Тэорыя ўсяго
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 ўсяго можа быць пабудавана і без выкарыстання палёў, нягледзячы на тое, што навуковы статус такіх тэорый можа быць спрэчным.
На працягу XX стагоддзя было прапанавана мноства «тэорый усяго», 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» заключаецца 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 ньютанаўскай тэорыі гравітацыі, якая аб’ядноўвае яе з СТА і распаўсюджвае на выпадак вялікіх адлегласцей і вялікіх мас. Непасрэднае сумяшчэнне квантавай механікі і спецыяльнай тэорыі адноснасці ў адзіным фармалізме (квантавай рэлятывісцкай тэорыі поля) прыводзіць да праблемы разыходнасці — адсутнасці канечных вынікаў для эксперыментальна правяраемых велічынь. Для вырашэння гэтай праблемы выкарыстоўваецца ідэя перанарміроўкі велічынь. Для некаторых мадэлей механізм перанарміровак дазваляе пабудаваць вельмі добра тэорыі, якія добра працуюць, але даданне гравітацыі (гэта значыць уключэнне ў тэорыю АТА як гранічнага выпадку для малых палёў і вялікіх адлегласцей) прыводзіць да разыходнасцей, якія прыбраць пакуль не ўдаецца. Хоць з гэтага зусім не вынікае, што такая тэорыя не можа быць пабудавана.
Асноўныя палажэнні[правіць | правіць зыходнік]
Пасля пабудовы ў канцы XIX стагоддзя электрадынамікі, якая аб’яднала на аснове ураўненняў Максвела ў 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 Давідам Гільбертам і Германам Вейлем. У далейшым вялікую ўвагу «тэорыі ўсяго» прысвяціў Альберт Эйнштэйн. Ён прысвяціў спробам яе стварэння большую частку свайго жыцця. Гільберт, 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, бо 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 к 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 натыкалася 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:
- гравітацыйнае ўзаемадзеянне,
- электрамагнітнае ўзаемадзеянне,
- моцнае ядзернае ўзаемадзеянне,
- слабае ядзернае ўзаемадзеянне.
Акрамя таго, яна павінна тлумачыць існаванне ўсіх элементарных часціц. Першым крокам на шляху да гэтага стала аб’яднанне электрамагнітнага і слабага узаемадзеянняў ў тэорыі электраслабага ўзаемадзеяння, створанай у 1967 Стывенам Вайнбергам, Шэлданам Глэшау і Абдусам Саламам. У 1973 годзе была прапанавана 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 ўзаемадзеянняў, акрамя гравітацыйнага. Праўда, ні адна з тэорый Вялікага аб’яднання пакуль не знайшла пацвярджэння, а некаторыя ўжо абвергнутыя эксперыментальна на аснове дадзеных па адсутнасці распаду пратона. Адсутным 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, петлявая тэорыя і тэорыя Калуцы — Клейна. Аб апошняй больш падрабязна. У пачатку дваццатага стагоддзя з’явіліся здагадкі, што Сусвет мае больш вымярэнняў, чым назіраныя тры прасторавыя і адно часавае. Штуршком да гэтага стала тэорыя Калуцы — Клейна, якая дазваляе ўбачыць, што ўвядзенне ў агульную тэорыю адноснасці дадатковага вымярэння прыводзіць да атрымання ўраўненняў 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 праяўляецца значна слабей, чым іншыя віды ўзаемадзеянняў. Агульнапрыняты адказ заключаецца 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 антропным 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, заключаецца ў тым, што «тэорыя ўсяго» — гэта фундаментальны закон Сусвету, і што ўсе астатнія тэорыі, якія апісваюць Сусвет, з’яўляюцца яе вынікамі або гранічнымі выпадкамі. Іншы погляд абапіраецца на законы, названыя Нобелеўскім лаўрэатам па фізіцы Стывенам Вайнбергам законамі «свабоднага плавання», якія вызначаюць паводзіны складаных сістэм. Крытыка апошняга погляду звяртае ўвагу на тое, што ў такой фармулёўцы «тэорыя ўсяго» парушае прынцып брытвы Окама.
Сярод іншых фактараў, якія памяншаюць тлумачальна-прадказальную 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]
- Выключна простая тэорыя ўсяго
- Квантавая гравітацыя
- Квантавая тэорыя поля
- М-тэорыя
- Стандартная мадэль
- Суперсіметрыя
- Тэорыі Вялікага аб’яднання
- Тэорыя струн
- Нявырашаныя праблемы сучаснай фізікі
Зноскі
- ↑ Так, прадзед Іона Ціхага, персанажа навукова-фантастычнага цыкла Станіслава Лема, працаваў над «Агульнай тэорыяй ўсяго».
Літаратура[правіць | правіць зыходнік]
- 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.