Единая теория поля

Единая теория поля

Тео́рия всего́ (англ. Theory of everything, TOE) — гипотетическая объединённая физико-математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия. Первоначально данный термин использовался в ироническом ключе для обозначения разнообразных обобщённых теорий[1]. Со временем термин закрепился в популяризациях квантовой физики для обозначения теории, которая бы объединила все четыре фундаментальные взаимодействия в природе. В научной литературе вместо термина «теория всего» используется термин «единая теория поля», тем не менее следует иметь в виду, что теория всего может быть построена и без использования полей, несмотря на то, что научный статус таких теорий может быть спорным.

В течение двадцатого века было предложено множество «теорий всего», но ни одна из них не смогла пройти экспериментальную проверку, или существуют значительные затруднения в организации экспериментальной проверки для некоторых из кандидатов. Основная проблема построения научной «теории всего» состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теории относительности применима к макромиру. СТО описывает явления при больших скоростях, а ОТО является обобщением ньютоновской теории гравитации, объединяющей ее со СТО и распространяющей на случай больших расстояний и больших масс. Непосредственное совмещение квантовой механики и специальной теории относительности в едином формализме (квантовой релятивистской теории поля) приводит к проблеме расходимости — отсутствия конечных результатов для экспериментально проверяемых величин. Для решения этой проблемы используется идея перенормировки величин. Для некоторых моделей механизм перенормировок позволяет построить очень хорошо работающие теории, но добавление гравитации (то есть включение в теорию ОТО как предельного случая для малых полей и больших расстояний) приводит к расходимостям, которые убрать пока не удаётся. Хотя из этого вовсе не следует, что такая теория не может быть построена.

Содержание

Основные положения

После построения в конце XIX века электродинамики, объединившей на основе уравнений Максвелла в единой теоретической схеме явления электричества, магнетизма и оптики, в физике возникла идея объяснения на основе электромагнетизма всех известных физических явлений. Однако создание общей теории относительности привело физиков к мысли, что для описания на единой основе всех явлений необходимо объединение теорий электромагнетизма и гравитации.

Первые варианты единых теорий поля были созданы Давидом Гильбертом и Германом Вейлем. В дальнейшем большое внимание «теории всего» уделил Альберт Эйнштейн. Он посвятил попыткам её создания большую часть своей жизни. Гильберт, Вейль и, в дальнейшем, Эйнштейн полагали, что достаточно объединить общую теорию относительности и электромагнетизм, к тому же вначале не имелось в виду, что они должны быть квантовыми, так как сама квантовая механика еще не была достаточно развитой. В значительной мере, если не полностью, минимальная программа — объединение ОТО и электродинамики была решена в рамках теории Калуцы-Клейна (возможно, и еще некоторых теорий), но почти уже ко времени ее создания стало актуальным включение в теорию других полей и предсказание существования многих частиц, что было не совсем тривиальным, а в дальнейшем прояснились и новые трудности, а квантовый вариант теории Калуцы-Клейна хоть и был мыслим, однако квантование наталкивалось на трудности конкретной разработки, как и квантование самой общей теории относительности отдельно.

Современная физика требует от «теории всего» объединения четырёх известных в настоящее время фундаментальных взаимодействий:

Кроме того, она должна объяснять существование всех элементарных частиц. Первым шагом на пути к этому стало объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в теории электрослабого взаимодействия, созданной в 1967 году Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом. В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия. После чего появилось несколько вариантов теорий Великого объединения (наиболее известная из них — теория Пати-Салама, 1974 год), в рамках которых удалось объединить все типы взаимодействий, кроме гравитационного. Правда, ни одна из теорий Великого объединения пока не нашла подтверждения, а некоторые уже опровергнуты экспериментально на основе данных по отсутствию распада протона. Недостающим звеном в «теории всего» остается подтверждение какой-либо из теорий Великого объединения и построение квантовой теории гравитации на основе квантовой механики и общей теории относительности.

В настоящее время основными кандидатами в качестве «теории всего» являются теория струн, петлевая теория и теория Калуцы — Клейна. О последней подробней. В начале двадцатого века появились предположения, что Вселенная имеет больше измерений, чем наблюдаемые три пространственных и одно временно́е. Толчком к этому стала теория Калуцы — Клейна, которая позволяет увидеть, что введение в общую теорию относительности дополнительного измерения приводит к получению уравнений Максвелла. Благодаря идеям Калуцы и Клейна стало возможным создание теорий, оперирующих большими размерностями. Использование дополнительных измерений подсказало ответ на вопрос о том, почему действие гравитации проявляется значительно слабее, чем другие виды взаимодействий. Общепринятый ответ состоит в том, что гравитация существует в дополнительных измерениях, поэтому её влияние на наблюдаемые измерения ослабевает.

В конце 2007 года Гаррет Лиси предложил «Исключительно простую теорию всего», основанную на свойствах алгебр Ли. Несмотря на обнаруженные недостатки теории Лиси она может открыть новое направление работ в области единых теорий поля.

В конце 1990-х стало ясно, что общей проблемой предлагаемых вариантов «теории всего» является то, что они не строго определяют характеристики наблюдаемой Вселенной. Так, многие теории квантовой гравитации допускают существование вселенных с произвольным числом измерений или произвольным значением космологической постоянной. Некоторые физики придерживаются мнения, что на самом деле существует множество вселенных, но лишь небольшое их количество обитаемы, а значит, фундаментальные константы вселенной определяются антропным принципом. Макс Тегмарк (англ.) довёл этот принцип до логического завершения, постулирующего, что «все математически непротиворечивые структуры существуют физически». Это означает, что достаточно сложные математические структуры могут содержать «самоосознающую структуру», которая будет субъективно воспринимать себя «живущей в реальном мире».

Теория всего Энтони Гэррета Лизи

Молодой американский учёный предложил свою Единую теорию, которая объясняет и описывает существование сразу всех известных природных сил. Теорию опубликована в статье из 31 страниц. Как пишет The Telegraph, она вызвала фурор в научном мире. Данная теория объясняет взаимосвязь четырех фундаментальных сил во Вселенной — сильного взаимодействия, слабого взаимодействия, электромагнитной силы и силы притяжения. Она также объединяет две глобальные теории — квантовую механику и общую теорию относительности. Решение, найденное Лизи, одни ученые называют «исключительно простым» и «красивым», а другие уверены, что теоретик ошибся. Если же он не ошибся, то ученому удалось выполнить научное завещание Эйнштейна, считают его коллеги. Самому автору теории относительности эта задача оказалась не по зубам. Проверить правоту Лизи, не суждено простым смертным, поскольку теория базируется на сложных математических доказательствах. Самое важное — теория предсказывает существование еще 20-ти элементарных частиц, еще неизвестных науке. А потому обществу приходится довериться мнению научных экспертов. Но в их рядах пока не видно единства.[2]

Примечания

  1. Так, прадед Йона Тихого, персонажа научно-фантастического цикла Станислава Лема, работал над «Общей теорией всего».
  2. Подробнее о теории Энтони Гэррета Лизи

Ссылки

См. также

Литература

  • Визгин В. П. Единые теории в 1-й трети ХХ в. М.: Наука, 1985. — 304c.



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Единая теория поля" в других словарях:

  • ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ — единая теория материи, призванная свести многообразие св в элем. ч ц и законов их взаимопревращения (вз ствия) к неким универс. принципам. Такая теория ещё не построена и рассматривается скорее как стратегия развития физики микромира. Первым… …   Физическая энциклопедия

  • ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ — квантовая теория поля, в которой различные формы материи (элементарные частицы) должны выступать как разные проявления единого поля. Построена теория электрослабого взаимодействия; существуют модели великого объединения; предпринимаются попытки… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ — ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ, попытка расширить общую теорию ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, чтобы дать одновременное представление как гравитационного, так и электромагнитного полей. Наиболее полная, всеобъемлющая теория должна также включать сильные и слабые ядерные… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • единая теория поля — единая теория материи, призванная свести многообразие свойств элементарных частиц и законов из взаимопревращений (взаимодействий) к неким универсальным принципам. Такая теория полностью ещё не построена; есть теория электрослабого взаимодействия; …   Энциклопедический словарь

  • единая теория поля — suvienytoji lauko teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. unified field theory; unitary field theory vok. einheitliche Feldtheorie, f; unitäre Feldtheorie, f rus. единая теория поля, f; объединенная теория поля, f; унитарная теория… …   Fizikos terminų žodynas

  • Единая теория поля —    не построенная пока теория, в рамках которой удастся объединить четыре известные на сегодня взаимодействия гравитационное, сильное, электромагнитное и слабое (два последних объединены в теории Вайнберга Салама Глэшоу); один из ее вариантов… …   Мир Лема - словарь и путеводитель

  • ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ — единая теория материи, призванная свести многообразие св в элементарных частиц и законов из взаимопревращений (взаимодействий) к неким универсальным принципам. Такая теория полностью ещё не построена; есть теория электрослабого взаимодействия;… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Единая теория поля — единая теория материи, призванная свести многообразие свойств элементарных частиц (квантовых микрообъектов) и законов их взаимодействий (и взаимопревращений) к неким универсальным принципам. Идеи об универсальных единых теориях полей и… …   Начала современного естествознания

  • Единая теория поля —         физическая теория, задачей которой является единое описание всех элементарных частиц (или хотя бы группы частиц), выведение свойств этих частиц, законов их движения, их взаимных превращений из неких универсальных законов, описывающих… …   Большая советская энциклопедия

  • Единая теория — Теория всего (англ. Theory of everything, TOE)  гипотетическая объединённая физико математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия. Первоначально данный термин использовался в ироническом ключе для обозначения… …   Википедия

Книги

Другие книги по запросу «Единая теория поля» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.