✖


Jump to content

Теория всего

Эта статья о гипотетической физической концепции. Чтобы узнать о других значениях, см. Теорию всего (значения) .
За пределами стандартной модели
Данные смоделированного Большого адронного коллайдера, детектора частиц CMS изображающие бозон Хиггса, образующийся в результате сталкивающихся протонов, распадающихся на адронные струи и электроны.
Стандартная модель
Доказательство
Теории
Суперсимметрия
Квантовая гравитация
Эксперименты

Теория всего ( TOE ), окончательная теория , окончательная теория , единая теория поля или основная теория — это гипотетическая, единственная, всеобъемлющая, последовательная теоретическая основа физики, которая полностью объясняет и связывает воедино все аспекты Вселенной . [1] : 6  Создание теории всего — одна из главных нерешённых проблем физики . [2] [3]

За последние несколько столетий были разработаны две теоретические концепции, которые вместе больше всего напоминают теорию всего. Эти две теории, на которых основана вся современная физика, — это общая теория относительности и квантовая механика . Общая теория относительности — это теоретическая основа, которая фокусируется только на гравитации для понимания Вселенной в областях как большого масштаба, так и большой массы: планеты , звезды , галактики , скопления галактик и т. д. С другой стороны, квантовая механика — это теоретическая основа, которая только основное внимание уделяется трем негравитационным силам для понимания Вселенной в областях как очень малого масштаба, так и малой массы: субатомные частицы , атомы , молекулы и т. д. Квантовая механика успешно реализовала Стандартную модель , которая описывает три негравитационные силы: сильное ядерное , слабое ядерное и электромагнитное взаимодействие – а также все наблюдаемые элементарные частицы. [4] : 122 

Общая теория относительности и квантовая механика неоднократно подтверждались в своих отдельных областях значимости. Поскольку обычные области применимости общей теории относительности и квантовой механики настолько различны, в большинстве ситуаций требуется использовать только одну из двух теорий. [5] [6] [7] : 842–844  Две теории считаются несовместимыми в областях чрезвычайно малого масштаба – масштаба Планка – например, в тех, которые существуют внутри черной дыры или на начальных стадиях существования Вселенной (т. е. в момент сразу после Большого взрыва ). Чтобы устранить несовместимость, необходимо найти теоретическую основу, раскрывающую более глубокую скрытую реальность, объединяющую гравитацию с тремя другими взаимодействиями, чтобы гармонично интегрировать области общей теории относительности и квантовой механики в единое целое: теорию всего можно определить как всеобъемлющая теория, которая, в принципе, была бы способна описать все физические явления во Вселенной.

Для достижения этой цели квантовая гравитация стала одной из областей активных исследований. [8] [9] Одним из примеров является теория струн , которая превратилась в кандидата на роль теории всего, но не без недостатков (в первую очередь, очевидного отсутствия проверяемых в настоящее время предсказаний ) и противоречий. Теория струн утверждает, что в начале Вселенной (до 10 −43 секунд после Большого взрыва), четыре фундаментальные силы когда-то были одной фундаментальной силой. Согласно теории струн, каждая частица во Вселенной на самом ультрамикроскопическом уровне ( планковская длина ) состоит из различных комбинаций вибрирующих струн (или нитей) с предпочтительными моделями вибрации. Теория струн далее утверждает, что именно посредством этих специфических моделей колебаний струн создается частица с уникальной массой и силовым зарядом (то есть, электрон — это тип струны, которая колеблется в одном направлении, а ап-кварк — это тип струны, вибрирующей по-другому, и так далее). Теория струн/ М-теория предлагает шесть или семь измерений пространства -времени в дополнение к четырем обычным измерениям десяти- или одиннадцатимерного пространства-времени.

Имя [ править ]

Первоначально термин «теория всего» использовался с иронической ссылкой на различные чрезмерно обобщенные теории. Например, дедушка Иона Тихого – персонажа из цикла рассказов Станислава Лема 1960 научно-фантастических -х годов – был известен как работавший над « Общей теорией всего ». Физик Харальд Фрич использовал этот термин в своих лекциях в Варенне в 1977 году . [10] Физик Джон Эллис утверждает [11] ввести аббревиатуру «TOE» в техническую литературу в статье в журнале Nature в 1986 году. [12] Со временем этот термин закрепился в популяризации исследований в области теоретической физики .

Исторические предшественники [ править ]

От древности до 19 века [ править ]

Многие древние культуры, такие как вавилонские астрономы и индийская астрономия, изучали структуру Семи Священных Светил / Классических Планет на фоне звезд , их интерес заключался в том, чтобы связать небесное движение с человеческими событиями ( астрология ), а цель - предсказывать события с помощью запись событий по времени, а затем поиск повторяющихся закономерностей. Спор о том, имеет ли Вселенная начало или вечные циклы , восходит к древней Вавилонии . [13] Индуистская космология утверждает, что время бесконечно с циклической вселенной , в которой нынешней вселенной предшествовало и последует бесконечное количество вселенных. [14] [15] Временные шкалы, упомянутые в индуистской космологии, соответствуют шкалам современной научной космологии. Его циклы простираются от наших обычных дня и ночи до дня и ночи Брахмы продолжительностью 8,64 миллиарда лет. [16]

Естественная философия атомизма . появилась в нескольких древних традициях В древнегреческой философии философы -досократики предполагали, что кажущееся разнообразие наблюдаемых явлений обусловлено одним типом взаимодействия, а именно движением и столкновениями атомов. Концепция «атома», предложенная Демокритом, была ранней философской попыткой объединить явления, наблюдаемые в природе. Понятие «атом» появилось также в Ньяя - Вайшешика школе древнеиндийской философии .

Архимед , возможно, был первым философом, который описал природу с помощью аксиом (или принципов), а затем вывел из них новые результаты. Ожидается, что любая «теория всего» будет основываться на аксиомах и выводить из них все наблюдаемые явления. [17] : 340 

Следуя более ранней атомистической мысли, механическая философия 17-го века постулировала, что все силы могут быть в конечном итоге сведены к силам контакта между атомами, которые затем представлялись как крошечные твердые частицы. [18] : 184  [19]

В конце 17 века описание Исааком Ньютоном силы гравитации на больших расстояниях подразумевало, что не все силы в природе возникают в результате соприкосновения вещей. Работа Ньютона в его «Математических принципах естественной философии» рассматривала это как еще один пример объединения , в данном случае объединяя законы работы Галилея о земной гравитации, движения планет Кеплера и явление приливов и отливов, объясняя эти очевидные действия в расстояние подчиняется одному единственному закону: закону всемирного тяготения . [20]

В 1814 году, основываясь на этих результатах, Лаплас , как известно, предположил, что достаточно мощный интеллект мог бы, если бы он знал положение и скорость каждой частицы в данный момент времени, а также законы природы, вычислить положение любой частицы в любое другое время. : [21] : глава 7

Разум, который в определенный момент знал бы все силы, приводящие природу в движение, и все положения всех предметов, из которых состоит природа, если бы этот разум был также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, он бы охватил в единой формуле движения величайших тел Вселенной и движений мельчайшего атома; для такого интеллекта ничто не было бы неопределенным, и будущее, как и прошлое, было бы перед его глазами.

— Философское эссе о вероятности , Введение. 1814 г.

Таким образом, Лаплас рассматривал сочетание гравитации и механики как теорию всего. Современная квантовая механика предполагает, что неопределенность неизбежна , и поэтому взгляды Лапласа необходимо изменить: теория всего должна включать гравитацию и квантовую механику. Даже игнорируя квантовую механику, теории хаоса достаточно, чтобы гарантировать, что будущее любой достаточно сложной механической или астрономической системы непредсказуемо.

В 1820 году Ганс Христиан Эрстед обнаружил связь между электричеством и магнетизмом, положив начало десятилетиям работы, кульминацией которой стала Джеймса Клерка Максвелла теория электромагнетизма в 1865 году . В течение 19-го и начала 20-го веков постепенно стало очевидно, что многие распространенные примеры сил – контактные силы, упругость , вязкость , трение и давление – возникают в результате электрических взаимодействий между мельчайшими частицами материи.

В своих экспериментах 1849–1850 годов Майкл Фарадей был первым, кто искал объединение гравитации с электричеством и магнетизмом. [22] Однако он не нашел никакой связи.

В 1900 году Дэвид Гильберт опубликовал знаменитый список математических задач. В шестой задаче Гильберт предложил исследователям найти аксиоматическую основу всей физики. Таким образом, в этой проблеме он попросил создать то, что сегодня назвали бы теорией всего. [23]

Начало 20 века [ править ]

В конце 1920-х годов новая на тот момент квантовая механика показала, что химические связи между атомами являются примерами (квантовых) электрических сил, что оправдывало хвастовство Дирака о том, что «основные физические законы, необходимые для математической теории значительной части физики и всей Таким образом, вся химия полностью известна». [24]

После 1915 года, когда Альберт Эйнштейн опубликовал теорию гравитации ( общую теорию относительности поиски единой теории поля, ), с возобновлением интереса начались сочетающей гравитацию с электромагнетизмом. Во времена Эйнштейна сильное и слабое взаимодействия еще не были открыты, однако он нашел потенциальное существование двух других отдельных сил, гравитации и электромагнетизма, гораздо более заманчивым. Это положило начало его 40-летнему путешествию в поисках так называемой «единой теории поля», которая, как он надеялся, покажет, что эти две силы на самом деле являются проявлениями одного великого, основополагающего принципа. В течение последних нескольких десятилетий его жизни эти амбиции отдалили Эйнштейна от остальной части основного направления физики, поскольку вместо этого основное течение было гораздо больше воодушевлено формирующейся структурой квантовой механики. Эйнштейн писал другу в начале 1940-х годов: «Я стал одиноким стариком, который известен главным образом потому, что не носит носков и которого в особых случаях выставляют напоказ как диковинку». Видными вкладчиками были Гуннар Нордстрем , Герман Вейль , Артур Эддингтон , Дэвид Хильберт [25] Теодор Калуца , Оскар Кляйн (см. теорию Калуцы-Клейна ) и, в первую очередь, Альберт Эйнштейн и его сотрудники. Эйнштейн всерьез искал, но в конечном итоге не смог найти объединяющую теорию. [26] : глава 17 (см. уравнения Эйнштейна–Максвелла–Дирака).

и ядерные взаимодействия Конец 20 века

В XX веке поиск объединяющей теории был прерван открытием сильного и слабого ядерных взаимодействий, отличающихся как от гравитации, так и от электромагнетизма. Еще одним препятствием было признание того, что квантовая механика должна быть включена в теорию всего с самого начала, а не возникать как следствие детерминистской единой теории, как надеялся Эйнштейн.

