Teori om alt

Teorien om alting er en hypotetisk samlet fysisk og matematisk teori, der beskriver alle kendte fundamentale interaktioner . Oprindeligt blev dette udtryk brugt på en ironisk måde for at henvise til en række generaliserede teorier [1] . Over tid tog udtrykket fat i kvantefysikkens populariseringer for at henvise til en teori, der ville forene alle fire grundlæggende kræfter i naturen. I moderne videnskabelig litteratur bruges i stedet for udtrykket "teori om alting" normalt udtrykket " forenet feltteori" , men man skal huske på, at teorien om alt kan bygges uden brug af felter, på trods af faktum, at den videnskabelige status af sådanne teorier kan være kontroversiel.

I løbet af det tyvende århundrede er mange "teorier om alt" blevet foreslået, men ingen af ​​dem har været i stand til at bestå eksperimentel test, eller der er betydelige vanskeligheder med at organisere eksperimentel test for nogle af kandidaterne. Hovedproblemet ved at bygge en videnskabelig "teori om alting" er, at kvantemekanik og generel relativitetsteori (GR) har forskellige anvendelsesområder. Kvantemekanik bruges hovedsageligt til at beskrive mikrokosmos, mens generel relativitetsteori er anvendelig til makrokosmos . Den særlige relativitetsteori (SRT) beskriver fænomener ved høje hastigheder, og generel relativitetsteori er en generalisering af den newtonske tyngdekraftsteori, der kombinerer den med SRT og udvider den til at omfatte store afstande og store masser. Den direkte kombination af kvantemekanik og speciel relativitet i en enkelt formalisme (kvanterelativistisk feltteori) fører til problemet med divergens - fraværet af endelige resultater for eksperimentelt verificerede størrelser. For at løse dette problem bruges ideen om renormalisering af mængder. For nogle modeller gør renormaliseringsmekanismen det muligt at konstruere meget velfungerende teorier, men tilføjelsen af ​​tyngdekraften (det vil sige inddragelsen af ​​GR som et begrænsende tilfælde for små felter og store afstande i teorien) fører til divergenser, der ikke kan endnu fjernes. Selvom det slet ikke følger, at en sådan teori ikke kan konstrueres.

Grundlæggende

Efter konstruktionen af ​​elektrodynamik i slutningen af ​​det 19. århundrede , som kombinerede fænomenerne elektricitet, magnetisme og optik på basis af Maxwells ligninger i et enkelt teoretisk skema, ideen om at forklare alle kendte fysiske fænomener på basis af elektromagnetisme opstod i fysikken. Arbejdet med skabelsen af ​​den generelle relativitetsteori førte imidlertid fysikere til ideen om, at for at beskrive alle fænomener på et enkelt grundlag, er det nødvendigt at kombinere teorierne om elektromagnetisme og tyngdekraft .

De første varianter af forenede feltteorier blev skabt af David Hilbert og Hermann Weyl . I fremtiden var Albert Einstein meget opmærksom på "teorien om alting" . Han viede det meste af sit liv til at forsøge at skabe det [2] . Hilbert, Weil og senere Einstein mente, at det var nok at kombinere den generelle relativitetsteori og elektromagnetisme , desuden var det i begyndelsen ikke meningen, at de skulle være kvante, da selve kvantemekanikken endnu ikke var tilstrækkeligt udviklet. I vid udstrækning, hvis ikke helt, minimumsprogrammet - foreningen af ​​generel relativitet og elektrodynamik blev løst inden for rammerne af Kaluza-Klein-teorien (og muligvis nogle andre teorier), men næsten på tidspunktet for dens oprettelse blev det relevant at inkludere andre felter i teorien og forudsige eksistensen af ​​mange partikler, hvilket ikke var helt trivielt, og senere blev nye vanskeligheder tydelige, og selvom kvanteversionen af ​​Kaluza-Klein-teorien var tænkelig, stødte kvantisering imidlertid på vanskelighederne ved at en specifik udvikling, samt kvantisering af selve den generelle relativitetsteori separat.

Moderne fysik kræver en "teori om alt" for at kombinere de fire aktuelt kendte fundamentale interaktioner :

• gravitationsinteraktion ;
• elektromagnetisk interaktion ;
• stærk atomkraft ;
• svag atomkraft .

Derudover skal den forklare eksistensen af ​​alle elementarpartikler . Det første skridt hen imod dette var foreningen af ​​de elektromagnetiske og svage kræfter i teorien om den elektrosvage kraft , skabt i 1967 af Steven Weinberg , Sheldon Glashow og Abdus Salam . I 1973 blev teorien om den stærke interaktion foreslået . Derefter dukkede flere varianter af Great Unification-teorierne op (den mest berømte af dem er Pati-Salam-teorien, 1974 ), inden for hvilke det var muligt at kombinere alle typer interaktioner, undtagen gravitation. Sandt nok er ingen af ​​teorierne om Grand Unification endnu blevet bekræftet, og nogle er allerede blevet tilbagevist eksperimentelt på basis af data om fraværet af protonhenfald. Det manglende led i "teorien om alting" forbliver bekræftelsen af ​​enhver af de store forenede teorier og konstruktionen af ​​en kvanteteori om tyngdekraft baseret på kvantemekanik og generel relativitet .

