Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Теорія всього



План:


Введення

Теорія всього ( англ. Theory of everything, TOE ) - гіпотетична об'єднана фізико-математична теорія, що описує всі відомі фундаментальні взаємодії. Спочатку даний термін використовувався в іронічному ключі для позначення різноманітних узагальнених теорій [1]. З часом термін закріпився в популяризації квантової фізики для позначення теорії, яка б об'єднала всі чотири фундаментальні взаємодії в природі. В науковій літературі замість терміна "теорія всього" використовується термін "єдина теорія поля", проте слід мати на увазі, що теорія всього може бути побудована і без використання полів, незважаючи на те, що науковий статус таких теорій може бути спірним.

Протягом двадцятого століття було запропоновано безліч "теорій за все", але жодна з них не змогла пройти експериментальну перевірку, або існують значні утруднення в організації експериментальної перевірки для деяких з кандидатів. Основна проблема побудови наукової "теорії всього" полягає в тому, що квантова механіка і загальна теорія відносності (ЗТВ) мають різні сфери застосування. Квантова механіка в основному використовується для опису мікросвіту, а загальна теорія відносності застосовна до макросвіту. СТО ( Спеціальна теорія відносності) описує явища при великих швидкостях, а ОТО є узагальненням ньютонівської теорії гравітації, яка об'єднує її зі СТО і розповсюджує на випадок великих відстаней і великих мас. Безпосереднє поєднання квантової механіки та спеціальної теорії відносності в єдиному формалізмі (квантової релятивістської теорії поля) призводить до проблеми расходимости - відсутності кінцевих результатів для експериментально перевіряються величин. Для вирішення цієї проблеми використовується ідея перенормування величин. Для деяких моделей механізм перенорміровок дозволяє побудувати дуже добре працюють теорії, але додавання гравітації (тобто включення в теорію ОТО як граничного випадку для малих полів і великих відстаней) призводить до расходимости, які прибрати поки не вдається. Хоча з цього зовсім не випливає, що така теорія не може бути побудована.


1. Основні положення

Після побудови в кінці XIX століття електродинаміки, що об'єднала на основі рівнянь Максвелла в єдиній теоретичній схемі явища електрики, магнетизму і оптики, у фізиці виникла ідея пояснення на основі електромагнетизму всіх відомих фізичних явищ. Проте створення загальної теорії відносності привело фізиків до думки, що для опису на єдиній основі всіх явищ необхідне об'єднання теорій електромагнетизму і гравітації.

Перші варіанти єдиних теорій поля були створені Давидом Гільбертом і Германом Вейлем. Надалі велику увагу "теорії всього" приділив Альберт Ейнштейн. Він присвятив спробам її створення велику частину свого життя. Гільберт, Вейль і, надалі, Ейнштейн вважали, що достатньо об'єднати загальну теорію відносності і електромагнетизм, до того ж спочатку не малося на увазі, що вони повинні бути квантовими, так як сама квантова механіка ще не була достатньо розвиненою. Значною мірою, якщо не повністю, мінімальна програма - об'єднання ОТО і електродинаміки була вирішена в рамках теорії Калуци - Клейна (можливо, і ще деяких теорій), але майже вже до часу її створення стало актуальним включення в теорію інших полів і пророкування існування багатьох частинок, що було не зовсім тривіальним, а в подальшому прояснилися і нові труднощі, а квантовий варіант теорії Калуци-Клейна хоч і був мислимо, однак квантування наражалося на труднощі конкретної розробки, як і квантування самій загальній теорії відносності окремо.