Гравитация и электромагнетизм могут сосуществовать в списке классических сил, но в течение многих лет казалось, что гравитация не может быть включена в квантовую структуру, не говоря уже о том, чтобы объединиться с другими фундаментальными силами. По этой причине работа над объединением на протяжении большей части 20-го века была сосредоточена на понимании трех сил, описываемых квантовой механикой: электромагнетизма, а также слабых и сильных взаимодействий. Первые два были объединены в 1967–1968 годах Шелдоном Глэшоу , Стивеном Вайнбергом и Абдусом Саламом в электрослабое взаимодействие. [27] Электрослабое объединение представляет собой нарушение симметрии : электромагнитное и слабое взаимодействия кажутся разными при низких энергиях, поскольку частицы, несущие слабое взаимодействие, W- и Z-бозоны , имеют ненулевые массы ( 80,4 ГэВ/ c). 2 и 91,2 ГэВ/ c 2 , соответственно), тогда как фотон , переносящий электромагнитную силу, не имеет массы. При более высоких энергиях W-бозоны и Z-бозоны могут быть легко созданы , и единая природа взаимодействия становится очевидной.

сильное и электрослабое взаимодействия сосуществуют Хотя в Стандартной модели физики элементарных частиц , они остаются разными. Таким образом, разработка теории всего осталась безуспешной: не было достигнуто ни объединение сильного и электрослабого взаимодействий, которые Лаплас назвал бы «контактными силами», ни объединение этих сил с гравитацией.

Современная физика [ править ]

Изображение cGh куба

теорий Обычная последовательность ​

Теория всего объединила бы все фундаментальные взаимодействия природы: гравитацию , сильное взаимодействие , слабое взаимодействие и электромагнетизм . Поскольку слабое взаимодействие может превращать элементарные частицы из одного вида в другой, теория всего должна также предсказывать все возможные виды частиц. Обычный предполагаемый путь теорий показан на следующем графике, где каждый шаг объединения ведет на один уровень вверх по графику.

Теория всего
Квантовая гравитация
Кривизна пространства Электронно-ядерная сила ( Теория Великого Объединения )
Стандартная модель космологии Стандартная модель физики элементарных частиц
Сильное взаимодействие
СУ(3) 		Электрослабое взаимодействие
СУ(2) х U(1) Y
Слабое взаимодействие
СУ(2) 		Электромагнетизм
У(1) ЭМ
Электричество Магнетизм

На этом графике электрослабое объединение происходит при энергии около 100 ГэВ, а великое объединение прогнозируется при энергии 10 ГэВ. 16 ГэВ, а объединение силы Великого Объединения с гравитацией ожидается при планковской энергии примерно 10 19 ГэВ.

несколько теорий Великого объединения Было предложено (GUT), чтобы объединить электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействия. Великое объединение подразумевало бы существование электроядерной силы; ожидается, что он начнется при энергиях порядка 10 16 ГэВ, что намного больше, чем можно было бы достичь с помощью любого существующего в настоящее время ускорителя частиц . Хотя простейшие теории Великого объединения были экспериментально исключены, идея теории Великого объединения, особенно когда она связана с суперсимметрией , остается любимым кандидатом в сообществе теоретической физики. Суперсимметричные теории Великого объединения кажутся правдоподобными не только из-за их теоретической «красоты», но и потому, что они естественным образом производят большие количества темной материи, а также потому, что инфляционная сила может быть связана с физикой теории Великого объединения (хотя она, похоже, не является неизбежной частью теории Великого объединения). теории). Однако теории великого объединения явно не являются окончательным ответом; и текущая стандартная модель, и все предлагаемые GUT представляют собой квантовые теории поля , которые требуют проблемной техники перенормировки для получения разумных ответов. Обычно это расценивается как признак того, что это всего лишь эффективные теории поля , опускающие важнейшие явления, важные только при очень высоких энергиях. [6]

Последний шаг в графике требует разрешения разделения между квантовой механикой и гравитацией, которое часто приравнивают к общей теории относительности. Многие исследователи концентрируют свои усилия на этом конкретном этапе; тем не менее, не существует общепринятой теории квантовой гравитации и, следовательно, общепринятой теории всего, подтвержденной наблюдениями. Обычно предполагается, что теория всего решит и оставшиеся проблемы теорий великого объединения.

В дополнение к объяснению сил, перечисленных на графике, теория всего может также объяснить статус по крайней мере двух потенциальных сил, предложенных современной космологией : инфляционной силы и темной энергии . Более того, космологические эксперименты также предполагают существование темной материи , предположительно состоящей из фундаментальных частиц, выходящих за рамки стандартной модели. Однако существование этих сил и частиц не доказано.

Теория струн и М-теория [ править ]

Нерешенная задача по физике :

Является ли теория струн , теория суперструн , или М-теория , или какой-либо другой вариант на эту тему, шагом на пути к «теории всего» или просто тупиком?

(еще нерешенные задачи по физике)

С 1990-х годов некоторые физики, такие как Эдвард Виттен, полагают, что 11-мерная М-теория , которая в некоторых пределах описывается одной из пяти пертурбативных теорий суперструн , а в другом — максимально -суперсимметричной 11-мерной супергравитацией , является теорией всего. По этому вопросу нет широкого консенсуса.

Одним из замечательных свойств струнной / М-теории является то, что для непротиворечивости теории требуются семь дополнительных измерений помимо четырех измерений в нашей Вселенной. В этом отношении теорию струн можно рассматривать как основанную на идеях теории Калуцы-Клейна , в которой было осознано, что применение общей теории относительности к пятимерной Вселенной с одним маленьким и свернутым пространственным измерением выглядит с четырехмерной точки зрения. -мерная перспектива, подобная обычной общей теории относительности вместе с электродинамикой Максвелла . Это придавало доверие идее объединения калибровочных и гравитационных взаимодействий, а также дополнительным измерениям, но не отвечало детальным экспериментальным требованиям. Еще одним важным свойством теории струн является ее суперсимметрия , которая вместе с дополнительными измерениями является двумя основными предложениями по решению проблемы иерархии стандартной модели , которая (приблизительно) представляет собой вопрос о том, почему гравитация настолько слабее, чем любая другая сила. Межмерное решение предполагает распространение гравитации в другие измерения, сохраняя при этом другие силы ограниченными четырехмерным пространством-временем, идея, которая была реализована с помощью явных струнных механизмов. [28]

Исследования в области теории струн стимулировались множеством теоретических и экспериментальных факторов. С экспериментальной стороны, состав частиц стандартной модели, дополненный массами нейтрино , вписывается в спинорное представление SO(10) , подгруппы E8 , которая обычно возникает в теории струн, например, в гетеротической теории струн. [29] или (иногда то же самое) в F-теории . [30] [31] В теории струн есть механизмы, которые могут объяснить, почему фермионы делятся на три иерархических поколения, и объяснить скорости смешивания между поколениями кварков. [32] С теоретической стороны, он начал решать некоторые ключевые вопросы квантовой гравитации , такие как разрешение информационного парадокса черной дыры , правильный подсчет энтропии черных дыр. [33] [34] и возможность процессов изменения топологии . [35] [36] [37] Это также привело ко многим открытиям в чистой математике с сильной связью и в обычной калибровочной теории благодаря двойственности калибра и струны .

В конце 1990-х годов было отмечено, что одним из основных препятствий в этом начинании является невероятно большое количество возможных четырехмерных вселенных. Маленькие, «скрученные» дополнительные измерения могут быть компактифицированы огромным количеством различных способов (по одной оценке, 10 500 ), каждый из которых приводит к различным свойствам частиц и сил низкой энергии. Этот набор моделей известен как ландшафт теории струн . [17] : 347 

Одно из предлагаемых решений состоит в том, что многие или все эти возможности реализуются в той или иной из огромного количества вселенных, но лишь небольшое их количество пригодно для жизни. Следовательно, то, что мы обычно считаем фундаментальными константами Вселенной, в конечном итоге является результатом антропного принципа, а не продиктовано теорией. Это привело к критике теории струн. [38] утверждая, что она не может делать полезные (т.е. оригинальные, фальсифицируемые и проверяемые) предсказания, и считая ее псевдонаукой / философией . Другие не согласны, [39] а теория струн остается активной темой исследований в теоретической физике . [40]

гравитация квантовая Петлевая ​

Современные исследования петлевой квантовой гравитации могут в конечном итоге сыграть фундаментальную роль в теории всего, но это не является их основной целью. [41] Петлевая квантовая гравитация также вводит нижнюю границу возможных масштабов длин.

Недавно появились заявления о том, что петлевая квантовая гравитация может воспроизводить черты, напоминающие Стандартную модель . Пока что только первое поколение фермионов ( лептонов и кварков ) с правильными свойствами четности было смоделировано Сандэнсом Билсоном-Томпсоном с использованием преонов, состоящих из кос пространства-времени, в качестве строительных блоков. [42] Однако не существует вывода лагранжиана , который описывал бы взаимодействия таких частиц, а также невозможно показать, что такие частицы являются фермионами, а также невозможно доказать, что реализуются калибровочные группы или взаимодействия Стандартной модели. Использование концепций квантовых вычислений позволило продемонстрировать, что частицы способны выдерживать квантовые флуктуации . [43]

Эта модель приводит к интерпретации электрического и цветового заряда как топологических величин (электрический — как число и киральность витков, переносимых на отдельных лентах, а цвет — как варианты такого скручивания для фиксированного электрического заряда).

В оригинальной статье Билсона-Томпсона предполагалось, что фермионы более высокого поколения могут быть представлены более сложными сплетениями, хотя явные конструкции этих структур не были даны. Электрический заряд, цвет и свойства четности таких фермионов возникали бы так же, как и для первого поколения. Модель была явно обобщена для бесконечного числа поколений и для бозонов слабого взаимодействия (но не для фотонов или глюонов) в статье Билсона-Томпсона, Хакетта, Кауфмана и Смолина 2008 года. [44]

Другие попытки [ править ]

Среди других попыток разработать теорию всего — теория причинных фермионных систем . [45] рассматривая две текущие физические теории ( общую теорию относительности и квантовую теорию поля ) как предельные случаи.

Другая теория называется « Причинные множества» . Как и в случае с некоторыми из упомянутых выше подходов, его непосредственной целью является не обязательно создание теории всего, а, прежде всего, создание рабочей теории квантовой гравитации, которая в конечном итоге может включить в себя стандартную модель и стать кандидатом на роль теории всего. Его основополагающий принцип заключается в том, что пространство-время фундаментально дискретно и что пространственно-временные события связаны частичным порядком . Этот частичный порядок имеет физический смысл причинно-следственных связей между относительным прошлым и будущим, различающими пространственно-временные события.

Причинная динамическая триангуляция не предполагает какой-либо ранее существовавшей арены (мерного пространства), а скорее пытается показать, как развивается сама ткань пространства-времени.

