یک نظریه درباره همه چیز ، نظریه نهایی ، نظریه نهایی یا نظریه اصلی یک فرضیه منسجم ، همه جانبه و یکپارچه نظری فیزیک است که تمام جنبه های فیزیکی جهان را به طور کامل توضیح می دهد و بهم پیوند می دهد. یافتن TOE یکی از مهمترین مشکلات حل نشده در فیزیک است.نظریه ریسمان و نظریه M به عنوان تئوری همه چیز مطرح شده است.
طی چند قرن گذشته ، دو چارچوب نظری ساخته شده است که با هم ، بیشترین شباهت را به TOE دارند. این دو نظریه که تمام فیزیک مدرن بر آنها متکی است ، نسبیت عام و مکانیک کوانتوم است. نسبیت عام یک چارچوب نظری است که فقط بر گرانش برای درک جهان در مناطقی از مقیاس بزرگ و جرم زیاد متمرکز است: ستاره ها ، کهکشان ها ، خوشه های کهکشان ها و غیره. از طرف دیگر ، مکانیک کوانتوم یک چارچوب نظری است که فقط بر سه نیروی غیر گرانشی برای درک جهان در مناطقی با مقیاس کوچک و جرم کم: ذرات زیر اتمی ، اتم ها ، مولکول ها و غیره. مکانیک کوانتوم با موفقیت مدل استاندارد را توصیف می کند که سه نیروی غیر گرانشی را توصیف می کند - هسته ای قوی ، ضعیف هسته ای و نیروی الکترومغناطیسی - و همچنین تمام ذرات بنیادی مشاهده شده.
نسبیت عام و مکانیک کوانتوم در زمینه های مربوطه جداگانه کاملاً اثبات شده است. از آنجا که حوزه های معمول کاربرد نسبیت عام و مکانیک کوانتوم بسیار متفاوت است ، در بیشتر شرایط لازم است که فقط از یکی از دو نظریه استفاده شود. با این حال ، این دو نظریه در مناطق مقیاس بسیار کوچک - مقیاس پلانک - مانند مقیاس هایی که در یک سیاهچاله یا در مراحل آغازین جهان وجود دارد (یعنی لحظه بلافاصله پس از انفجار بزرگ). برای حل ناسازگاری ، باید یک چارچوب نظری که واقعیت زیربنایی عمیق تر را نشان می دهد ، گرانش را با سه فعل و انفعالات دیگر متحد می کند ، برای ادغام هماهنگ قلمروهای نسبیت عام و مکانیک کوانتوم در یک کل یکپارچه: TOE یک نظریه واحد است که در اصول ، قادر به توصیف تمام پدیده های جهان است.
در پی این هدف ، گرانش کوانتوم به یکی از حوزه های تحقیق فعال تبدیل شده است. یک مثال نظریه ریسمان است که به یک کاندیدای TOE تبدیل شد ، اما بدون اشکال (به ویژه مهمترین ، عدم پیش بینی های قابل آزمایش در حال حاضر) و جنجال. نظریه ریسمان معتقد است که در ابتدای جهان (تا 10−43 ثانیه پس از انفجار بزرگ) ، چهار نیروی اساسی زمانی یک نیروی بنیادی واحد بوده اند. طبق نظریه ریسمان ، هر ذره در جهان ، در بالاترین سطح میکروسکوپی (طول پلانک) خود ، از ترکیبات متفاوتی از رشته های ارتعاشی (یا رشته ها) با الگوهای لرزش ترجیحی تشکیل شده است. نظریه رشته بیشتر ادعا می کند که از طریق این الگوهای نوسانی رشته ها است که ذره ای از جرم و بار نیروی منحصر به فرد ایجاد می شود (به عبارت دیگر ، الکترون نوعی رشته است که به یک طرف ارتعاش می کند ، در حالی که کوارک بالا یک نوع است رشته ارتعاش به روش دیگر ، و غیره).
قدمت تا قرن نوزدهم
ستاره شناسان بابل باستان الگوی هفت سیاره کلاسیک را در پس زمینه ستاره ها مطالعه کردند ، هدف آنها این بود که حرکت آسمانی را به وقایع انسانی مرتبط کنند (طالع بینی) ، و هدف این است که پیش بینی وقایع را با ثبت وقایع در یک اندازه گیری زمان و سپس جستجو برای الگوهای مکرر بحث بین جهان که دارای چرخه های آغازین یا ابدی است می تواند به بابل باستان بازگردد.
فلسفه طبیعی اتمیسم در چندین سنت باستان ظاهر شده است. در فلسفه یونان باستان ، فلاسفه پیش سقراطی حدس می زدند که تنوع ظاهری پدیده های مشاهده شده به دلیل نوع متقابل متفاوتی است ، یعنی حرکات و برخورد اتم ها. مفهوم "اتم" که توسط دموکریتوس ارائه شد ، یک تلاش فلسفی اولیه برای متحد کردن پدیده های مشاهده شده در طبیعت بود. مفهوم 'اتم' نیز در مکتب Nyaya-Vaisheshika از فلسفه هند باستان ظاهر شد.
ارشمیدس احتمالاً اولین فیلسوفی بود که طبیعت را با بدیهیات (یا اصول) توصیف کرد و سپس نتایج جدیدی از آنها نتیجه گرفت. انتظار می رود که هر "نظریه همه چیز" براساس بدیهیات باشد و همه پدیده های مشاهده شده را از آنها استنباط کند.
به دنبال تفکر اتمیستی قبلی ، فلسفه مکانیکی قرن هفدهم اظهار داشت که در نهایت می توان همه نیروها را به نیروهای تماس بین اتم ها تقلیل داد ، سپس آنها را به عنوان ذرات جامد ریز تصور کرد.
در اواخر قرن هفدهم ، توصیف ایزاک نیوتن از نیروی جاذبه از راه دور حاکی از این بود که همه نیروهای موجود در طبیعت از تماس چیزهایی ناشی نمی شوند. کار نیوتن در کتاب "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" در مثالی دیگر از وحدت به این موضوع پرداخته است ، در این مورد کار گالیله در مورد گرانش زمینی ، قوانین حرکت سیاره ای کپلر و پدیده جزر و مد را با توضیح این اقدامات آشکار در یک زیر واحد ، متحد می کند.
در سال 1814 ، با استفاده از این نتایج ، لاپلاس مشهور گفت كه عقل كاملاً قدرتمند می تواند ، اگر از موقعیت و سرعت هر ذره در یک زمان مشخص ، به همراه قوانین طبیعت مطلع باشد ، موقعیت هر ذره را در هر زمان دیگر محاسبه كند. :
عقلي كه در يك لحظه خاص تمام نيروهايي را كه طبيعت را به حركت در مي آورند و تمام موقعيت هايي كه طبيعت از آنها تشكيل شده را مي شناسد ، اگر اين عقل نيز به اندازه كافي گسترده باشد تا اين داده ها را براي تجزيه تحويل دهد ، در يك فرمول واحد پذيرفته خواهد شد. حرکات بزرگترین اجسام جهان و کوچکترین اتمها. برای چنین عقلی هیچ چیز نامطمئن نخواهد بود و آینده دقیقاً مانند گذشته در مقابل چشمان او حضور خواهد داشت.
مکانیک کوانتومی مدرن بیانگر این است که عدم قطعیت گریزناپذیر است و بنابراین باید دید لاپلاس اصلاح شود: نظریه همه چیز باید شامل جاذبه و مکانیک کوانتوم باشد. حتی با نادیده گرفتن مکانیک کوانتوم ، نظریه آشوب برای تضمین غیرقابل پیش بینی بودن آینده هر سیستم مکانیکی یا نجومی به اندازه کافی پیچیده کافی است.
در سال 1820 ، هانس کریستین اِرستد ارتباط بین برق و مغناطیس را کشف کرد و باعث ایجاد چندین دهه کار شد که در سال 1865 به اوج خود رسید ، در نظریه الکترومغناطیس جیمز کلرک مکسول. در طول قرن 19 و اوایل قرن 20 ، به تدریج مشخص شد که بسیاری از نمونه های متداول نیروها - نیروهای تماس ، کشش ، ویسکوزیته ، اصطکاک و فشار - در اثر فعل و انفعالات الکتریکی بین کوچکترین ذرات ماده به وجود می آیند.
مایکل فارادی در آزمایشات خود از سال 1849 تا 50 اولین کسی بود که به دنبال یکسان سازی گرانش با برق و مغناطیس بود. با این حال ، او هیچ ارتباطی پیدا نکرد.
در سال 1900 ، دیوید هیلبرت لیستی معروف از مسائل ریاضی را منتشر کرد. در ششمین مشکل هیلبرت ، وی محققان را به چالش کشید تا مبنای بدیهی را برای همه فیزیک پیدا کنند. بنابراین وی در این مسئله خواست آنچه امروز تئوری همه چیز خوانده می شود.
اوایل قرن 20در اواخر دهه 1920 ، مکانیک کوانتومی جدید نشان داد که پیوندهای شیمیایی بین اتم ها نمونه هایی از نیروهای الکتریکی (کوانتومی) هستند ، و این توجیه این مباهات دیراک است که "قوانین فیزیکی اساسی لازم برای تئوری ریاضیات بخش زیادی از فیزیک و کل شیمی بنابراین کاملا شناخته شده اند ".
پس از سال 1915 ، هنگامی که آلبرت انیشتین نظریه گرانش (نسبیت عام) را منتشر کرد ، جستجوی یک نظریه میدان متحد که گرانش را با الکترومغناطیس ترکیب می کند ، با علاقه دوباره آغاز شد. در زمان انیشتین ، هنوز نیروهای قوی و ضعیف کشف نشده بودند ، اما او وجود بالقوه دو نیروی متمایز دیگر ، گرانش و الکترومغناطیس را بسیار جذاب تر دانست. این سفر سی ساله وی را در جستجوی به اصطلاح "نظریه میدان متحد" آغاز کرد که امیدوار بود نشان دهد این دو نیرو واقعاً مظاهر یک اصل اساسی و اساسی هستند. در طول چند دهه آخر زندگی او ، این جاه طلبی انیشتین را از بقیه جریان اصلی فیزیک دور کرد ، زیرا جریان اصلی در عوض بسیار هیجان زده تر از چارچوب در حال ظهور مکانیک کوانتوم بود. اینشتین در اوایل دهه 1940 برای یکی از دوستان خود نوشت: "من به یک پیرمرد تنهایی تبدیل شده ام که عمدتا به این دلیل شناخته شده است که جوراب نمی پوشد و به عنوان کنجکاوی در موارد خاص به نمایش در می آید." همکاران برجسته گونار نوردستروم ، هرمان ویل ، آرتور ادینگتون ، دیوید هیلبرت ، تئودور کالوزا ، اوسکار کلاین (به تئوری کالوزا – کلاین مراجعه کنید) و از همه مشخص تر ، آلبرت انیشتین و همکارانش بودند. انیشتین با جدیت به دنبال یک نظریه وحدت بخش بود ، اما در نهایت نتوانست آن را پیدا کند.
اواخر قرن 20 و فعل و انفعالات هسته ای
در قرن بیستم ، با یافتن نیروهای هسته ای قوی و ضعیف ، که هم از نظر جاذبه و هم از مغناطیس مغناطیسی متفاوت هستند ، جستجوی یک نظریه وحدت بخش قطع شد. یک مانع دیگر این پذیرش بود که در TOE ، مکانیک کوانتوم باید از همان ابتدا ادغام شود ، نه اینکه در نتیجه نظریه یکپارچه قطعی ، همانطور که انیشتین انتظار داشت ، ظهور کند.
گرانش و الکترومغناطیس می توانند به عنوان ورودی در لیست نیروهای کلاسیک همزیستی داشته باشند ، اما برای سالهای زیادی به نظر می رسید که گرانش را نمی توان در چارچوب کوانتوم گنجانید ، چه رسد به اینکه با سایر نیروهای اساسی متحد شود. به همین دلیل ، کار در مورد وحدت ، در بیشتر قرن بیستم ، بر درک سه نیرو توصیف شده توسط مکانیک کوانتوم متمرکز بود: الکترومغناطیسی و نیروهای ضعیف و قوی. دو مورد اول در سال 1967–68 توسط شلدون گلاشو ، استیون وینبرگ و عبدوس سلام به عنوان نیروی ضعیف الکتریکی ترکیب شدند. یکسان سازی الکتروضعف یک تقارن شکسته است: نیروهای الکترومغناطیسی و ضعیف در انرژی های کم متمایز به نظر می رسند زیرا ذرات حامل نیروی ضعیف ، بوزون های W و Z دارای جرم غیر صفر هستند (به ترتیب 80.4 GeV / c2 و 91.2 GeV / c2) در حالی که فوتون ، که نیروی الکترومغناطیسی را حمل می کند ، بدون جرم است. در انرژی های بالاتر می توان به راحتی بوزون W و B بوزون ایجاد کرد و ماهیت واحد نیرو آشکار شد.
در حالی که نیروهای قوی و ضعیف الکتریکی تحت مدل استاندارد فیزیک ذرات با هم همزیستی می کنند ، اما همچنان مجزا باقی می مانند. بنابراین ، پیگیری نظریه همه چیز ناموفق باقی مانده است: نه وحدت نیروهای قوی و الکتریکی - که لاپلاس آن را "نیروهای تماس" می نامید - و نه اتحاد این نیروها با گرانش به دست نیامده است.
توالی متعارف نظریه ها
نظریه همه چیز همه تعاملات اساسی طبیعت را متحد می کند: جاذبه زمین ، کنش متقابل قوی ، فعل و انفعالات ضعیف و الکترومغناطیس. از آنجا که فعل و انفعال ضعیف می تواند ذرات بنیادی را از نوعی به نوع دیگر تبدیل کند ، TOE همچنین باید انواع مختلف ذرات ممکن را پیش بینی کند. مسیر معمول فرضیه تئوری ها در نمودار زیر آورده شده است ، جایی که هر مرحله وحدت یک سطح بالاتر از نمودار را هدایت می کند.
در این نمودار ، یکسان سازی الکتروضعف در حدود 100 GeV اتفاق می افتد ، پیش بینی می شود که یکپارچگی بزرگ در 1016 GeV اتفاق بیفتد و یکپارچه سازی نیروی GUT با گرانش در انرژی پلانک ، تقریبا 1019 GeV پیش بینی می شود.
چندین نظریه بزرگ متحد (GUT) برای متحد کردن الکترومغناطیس و نیروهای ضعیف و قوی ارائه شده است. اتحاد بزرگ به معنای وجود یک نیروی هسته ای است. انتظار می رود که این انرژی با انرژی 1016 GeV تنظیم شود ، بسیار بیشتر از آنچه که توسط هر شتاب دهنده ذره در حال حاضر امکان پذیر است. اگرچه ساده ترین GUT ها به طور آزمایشی رد شده اند ، اما ایده تئوری یکپارچه بزرگ ، به ویژه هنگامی که با ابرتقارن مرتبط باشد ، همچنان یک کاندید مورد علاقه در جامعه فیزیک نظری است. GUT های فوق متقارن نه تنها به دلیل "زیبایی" نظری قابل قبول به نظر می رسند ، بلکه به دلیل اینکه به طور طبیعی مقادیر زیادی ماده تاریک تولید می کنند ، و به دلیل اینکه نیروی تورمی ممکن است مربوط به فیزیک GUT باشد (اگرچه به نظر نمی رسد که بخشی اجتناب ناپذیر از تئوری باشد) . با این حال واضح است که پاسخ نهایی GUT نیست. هر دو مدل استاندارد فعلی و همه GUT های پیشنهادی نظریه های میدان کوانتومی هستند که برای ارائه پاسخ های معقول به تکنیک مسئله دار تغییر حالت طبیعی نیاز دارند. این معمولاً به عنوان علامتی در نظر گرفته می شود که اینها فقط تئوریهای میدانی م effectiveثر هستند و پدیده های مهم مربوط به انرژیهای بسیار زیاد را حذف می کنند.
مرحله آخر نمودار نیاز به حل و فصل جدایی بین مکانیک کوانتوم و گرانش دارد ، که اغلب با نسبیت عمومی برابر است. محققان زیادی تلاش خود را بر روی این مرحله خاص متمرکز می کنند. با این وجود ، هیچ نظریه مورد قبول گرانش کوانتوم و بنابراین هیچ نظریه پذیرفته شده ای درباره همه چیز پدیدار نشده است. معمولاً فرض بر این است که TOE مشکلات باقیمانده GUT را نیز برطرف می کند.
علاوه بر توضیح نیروهای ذکر شده در نمودار ، یک TOE ممکن است وضعیت حداقل دو نیروی کاندیدای پیشنهادی توسط کیهان شناسی مدرن را توضیح دهد: یک نیروی تورمی و یک انرژی تاریک. علاوه بر این ، آزمایش های کیهانشناسی نیز وجود ماده تاریک را پیشنهاد می کنند ، ظاهراً از ذرات بنیادی خارج از طرح مدل استاندارد تشکیل شده است. اما وجود این نیروها و ذرات ثابت نشده است.
نظریه ریسمان و نظریه M
از دهه 1990 ، برخی از فیزیکدانان مانند ادوارد ویتن بر این باورند که نظریه M 11 بعدی ، که در برخی از محدودیت ها توسط یکی از پنج نظریه فوق ردیف آشفته توصیف می شود ، و در دیگری با ابر گرانش 11 بعدی حداکثر فوق متقارن ، این نظریه است از همه چیز. با این حال ، اتفاق نظر گسترده ای در مورد این موضوع وجود ندارد.
یک ویژگی قابل توجه نظریه رشته / M این است که ابعاد اضافی برای سازگاری نظریه مورد نیاز است. در این راستا ، نظریه ریسمان را می توان بر اساس بینش نظریه کالوزا-کلاین دانست ، که در آن متوجه شدیم که استفاده از نسبیت عام به یک جهان پنج بعدی (با یکی از آنها کوچک و خمیده) از منظر چهار بعدی مانند نسبیت عادی معمول همراه با الکترودینامیک ماکسول به نظر می رسد. این اعتبار به ایده متحد کردن فعل و انفعالات اندازه گیری و گرانش ، و به ابعاد اضافی وام داد ، اما به الزامات دقیق تجربی نمی پرداخت. ویژگی مهم دیگر نظریه ریسمان ، تقارن فوق العاده آن است که همراه با ابعاد اضافی دو پیشنهاد اصلی برای حل مسئله سلسله مراتب مدل استاندارد است ، (تقریباً) این س questionال است که چرا گرانش بسیار ضعیف تر از هر نیروی دیگر است. راه حل اضافی شامل اجازه می دهد تا گرانش به ابعاد دیگر منتقل شود در حالی که نیروهای دیگر را در یک فضای زمان چهار بعدی محدود می کند ، ایده ای که با مکانیسم های رشته ای صریح محقق شده است.
تحقیقات در مورد نظریه ریسمان توسط عوامل مختلف نظری و تجربی مورد تشویق قرار گرفته است. از لحاظ تجربی ، محتوای ذرات مدل استاندارد با توده های نوترینو در نمای اسپینور SO (10) قرار می گیرد ، یک زیر گروه E8 که به طور معمول در تئوری رشته ها ظاهر می شود ، مانند نظریه رشته های هتروتیک یا (گاهی اوقات به طور معادل) در نظریه نظریه ریسمان سازوکارهایی دارد که ممکن است دلیل وجود فرمونی در سه نسل سلسله مراتبی را توضیح دهد و میزان اختلاط بین نسل کوارک را توضیح دهد.از جنبه نظری ، شروع به پرداختن به برخی از س questionsالات اصلی در گرانش کوانتوم ، مانند حل پارادوکس اطلاعات سیاهچاله ، شمارش آنتروپی صحیح سیاهچاله ها و اجازه دادن به فرایندهای تغییر توپولوژی کرده است.همچنین به دلیل دوگانگی سنج / رشته به بینش بسیاری در ریاضیات خالص و نظریه سنج عادی و کاملاً متصل منجر شده است.
در اواخر دهه 1990 ، اشاره شد که یک مانع عمده در این تلاش این است که تعداد جهان های چهار بعدی ممکن بسیار باورنکردنی است. ابعاد اضافی کوچک و "خمیده" می تواند با تعداد زیادی از روشهای مختلف فشرده شود (یک تخمین 10500 است) که هر یک منجر به خواص مختلفی برای ذرات و نیروهای کم انرژی می شود. این آرایه از مدل ها به عنوان منظره تئوری رشته شناخته می شود.
یک راه حل پیشنهادی این است که بسیاری یا همه این احتمالات در یک یا تعداد زیادی از جهان محقق شده است ، اما تعداد کمی از آنها قابل سکونت هستند. از این رو آنچه به طور معمول به عنوان ثابت های بنیادی جهان تصور می کنیم ، در نهایت نتیجه اصل آنتروپیک است تا اینکه نظریه آن را دیکته کند. این امر منجر به انتقاد از نظریه ریسمان شده است، با این استدلال که این نظریه نمی تواند پیش بینی های مفیدی (به عنوان مثال ، اصلی ، جعل پذیر و قابل تأیید) داشته باشد و آن را به عنوان یک علم شبه تلقی کند. دیگران مخالف هستند ، و نظریه ریسمان همچنان یک موضوع فعال تحقیق در فیزیک نظری است.
گرانش کوانتومی را حلقه کنید
تحقیقات فعلی در مورد گرانش کوانتومی حلقه ممکن است سرانجام نقشی اساسی در یک TOE داشته باشد ، اما این هدف اصلی آن نیست. همچنین گرانش کوانتومی حلقه محدوده پایین تری را در مقیاس های ممکن ایجاد می کند.
اخیراً ادعاهایی مبنی بر اینکه گرانش کوانتومی حلقه قادر به تولید مثل ویژگی های استاندارد است ، وجود دارد. تاکنون فقط نسل اول فرمیون ها (لپتون ها و کوارک ها) با ویژگی های برابری صحیح توسط Sundance Bilson-Thompson با استفاده از پره های ساخته شده از گره های زمان-زمان به عنوان عناصر سازنده مدل سازی شده اند.با این حال ، هیچ اشتقاق لاگرانژی وجود ندارد که فعل و انفعالات چنین ذراتی را توصیف کند ، و نه می توان نشان داد که چنین ذراتی فرمیون هستند ، نه اینکه گروههای سنج یا فعل و انفعالات مدل استاندارد تحقق یابد. استفاده از مفاهیم محاسبات کوانتومی این امکان را فراهم آورد که نشان دهد ذرات قادر به زنده ماندن از نوسانات کوانتوم هستند.
این مدل منجر به تفسیر بار الکتریکی و رنگی به عنوان کمیت های توپولوژیکی می شود (الکتریکی به تعداد و پیچش های پیچشی که روی روبان های مختلف قرار دارد و رنگ به عنوان انواع پیچش برای بار الکتریکی ثابت).
مقاله اصلی بیلسون-تامپسون پیشنهاد می کند که فرمیونهای نسل بالاتر را می توان با پیچهای پیچیده پیچیده تر نشان داد ، اگرچه ساختارهای صریح این ساختارها داده نشده است. بار الکتریکی ، رنگ و برابری خصوصیات این نوع فرمیون ها به همان روشی است که برای نسل اول ایجاد می شود. این مدل به طور واضح برای تعداد نامحدودی از نسل ها و برای بوزون های نیروی ضعیف (اما نه برای فوتون ها یا گلوئون ها) در مقاله 2008 توسط بیلسون-تامپسون ، هاکت ، کافمن و اسمولین تعمیم داده شد.
تلاشهای دیگر
از جمله تلاشهای دیگر برای توسعه نظریه همه چیز ، نظریه سیستمهای فرمیون علی است ،ارائه دو نظریه فیزیکی فعلی (نسبیت عام و نظریه میدان کوانتوم) به عنوان موارد محدود.
نظریه دیگری مجموعه علل است. همانطور که برخی از رویکردهای ذکر شده در بالا ، هدف مستقیم آن لزوما دستیابی به TOE نیست بلکه در درجه اول یک تئوری کار گرانش کوانتومی است که در نهایت ممکن است شامل مدل استاندارد باشد و به عنوان نامزد TOE شناخته شود. اصل بنیانگذاری آن این است که فضا-زمان کاملاً گسسته است و وقایع فضا-زمان با یک ترتیب جزئی مرتبط هستند. این نظم جزئی معنای فیزیکی روابط علیت بین گذشته و آینده نسبی را دارد که وقایع فضایی را متمایز می کند.
خارج از تلاش های قبلی ذکر شده ، پیشنهاد E8 گرت لیسی وجود دارد. این نظریه سعی دارد نسبیت عام و مدل استاندارد را در گروه Lie E8 ایجاد کند. این نظریه روش جدیدی برای کوانتاسیون ارائه نمی دهد و نویسنده پیشنهاد می کند که کمی سازی آن ممکن است از روش گرانش کوانتومی حلقه ای که در بالا ذکر شد پیروی کند.
مثلث دینامیکی علalی هیچ عرصه (فضای بعدی) از قبل موجود را در نظر نمی گیرد ، بلکه سعی در نشان دادن چگونگی تکامل پارچه زمان دارد.
مدل Strand کریستوف شیلر تلاش می کند تا تقارن سنجی مدل استاندارد فیزیک ذرات ، U (1) × SU (2) × SU (3) را با سه حرکت Reidemeister از نظریه گره با معادل سازی هر ذره ابتدایی به یک دیگر ، محاسبه کند. گره خوردن یک ، دو یا سه رشته (به ترتیب انتخاب گره بلند یا منحنی بدون گره ، گره منطقی یا گره بافته).
یک تلاش دیگر ممکن است مربوط به ER = EPR باشد ، یک حدس در فیزیک بیان می کند که ذرات درهم پیچیده توسط یک کرم چاله (یا پل اینشتین - روزن) به هم متصل می شوند.
وضعیت موجود
در حال حاضر ، هیچ نظریه نامزدی در مورد همه چیز وجود ندارد که شامل مدل استاندارد فیزیک ذرات و نسبیت عام باشد و در عین حال ، قادر به محاسبه ثابت ساختار خوب یا جرم الکترون باشد. بیشتر فیزیکدانان ذرات انتظار دارند که نتیجه آزمایشات در حال انجام - جستجوی ذرات جدید در شتاب دهنده های ذرات بزرگ و ماده تاریک - برای تأمین ورودی بیشتر برای TOE مورد نیاز باشد.
قضیه ناقص بودن گودل
تعدادی از محققان ادعا می کنند که قضیه ناقص بودن گودل نشان می دهد که هر تلاشی برای ساخت TOE قطعاً ناکام خواهد بود. قضیه گودل ، به طور غیررسمی بیان شده ، ادعا می کند که هر نظریه رسمی کافی برای بیان حقایق ریاضی مقدماتی و به اندازه کافی قوی برای اثبات آنها یا ناسازگار است (هم بیانیه و هم انکار آن را می توان از بدیهیات آن ناشی کرد) یا ناقص است ، به مفهومی که در آنجا وجود دارد گزاره ای درست است که نمی توان در نظریه رسمی استخراج کرد.
استنلی جکی ، در کتاب خود با عنوان "رابطه فیزیک" ، در سال 1966 ، اشاره کرد که ، از آنجا که هر "نظریه همه چیز" قطعاً یک نظریه ریاضی غیر پیش پا افتاده ثابت خواهد بود ، باید ناقص باشد. او ادعا می کند که این عذاب ها به دنبال یک نظریه قطعی درباره همه چیز است.
فریمن دایسون اظهار داشته است كه "قضیه گودل به این معنی است كه ریاضیات محض پایان ناپذیر است. مهم نیست كه چقدر مسئله را حل كنیم ، همیشه مسائل دیگری وجود خواهد داشت كه در قوانین موجود حل نمی شوند. […] به دلیل قضیه گودل ، فیزیك نیز پایان ناپذیر است. قوانین فیزیک مجموعه محدودی از قوانین است و شامل قوانینی برای انجام ریاضیات است ، به طوری که قضیه گودل در مورد آنها اعمال می شود. "
استیون هاوکینگ در اصل معتقد به نظریه همه چیز بود ، اما پس از بررسی قضیه گودل ، به این نتیجه رسید که یکی از این موارد قابل دستیابی نیست. "اگر نظریه نهایی وجود نداشته باشد که بتوان آن را به عنوان تعداد محدودی از اصول بیان کرد ، برخی از افراد بسیار ناامید خواهند شد. من قبلاً به آن اردوگاه تعلق داشتم ، اما نظرم تغییر کرده است."
یورگن اشمیدوبر (1997) علیه این نظر استدلال کرده است. او اشاره می کند که قضیه های گودل برای فیزیک قابل محاسبه بی ربط است.در سال 2000 ، اشمیدوبر صراحتاً جهانهای قابل محاسبه و تعیین کننده ای ساخت که شبه تصادفی بودن آنها بر اساس مشکلات متوقف کننده غیرقابل تصمیم گیری ، مانند گودل بسیار دشوار است اما تشخیص آنها به هیچ وجه از TOE های رسمی جلوگیری نمی کند.
سلیمان ففرمن ، نقدهای مرتبط را در میان دیگران ارائه داد. Douglas S. Robertson بازی زندگی کانوی را به عنوان مثال ارائه می دهد: قوانین اساسی ساده و کامل هستند ، اما سوالاتی غیرقابل تصمیم گیری رسمی در مورد رفتارهای بازی وجود دارد. به طور مشابه ، می توان قوانین اساسی فیزیک را با تعداد محدودی از قوانین کاملاً مشخص کاملاً بیان کرد (یا ممکن است) ، اما شکی نیست که در مورد رفتار سیستم های فیزیکی سوالاتی وجود دارد که به طور رسمی در مورد اساس آن قوانین اساسی
از آنجا که اکثر فیزیکدانان بیان قوانین اساسی را به عنوان تعریف "نظریه همه چیز" کافی می دانند ، بیشتر فیزیکدانان استدلال می کنند که قضیه گودل به معنای وجود TOE نیست. از سوی دیگر ، به نظر می رسد که دانشمندان با استناد به قضیه گودل ، حداقل در برخی موارد ، نه به قوانین اساسی بلکه به قابل درک بودن رفتار همه سیستم های فیزیکی اشاره دارند ، مانند زمانی که هاوکینگ ذکر می کند که بلوک ها را به مستطیل تبدیل می کند ، محاسبه اعداد اول در یک سوال فیزیکی. این اختلاف تعریف ممکن است برخی از اختلاف نظرها را در بین محققان توضیح دهد.
محدودیت های اساسی در دقتاعتقاد بر این است که هیچ نظریه فیزیکی تا به امروز دقیقاً دقیق نیست. در عوض ، فیزیک با مجموعه ای از "تقریب های پی در پی" که پیش بینی دقیق تر و دقیق تری را درباره طیف وسیع و گسترده تری از پدیده ها فراهم می کند ، پیش رفته است. برخی از فیزیکدانان بر این باورند که اشتباه است که مدلهای نظری را با ماهیت واقعی واقعیت اشتباه بگیریم ، و معتقدند که مجموعه تقریب ها هرگز در "حقیقت" خاتمه نخواهند یافت. خود اینشتین در مواردی این نظر را بیان می کرد.به دنبال این دیدگاه ، ممکن است به طور منطقی به نظریه ای در مورد همه چیزهایی که به طور خودکار تمام نیروهای شناخته شده فعلی را در خود دارد ، امیدوار باشیم ، اما نباید انتظار داشته باشیم که این پاسخ نهایی باشد.
از طرف دیگر ، اغلب ادعا می شود که ، علی رغم پیچیدگی ظاهراً روزافزون ریاضیات هر نظریه جدید ، به معنای عمیق مرتبط با تقارن سنج اصلی آنها و تعداد ثابت های فیزیکی بدون بعد ، نظریه ها ساده تر می شوند. در این صورت ، روند ساده سازی نمی تواند به طور نامحدود ادامه یابد.
