Тэорыя ўсяго

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
За межамі Стандартнай мадэлі
CMS Higgs-event.jpg
Стандартная мадэль
Гл. таксама «Фізічны партал»


Тэорыя ўсяго (англ.: Theory of everything, TOE) - гіпатэтычная аб'яднаная фізіка-матэматычная тэорыя, якая апісвае ўсе вядомыя фундаментальныя ўзаемадзеянні. Першапачаткова дадзены тэрмін выкарыстоўваўся ў іранічным ключы для абазначэння разнастайных абагульненых тэорый[1]. З часам тэрмін замацаваўся ў папулярызацыі квантавай фізікі для абазначэння тэорыі, якая б аб'яднала ўсе чатыры фундаментальныя ўзаемадзеянні ў прыродзе. У навуковай літаратуры замест тэрміна «тэорыя ўсяго» выкарыстоўваецца тэрмін «адзіная тэорыя поля», тым не менш варта мець на ўвазе, што тэорыя за ўсё можа быць пабудавана і без выкарыстання палёў, нягледзячы на ​​тое, што навуковы статус такіх тэорый можа быць спрэчным.

На працягу дваццатага стагоддзя было прапанавана мноства «тэорый ўсяго», але ні адна з іх не змагла прайсці эксперыментальную праверку, ці існуюць значныя цяжкасці ў арганізацыі эксперыментальнай праверкі для некаторых з кандыдатаў. Асноўная праблема пабудовы навуковай «тэорыі ўсяго» складаецца ў тым, што квантавая механіка і агульная тэорыя адноснасці (АТА) маюць розныя вобласці прымянення. Квантавая механіка ў асноўным выкарыстоўваецца для апісання мікрасвету, а агульная тэорыя адноснасці ўжываецца да макрасвету. СТА (спецыяльная тэорыя адноснасці) апісвае з'явы пры вялікіх хуткасцях, а АТА з'яўляецца абагульненнем ньютонаўскай тэорыі гравітацыі, якая аб'ядноўвае яе са СТА і распаўсюджвае на выпадак вялікіх адлегласцяў і вялікіх мас. Непасрэднае сумяшчэнне квантавай механікі і спецыяльнай тэорыі адноснасці ў адзіным фармалізме (квантавай рэлятывісцкай тэорыі поля) прыводзіць да праблемы разыходнасці - адсутнасці канчатковых вынікаў для эксперыментальна правяраемых велічынь. Для вырашэння гэтай праблемы выкарыстоўваецца ідэя перанарміроўкі велічынь. Для некаторых мадэляў механізм перанарміровак дазваляе пабудаваць вельмі добра тэорыі, якія добра працуюць, але даданне гравітацыі (гэта значыць ўключэнне ў тэорыю АТА як гранічнага выпадку для малых палёў і вялікіх адлегласцяў) прыводзіць да разыходнасцяў, якія прыбраць пакуль не ўдаецца. Хоць з гэтага зусім не вынікае, што такая тэорыя не можа быць пабудаваная.

Мезон Мезон Барыён Нуклон Кварк Лептон Электрон Адрон Атам Малекула Фатон W- і Z-базоны Глюон Гравітон Электрамагнітнае ўзаемадзеянне Слабае ўзаемадзеянне Моцнае ўзаемадзеянне Гравітацыя Квантавая электрадынаміка Квантавая хромадынаміка Квантавая гравітацыя Электраслабае ўзаемадзеянне Тэорыя Вялікага аб'яднання Тэорыя ўсяго Элементарная часціца Рэчыва Базон Хігса
Кароткі агляд розных сямействаў элементарных і састаўных часціц, і тэорыі, якія апісваюць іх узаемадзеянні. Ферміёны злева, Базоны справа. (на пункты на карцінцы можна націскаць)

Асноўныя палажэнні[правіць | правіць зыходнік]

Пасля пабудовы ў канцы XIX стагоддзя электрадынамікі, якая аб'яднала на аснове ураўненняў Максвела у адзінай тэарэтычнай схеме з'явы электрычнасці, магнетызму і оптыкі, у фізіцы ўзнікла ідэя тлумачэння на аснове электрамагнетызму ўсіх вядомых фізічных з'яў. Аднак праца над стварэннем агульнай тэорыі адноснасці прывяла фізікаў да думкі, што для апісання на адзінай аснове ўсіх з'яў неабходна аб'яднанне тэорый электрамагнетызму і гравітацыі.

Першыя варыянты адзіных тэорый поля былі створаны Дэвідам Гілбертам і Германам Вейлям. У далейшым вялікую ўвагу «тэорыі ўсяго» прысвяціў Альберт Эйнштэйн. Ён прысвяціў спробам яе стварэння большую частку свайго жыцця. Гілберт, Вейль і, у далейшым, Эйнштэйн лічылі, што дастаткова аб'яднаць агульную тэорыю адноснасці і электрамагнетызм, да таго ж спачатку не мелася на ўвазе, што яны павінны быць квантавымі, так як сама квантавая механіка яшчэ не была дастаткова развіта. У значнай меры, калі не цалкам, мінімальная праграма - аб'яднанне АТА і электрадынамікі была вырашана ў рамках тэорыі Калуцы - Клейна (магчыма, і яшчэ некаторых тэорый), але амаль ўжо да часу яе стварэння стала актуальным ўключэнне ў тэорыю іншых палёў і прадказанне існавання многіх часціц, што было не зусім трывіяльным, а ў далейшым праясніліся і новыя цяжкасці, а квантавы варыянт тэорыі Калуцы-Клейна хоць і быў мыслім, аднак квантаванне напіхвалася на цяжкасці канкрэтнай распрацоўкі, як і квантаванне самай агульнай тэорыі адноснасці асобна.

Сучасная фізіка патрабуе ад «тэорыі ўсяго» аб'яднання чатырох вядомых у цяперашні час фундаментальных узаемадзеянняў:

Акрамя таго, яна павінна тлумачыць існаванне ўсіх элементарных часціц. Першым крокам на шляху да гэтага стала аб'яднанне электрамагнітнага і слабога узаемадзеянняў ў тэорыі электраслабого ўзаемадзеяння, створанай у 1967 Стывенам Вайнбергам, Шэлданам Глэшоу і Абдусам Саламам. У 1973 годзе была прапанаваная тэорыя моцнага ўзаемадзеяння. Пасля чаго з'явілася некалькі варыянтаў тэорый Вялікага аб'яднання (найбольш вядомая з іх - тэорыя Паці - Салама, 1974), у рамках якіх удалося аб'яднаць усе тыпы узаемадзеянняў, акрамя гравітацыйнага. Праўда, ні адна з тэорый Вялікага аб'яднання пакуль не знайшла пацверджання, а некаторыя ўжо абвергнутыя эксперыментальна на аснове дадзеных па адсутнасці распаду пратона. Адсутных звяном у «тэорыі ўсяго» застаецца пацвярджэнне якой-небудзь з тэорый Вялікага аб'яднання і пабудова квантавай тэорыі гравітацыі на аснове квантавай механікі і агульнай тэорыі адноснасці.

У цяперашні час асноўнымі кандыдатамі ў якасці «тэорыі ўсяго» з'яўляюцца тэорыя струн, пятлявая тэорыя і тэорыя Калуцы - Клейна. Аб апошняй больш падрабязна. У пачатку дваццатага стагоддзя з'явіліся здагадкі, што Сусвет мае больш вымярэнняў, чым назіраныя тры прасторавых і адно часовае. Штуршком да гэтага стала тэорыя Калуцы - Клейна, якая дазваляе ўбачыць, што ўвядзенне ў агульную тэорыю адноснасці дадатковага вымярэння прыводзіць да атрымання ураўненняў Максвела. Дзякуючы ідэям Калуцы і Клейна стала магчымым стварэнне тэорый, якія аперыруюць вялікімі размернасцямі. Выкарыстанне дадатковых вымярэнняў падказала адказ на пытанне аб тым, чаму дзеянне гравітацыі выяўляецца значна слабей, чым іншыя віды узаемадзеянняў. Агульнапрыняты адказ складаецца ў тым, што гравітацыя існуе ў дадатковых вымярэннях, таму яе ўплыў на назіраныя вымярэнні слабее.

У канцы 2007 года Гарэт Лісі прапанаваў «Выключна простую тэорыю ўсяго», заснаваную на уласцівасцях алгебры Лі. Нягледзячы на ​​выяўленыя недахопы тэорыі Лісі, яна можа адкрыць новы напрамак работ у галіне адзінай тэорыі поля.

У канцы 1990-х стала ясна, што агульнай праблемай прапанаваных варыянтаў «тэорыі ўсяго» з'яўляецца тое, што яны нястрога вызначаюць характарыстыкі назіранага Сусвету. Так, многія тэорыі квантавай гравітацыі дапускаюць існаванне сусветаў з адвольнай колькасцю вымярэнняў ці адвольным значэннем касмалагічнай пастаяннай. Некаторыя фізікі прытрымліваюцца думкі, што у рэчаіснасці існуе мноства сусветаў, але толькі невялікая іх колькасць заселеныя, а значыць, фундаментальныя канстанты сусвету вызначаюцца антрапічным прынцыпам. Макс Тэгмарк давёў гэты прынцып да лагічнага завяршэння, якое пастулюе, што «ўсе матэматычна несупярэчныя структуры існуюць фізічна». Гэта азначае, што дастаткова складаныя матэматычныя мадэлі могуць утрымліваць «структуру, якая сама сябе усвядомлівае», якая будзе суб'ектыўна ўспрымаць сябе такой, «якая жыве ў рэальным свеце».

У навуковай супольнасці фізікаў працягваюцца дэбаты з нагоды таго, ці варта лічыць «тэорыю ўсяго» фундаментальным законам Сусвету. Адзін пункт гледжання, строга рэдукцыяністскі, складаецца ў тым, што «тэорыя ўсяго» - гэта фундаментальны закон Сусвету і што ўсе астатнія тэорыі, якія апісваюць Сусвет, з'яўляюцца яе следствамі або лімітавымі выпадкамі. Іншая пункт гледжання абапіраецца на законы, названыя Нобелеўскім лаўрэатам па фізіцы Стывенам Вайнбергам законамі «свабоднага плавання», якія вызначаюць паводзіны складаных сістэм. Крытыка апошняй пункту гледжання звяртае ўвагу на тое, што ў такой фармулёўцы «тэорыя ўсяго» парушае прынцып брытвы Окама.

Сярод іншых фактараў, якія памяншаюць тлумачальна-прадказвальную каштоўнасць «тэорыі ўсяго», яе адчувальнасць да наяўнасці ў Сусвету межавых умоў і існаванне матэматычнага хаосу сярод яе рашэнняў, што робіць яе прадказанні дакладнымі, але бескарыснымі.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Так, прадзед Іёна Ціхага, персанажа навукова-фантастычнага цыклу Станіслава Лема, працаваў над «Агульнай тэорыяй ўсяго».

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]