Teorie všeho

Teorie všeho je domnělá teorie teoretické fyziky, která úplně vysvětlí to a se spojí všechny známé fyzikální jevy. Zpočátku, termín byl používán s ironickou konotací se odkazovat na různé overgeneralized teorie. Například, praděd Ijon Tichy — charakter z cyklu Stanisław Lemova vědecko-fantastická literatura popisy šedesátých lét — byl známý práci na “obecné teorii všeho”. Fyzik John Ellis prohlašuje k uvedli termín do technické literatury v článku v Nature v roce 1986. V průběhu doby, termín vězel v popularizations kvantové fyziky popisovat teorii to by sjednotilo nebo vysvětlilo to přes jediný model teorie všech základních vzájemných ovlivňování přírody.

Tam bylo mnoho teorií všeho navrhoval teoretickými fyziky přes minulé století, ale žádný byli potvrzeni experimentálně. Primární problém v produkování prst je že přijímané teorie kvantové mechaniky a obecné relativnosti jdou těžko se spojit.

Nepřehlédněte: Tato stránka obsahuje strojový překlad textu z anglické encyklopedie Wikipedia. Pokud budou některé pasáže špatně srozumitelné, zkuste se podívat i na text v originále, který najdete pod odkazem Theory of everything. Překlad byl vytvořen pomocí překladače Eurotran.

Založený na teoretických holographic principových argumentech od devadesátých lét, mnoho fyziků věří tomu 11-rozměrný M-teorie, který je popisován v mnoha sektorech maticovou řetězcovou teorií, v mnoha jiných sektorech perturbative řetězcem teorie je kompletní teorie všeho, ačkoli není tam žádná rozšířená shoda.

Historičtí předchůdcové

Laplace skvěle navrhl, že dostatečně silný intelekt mohl, jestliže to znalo rychlost každé částečky u daného času, spolu s přírodními zákony, spočítat pozici nějaké částečky v nějaké jiné době:

Intelekt, který v jistém momentě by znal všechny síly, které daly přírodu v pohybu a všechny pozice všech položek které přírody je složen, jestliže tento intelekt byl také obrovský dost předložit tyto data analýze, to by zahrnovalo v jediné rovnici pohyby největších skupin vesmíru a ti nejmenšího atomu; pro takový intelekt nic by bylo nejisté a budoucnost úplně jako minulost by byl dar před jeho očima

.

— Essai philosophique les sur probabilités, úvod. 1814

Ačkoli moderní kvantová mechanika navrhne, že nejistota je nevyhnutelná, unifikovat teorii řídící probabilistic úkoly mohou přesto existovat.

Starověké Řecko k Einstein

Protože starověký Řek časy, filozofové spekulovali, že zřejmá rozmanitost vnějších okolností se tají se základovou jednotou, a tak že seznam sil by mohl být krátký, opravdu směl obsahovat jediný jednoduchý záznam. Například, mechanická filozofie 17. století předpokládal, že všechny síly mohly být nakonec redukované k síly kontaktu mezi malými tuhými částicemi. Toto bylo opuštěné po přijetí Isaac Newton je dálková gravitační síla; ale současně, Newtonova práce v jeho Principia poskytoval první dramatický empirický důkaz pro sjednocení zřejmě zřetelných sil: Galileo' s práce na pozemské gravitaci, Kepler' s práva planetárního pohybu, a jev přílivy byli všichni kvantitativně vysvětlil to podle jediného zákona univerzální gravitace.

V 1820, Hans Christian Ørsted objevil souvislost mezi elektřinou a magnetismem, odjišťovat desetiletí práce, která kulminovala Jamesem Clerkem Maxwellova teorie elektromagnetismu. Také během 19. a brzy 20. století, to postupně stal se jasný tolik obyčejných příkladů sil — kontaktovat síly, pružnost, viskozita, tření, tlak — vyplýval z elektrických vzájemných ovlivňování mezi nejmenšími částečkami záležitosti. V pozdních dvacátých létech, nové kvantové mechaniky ukázaly, že chemické vazby mezi atomy byly příklady (quantum) elektrické síly, ospravedlňovat Dirac se chlubit, že “základové fyzikální zákony nutné pro matematickou teorii velké části fyziky a celek chemie jsou tak kompletně známé”.

Pokusy sjednotit gravitaci s elektromagnetismem se datují přinejmenším k Michael Faraday experimentům 1849 – 50. Po Albert Einstein teorii gravitace (obecná relativnost) byla vydávána v 1915, hledání sjednocené polní teorie spojovat se gravitace s elektromagnetismem začala v vážný. V té době, to vypadalo možné, že žádné jiné základní síly existují. Prominentní přispěvatelé byli Gunnar Nordström, Hermann Weyl, Arthur Eddington, Theodor Kaluza, Oskar Klein, a nejvíce pozoruhodně, mnoho pokusů Einstein a jeho spolupracovníci. V jeho posledních rokách, Albert Einstein byl dotěrně zaneprázdněný nálezem takový unifikovat teorii. Žádný z těchto pokusů byl úspěšný.

Nové objevy

Hledání pro unifikovat teorii byl přerušen objevem silný a slabý nukleární síly, který nemohl být zahrnut do jedné gravitace nebo elektromagnetismu. Další překážka byla přijetí že kvantová mechanika musela být vsunutý od začátku, spíše než se ukazovat jako důsledek deterministické jednotné teorie, jak Einstein doufal. Gravitace a elektromagnetismus mohli vždy mírumilovně koexistovat jako záznamy v seznamu Newtonian sil, ale na mnoho let to zdálo se, že gravitace nemohla dokonce být včleněna do kvantové kostry, nechaný sám se sjednotil s jinými základními sílami. Z tohoto důvodu, práce na sjednocení pro hodně z dvacátého století, se zaměřil na pochopení tři “kvantové” síly: elektromagnetismus a slabé a silné síly. První dva byl sjednocen v roce 1967 – 68 Sheldon Glashow, Steven Weinberg, a Abdus Salam jak “electroweak” síla. Nicméně, zatímco silné a electroweak síly mírumilovně koexistují ve standardním modelu částicové fyziky, oni zůstanou zřetelní. Několik velkých jednotných teorií (kuráž) byli chystal se sjednotit je. Ačkoli nejjednodušší kuráž byli experimentálně vyloučil, celková představa, obzvláště když spojený s supersymmetry, pozůstatky silně zvýhodněné komunitou teoretické fyziky.

Moderní fyzika

V aktuální tradiční fyzice, teorie všeho by sjednotila všechna základní vzájemná ovlivňování přírody, který být obvykle zvažován být čtyři v čísle: gravitace, silná nukleární síla, slabá nukleární síla, a elektromagnetická síla. Protože slabá síla může změnit elementární částice od jednoho druhu do jiného, prst by měl vydat hluboké pochopení různých různých druhů částeček také jako různé síly. Očekávaný vzor teorií je:

Teorie všeho

Gravitace

Electronuclear nutí (střevo)

Silné vojsko su (3)

Electroweak síla su (2) x u (1)

Slabá síla su (2)

Elektromagnetismus u (1)

Elektrické napětí

Magnetická síla

V dodatek k sílám naklonil se tady, moderní kosmologie by mohla vyžadovat inflační sílu, tmavá energie, a také tmavá záležitost složená z elementárních částic u schématu standardního modelu. Existence těchto nebyla dokázaná a tam jsou alternativní teorie taková jak upravená Newtonian dynamika.

Electroweak sjednocení je zlomená symetrie: elektromagnetické a slabé síly vypadají zřetelné u nízkých energií protože částečky nést slabou sílu, W a Z bosons mít hmotu asi 100   GeV, zatímco foton, který nese elektromagnetickou sílu, massless. U vyšších energií Ws a Zs může být vytvořený snadno a sjednocená povaha síly stane se jasná. Velké sjednocení je očekáváno k práci v podobné cestě, ale u energií objednávky 10¹⁶ GeV, daleko větší než mohl být podáván nějakou možnou Zemí-umístěný urychlovač částic. Analogií, sjednocení síly střeva s gravitací je očekáváno u Planck energie, hrubě 10¹⁹ GeV.

