Теория всего ( TOE ), окончательная теория , окончательная теория , единая теория поля или основная теория — это гипотетическая, единственная, всеобъемлющая, последовательная теоретическая основа физики , которая полностью объясняет и связывает воедино все аспекты Вселенной . [1] :6 Создание теории всего — одна из главных нерешённых проблем физики . [2] [3]
За последние несколько столетий были разработаны две теоретические концепции, которые вместе больше всего напоминают теорию всего. Эти две теории, на которых основана вся современная физика, — это общая теория относительности и квантовая механика . Общая теория относительности — это теоретическая основа, которая фокусируется только на гравитации для понимания Вселенной в областях как большого масштаба, так и большой массы: планеты , звезды , галактики , скопления галактик и т. д. С другой стороны, квантовая механика — это теоретическая основа, которая фокусируется только на о трех негравитационных силах для понимания Вселенной в областях как очень малого масштаба, так и малой массы: субатомные частицы , атомы , молекулы и т. д. Квантовая механика успешно реализовала Стандартную модель , которая описывает три негравитационные силы: сильное ядерное , слабые ядерные и электромагнитные силы – как и все наблюдаемые элементарные частицы. [4] : 122
Общая теория относительности и квантовая механика неоднократно подтверждались в своих отдельных областях значимости. Поскольку обычные области применимости общей теории относительности и квантовой механики настолько различны, в большинстве ситуаций требуется использовать только одну из двух теорий. [5] [6] [7] : 842–844 Две теории считаются несовместимыми в областях чрезвычайно малого масштаба – масштабе Планка – например, в тех, которые существуют внутри черной дыры или на начальных стадиях существования Вселенной (т.е. момент сразу после Большого взрыва ). Чтобы устранить несовместимость, необходимо найти теоретическую основу, раскрывающую более глубокую скрытую реальность, объединяющую гравитацию с тремя другими взаимодействиями, чтобы гармонично интегрировать области общей теории относительности и квантовой механики в единое целое: теорию всего можно определить как всеобъемлющая теория, которая, в принципе, была бы способна описать все физические явления в этой Вселенной.
Для достижения этой цели квантовая гравитация стала одной из областей активных исследований. [8] [9] Одним из примеров является теория струн , которая превратилась в кандидата в теорию всего, но не без недостатков (в первую очередь, очевидного отсутствия проверяемых в настоящее время предсказаний ) и противоречий. Теория струн утверждает, что в начале Вселенной (вплоть до 10–43 секунд после Большого взрыва) четыре фундаментальные силы когда-то были одной фундаментальной силой. Согласно теории струн, каждая частица во Вселенной на самом ультрамикроскопическом уровне ( планковская длина ) состоит из различных комбинаций вибрирующих струн (или нитей) с предпочтительными моделями вибрации. Теория струн далее утверждает, что именно благодаря этим особым моделям колебаний струн создается частица с уникальной массой и силовым зарядом (то есть электрон представляет собой разновидность струны, которая колеблется в одном направлении, а ап-кварк представляет собой разновидность струны, которая колеблется в одну сторону). струны, вибрирующей по-другому, и так далее). Теория струн/ М-теория предлагает шесть или семь измерений пространства -времени в дополнение к четырем обычным измерениям десяти- или одиннадцатимерного пространства-времени.
Первоначально термин « теория всего» использовался с иронической ссылкой на различные чрезмерно обобщенные теории. Например, дедушка Иона Тихого – персонажа из цикла научно-фантастических рассказов Станислава Лема 1960 -х годов – был известен как работавший над « Общей теорией всего ». Физик Харальд Фрич использовал этот термин в своих лекциях в Варенне в 1977 году . [10] Физик Джон Эллис утверждает, что [11] ввел аббревиатуру «TOE» в техническую литературу в статье в журнале Nature в 1986 году . [12] Со временем этот термин закрепился в популяризации исследований в области теоретической физики .
Многие древние культуры, такие как вавилонские астрономы и индийская астрономия , изучали структуру Семи Священных Светил / Классических Планет на фоне звезд , их интерес заключался в том, чтобы связать небесное движение с человеческими событиями ( астрология ), а цель состояла в том, чтобы предсказать события с помощью запись событий по времени, а затем поиск повторяющихся закономерностей. Спор о том, имеет ли Вселенная начало или вечные циклы, восходит к древней Вавилонии . [13] Индуистская космология утверждает, что время бесконечно с циклической вселенной , где нынешней вселенной предшествовало и последует бесконечное количество вселенных. [14] [15] Временные шкалы, упомянутые в индуистской космологии, соответствуют шкалам современной научной космологии. Его циклы простираются от наших обычных дня и ночи до дня и ночи Брахмы продолжительностью 8,64 миллиарда лет. [16]
Естественная философия атомизма появилась в нескольких древних традициях. В древнегреческой философии философы -досократики предполагали, что кажущееся разнообразие наблюдаемых явлений обусловлено одним типом взаимодействия, а именно движением и столкновениями атомов. Концепция «атома», предложенная Демокритом , была ранней философской попыткой объединить явления, наблюдаемые в природе. Понятие «атом» появилось также в школе древнеиндийской философии Ньяя - Вайшешика .
Архимед, возможно, был первым философом, который описал природу с помощью аксиом (или принципов), а затем вывел из них новые результаты. Ожидается, что любая «теория всего» будет основываться на аксиомах и выводить из них все наблюдаемые явления. [17] : 340
Следуя более ранней атомистической мысли, механическая философия 17-го века постулировала, что все силы могут быть в конечном итоге сведены к силам контакта между атомами, которые затем представлялись как крошечные твердые частицы. [18] : 184 [19]
В конце 17 века описание Исааком Ньютоном силы гравитации на больших расстояниях подразумевало, что не все силы в природе возникают в результате соприкосновения вещей. Работа Ньютона в его «Математических принципах естественной философии» рассматривала это в качестве еще одного примера объединения , в данном случае объединяя работы Галилея о земной гравитации, законы движения планет Кеплера и явление приливов и отливов , объясняя эти очевидные действия в расстояние подчиняется одному единственному закону: закону всемирного тяготения . [20]
В 1814 году, основываясь на этих результатах, Лаплас, как известно, предположил, что достаточно мощный интеллект мог бы, если бы он знал положение и скорость каждой частицы в данный момент времени, а также законы природы, вычислить положение любой частицы в любое другое время. : [21] : глава 7
Разум, который в определенный момент знал бы все силы, приводящие природу в движение, и все положения всех предметов, из которых состоит природа, если бы этот разум был также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, он бы охватил в единой формуле движения величайших тел Вселенной и движений мельчайшего атома; для такого интеллекта ничто не было бы неопределенным, и будущее, как и прошлое, было бы перед его глазами.
- Философское эссе по вероятностям , Введение. 1814 г.
Таким образом, Лаплас рассматривал сочетание гравитации и механики как теорию всего. Современная квантовая механика предполагает, что неопределенность неизбежна , и поэтому взгляды Лапласа необходимо изменить: теория всего должна включать гравитацию и квантовую механику. Даже игнорируя квантовую механику, теории хаоса достаточно, чтобы гарантировать, что будущее любой достаточно сложной механической или астрономической системы непредсказуемо.
В 1820 году Ганс Христиан Эрстед обнаружил связь между электричеством и магнетизмом, положив начало десятилетиям работы, кульминацией которой стала теория электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла в 1865 году . В течение 19-го и начала 20-го веков постепенно стало очевидно, что многие распространенные примеры сил – контактные силы, упругость , вязкость , трение и давление – возникают в результате электрических взаимодействий между мельчайшими частицами материи.
В своих экспериментах 1849–1850 годов Майкл Фарадей был первым, кто искал объединение гравитации с электричеством и магнетизмом. [22] Однако он не нашел никакой связи.
В 1900 году Дэвид Гильберт опубликовал знаменитый список математических задач. В шестой задаче Гильберт предложил исследователям найти аксиоматическую основу всей физики. Таким образом, в этой проблеме он попросил создать то, что сегодня назвали бы теорией всего. [23]
В конце 1920-х годов новая на тот момент квантовая механика показала, что химические связи между атомами являются примерами (квантовых) электрических сил, что оправдывало хвастовство Дирака о том, что «основные физические законы, необходимые для математической теории значительной части физики и всей Таким образом, вся химия полностью известна». [24]
После 1915 года, когда Альберт Эйнштейн опубликовал теорию гравитации ( общую теорию относительности ), с возобновлением интереса начались поиски единой теории поля , сочетающей гравитацию с электромагнетизмом. Во времена Эйнштейна сильное и слабое взаимодействия еще не были открыты, однако он нашел потенциальное существование двух других отдельных сил, гравитации и электромагнетизма, гораздо более заманчивым. Это положило начало его 40-летнему путешествию в поисках так называемой «единой теории поля» , которая, как он надеялся, покажет, что эти две силы на самом деле являются проявлениями одного великого, основополагающего принципа. В течение последних нескольких десятилетий его жизни эти амбиции отдалили Эйнштейна от остальной части основного направления физики, поскольку вместо этого основное течение было гораздо больше воодушевлено формирующейся структурой квантовой механики. Эйнштейн писал другу в начале 1940-х годов: «Я стал одиноким стариком, который известен главным образом потому, что не носит носков и которого в особых случаях выставляют напоказ как диковинку». Видными вкладчиками были Гуннар Нордстрем , Герман Вейль , Артур Эддингтон , Дэвид Гильберт , [25] Теодор Калуца , Оскар Кляйн (см. теорию Калуцы-Кляйна ) и, в первую очередь, Альберт Эйнштейн и его сотрудники. Эйнштейн всерьез искал, но в конечном итоге не смог найти объединяющую теорию [26] : глава 17 (см. уравнения Эйнштейна–Максвелла–Дирака).
В XX веке поиск объединяющей теории был прерван открытием сильного и слабого ядерных взаимодействий, отличающихся как от гравитации, так и от электромагнетизма. Еще одним препятствием было признание того, что квантовая механика должна быть включена в теорию всего с самого начала, а не возникать как следствие детерминистской единой теории, как надеялся Эйнштейн.
Гравитация и электромагнетизм могут сосуществовать в списке классических сил, но в течение многих лет казалось, что гравитация не может быть включена в квантовую структуру, не говоря уже о том, чтобы объединиться с другими фундаментальными силами. По этой причине работа над объединением на протяжении большей части 20-го века была сосредоточена на понимании трех сил, описываемых квантовой механикой: электромагнетизма, а также слабых и сильных взаимодействий. Первые два были объединены в 1967–1968 годах Шелдоном Глэшоу , Стивеном Вайнбергом и Абдусом Саламом в электрослабое взаимодействие. [27] Электрослабое объединение представляет собой нарушение симметрии : электромагнитное и слабое взаимодействия кажутся разными при низких энергиях, поскольку частицы, несущие слабое взаимодействие, W- и Z-бозоны , имеют ненулевые массы (80,4 ГэВ/ c 2 и91,2 ГэВ/ с 2 соответственно), тогда как фотон , переносящий электромагнитную силу, не имеет массы. При более высоких энергиях W-бозоны и Z-бозоны могут быть легко созданы , и единая природа взаимодействия становится очевидной.
Хотя в Стандартной модели физики элементарных частиц сильное и электрослабое взаимодействия сосуществуют , они остаются разными. Таким образом, разработка теории всего осталась безуспешной: не было достигнуто ни объединение сильного и электрослабого взаимодействий, которые Лаплас назвал бы «контактными силами», ни объединение этих сил с гравитацией.
Теория всего объединила бы все фундаментальные взаимодействия природы: гравитацию , сильное взаимодействие , слабое взаимодействие и электромагнетизм . Поскольку слабое взаимодействие может превращать элементарные частицы из одного вида в другой, теория всего должна также предсказывать все возможные виды частиц. Обычный предполагаемый путь теорий показан на следующем графике, где каждый шаг объединения ведет на один уровень вверх по графику.
На этом графике электрослабое объединение происходит при энергии около 100 ГэВ, великое объединение прогнозируется при 10 16 ГэВ, а объединение силы Великого Объединения с гравитацией ожидается при энергии Планка , примерно 10 19 ГэВ.
Было предложено несколько теорий Великого объединения (GUT), чтобы объединить электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействия. Великое объединение подразумевало бы существование электроядерной силы; ожидается, что она начнется при энергиях порядка 10 16 ГэВ, что намного больше, чем может быть достигнуто любым возможным в настоящее время ускорителем частиц . Хотя простейшие теории Великого объединения были экспериментально исключены, идея теории Великого объединения, особенно когда она связана с суперсимметрией , остается любимым кандидатом в сообществе теоретической физики. Суперсимметричные теории Великого объединения кажутся правдоподобными не только из-за их теоретической «красоты», но и потому, что они естественным образом производят большие количества темной материи, а также потому, что инфляционная сила может быть связана с физикой теории Великого объединения (хотя она, похоже, не является неизбежной частью теории Великого объединения). теории). Однако теории великого объединения явно не являются окончательным ответом; и текущая стандартная модель, и все предлагаемые GUT представляют собой квантовые теории поля , которые требуют проблемной техники перенормировки для получения разумных ответов. Обычно это рассматривается как признак того, что это всего лишь эффективные теории поля , опускающие важнейшие явления, имеющие значение только при очень высоких энергиях. [6]
Последний шаг в графике требует разрешения разделения между квантовой механикой и гравитацией, которое часто приравнивают к общей теории относительности. Многие исследователи концентрируют свои усилия на этом конкретном этапе; тем не менее, не существует общепринятой теории квантовой гравитации и, следовательно, общепринятой теории всего, подтвержденной наблюдениями. Обычно предполагается, что теория всего решит и оставшиеся проблемы теорий великого объединения.
