Одной из главных задач современной физики является создание единой теории, объединяющей все четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное ядерное и слабое ядерное) в одну сущность -Теорию Всего.
Немного подробнее:
- Гравитационное - это сила, притягивающая массы друг к другу. Она было открыта еще в древности и описывается законом всемирного тяготения Ньютона (F = G m 1 m 2 R 2) и общей теорией относительности Эйнштейна. Гравитационное взаимодействие слабее других сил в масштабах атомов и частиц, но оно играет важную роль в крупномасштабной структуре Вселенной, например, в формировании галактик и звезд.
- Электромагнитное - это взаимодействие между электрическими зарядами, которое притягивается или отталкиваются при одинаковом знаке. Проявляется в различных явлениях, таких как свет, электричество и магнетизм. Имеет гораздо сильное взаимодействие, чем гравитационное и является основным взаимодействием в атомах и молекулах, определяющим свойства многих материалов. Электромагнетизм описывается законами Кулона и Максвелла. Представляет собой одной из фундаментальных взаимодействий в стандартной модели элементарных частиц.
- Сильное ядерное - это сила, которая действует между частицами внутри атомных ядер, таких как протоны и нейтроны, позволяя ему оставаться стабильным. Она обладает очень большой силой, но действует только на коротких расстояниях, что делает ее незаметной на макро уровнях. Сильное ядерное взаимодействие ответственно за стабильность ядер и энергию, высвобождающуюся в процессе реакций. Описывается квантовой хромодинамикой (QCD)
- Слабое ядерное - это взаимодействие, которое действует между частицами внутри атомных ядер, таких как нейтрино и лептоны. Ответственна за радиоактивный распад некоторых атомов и играет важную роль в процессах взаимодействия элементарных частиц.
Теория всего
Это концепция объединения всех физических явлений во Вселенной в единую теоретическую модель.
Существуют несколько кандидатов на роль такой теории, каждый из которых предлагает свой подход к объяснению физических явлений.
Из наиболее известных:
- Теория струн. это одна из наиболее популярной теорий физики, которая пытается объединить все четыре фундаментальные силы в одну общую теорию.
Основная идея теории струн состоит в том, что все элементарные частицы могут быть представлены как маленькие нити (струны). Эти струны могут колебаться по разному, что соответствует различной частице. Например, электрон может быть представлен как движение одной струны, а кварк - как колебание другой.
Также она утверждает, что пространство и время не являются отдельными моделями, а представляют собой единое пространство-время. Теория струн предполагает, что наша Вселенная имеет больше, чем три измерения (до 11 ).
- Теория петлевой квантовой гравитации пытается объединить квантовую механику и гравитацию, чтобы понять как работает вселенная на самом фундаментальном уровне.
Одна из главных идей теории заключается в том, что пространство-время является прерывным и состоит из квантовых единиц, которые называются петлями. То есть, мы представляем пространство-время как сетку, состоящую из множества маленьких петель. Каждая петля представляет собой закрытый контур, который описывает кривизну пространства-времени в этом месте.
То как эти петли взаимодействуют друг с другом (они могут сгибаться и изгибаться, образуя кривизну пространства-времени) и создаёт гравитацию
Кроме того, эта теория позволяет прийти к ряду интересных предсказаний, таких как квантование площадей горизонта событий черных дыр и возможность представления начального сингулярного состояния Вселенной в виде квантовой состояния.
- Теория Калуцы-Клейна представляет собой попытку объединения гравитационного и электромагнитного взаимодействий в рамках единой теории.
Идея здесь в том, что наше пространство-время может иметь дополнительные измерения, которые свернуты в маленькие круги. Калибровочная симметрия - объясняет физические законы, которые остаются постоянными при изменении положения в пространстве-времени и при одновременном изменении фазы всех полей, находящихся в этой точке. Это свойство связано с тем, что движение по круговым измерениям не должно влиять на физические законы.
- М-теория - это одна из последних теорий, разрабатываемых современной теоретической физикой. Она объединяет различные существующие теории физики, включая теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику.
Основная идея заключается в том, что наша Вселенная состоит из дополнительных измерений, которые мы не можем заметить.
М-теория предполагает, что фундаментальные объекты нашей Вселенной не точечные частицы, а является более сложными объектами, известными как "брани". Брани - это объекты, которые могут существовать в многомерном пространстве, и могут иметь различные размеры и формы.
Эта теория может помочь объяснить некоторые загадки науки, такие как тёмная материя и тёмная энергия.
Против теории всего существует например Теорема Гёделя, которая говорит о ее неполноте. Она заключается в том, что никакая математическая система не может быть одновременно полной (то есть содержать все истинные утверждения) и противоречивой (то есть не содержать ложных утверждений).
Теорема Гёделя - это математическое утверждение, которое говорит, что в любой формальной системе, которая достаточно мощна, всегда есть некоторые утверждения, которые невозможно доказать внутри этой системы. Другими словами, в любой достаточно сложной математической теории найдутся утверждения, которые можно сформулировать на ее языке, но невозможно доказать или опровергнуть в рамках этой теории.
В общем и целом, теорема Гёделя говорит нам о том, что невозможно создать формальную систему, которая была бы одновременно полной (способной доказать все истинные утверждения) и консистентной (не содержала бы противоречий).
Некоторые ученые, такие как Стивен Вайнберг, отмечают, что "теория всего" не может описать сложные системы, такие как живые организмы или экономические процессы. Существуют и другие факторы, которые ослабляют значимость "теории всего" в плане объяснения и предсказания явлений во Вселенной. Это включает её зависимость от конкретных граничных условий Вселенной и наличие математического хаоса в её решениях.