Сучасна фізика вимагає від "теорії всього" об'єднання чотирьох відомих в даний час фундаментальних взаємодій :

Крім того, вона повинна пояснювати існування всіх елементарних частинок. Першим кроком на шляху до цього стало об'єднання електромагнітного і слабкої взаємодій в теорії електрослабкої взаємодії, створеної в 1967 Стівеном Вайнбергом, Шелдоном Глешоу і Абдус Саламом. В 1973 була запропонована теорія сильної взаємодії. Після чого з'явилося кілька варіантів теорій Великого об'єднання (найбільш відома з них - теорія Паті - Салама, 1974), в рамках яких вдалося об'єднати всі типи взаємодій, окрім гравітаційного. Правда, жодна з теорій Великого об'єднання поки не знайшла підтвердження, а деякі вже спростовані експериментально на основі даних по відсутності розпаду протона. Відсутньою ланкою в "теорії всього" залишається підтвердження будь-якої з теорій Великого об'єднання і побудова квантової теорії гравітації на основі квантової механіки і загальної теорії відносності.

В даний час основними кандидатами в якості "теорії всього" є теорія струн, петлевая теорія і теорія Калуци - Клейна. Про останню детальніше. На початку двадцятого століття з'явилися припущення, що Всесвіт має більше вимірів, ніж спостережувані три просторових і одне тимчасове. Поштовхом до цього стала теорія Калуци - Клейна, яка дозволяє побачити, що введення в загальну теорію відносності додаткового виміру приводить до отримання рівнянь Максвелла. Завдяки ідеям Калуци і Клейна стало можливим створення теорій, що оперують великими розмірностями. Використання додаткових вимірів підказало відповідь на питання про те, чому дія гравітації виявляється значно слабше, ніж інші види взаємодій. Загальноприйнятий відповідь полягає в тому, що гравітація існує в додаткових вимірах, тому її вплив на спостережувані виміри слабшає.

В кінці 2007 Гаррет Ліси запропонував " Виключно просту теорію всього ", засновану на властивостях алгебр Лі. Незважаючи на виявлені недоліки теорії Лісі, вона може відкрити новий напрямок робіт в області єдиних теорій поля.

В кінці 1990-х стало ясно, що спільною проблемою пропонованих варіантів теорії всього" є те, що вони нестрого визначають характеристики спостережуваного Всесвіту. Так, багато теорії квантової гравітації допускають існування всесвітів з довільним числом вимірів або довільним значенням космологічної постійної. Деякі фізики дотримуються думки, що насправді існує безліч всесвітів, але лише невелика їх кількість заселені, а значить, фундаментальні константи всесвіту визначаються антропний принципом. Макс Тегмарк (англ.) довів цей принцип до логічного завершення, постулює, що "все математично несуперечливі структури існують фізично". Це означає, що достатньо складні математичні структури можуть містити "самоосознающие структуру", яка буде суб'єктивно сприймати себе "живе в реальному світі".

У науковому співтоваристві фізиків тривають дебати з приводу того, чи слід вважати "теорію всього" фундаментальним законом Всесвіту. Одна точка зору, строго редукціоністская, полягає в тому, що "теорія всього" - це фундаментальний закон Всесвіту і що всі інші теорії, що описують Всесвіт, є її наслідками або граничними випадками. Інша точка зору спирається на закони, названі Нобелівським лауреатом з фізики Стівеном Вайнбергом законами "вільного плавання", які визначають поведінку складних систем. Критика останньої точки зору звертає увагу на те, що в такому формулюванні "теорія всього порушує принцип бритви Оккама.

Серед інших факторів, що зменшують пояснювально-передбачувану цінність "теорії всього", її чутливість до наявності у Всесвіту граничних умов і існування математичного хаосу серед її рішень, що робить її передбачення точними, але даремними.


Примітки

  1. Так, прадід Йона Тихого, персонажа науково-фантастичного циклу Станіслава Лема, працював над "Загальною теорією всього".

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Виключно проста теорія всього
Патріарх Антиохійський і всього Сходу
Архієпископ Нової Юстиніани і всього Кіпру
День солідарності азербайджанців всього світу
Папа і Патріарх великого граду Олександрії, Лівії, Пентаполя, Ефіопії, всього Єгипту і всієї Африки
М-теорія
Теорія
Теорія 4P
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru