В чем заключается идея «Теории Всего»?

5353
4
0
26 октября
08:50
октябрь
2015

Благодаря громадному количеству накопленных экспериментальных данных и теоретических объяснений мы, то есть человечество, более-менее представляем, как устроен мир: можно сказать, что все состоит из частиц, отчасти ведущих себя как волны, и все-все-все, что происходит в мире, сводится к тому, что эти частицы постоянно рождают и поглощают другие частицы по определенным правилам (закон сохранения энергии — пример такого правила). Из этих частиц состоят атомы, из атомов — молекулы, из молекул — сложные молекулярные комплексы, например, клетки, из клеток — мы, люди. Стало быть, раз мы понимаем, как ведут себя частицы, то мы в принципе можем засунуть математическое описание огромного множества частиц в супермощный суперкомпьютер и рассчитать все, что будет происходить с человеком и планетой, собранными из этих частиц. В общем, все науки и все знания обо всем, что есть в природе — это прикладная физика (xkcd.ru).

Помимо всяких мелких неясностей, которые в науке постоянно появляются и разрешаются, есть несколько важных проблем.

1. На самом деле не все сводится к известным частицам. Данные космологии говорят, что должны существовать еще как минимум темная материя и темная энергия — штуки с известными свойствами, но не совсем понятной сущностью. Может, это тоже частицы, а может и нет.

2. Симметрии и произвольные параметры. Вот есть Стандартная модель — теория, которая описывает значительную часть процессов, происходящих с частицами. Она включает некоторые базовые принципы, общие у нее и у родственных теорий, и Самую Главную Формулу — лагранжиан Стандартной Модели. Кое-что в этой формуле опять же построено в соответствии с общими правилами, но не все. Этот лагранжиан можно некоторым образом преобразовать, но он от этого не изменится — подобно тому, как можно повернуть квадрат на 90 градусов, и он перейдет сам в себя (и это важно, с такими преобразованиями связаны законы сохранения и типы частиц, описываемых теорией). И вот этот лагранжиан обладает каким-то слишком хитрым набором симметрий. Кроме того, в лагранжиане имеется два десятка параметров — чисел, про которые вообще непонятно, откуда взялись и как между собой связаны. Масса электрона, например. Два десятка — это довольно неплохо, но все-таки многовато.

3. Почему вообще частицы? Почему вообще для описания мироздания нужно складывать всевозможные траектории через функциональный интеграл (неважно, что это), а не производить какое-то другое математическое действие? Почему базовые принципы, на которых мы основываем фундаментальные теории, именно такие, какие они есть?

Теория всего— это такая теория, которая решает если не третью, то хотя бы первую и вторую проблемы. Успешно описывает и известные частицы, и темную материю с темной энергией, и прочее. При этом выводится довольно просто: из небольшого количества базовых принципов и произвольных параметров (одного будет достаточно).

Теорию всего пока не придумали. Возможно, ее можно описать на том же языке частиц, обменивающихся другими частицами по некоторым законам; возможно, придется привлечь другие идеи, например, что частицы — это крохотные замкнутые струнки. Неизвестно, какая идея окажется успешной. Хочется надеяться, что когда-нибудь теорию всего таки построят. Тогда мы, то есть человечество (или как минимум мы — физики-теоретики), действительно успешно опишем мир на глубочайшем возможном уровне. Поймем, как он устроен на самом деле, а не каким он кажется.

61
3
октябрь
2015

Возможно, когда-то она была шуточной, но сейчас это не шутка. Работы в этом направлении ведутся многими учёными. Формулирование такой теории поможет глубже понять механизмы существования вселенной.

Когда-то было обнаружено, что электричество и магнетизм - это разные проявления одного и то же взаимодействия. С тех пор взаимодействие называют "электромагнитным".

На данный момент известны четыре вида взаимодействия: электромагнитное, гравитационное, сильное ядерное и слабое ядерное. Все эти взаимодействия были изучены в отдельности друг от друга. Но что если взаимодействия имеют в своей основе что-то фундаментально общее? Что если можно найти какую-то общую силу, общий принцип их функционирования (как это произошло с электричеством и магнетизмом)? Если это произойдёт, это, конечно, будет великий день в истории науки.

Для интереса, я могу привести из Википедии кусочек объяснения из теории струн (перспективной теории, которая на данный момент не завершена полностью). "Квантовая струна — бесконечно тонкие одномерные объекты длиной в 0,00000000000000000000000000000001 миллиметра, колебания которых производят всё многообразие элементарных частиц. Характер колебаний струны задаёт свойства материи, такие как электрический заряд." То есть теория струн предполагает, что разные элементарные частицы и разные типы взаимодействий есть ни что иное как разные "звучания" элементарных колебаний.

P. S. Анна Синельникова подсказывает мне, что ещё в 60-х годах была выдвинута теория об общей природе электромагнитного и слабого взаимодействий. Впоследствии эта теория была подтверждена экспериментально (73 и 83 гг.) и её авторы были награждены Нобелевской премией в 1979-м году.

Таким образом, сейчас существует лишь 3 необъединённых фундаментальных взаимодейсвтия: электрослабое (электричество+магнетизм+ядерное слабое), гравитационное, ядерное сильное.

18
1
май
2016

Ответы выше блистают своей точностью, а я попробую просто передать это более лайтовым способом (для тех кому лень читать тексты с огромным количеством терминов и догонять их).

С самого начала своего существования, люди стремились к познанию окружающего с целью полного понимания нашего мира, по-тихоньку это перешло в желание укротить все физические явления и подогнать их под логические рамки, поэтому ученые и начали выдвигать свои многочисленные теории.

Теория - это какая-то логика, доказанная происшедшими событиями и предугадывающая последующие. Теории очень сильно влияют на наше восприятие окружающего мира (вспомните как менялось мировоззрение с античных времен до наших дней).

Однако, наш мир ака Вселенная представляет из себя очень сложное многослойное многоструктурное понятие, что очень затрудняет полностью "подчинить" ее (в пример можно привести строптивого дикого животного, которого человек пытается усмирить, чтобы понимать и контролировать его будущие действия). Дело в том, что существующие до этого момента теории хоть и объясняют очень многое и возвели фундамент в нашем понимании Вселенной, но они все же допускают очень много пробелов и имеют кое-какие нестыковки между собой. Речь идет об Общей Теории Относительности и Квантовой механике, которые исследуют противоположные по размеру объекты во Вселенной (необозримо огромные и необозримо маленькие). Именно они, можно сказать, "делят" физику на две не стыкующиеся части, заставляя ученых работать или в том, или в ином направлении. Изображенный на фотографии к вопросу Стивен Хокинг (точнее Эдди Рэдмэйн в его роли, лол) - один из активистов, работающих над слиянием этих теорий в единую "Теорию Всего".

"Теория всего" - это концепция, изящная и простая модель всей Вселенной, которая поможет подчинить ВСЕ физические явления и объяснить многое, что сейчас находится выше человеческого понимания. Красивое правило, перед которым склонится все происходящее (ошейник для нашего неукротимого зверя, который еще и имеет опцию транслировать его мысли).

И в конце, снова вернусь к Хокингу и процитирую его доклад студентам Кейс-колледжа в 1992 г.: "Я полон надежд, что мы найдем стройную и непротиворечивую модель, описывающую все во Вселенной, и тогда это будет истинным триумфом человечества."

Надеюсь теперь более понятно что это за идея.

0
0
показать ещё 2 ответа
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта