如果……我们解决物理学中的基本问题会怎么样。一切都在等待一个理论，从中什么也出不来

内容

描述宇宙。但宇宙是什么？
“完整”模型的欺骗之美

什么会给我们答案，如暗物质和暗能量、宇宙起源之谜、引力的本质、物质相对于反物质的优势、时间的方向、引力与其他物理相互作用的统一，将自然界的力量大统一为一个基本，直至所谓的万物理论？

根据爱因斯坦 和许多其他杰出的现代物理学家一样，物理学的目标恰恰是创造万物理论（TV）。然而，这种理论的概念并不是明确的。 ToE 被称为万物理论，是一种假设的物理理论，它始终如一地描述一切 物理现象 并允许您预测任何实验的结果。如今，这个短语通常用于描述试图与 广义相对论. 到目前为止，这些理论都没有得到实验证实。

目前最先进的自称TW的理论是基于全息原理。 11维M理论. 它还没有被开发出来，被许多人认为是一个发展方向，而不是一个实际的理论。

许多科学家怀疑“万物理论”之类的东西是否可能，并且在最基本的意义上是基于逻辑的。 库尔特·哥德尔定理 说任何足够复杂的逻辑系统要么是内部不一致的（可以证明一个句子及其矛盾），要么是不完整的（存在无法证明的平凡真实的句子）。 Stanley Jackie 在 1966 年指出，TW 一定是一个复杂而连贯的数学理论，因此它必然是不完整的。

万物理论有一种特殊的、原始的和感性的方式。 全息假说 (1)、将任务转移到稍微不同的计划。黑洞物理学似乎表明我们的宇宙并不是我们的感官告诉我们的。我们周围的现实可以是全息图，即二维平面的投影。这也适用于哥德尔定理本身。但这样的万物理论是否解决了任何问题，是否让我们能够面对文明的挑战？

描述宇宙。但宇宙是什么？

我们目前有两个可以解释几乎所有物理现象的总体理论： 爱因斯坦的引力理论 （广义相对论） i. 第一个很好地解释了宏观物体的运动，从足球到星系。他对原子和亚原子粒子非常了解。问题是 这两种理论以完全不同的方式描述我们的世界. 在量子力学中，事件是在固定的背景下发生的。时空 – 而 w 是灵活的。弯曲时空的量子理论会是什么样子？我们不知道。

在出版后不久，第一次尝试建立一个统一的万物理论 广义相对论在我们了解支配核力量的基本规律之前。这些概念，称为 卡卢齐-克莱因理论，试图将重力与电磁结合起来。

几十年来，弦理论将物质表示为由 微小的振动弦 或 能量循环, 被认为最适合创建 统一物理理论. 然而，一些物理学家更喜欢 k斜拉环重力其中外层空间本身是由微小的环组成的。然而，弦理论和圈量子引力都没有经过实验测试。

大统一理论（GUT）结合了量子色动力学和电弱相互作用理论，将强、弱和电磁相互作用表示为单一相互作用的表现。然而，以往的大统一理论都没有得到实验证实。大统一理论的一个共同特点是对质子衰变的预测。这个过程还没有被观察到。因此，质子的寿命必须至少为 1032 年。

1968 年的标准模型将强、弱和电磁力统一在一个总体保护伞下。所有粒子及其相互作用都被考虑在内，并且做出了许多新的预测，包括一个大的统一预测。在高能量下，大约 100 GeV（将单个电子加速到 100 亿伏特电位所需的能量），将恢复统一电磁力和弱力的对称性。

预言了新的存在，并且随着 1983 年 W 和 Z 玻色子的发现，这些预言得到了证实。四大主力缩减为三个。统一背后的想法是标准模型的所有三种力，甚至可能是更高的重力能量，都组合成一个结构。

2. 描述标准模型的朗朗日方程，分为五个部分。

有人建议，在更高的能量下，也许大约 普朗克尺度，重力也会结合。这是弦理论的主要动机之一。这些想法非常有趣的是，如果我们想要统一，我们必须在更高的能量上恢复对称性。如果它们目前被破坏，它会导致一些可观察的、新的粒子和新的相互作用。

标准模型的拉格朗日是描述粒子 i 的唯一方程 标准模型的影响 (2)。它由五个独立的部分组成：关于方程区域 1 中的胶子，标记为 XNUMX 的部分中的弱玻色子，标记为 XNUMX，是物质如何与弱力和希格斯场相互作用的数学描述，减去的幽灵粒子第四部分中希格斯场的过剩，以及第五部分中描述的精神 法捷耶夫-波波夫这会影响弱相互作用的冗余。不考虑中微子质量。

虽然 标准型号 我们可以把它写成一个单一的方程，它并不是一个真正的同质整体，因为有许多独立的、独立的表达式支配着宇宙的各个组成部分。标准模型的不同部分不会相互影响，因为色荷不影响电磁和弱相互作用，而且为什么应该发生的相互作用（例如强相互作用中的 CP 违反）不起作用的问题仍未得到解答。发生。

当对称性恢复时（在电势的峰值处），就会发生统一。然而，最底部的对称性破缺与我们今天拥有的宇宙以及新型大质量粒子是一致的。那么这个理论应该是什么？那个，即一个真正的不对称宇宙，或者一个对称的宇宙，但最终不是我们正在处理的那个。

“完整”模型的欺骗之美

Lars English 在 The No Theory of Everything 中认为，没有任何一套规则可以 将广义相对论与量子力学相结合因为在量子水平上正确的东西在引力水平上不一定是正确的。系统越大、越复杂，其构成要素的差异就越大。 “重点不是这些引力规则与量子力学相矛盾，而是它们不能从量子物理学中推导出来，”他写道。

所有科学，无论有意或无意，都是基于它们存在的前提。 客观物理规律这需要一组相互兼容的基本物理假设来描述物理宇宙的行为及其中的一切。当然，这样的理论并不需要对所有存在的事物进行完整的解释或描述，但最有可能的是，它详尽地描述了所有可验证的物理过程。从逻辑上讲，这种对 TW 的理解的直接好处之一是停止理论预测负面结果的实验。

大多数物理学家将不得不停止研究并以教学为生，而不是研究。然而，公众可能并不关心引力是否可以用时空曲率来解释。

当然，还有另一种可能性——宇宙根本不会统一。我们得到的对称性只是我们自己的数学发明，并没有描述物理宇宙。

在 Nautil.Us 的一篇备受瞩目的文章中，法兰克福高等研究院的科学家 Sabina Hossenfelder（3 岁）评估说，“万物理论的整个想法都是基于一个不科学的假设。” “这不是发展科学理论的最佳策略。（……）在理论发展中对美的依赖历来效果不佳。” 在她看来，没有理由用万物理论来描述自然。虽然我们需要引力的量子理论来避免自然法则中的逻辑不一致，但标准模型中的力不需要统一，也不需要与引力统一。这会很好，是的，但这是不必要的。研究人员强调，标准模型在没有统一的情况下运行良好。大自然显然不在乎物理学家认为什么是美丽的数学，霍森费尔德女士生气地说。在物理学中，理论发展的突破与数学矛盾的解决有关，而不是与漂亮和“完成”的模型有关。

尽管有这些清醒的告诫，但关于万物理论的新建议仍在不断被提出，例如加勒特·利斯 (Garrett Lisi) 于 2007 年出版的《异常简单的万物理论》。它具有Prof. Hossenfelder 很漂亮，可以通过吸引人的可视化来精美地展示 (4)。这个名为 E8 的理论声称，理解宇宙的关键是 以对称玫瑰花结形式的数学对象.

Lisi 通过在图表上绘制基本粒子来创建这种结构，该图表还考虑了已知的物理相互作用。结果是一个包含 248 个点的复杂 XNUMX 维数学结构。这些点中的每一个都代表具有不同属性的粒子。图中有一组具有某些“缺失”属性的粒子。至少这些“缺失”中的一些在理论上与引力有关，弥合了量子力学和广义相对论之间的鸿沟。

4.可视化理论E8

所以物理学家必须努力填补“狐狸窝”。如果成功了，会发生什么？许多人讽刺地回答说没什么特别的。一张漂亮的照片就完成了。从这个意义上说，这种构造可能很有价值，因为它向我们展示了完成“万物理论”的真正后果是什么。在实际意义上可能微不足道。