Словосочетание "теория всего" звучит довольно помпезно и амбициозно, но что именно за ним кроется и в чём здесь проблема? Если очень кратко, то физики уже около ста лет пытаются создать единую теорию, которая бы объединила бы в себе все основные законы мироздания, надо ли говорить, что пока не выходит. Ну не получается и не получается, что тут страшного, казалось бы? По большому счёту ничего, самолёты летают, электричество вырабатывается, компьютеры работают и без всяких там супер теорий. Но тот факт, что имеющиеся теории никак не хотят сходиться в одну, немного настораживает. Это может указывать на то, что физика в какой-то момент свернула, что называется "не туда", а часть современных теорий неверна. Особенно это касается более "туманных" областей, которые не имеют такого большого количества экспериментальных данных типа астрофизики и квантовой механики.
Предыстория
Весь этот сыр-бор с теорией всего начался, пожалуй с Максвелла (Джеймс Клерк Максвелл - шотландский физик) и его трактата об электричестве и магнетизме. Дело в том, что ему удалось объединить два несвязанных (как считалось тогда) между собой явления: электричество и магнетизм в рамках одной теории. Более того он показал, что и свет тоже имеет электромагнитную природу. Эти работы для своего времени (конец 19 века) были слишком революционными и сначала воспринимались скептически. Однако, время всё расставило на свои места. Сегодня, уравнения, разработанные Максвеллом, лежат в основе современной классической электродинамики. А уже благодаря ней появилось огромное количество электро- и радиотехники, которой пользуется человечество. Более того, на сегодняшний день в электродинамике нет ни одного эффекта, который бы невозможно было бы описать с использованием уравнений Максвелла.
Не удивительно, что успех объединённой теории электромагнетизма навёл физиков на мысль, что можно и нужно объединять между собой и другие физические явления.
Суть
Теория всего, для того чтобы таковой считаться, должна объединять в себе все взаимодействия и объяснять существование всех элементарных частиц. По сути она должна объединять в себе две крупнейшие физические теории: квантовую механику и общую теорию относительности. Но, в каком-то смысле эти теории противоположны друг другу, поскольку квантовая механика описывает микромир, а общая теория относительности - напротив, имеет дело с огромными объектами и расстояниями, например с планетами и звёздами. Объединение этих теорий в одну приводит к так называемой проблеме расходимости. Если по простому, то к полному отсутствию возможности проверить такую теорию экспериментально, а так, само собой, быть не должно.
Существует также и другое название теории всего - единая теория поля. Это связано с тем, что она должна объединять все четыре фундаментальные взаимодействия, а именно:
- Электромагнитное. Взаимодействие между заряженными частицами, электричество и магнетизм, как раз таки то с чего всё началось.
- Сильное. Как понятно из названия, самое сильное из всех. Действует в масштабе атомного ядра и меньше, отвечает за связь между кварками и нуклонами.
- Слабое. Тоже действует на очень маленьких расстояниях меньше атомного ядра, но слабее. Отвечает, например за бета распад ядра.
- Гравитационное. Взаимодействие между телами, обладающими массой. Оно является самым слабым из всех и потому в полной мере проявляет себя только в масштабе планет (зона ответственности всё той же общей теории относительности).
Современное состояние
Много разных учёных пытались создать правильную теорию всего. Эйнштейн, например, после того как создал теорию относительности, всю оставшуюся жизнь посвятил как раз таки поискам теории всего, но, к сожалению, безуспешно. Строго говоря, за всё время было предложено довольно много кандидатов на роль самой главной теории. Однако, их общей проблемой является либо невозможность экспериментальной проверки, либо абсурдные следствия, либо математические противоречия. И если первые три фундаментальных взаимодействия худо-бедно получается объединить, то при включении сюда четвертого (гравитационного) вся теория сыпется. Хотя возможны разные комбинации в зависимости от подхода, например, в теории Калуцы-Клейна успешно удалось объединить гравитацию и электромагнетизм, но для этого пришлось допустить существование дополнительного измерения. Позднее эта теория легла в основу теории струн.
Теория струн в своё время считалась одним из основных кандидатов на роль теории всего. Но и в ней много нерешенных проблем, хотя, списывать её со счетов рано. Сегодня теория струн это уже не просто теория, а целое направление в физике, основной идеей которого является рассмотрение микроскопических объектов не как точечных частиц, а как одномерных вытянутых объектов "струн". Кроме того, эта теория предполагает наличие гораздо большего чем 3 (4 если со временем) количества измерений. Главным её преимуществом является сочетание в себе идей квантовой механики и теории относительности. Поскольку предполагаемые "струны" это крайне маленькие объекты, проверить их существование напрямую невозможно. Тем не менее, есть несколько предсказаний в рамках этой теории, которые можно проверить экспериментально, правда пока этого сделано не было. Конечно, перечисление всех особенностей и причуд теории струн займёт ни одну статью, здесь отметим только что разных струнных теорий несколько, в разные годы интерес к ним то ослабевал, то опять появлялся. Главной является так называемая M-теория, работа над ней, и другими вариациями ведется и сегодня. Может быть, именно она объединит в себе основные физические явления и станет теорией всего, а может быть человечеству на текущем этапе развития ещё рано задумываться над созданием теории всего. Вполне вероятно, что пазл не складывается просто потому что не хватает "деталей", то есть ещё не до конца открыты все важные физические явления.
Спасибо, что прочитали! Заглядывайте почаще.
