kosmologiya V sb Filosofiya fiziki aktualnye problemy Materialy nauchnoj konferencii MGU 17 18 iyunya 2010 goda M LENAND 2010 S 228 232 ISBN 978 5 9710 0319 9 Mitio Kaku Uravnenie Boga V poiskah teorii vsego Michio Kaku The God Equation The Quest for a Theory of Everything M Alpina non fikshn 2022 246 s ISBN 978 5 00139 431 0 SsylkiMediafajly na Vikisklade bse sci lib com article036754 html Statya Edinaya teoriya polya Bolshaya Sovetskaya EnciklopediyaNekotorye vneshnie ssylki v etoj state vedut na sajty zanesyonnye v spam list Eti sajty mogut narushat avtorskie prava byt priznany neavtoritetnymi istochnikami ili po drugim prichinam byt zapresheny v Vikipedii Redaktoram sleduet zamenit takie ssylki ssylkami na sootvetstvuyushie pravilam sajty ili bibliograficheskimi ssylkami na pechatnye istochniki libo udalit ih vozmozhno vmeste s podtverzhdaemym imi soderzhimym Spisok problemnyh ssylokbse sci lib com article036754 html