فقدان قوانین اساسییک بحث فلسفی در مورد اینکه آیا نظریه ای درباره همه چیز سزاوار است قانون اساسی جهان خوانده شود وجود دارد. یک دیدگاه موضع تقلیل گرایانه است که TOE یک قانون اساسی است و تمام نظریه های دیگری که در جهان اعمال می شوند نتیجه TOE هستند. دیدگاه دیگر این است که قوانین نوظهور ، که بر رفتار سیستم های پیچیده حاکم هستند ، باید به همان اندازه اساسی تلقی شوند. نمونه هایی از قوانین نوظهور ، قانون دوم ترمودینامیک و تئوری انتخاب طبیعی است. طرفداران ظهور معتقدند که قوانین نوظهور ، به ویژه قوانینی که سیستم های پیچیده یا زنده را توصیف می کنند ، مستقل از قوانین سطح پایین و میکروسکوپی هستند. در این دیدگاه ، قوانین نوظهور به اندازه یک TOE اساسی هستند.
بحث ها موضوع مورد بحث را روشن نمی کند. احتمالاً تنها مسئله مورد بحث حق استفاده از اصطلاح "بنیادی" با موضع بالا برای موضوعات مربوطه تحقیق است. بحث مشهوری در این باره بین استیون وینبرگ و فیلیپ اندرسون درگرفت
غیرممکن بودن "از همه چیز"
اگرچه نام "نظریه همه چیز" جبرگرایی نقل قول لاپلاس را نشان می دهد ، اما این یک برداشت بسیار گمراه کننده است. جبرگرایی از ماهیت احتمالی پیش بینی های مکانیکی کوانتوم ، از حساسیت شدید به شرایط اولیه که منجر به هرج و مرج ریاضی می شود ، از محدودیت های ناشی از افق های رویداد و از لحاظ ریاضیات از دشواری شدید استفاده از نظریه ناامید می شود. بنابراین ، اگرچه مدل استاندارد فعلی فیزیک ذرات "در اصل" تقریباً همه پدیده های شناخته شده غیر گرانشی را پیش بینی می کند ، اما در عمل فقط چند نتیجه کمی از نظریه کامل (به عنوان مثال ، توده های برخی از ساده ترین هادرون ها) بدست آمده است ، و این نتایج (به خصوص توده های ذره ای که بیشتر مربوط به فیزیک کم انرژی هستند) از دقت کمتری نسبت به اندازه گیری های تجربی موجود برخوردار هستند. تقاضای TOE برای پیش بینی نتایج تجربی تقریباً دشوارتر خواهد بود و بنابراین ممکن است کاربرد محدودی داشته باشد.
انگیزه ای برای جستجوی TOE ، است ، جدا از رضایت فکری خالص از تکمیل یک تلاش چند صد ساله ، این است که نمونه های قبلی وحدت ، پدیده های جدیدی را پیش بینی کرده اند ، برخی از آنها (به عنوان مثال مولد های الکتریکی) بسیار عملی اهمیت. و مانند این مثالهای قبلی وحدت ، TOE احتمالاً به ما امکان می دهد تا با اطمینان دامنه اعتبار و خطای باقیمانده تقریب های کم انرژی را با نظریه کامل تعریف کنیم.
نظریه ها عموماً پدیده های آشکار آگاهی یا اختیار را ، که در عوض اغلب موضوع فلسفه و دین هستند ، حساب نمی کنند.
بی نهایت لایه پیاز
فرانک کلوز مرتباً استدلال می کند که لایه های طبیعت ممکن است مانند لایه های پیاز باشد و ممکن است تعداد لایه ها بی نهایت باشد.این به معنای توالی بی نهایت نظریه های فیزیکی است.
عدم امکان محاسبه
وینبرگ اشاره کرد که محاسبه حرکت دقیق یک پرتابه واقعی در جو زمین غیرممکن است. بنابراین چگونه می توان فهمید که برای توصیف حرکت پرتابه ها نظریه کافی داریم؟ وینبرگ پیشنهاد می کند که ما اصولی (قوانین حرکت و نیروی جاذبه نیوتن) را می شناسیم که "به اندازه کافی خوب" برای مثال های ساده مانند حرکت سیارات در فضای خالی کار می کند. این اصول در مورد مثالهای ساده بسیار خوب کار کرده اند ، به طوری که می توان اطمینان خاطر داشت که آنها برای مثالهای پیچیده تر نیز جواب خواهند داد. به عنوان مثال ، اگرچه نسبیت عام شامل معادلاتی است که راه حل دقیق ندارند ، اما به عنوان یک تئوری معتبر پذیرفته شده است زیرا تمام معادلات آن با راه حل های دقیق به طور تجربی تأیید شده است. به همین ترتیب ، یک TOE باید برای طیف گسترده ای از نمونه های ساده کار کند به گونه ای که بتوانیم به طور منطقی اطمینان داشته باشیم که برای هر موقعیت فیزیکی مفید خواهد بود.