To může vypadat předčasné být pátravý pro prst když tam je jak zatím žádný přímý důkaz pro electronuclear sílu a chvíle v nějakém případě tam jsou mnoho různé navrhované kuráže. Ve skutečnosti jméno uváženě navrhne zahrnutou aroganci. Přesto, většina fyziků věří toto sjednocení je možné, částečně kvůli minulé historii sbližování k jediné teorii. Supersymmetric kuráž vypadat pravděpodobný ne jediný pro jejich teoretický “krása”, ale protože oni přirozeně produkční velká množství tmavé záležitosti a inflační síla mohou být příbuzní fyzice střeva (ačkoli to nevypadá, že vytvoří nevyhnutelné části teorie). A přesto vykuchá být jasně ne konečná odpověď. Jak model současné úrovně tak navrhovaná kuráž jsou kvantové polní teorie, které vyžadují problematickou techniku renormalization k výnosovým rozumným odpovědím. Toto je obvykle považováno za náznak, že tito jsou jen efektivní polní teorie, vynechávat velmi důležité jevy významný jediný u velmi vysokých energií. Dále, rozporuplnost mezi kvantovou mechanikou a obecnou relativností znamená, že jeden nebo oba tito musí být nahrazení teorií včleňovat kvantovou gravitaci.

Tradiční teorie všeho v tomto okamžiku je teorie superstring / M-teorie; aktuální výzkum smyčkové kvantové gravitace může nakonec hrát zásadní roli v prstu, ale to není jeho hlavní cíl. Tyto teorie pokoušejí se se zabývat problémem renormalization tím, že připraví některé nižší přiléhat k délkovým měřidlům možný. Řetězcové teorie a supergravity (oba věřili být hraniční případy přesto-k-být-definovaný M-teorie) předpokládat, že vesmír vlastně má více rozměrů než snadno pozoroval to tři prostoru a jeden z času. Motivace za tímto přístupem začala Kaluza-Klein teorie ve kterém to bylo si všiml toho aplikovat obecnou relativnost k pět rozměrného vesmíru (s obvyklý čtyři rozměry plus jeden malý se kroutil-zvyšovat rozměr) dá ekvivalent k obvyklé obecné relativnosti ve čtyřech rozměrech spolu s rovnicemi Maxwella (elektromagnetismus, také ve čtyřech rozměrech). Toto vedlo k úsilím k práci s teoriemi s velkým množstvím rozměrů v nadějích, že toto by produkovalo rovnice, které jsou podobné známým právům fyziky. Ponětí o zvláštních rozměrech také pomáhá vyřešit hierarchický problém, který je otázka proč gravitace je tak hodně slabší než nějaká jiná síla. Obyčejná odpověď zahrnuje prosakování gravitace do zvláštních rozměrů v cestách že ostatní síly dělají ne.

V pozdních devadesátých létech, to bylo si všiml toho jednoho problému s několik kandidátů na teorie všeho (ale zvláště navléci teorii) byl že oni nenutili charakteristiky předpovídaného vesmíru. Například, mnoho teorií kvantové gravitace může vytvořit vesmíry s libovolnými čísly rozměrů nebo s libovolný kosmologické konstanty. Vyrovnat “standard” deset-rozměrná řetězcová teorie dovolí “stočené” rozměry být compactified v obrovském množství různých způsobů (jeden odhad je 10⁵⁰⁰) každý který odpovídá různé sbírce elementárních částic a minima-síly energie. Tato řada teorií je znána jak řetězcová teoretická krajina.

Spekulativní řešení je tolik nebo všichni tyto možnosti jsou realizovány v jednom nebo jiném obrovského množství vesmírů, ale to jediný malé množství jich být obyvatelný, a od této doby základní konstanty vesmíru jsou nakonec výsledek anthropic principu spíše než důsledek teorie všeho. Tento přístup anthropic je často kritizován v tom, protože teorie je flexibilní dost zahrnout téměř nějaké pozorování, to nemůže dělat užitečný (jak v originále, falsifiable, a ověřitelný) předpovědi. V tomto pohledu, teorie řetězce by byla považována za pseudoscience, kde unfalsifiable teorie je stále přizpůsobená k záchvatu experimentální výsledky.

S odkazem na Gödel incompleteness teorém

Malé množství vědců prohlašovat to Gödel incompleteness teorém dokáže, že nějaký pokus postavit prst je zavázán selhání. Gödel je teorém, informally řekl, tvrdí to některý dostatečně komplexní matematická teorie, která má konečný popis je jeden rozporuplný nebo neúplný. V jeho 1966 knize Závažnost fyziky, Stanley Jaki poukázal na to, protože nějaká “teorie všeho” bude jistě být souhlasný non-triviální matematická teorie, to musí být neúplné. On prohlašuje, že toto dooms hledání deterministické teorie všeho.

Freeman Dyson říkal to

“ . ”

Gödel teorém znamená, že čistá matematika je nevyčerpatelná. Bez ohledu na to kolik problémů, které my řešíme, tam bude vždy být jiné problémy, které nemohou jsou řešeny uvnitř existujících pravidel. [...] protože Gödel je teorém, fyzika je nevyčerpatelná také. Práva fyziky jsou konečný soubor pravidel, a zahrnovat pravidla pro matematiku dělání tak ten Gödel teorém platí o nich

Stephen Hawking byl původně believer v teorii všeho ale, poté, co zvažoval Gödel teorém, uzavřel, že jeden nebyl dosažitelný.

“ . ”

Někteří lidé budou velice zklamaní jestliže tam není konečná teorie, to může být formulováno jako konečné množství principů. Já jsem patřil k tomu táboru, ale já jsem změnil můj názor

Tento pohled byl namítal proti Jürgen Schmidhuber (1997), kdo poukázal na to Gödel teorémy jsou vedlejší dokonce pro vypočitatelnou fyziku. V roce 2000, Schmidhuber výslovně budoval limit-vypočitatelné, deterministické vesmíry jehož pseudo-náhodnost založená na undecidable, Gödel-jako když zastaví problémy jde extrémně těžko odhalit ale dělá ne vůbec předejít formálním prstům describable velmi nemnoho kousků informací.

Příbuzný posudek byl nabídnut Solomonem Feferman, mezi ostatními. Douglas S. Robertson nabídne Conwayovu hru života jako příklad: Základová pravidla jsou jednoduchá a kompletní, ale tam jsou formálně undecidable otázky o chováních hry. Analogously, to může (nebo smět ne) být možný kompletně říci základová pravidla fyziky s konečným množstvím přesně stanovených práv, ale tam je malá pochybnost že tam jsou otázky o chování fyzických systémů, které jsou formálně undecidable na východisku pro ty základová práva.

Protože většina fyziků by zvažovalo prohlášení základových pravidel stačit jako definice “teorie všeho”, tito výzkumníci argumentují, že Gödel teorém neznamená, že prst nemůže existovat. Na druhé straně, fyzici dovolávat se Gödel teoréma se objevit, přinejmenším v některých případech, být odkazovat ne k základovým pravidlům, ale k understandability chování všech fyzických systémů, jak když odkašle si zmíní se, že uspořádá bloky do obdélníků, otáčet výpočet prvočísel v fyzickou pochybnost. Tento rozpor definitional může vysvětlit některé neshody mezi výzkumníky.

Potenciální stav teorie všeho

Žádná fyzická teorie doposud je věřil být přesně přesný. Místo toho, fyzika pokračovala sérií “postupných přiblížení” dovolit více a více přesných předpovědí přes širší a širší rozsah jevů. Někteří fyzici věří, že to je proto chyba plést teoretické modely s opravdovou povahou reality a držení že série přiblížení bude nikdy končit “pravdou”. Einstein sám vyjádřil tento názor na příležitostech. Na této výstavě, my můžeme rozumně doufat v teorii všeho který self-souhlasně včlení všechny nyní známé síly, ale should ne očekávat to být konečná odpověď. Na druhé straně to je často prohlašoval, že, přes zřejmě někdy-rostoucí složitost matematiky každé nové teorie, v hlubokém smyslu spojeném s jejich základovým měřidlem symetrie a množství základních fyzikálních konstant, teorie stanou se jednodušší. Jestliže tak, proces zjednodušení nemůže pokračovat neurčitě.

Tam je filozofická debata uvnitř fyzikálním společenství jak k zda teorie všeho zaslouží si být nazýván ústavou vesmíru. Jeden pohled je tvrdý redukční postoj, že prst je ústava a to všechny jiné teorie, které platí uvnitř vesmíru být důsledek prstu. Další pohled je to naléhavá práva (volal “volná plovoucí práva” Steven Weinberg), který řídit chování komplexních systémů, should být viděn jak stejně základní. Příklady jsou druhé právo termodynamiky a teorie přirozeného výběru. Bytí bodu to, ačkoli v našem vesmíru tato práva popisují systémy jehož chování mohlo (“v principu”) být předpovídán od prstu, oni by také zadrželi vesmíry s různými nízkoúrovňovýma právy, předmět jediný k některým velmi obecným podmínkám. Proto to je žádné nápovědy, dokonce v principu, dovolávat se nízkoúrovňových práv když diskutuje o chování komplexních systémů. Někteří argumentují, že tento postoj by porušil Occam holící strojek jestliže kompletně platný prst byl vytvořen. To není jasné, že tam je nějaký bod v sporu v těchto debatách (např., mezi Stevenem Weinbergem a Philip Anderson) jiný než právo platit vysoce-slovo stavu “základní” k jejich příslušným předmětům zájmu.

Ačkoli jméno “teorie všeho” navrhne determinizmus Laplace citace, toto dělá velmi klamný dojem. Determinizmus je frustrovaný probabilistic přírodou quantum mechanické předpovědi, extrémní citlivostí k počátečním podmínkám to vede k matematickému chaosu, a extrémní matematickou obtíží aplikování teorie. Tak, ačkoli aktuální standardní model částicové fyziky “v principu” předpovídá všechny známé non-gravitační jevy, v praxi jediný nemnoho kvantitativních výsledků bylo odvozeno z plné teorie (např., množství některých těch nejjednodušších hadrons), a tyto výsledky (obzvláště částečka hromadí kterého být nejvíce významný pro minimum-fyzika energie) být méně přesný než existující experimentální měření. Opravdový prst odkázaný téměř jistě být dokonce tvrdější platit. Hlavní motiv pro hledat prst, na rozdíl od čistého rozumového uspokojení dokončovat století-dlouhé hledání, je že všechny předchozí úspěšné unifications předpovídaly nové jevy, někteří který (např., elektrické generátory) ukázali se jako velkého praktického významu. Jak v jiných případech redukce teorie, prst by také dovolil nám sebejistě definovat doménu platnosti a zbytkovou chybu minima-přiblížení energie k plné teorii, která mohla být užitá na praktické výpočty.

Teorie všeho a filozofie

Stav fyzického prstu je otevřený filozofické debatě. Například, jestliže physicalism je pravdivý, fyzický prst by se shodoval s filozofickou teorií všeho. Někteří filozofové (Aristotle, Plato, Hegel, Whitehead, al et) pokoušeli se postavit všechny-zahrnovat systémy. Jiní jsou vysoce pochybní o samé možnosti takový cvičení. Římsko-katolická církev hledala Grand sjednocující teorii vesmíru po celá staletí a Aquinas byl přispěvatel do této myšlenky. Toto je teorie základních sil to se spojí slabý, silný, elektromagnetický, a gravitační vzájemná ovlivňování do jedné teorie pole a pohledů známá vzájemná ovlivňování jako minimum-energetické projevy jediného sjednoceného vzájemného ovlivňování.

Viz též

• Za standardním modelem
• Electroweak vzájemné ovlivňování
• Výjimečně jednoduchá teorie všeho umístěný na Wilhelm zabíjení' s E₈ navrhoval Antony Garrett Lisi
• Standard modeluje (matematické vyjadřování)

• John D. Barrow, teorie všeho: Pátrání po konečném vysvětlení (OUP, Oxford, 1990) ISBN 0-099-98380-X
• Stephen Hawking ' Teorie všeho: Původ a osud vesmíru ' je neautorizovaný 2002 knihy vzaté od zaznamenaných přednášek (ISBN 1-893224-79-1)
• Stanley Jaki OSB, 2005. Drama kvantit. Knihy skutečného názoru (ISBN 1-892548-47-X)
• Abraham Pais důvtipný je lord...: Věda a život Alberta Einstein (OUP, Oxford, 1982). ISBN 0-19-853907-X
• Steven Weinberg sní o finální teorii: Hledání ústav přírody (Hutchinson poloměr, London, 1993) ISBN 0-09-1773954
• “U války s šancí: Teorie všeho” (silnice, 2009) [1] = = dále číst = =

Externí odkazy

• Elegantní vesmír-Nova online — 3 hodinová PBS přehlídka o hledání teorie všeho a teorie řetězce.
• ' Teorie všeho ' Freeview video Vega vědní důvěrou a BBC/OU