Другая попытка может быть связана с ER=EPR , гипотезой в физике, утверждающей, что запутанные частицы соединены червоточиной ( или мостом Эйнштейна-Розена). [46]

Текущий статус [ править ]

В настоящее время не существует теории-кандидата всего, что включало бы стандартную модель физики элементарных частиц и общую теорию относительности и в то же время способно вычислить константу тонкой структуры или массу электрона . [2] Большинство физиков элементарных частиц ожидают, что результаты текущих экспериментов – поиск новых частиц на больших ускорителях частиц и темной материи – необходимы для того, чтобы обеспечить дальнейшую информацию для теории всего.

Аргументы против [ править ]

Параллельно с интенсивными поисками теории всего различные ученые обсуждали возможность ее открытия.

Гёделя о неполноте Теорема

Ряд ученых утверждают, что теорема Гёделя о неполноте предполагает, что попытки построить теорию всего обречены на провал. Теорема Гёделя, сформулированная неформально, утверждает, что любая формальная теория, достаточная для выражения элементарных арифметических фактов и достаточно сильная для их доказательства, является либо противоречивой (как утверждение, так и его отрицание могут быть выведены из ее аксиом) или неполной в том смысле, что существует является истинным утверждением, которое не может быть получено в рамках формальной теории.

Стэнли Джаки в своей книге «Актуальность физики » 1966 года отметил, что, поскольку «теория всего», безусловно, будет последовательной нетривиальной математической теорией, она должна быть неполной. Он утверждает, что это обрекает на поиск детерминистской теории всего. [47]

Фримен Дайсон заявил, что «теорема Гёделя подразумевает, что чистая математика неисчерпаема. Независимо от того, сколько проблем мы решаем, всегда найдутся другие проблемы, которые невозможно решить в рамках существующих правил. […] Благодаря теореме Гёделя физика тоже неисчерпаема». Законы физики представляют собой конечный набор правил и включают в себя правила выполнения математических действий, так что к ним применима теорема Гёделя». [48]

Стивен Хокинг изначально верил в Теорию Всего, но, рассмотрев теорему Гёделя, пришел к выводу, что ее невозможно получить. «Некоторые люди будут очень разочарованы, если не существует окончательной теории, которую можно было бы сформулировать в виде конечного числа принципов. Раньше я принадлежал к этому лагерю, но передумал». [49]

Юрген Шмидхубер (1997) выступил против этой точки зрения; он утверждает, что теоремы Гёделя не имеют отношения к вычислимой физике. [50] В 2000 году Шмидхубер явно сконструировал предельно вычислимые детерминированные вселенные, псевдослучайность которых, основанная на неразрешимых гёделевских проблемах остановки , чрезвычайно трудно обнаружить, но это не мешает формальным теориям всего, что можно описать с помощью очень небольшого количества битов информации. [51]

Соответствующую критику высказал Соломон Феферман. [52] и другие. приводит игру жизни Конвея : Дуглас С. Робертсон в качестве примера [53] Основные правила просты и полны, но существуют формально неразрешимые вопросы относительно поведения игры. Аналогично, может быть (а может и не быть) возможным полностью сформулировать основные правила физики с помощью конечного числа четко определенных законов, но нет никаких сомнений в том, что существуют вопросы о поведении физических систем, которые формально неразрешимы с точки зрения теории физики. основе этих основополагающих законов.

Поскольку большинство физиков сочли бы изложение основных правил достаточным для определения «теории всего», большинство физиков утверждают, что теорема Гёделя не означает , что теория всего не может существовать. [ нужна ссылка ] С другой стороны, ученые, ссылающиеся на теорему Гёделя, по крайней мере в некоторых случаях, похоже, имеют в виду не лежащие в ее основе правила, а понятность поведения всех физических систем, как, например, когда Хокинг упоминает организацию блоков в прямоугольники, превращая вычисление простых чисел в физический вопрос. [54] Это несоответствие в определениях может объяснить некоторые разногласия среди исследователей.

ограничения точности ​ Фундаментальные

На сегодняшний день ни одна физическая теория не считается абсолютно точной. Вместо этого физика приступила к серии «последовательных приближений», позволяющих делать все более и более точные предсказания для все более широкого круга явлений. Поэтому некоторые физики полагают, что ошибочно путать теоретические модели с истинной природой реальности, и считают, что серия приближений никогда не приведет к «истине». [55] Сам Эйнштейн неоднократно высказывал эту точку зрения. [56]

фундаментальных Определение ​ законов

В физическом сообществе ведутся философские дебаты о том, заслуживает ли теория всего называться фундаментальным законом Вселенной. [57] Одна из точек зрения — это жесткая редукционистская позиция, согласно которой теория всего является фундаментальным законом и что все другие теории, применимые во Вселенной, являются следствием теории всего. Другая точка зрения состоит в том, что эмерджентные законы, управляющие поведением сложных систем , следует рассматривать как столь же фундаментальные. Примерами возникающих законов являются второй закон термодинамики и теория естественного отбора . Сторонники эмерджентности утверждают, что эмерджентные законы, особенно те, которые описывают сложные или живые системы, независимы от микроскопических законов низкого уровня. С этой точки зрения возникающие законы столь же фундаментальны, как и теория всего.

Дебаты не проясняют суть вопроса. Пожалуй, единственный вопрос, который стоит на кону, — это право применять статусный термин «фундаментальный» к соответствующим предметам исследований. По этому поводу состоялся известный спор между Стивеном Вайнбергом и Филипом Андерсоном . [58]

Невозможность расчета [ править ]

Вайнберг [59] указывает на то, что рассчитать точное движение реального снаряда в атмосфере Земли невозможно. Как же нам узнать, что у нас есть адекватная теория для описания движения снарядов? Вайнберг предполагает, что мы знаем принципы (законы движения Ньютона и гравитации), которые работают «достаточно хорошо» для простых примеров, таких как движение планет в пустом пространстве. Эти принципы настолько хорошо сработали на простых примерах, что мы можем быть вполне уверены, что они сработают и на более сложных примерах. Например, хотя общая теория относительности включает в себя уравнения, не имеющие точных решений, она широко признана обоснованной теорией, поскольку все ее уравнения с точными решениями проверены экспериментально. Точно так же теория всего должна работать для широкого круга простых примеров таким образом, чтобы мы могли быть достаточно уверены, что она будет работать для любой ситуации в физике. Трудности создания теории всего часто начинают возникать при объединении квантовой механики. с общей теорией относительности , поскольку уравнения квантовой механики начинают давать сбои, когда к ним применяется сила гравитации.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Вайнберг, Стивен (20 апреля 2011 г.). Мечты об окончательной теории: поиск учеными окончательных законов природы . Издательская группа Кнопфа Doubleday. ISBN  978-0-307-78786-6 .
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б До свидания, Деннис (23 ноября 2020 г.). «Может ли компьютер разработать теорию всего? — Возможно, говорят физики, но не в ближайшее время. И нет никакой гарантии, что мы, люди, поймём результат» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 23 ноября 2020 года . Проверено 23 ноября 2020 г.
  3. ^ Прощай, Деннис (11 сентября 2023 г.). «Не ждите, что «Теория всего» объяснит все — даже самая продвинутая физика не может раскрыть все, что мы хотим знать об истории и будущем космоса или о нас самих» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 11 сентября 2023 года . Проверено 11 сентября 2023 г.
  4. ^ Хокинг, Стивен В. (28 февраля 2006 г.). Теория всего: происхождение и судьба Вселенной . Книги Феникса; Особый юбилей. ISBN  978-1-59777-508-3 .
  5. ^ СМОЛИН Л. (2004). «Приглашение к петле квантовой гравитации». Квантовая теория и симметрии . [] : 655–682. arXiv : hep-th/0408048 . Бибкод : 2004qts..conf..655S . дои : 10.1142/9789812702340_0078 . ISBN  978-981-256-068-1 . S2CID   16195175 .
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Карлип, Стивен (2001). «Квантовая гравитация: отчет о ходе работы». Отчеты о прогрессе в физике . 64 (8): 885–942. arXiv : gr-qc/0108040 . Бибкод : 2001РПФ...64..885С . дои : 10.1088/0034-4885/64/8/301 . S2CID   118923209 .
  7. ^ Священник Сюзанна Хорниг (14 июля 2010 г.). Энциклопедия научно-технической коммуникации . Публикации SAGE. ISBN  978-1-4522-6578-0 .
  8. ^ До свидания, Деннис (10 октября 2022 г.). «Черные дыры могут скрывать невероятную тайну нашей Вселенной. Возьмите гравитацию, добавьте квантовую механику, перемешайте. Что вы получите? Может быть, голографический космос» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 16 ноября 2022 года . Проверено 22 октября 2022 г.
  9. ^ Старр, Мишель (16 ноября 2022 г.). «Ученые создали в лаборатории черную дыру, а затем она начала светиться» . НаукаАлерт . Архивировано из оригинала 15 ноября 2022 года . Проверено 16 ноября 2022 г.
  10. ^ Фрич, Харальд (1977). «МИР ВКУСА И ЦВЕТА». Отчет ЦЕРН . Ref.TH.2359-CERN. (загрузить по адресу https://cds.cern.ch/record/875256/files/CM-P00061728.pdf. Архивировано 12 февраля 2020 г. на Wayback Machine )
  11. ^ Эллис, Джон (2002). «Физика становится физической (переписка)» . Природа . 415 (6875): 957. Бибкод : 2002Natur.415..957E . дои : 10.1038/415957b . ПМИД   11875539 .
  12. ^ Эллис, Джон (1986). «Суперструна: теория всего или ничего?». Природа . 323 (6089): 595–598. Бибкод : 1986Natur.323..595E . дои : 10.1038/323595a0 . S2CID   4344940 .
  13. ^ Ходж, Джон К. (2012). Теория всего: скалярная потенциальная модель большого и малого . Независимая издательская платформа CreateSpace. стр. 1–13, 99. ISBN.  978-1-4699-8736-1 .
  14. ^ Сушил Миттал; Джин Терсби (2012). Индуистский мир . Рутледж. п. 284. ИСБН  978-1-134-60875-1 .
  15. ^ Джонс, Эндрю Циммерман (2009). Теория струн для чайников . Джон Уайли и сыновья. п. 262. ИСБН  978-0-470-59584-8 .
  16. ^ Саган, Карл (2006). Космос .
  17. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Импи, Крис (26 марта 2012 г.). Как это началось: Путеводитель по Вселенной для путешественника во времени . WW Нортон. ISBN  978-0-393-08002-5 .
  18. ^ Бернс, Уильям Э. (1 января 2001 г.). Научная революция: Энциклопедия . АВС-КЛИО. ISBN  978-0-87436-875-8 .
  19. ^ Шапин, Стивен (1996). Научная революция . Издательство Чикагского университета . ISBN  978-0-226-75021-7 .
  20. ^ Ньютон, сэр Исаак (1729). Математические принципы натуральной философии . Том. II. п. 255.
  21. ^ Кэрролл, Шон (2010). От вечности сюда: В поисках окончательной теории времени . Группа Пингвин США. ISBN  978-1-101-15215-7 .
  22. ^ Фарадей, М. (1850). «Экспериментальные исследования по электричеству. Двадцать четвертая серия. О возможной связи гравитации с электричеством» . Резюме статей, переданных Лондонскому королевскому обществу . 5 : 994–995. дои : 10.1098/rspl.1843.0267 .
  23. ^ Горбань, Александр Н.; Карлин, Илья (2013). «Шестая проблема Гильберта: точные и приближенные гидродинамические многообразия для кинетических уравнений». Бюллетень Американского математического общества . 51 (2): 187. arXiv : 1310.0406 . Бибкод : 2013arXiv1310.0406G . дои : 10.1090/S0273-0979-2013-01439-3 . S2CID   7228220 .
  24. ^ Дирак, ПАМ (1929). «Квантовая механика многоэлектронных систем» . Труды Лондонского королевского общества А. 123 (792): 714–733. Бибкод : 1929RSPSA.123..714D . дои : 10.1098/rspa.1929.0094 .
  25. ^ Майер, У.; Зауэр, Т. (2005). «Мировые уравнения» Гильберта и его видение единой науки . Исследования Эйнштейна. Том. 11. С. 259–276. arXiv : физика/0405110 . Бибкод : 2005угр..книга..259М . дои : 10.1007/0-8176-4454-7_14 . ISBN  978-0-8176-4454-3 . S2CID   985751 .
  26. ^ Авраам Паис (23 сентября 1982 г.). Тонок Господь: Наука и жизнь Альберта Эйнштейна: Наука и жизнь Альберта Эйнштейна . Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-152402-8 .
  27. ^ Вайнберг (1993), Гл. 5
  28. ^ Холлоуэй, М. (2005). «Красота Бранеса» (PDF) . Научный американец . 293 (4): 38–40. Бибкод : 2005SciAm.293d..38H . doi : 10.1038/scientificamerican1005-38 . ПМИД   16196251 . Архивировано из оригинала (PDF) 22 ноября 2014 года . Проверено 13 августа 2012 г.
  29. ^ Ниллес, Ганс Петер; Рамос-Санчес, Сауль; Ратц, Майкл; Водреванг, Патрик КС (2009). «От струн к МССМ». Европейский физический журнал C . 59 (2): 249–267. arXiv : 0806.3905 . Бибкод : 2009EPJC...59..249N . дои : 10.1140/epjc/s10052-008-0740-1 . S2CID   17452924 .
  30. ^ Бизли, Крис; Хекман, Джонатан Дж; Вафа, Камрун (2009). «ТВО и исключительные браны в F-теории — I». Журнал физики высоких энергий . 2009 (1): 058. arXiv : 0802.3391 . Бибкод : 2009JHEP...01..058B . дои : 10.1088/1126-6708/2009/01/058 . S2CID   119309173 .
  31. ^ Донаги, Рон; Вейнхольт, Мартейн (2008). «Построение модели с помощью F-теории». arXiv : 0802.2969v3 [ hep-th ].
  32. ^ Хекман, Джонатан Дж.; Вафа, Камрун (2010). «Иерархия вкусов из F-теории». Ядерная физика Б . 837 (1): 137–151. arXiv : 0811.2417 . Бибкод : 2010NuPhB.837..137H . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2010.05.009 . S2CID   119244083 .
  33. ^ Строминджер, Эндрю; Вафа, Камрун (1996). «Микроскопическое происхождение энтропии Бекенштейна-Хокинга». Буквы по физике Б. 379 (1–4): 99–104. arXiv : hep-th/9601029 . Бибкод : 1996PhLB..379...99S . дои : 10.1016/0370-2693(96)00345-0 . S2CID   1041890 .
  34. ^ Горовиц, Гэри. «Происхождение энтропии черной дыры в теории струн». arXiv : gr-qc/9604051 .
  35. ^ Грин, Брайан Р.; Моррисон, Дэвид Р.; Строминджер, Эндрю (1995). «Конденсация черной дыры и объединение струнных вакуумов». Ядерная физика Б . 451 (1–2): 109–120. arXiv : hep-th/9504145 . Бибкод : 1995НуФБ.451..109Г . дои : 10.1016/0550-3213(95)00371-X . S2CID   11145691 .
  36. ^ Аспинуолл, Пол С.; Грин, Брайан Р.; Моррисон, Дэвид Р. (1994). «Пространство модулей Калаби-Яу, зеркальные многообразия и изменение топологии пространства-времени в теории струн». Ядерная физика Б . 416 (2): 414. arXiv : hep-th/9309097 . Бибкод : 1994НуФБ.416..414А . дои : 10.1016/0550-3213(94)90321-2 . S2CID   10927539 .
  37. ^ Адамс, Аллан ; Лю, Сяо; МакГриви, Джон; Солтман, Алекс; Сильверстайн, Ева (2005). «Все разваливается: изменение топологии из-за намотки тахионов». Журнал физики высоких энергий . 2005 (10): 033. arXiv : hep-th/0502021 . Бибкод : 2005JHEP...10..033A . дои : 10.1088/1126-6708/2005/10/033 . S2CID   14320855 .
  38. ^ Смолин, Ли (2006). Проблемы с физикой: расцвет теории струн, падение науки и что будет дальше . Хоутон Миффлин. ISBN  978-0-618-55105-7 .
  39. ^ Дафф, MJ (2011). «Струна и М-теория: ответы критикам». Основы физики . 43 (1): 182–200. arXiv : 1112.0788 . Бибкод : 2013FoPh...43..182D . дои : 10.1007/s10701-011-9618-4 . S2CID   55066230 .
  40. ^ Чуй, Гленнда (1 мая 2007 г.). «Великие дебаты о струнах» . Журнал «Симметрия» . Архивировано из оригинала 17 октября 2018 г. Проверено 17 октября 2018 г.
  41. ^ Поттер, Франклин (15 февраля 2005 г.). «Лептоны и кварки в дискретном пространстве-времени» (PDF) . Жемчужины науки Фрэнка Поттера . Архивировано (PDF) из оригинала 09 марта 2021 г. Проверено 1 декабря 2009 г.
  42. ^ Билсон-Томпсон, Сандэнс О.; Маркопулу, Фотини; Смолин, Ли (2007). «Квантовая гравитация и стандартная модель». Классическая и квантовая гравитация . 24 (16): 3975–3994. arXiv : hep-th/0603022 . Бибкод : 2007CQGra..24.3975B . дои : 10.1088/0264-9381/24/16/002 . S2CID   37406474 .
  43. ^ Кастельвекки, Давиде; Валери Джеймисон (12 августа 2006 г.). «Вы созданы из пространства-времени» . Новый учёный (2564). Архивировано из оригинала 9 февраля 2008 года . Проверено 16 сентября 2017 г.
  44. ^ Билсон-Томпсон, Сандэнс; Хакетт, Джонатан; Кауфман, Лу; Смолин, Ли (2008). «Идентификация частиц по симметриям инвариантов сети плетеных лент». arXiv : 0804.0037 [ шестнадцатый ].
  45. ^ Финстер, Ф.; Кляйнер, Дж. (2015). «Каузальные фермионные системы как кандидат единой физической теории». Физический журнал: серия конференций . 626 (2015): 012020. arXiv : 1502.03587 . Бибкод : 2015JPhCS.626a2020F . дои : 10.1088/1742-6596/626/1/012020 . S2CID   33471826 .
  46. ^ Коуэн, Рон (16 ноября 2015 г.). «Квантовый источник пространства-времени». Природа . 527 (7578): 290–293. Бибкод : 2015Natur.527..290C . дои : 10.1038/527290a . ПМИД   26581274 . S2CID   4447880 .
  47. ^ Яки, СЛ (1966). Актуальность физики . Чикаго Пресс. стр. 127–130.
  48. ↑ Фриман Дайсон, NYRB, 13 мая 2004 г.
  49. ↑ Стивен Хокинг, Гёдель и конец физики. Архивировано 29 мая 2020 г. в Wayback Machine , 20 июля 2002 г.
  50. ^ Шмидхубер, Юрген (1997). Взгляд компьютерного ученого на жизнь, Вселенную и все остальное. Конспекты лекций по информатике . Том. 1337. Спрингер . стр. 201–208. CiteSeerX   10.1.1.580.1970 . дои : 10.1007/BFb0052071 . ISBN  978-3-540-63746-2 . S2CID   21317070 . Архивировано из оригинала 27 февраля 2014 г. Проверено 26 марта 2008 г.
  51. ^ Шмидхубер, Юрген (2002). «Иерархии обобщенных колмогоровских сложностей и неисчислимые универсальные меры, вычислимые в пределе». Международный журнал основ компьютерных наук . 13 (4): 587–612. arXiv : Quant-ph/0011122 . Бибкод : 2000quant.ph.11122S . дои : 10.1142/s0129054102001291 .
  52. ^ Феферман, Соломон (17 ноября 2006 г.). «Природа и значение теорем Гёделя о неполноте» (PDF) . Институт перспективных исследований . Архивировано (PDF) из оригинала 17 декабря 2008 г. Проверено 12 января 2009 г.
  53. ^ Робертсон, Дуглас С. (2007). «Теорема Гёделя, теория всего и будущее науки и математики». Сложность . 5 (5): 22–27. Бибкод : 2000Cmplx...5e..22R . doi : 10.1002/1099-0526(200005/06)5:5<22::AID-CPLX4>3.0.CO;2-0 .
  54. ^ Хокинг, Стивен (20 июля 2002 г.). «Гёдель и конец физики» . Архивировано из оригинала 21 мая 2011 г. Проверено 1 декабря 2009 г.
  55. ^ результаты, поиск (17 декабря 2006 г.). Новый космический лук: кварки и природа Вселенной . ЦРК Пресс. ISBN  978-1-58488-798-0 .
  56. ^ Эйнштейн, письмо Феликсу Кляйну, 1917 г. (О детерминизме и приближениях). Цитируется в Pais (1982), Ch. 17.
  57. ^ Вайнберг (1993), Глава 2.
  58. ^ Суперструны, P-браны и М-теория . п. 7.
  59. ^ Вайнберг (1993) с. 5

Библиография [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме « Теория всего» .
В Wikiquote есть цитаты, связанные с «Теорией всего» .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Theory_of_everything&oldid=1227097752"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 95e3a9fea8997eaf4981cf2c6b6fa850__1717426680
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/95/50/95e3a9fea8997eaf4981cf2c6b6fa850.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Theory of everything - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)