I slutningen af ​​1990'erne blev det klart, at et fælles problem med de foreslåede versioner af "teorien om alting" er, at de ikke strengt bestemmer egenskaberne af det observerbare univers. Således tillader mange teorier om kvantetyngdekraft eksistensen af ​​universer med et vilkårligt antal dimensioner eller en vilkårlig værdi af den kosmologiske konstant . Nogle fysikere er af den opfattelse, at der faktisk er mange universer, men kun et lille antal af dem er beboet, hvilket betyder, at universets grundlæggende konstanter er bestemt af det antropiske princip . Max Tegmark tog dette princip til sin logiske konklusion og postulerede, at "alle matematisk konsistente strukturer eksisterer fysisk." Det betyder, at tilstrækkeligt komplekse matematiske strukturer kan indeholde en "selvbevidst struktur", der subjektivt vil opfatte sig selv som "levende i den virkelige verden."

I slutningen af ​​2007 foreslog Garret Lisi en " Exceptionelt simpel teori om alt " baseret på egenskaberne af Lie-algebraen . På trods af de opdagede mangler ved Lisis teori, kan den åbne en ny linje af arbejde inden for feltet for forenede feltteorier.

På nuværende tidspunkt er de vigtigste kandidater til en "teori om alting" strengteori , sløjfeteori og Kaluza-Klein-teorien . Mere om den sidste. I begyndelsen af ​​det tyvende århundrede var der forslag om, at universet har flere dimensioner end de tre observerbare rumlige og en tidsmæssige. Drivkraften til dette var Kaluza-Klein-teorien , som giver os mulighed for at se, at indførelsen af ​​en yderligere dimension i den generelle relativitetsteori fører til Maxwell-ligningerne . Takket være ideerne fra Kaluza og Klein blev det muligt at skabe teorier, der opererer med store dimensioner. Brugen af ​​ekstra dimensioner fik svaret på spørgsmålet om, hvorfor tyngdekraftens virkning er meget svagere end andre typer interaktioner. Det generelt accepterede svar er, at tyngdekraften eksisterer i ekstra dimensioner, så dens effekt på observerbare dimensioner svækkes.

Der er en løbende debat i det videnskabelige samfund af fysik om, hvorvidt "teorien om alting" skal betragtes som universets grundlæggende lov . Et synspunkt, strengt reduktionistisk , er, at "teorien om alt" er universets grundlæggende lov, og at alle andre teorier, der beskriver universet, er konsekvenser eller begrænsende tilfælde af det. Et andet synspunkt bygger på de love, som nobelpristageren i fysik Steven Weinberg kaldte lovene om "frit flydende", som bestemmer komplekse systemers adfærd. Kritik af sidstnævnte synspunkt gør opmærksom på, at i en sådan formulering krænker "teorien om alt" princippet om Occams barbermaskine .

Blandt andre faktorer, der reducerer den forklarende og forudsigelige værdi af "teorien om alt", dens følsomhed over for tilstedeværelsen af ​​grænsebetingelser i universet og eksistensen af ​​matematisk kaos blandt dets løsninger.

Se også

• kvantefeltteori
• kvantetyngdekraften
• Sløjfe kvantetyngdekraft
• Strengteori
• M-teori
• supersymmetri
• standard model
• Store forenede teorier
• Hypotese om det matematiske univers
• Teori om alting (filosofi)
• Uløste problemer i moderne fysik

Noter

1. ↑ Så oldefar til Iyon Tichy , en karakter i Stanislav Lems sci-fi-cyklus , arbejdede på "General Theory of Everything".
2. ↑ Evgeny Berkovich. Einsteins tragedie, eller Happy Sisyphus. Essay andet. Einstein vs Pauli. Unified field theory  // Videnskab og liv . - 2020. - Nr. 2 . - S. 66-79 . Arkiveret fra originalen den 27. september 2020. (Russisk)

Litteratur

• Vizgin V.P. Forenede teorier i den 1. tredjedel af det 20. århundrede. - M .: Nauka, 1985. - S. 304.
• Weinberg S. Drømmer om den endelige teori. Dreams of a Final Theory  - M .: LKI, 2008, - S. 256, ISBN 978-5-382-00590-4 .
• Maykov V.P. Fysikmetode med ikke-newtonsk tid. På lør. Fysikkens filosofi: Faktiske problemer. Materialer fra den videnskabelige konference (MSU) 17.-18. juni 2010. - M.: LENAND, 2010, - S. 95-99. ISBN 978-5-9710-0319-9 .
• Maikov VP Kvanterelativistisk termodynamisk kosmologi. På lør. Fysikkens filosofi: Faktiske problemer. Materialer fra den videnskabelige konference (MSU) 17.-18. juni 2010. - M.: LENAND, 2010, - S. 228-232. ISBN 978-5-9710-0319-9 .
• Michio Kaku . Gud ligning. På jagt efter en teori om alting = Michio Kaku. Gudsligningen: Jagten på en teori om alting. - M. : Alpina faglitteratur, 2022. - 246 s. - ISBN 978-5-00139-431-0 .

Links

• [bse.sci-lib.com/article036754.html Artikel "Unified Field Theory"] // Great Soviet Encyclopedia

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Britannica (online) Universalis
I bibliografiske kataloger	GND : 7507111-3 NKC : ph556928