В дополнение к объяснению сил, перечисленных на графике, теория всего может также объяснить статус по крайней мере двух потенциальных сил, предложенных современной космологией : инфляционной силы и темной энергии . Более того, космологические эксперименты также предполагают существование темной материи , предположительно состоящей из фундаментальных частиц, выходящих за рамки стандартной модели. Однако существование этих сил и частиц не доказано.
Является ли теория струн , теория суперструн , или М-теория , или какой-либо другой вариант на эту тему, шагом на пути к «теории всего» или просто тупиком?
С 1990-х годов некоторые физики, такие как Эдвард Виттен , полагают, что 11-мерная М-теория , которая в некоторых пределах описывается одной из пяти пертурбативных теорий суперструн , а в другом — максимально- суперсимметричной 11-мерной супергравитацией , является теорией из всего. По этому вопросу нет широкого консенсуса.
Одним из замечательных свойств струнной / М-теории является то, что для непротиворечивости теории требуются семь дополнительных измерений помимо четырех измерений в нашей Вселенной. В этом отношении теорию струн можно рассматривать как основанную на идеях теории Калуцы–Клейна , в которой было осознано, что применение общей теории относительности к пятимерной Вселенной с одним небольшим и свернутым пространственным измерением выглядит с четырехмерной точки зрения. -мерная перспектива, подобная обычной общей теории относительности вместе с электродинамикой Максвелла . Это придавало доверие идее объединения калибровочных и гравитационных взаимодействий, а также дополнительным измерениям, но не отвечало детальным экспериментальным требованиям. Еще одним важным свойством теории струн является ее суперсимметрия , которая вместе с дополнительными измерениями является двумя основными предложениями по решению проблемы иерархии стандартной модели , которая (приблизительно) представляет собой вопрос о том, почему гравитация настолько слабее, чем любая другая сила. Межмерное решение предполагает распространение гравитации в другие измерения, сохраняя при этом другие силы ограниченными четырехмерным пространством-временем. Эта идея была реализована с помощью явных струнных механизмов. [28]
Исследования в области теории струн стимулировались множеством теоретических и экспериментальных факторов. С экспериментальной стороны, состав частиц стандартной модели, дополненный массами нейтрино , вписывается в спинорное представление SO(10) , подгруппы E8 , которая обычно возникает в теории струн, например, в гетеротической теории струн [29] или (иногда эквивалентно) в F-теории . [30] [31] В теории струн есть механизмы, которые могут объяснить, почему фермионы делятся на три иерархических поколения, и объяснить скорости смешивания между поколениями кварков. [32] С теоретической стороны, он начал решать некоторые ключевые вопросы квантовой гравитации , такие как разрешение информационного парадокса черной дыры , подсчет правильной энтропии черных дыр [33] [34] и учет изменения топологии . процессы. [35] [36] [37] Это также привело ко многим открытиям в чистой математике и в обычной калибровочной теории с сильной связью благодаря двойственности калибра и струны .
В конце 1990-х годов было отмечено, что одним из основных препятствий в этом начинании является невероятно большое количество возможных четырехмерных вселенных. Маленькие, «скрученные» дополнительные измерения могут быть компактифицированы огромным количеством различных способов (по одной оценке — 10 500 ), каждый из которых приводит к различным свойствам частиц и сил низкой энергии. Этот набор моделей известен как ландшафт теории струн . [17] : 347
Одно из предлагаемых решений состоит в том, что многие или все эти возможности реализуются в той или иной из огромного количества вселенных, но лишь небольшое их количество пригодно для жизни. Следовательно, то, что мы обычно считаем фундаментальными константами Вселенной, в конечном итоге является результатом антропного принципа , а не продиктовано теорией. Это привело к критике теории струн [38] , утверждающей, что она не может делать полезные (т.е. оригинальные, фальсифицируемые и проверяемые) предсказания, и рассматривающей ее как лженауку / философию . Другие с этим не согласны [39] , а теория струн остается активной темой исследований в теоретической физике . [40]
Современные исследования петлевой квантовой гравитации могут в конечном итоге сыграть фундаментальную роль в теории всего, но это не является их основной целью. [41] Петлевая квантовая гравитация также вводит нижнюю границу возможных масштабов длин.
