Теория всего

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Тео́рия всего́ (англ. Theory of everything, TOE)— объединённая физико-математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия. Первоначально данный термин использовался в ироническом ключе для обозначения разнообразных обобщённых теорий^[1]. Со временем термин закрепился в популяризациях квантовой физики для обозначения теории, которая бы объединила все четыре фундаментальные взаимодействия в природе.

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 формулировки «теории всего» состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности, будучи общепринятыми, совершенно различно описывают области своего применения — микромир и макромир, соответственно, — поэтому их непосредственное совмещение в едином формализме приводит к проблеме перенормировки и отсутствию конечных результатов для экспериментально проверяемых величин.

[править] Основные положения

Первым большое внимание «теории всего» уделил Альберт Энштейн. Он посвятил попыткам её создания большую часть своей жизни. Энштейн полагал, что достаточно объединить общую теорию относительности и электромагнетизм.

Современная физика требует от «теории всего» объединения четырёх фундаментальных взаимодействий:

• гравитационного
• электромагнитного
• сильного
• слабого

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, в рамках которой удалось объединить все типы взаимодействий, кроме гравитационного. Недостающим звеном в «теории всего» остается построение теории квантовой гравитации на основе квантовой механики и общей теории относительности.

В настоящее время единственным общепринятым кандидатом в качестве «теории всего» является теория струн в её обобщённой формулировке, получившей название М-теория. 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 конце 1990-х стало ясно, что общей проблемой предлагаемых вариантов «теории всего» является то, что они не строго определяют характеристики 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 константы 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 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, что делает её предсказания точными, но бесполезными.

[править] Примечания

1. ↑ Так, прадед Йона Тихого, персонажа научно-фантастического цикла Станислава Лема, работал над «Общей теорией всего».

[править] См. также

• Квантовая гравитация
• Теория струн