Недавно появились заявления о том, что петлевая квантовая гравитация может воспроизводить черты, напоминающие Стандартную модель . Пока что только первое поколение фермионов ( лептонов и кварков ) с правильными свойствами четности было смоделировано Сандэнсом Билсоном-Томпсоном с использованием преонов , состоящих из кос пространства-времени, в качестве строительных блоков. [42] Однако не существует вывода лагранжиана , который описывал бы взаимодействия таких частиц, а также невозможно показать, что такие частицы являются фермионами, или что реализуются калибровочные группы или взаимодействия Стандартной модели. Использование концепций квантовых вычислений позволило продемонстрировать, что частицы способны выдерживать квантовые флуктуации . [43]
Эта модель приводит к интерпретации электрического и цветового заряда как топологических величин (электрический — как число и киральность витков, переносимых на отдельных лентах, а цвет — как варианты такого скручивания для фиксированного электрического заряда).
В оригинальной статье Билсона-Томпсона предполагалось, что фермионы более высокого поколения могут быть представлены более сложными сплетениями, хотя явные конструкции этих структур не были даны. Электрический заряд, цвет и свойства четности таких фермионов возникали бы так же, как и для первого поколения. Модель была явно обобщена на бесконечное число поколений и на бозоны слабого взаимодействия (но не на фотоны или глюоны) в статье Билсона-Томпсона, Хакетта, Кауфмана и Смолина 2008 года. [44]
Среди других попыток разработать теорию всего — теория причинных фермионных систем , [45] в которой две современные физические теории ( общая теория относительности и квантовая теория поля ) рассматриваются как предельные случаи.
Другая теория называется «Причинные множества» . Как и в случае с некоторыми из упомянутых выше подходов, его непосредственной целью является не обязательно создание теории всего, а прежде всего работающая теория квантовой гравитации, которая в конечном итоге может включить в себя стандартную модель и стать кандидатом на роль теории всего. Его основополагающий принцип заключается в том, что пространство-время фундаментально дискретно и что пространственно-временные события связаны частичным порядком . Этот частичный порядок имеет физический смысл причинно-следственных связей между относительным прошлым и будущим, различающими пространственно-временные события.
Причинная динамическая триангуляция не предполагает какой-либо ранее существовавшей арены (мерного пространства), а скорее пытается показать, как развивается сама ткань пространства-времени.
Другая попытка может быть связана с ER=EPR , гипотезой в физике, утверждающей, что запутанные частицы соединены червоточиной ( или мостом Эйнштейна-Розена). [46]
Постквантовая теория классической гравитации — еще одна попытка. Для проверки теории масса и вес объекта будут измерены с высокой точностью. Если теория верна, вес будет меняться со временем из-за колебаний. Предполагается, что испытание станет возможным в течение двух десятилетий. [47]
В настоящее время не существует теории всего-кандидата, которая включала бы стандартную модель физики элементарных частиц и общую теорию относительности и в то же время могла бы вычислить константу тонкой структуры или массу электрона . [2] Большинство физиков элементарных частиц ожидают, что результаты текущих экспериментов – поиск новых частиц на больших ускорителях частиц и темной материи – необходимы для того, чтобы обеспечить дальнейшую информацию для теории всего.
Параллельно с интенсивными поисками теории всего различные ученые обсуждали возможность ее открытия.
Ряд ученых утверждают, что теорема Гёделя о неполноте предполагает, что попытки построить теорию всего обречены на провал. Теорема Гёделя, сформулированная неформально, утверждает, что любая формальная теория, достаточная для выражения элементарных арифметических фактов и достаточно сильная для их доказательства, является либо противоречивой (как утверждение, так и его отрицание могут быть выведены из ее аксиом) или неполной в том смысле, что существует является истинным утверждением, которое не может быть получено в рамках формальной теории.
Стэнли Джаки в своей книге «Актуальность физики» 1966 года отметил, что, поскольку «теория всего», безусловно, будет последовательной нетривиальной математической теорией, она должна быть неполной. Он утверждает, что это обрекает на поиск детерминистской теории всего. [48]
Фримен Дайсон заявил, что «теорема Гёделя подразумевает, что чистая математика неисчерпаема. Независимо от того, сколько проблем мы решаем, всегда найдутся другие проблемы, которые невозможно решить в рамках существующих правил. […] Благодаря теореме Гёделя физика тоже неисчерпаема». ...Законы физики представляют собой конечный набор правил и включают в себя правила математических вычислений, так что к ним применима теорема Гёделя». [49]
Стивен Хокинг изначально верил в Теорию Всего, но, рассмотрев теорему Гёделя, пришел к выводу, что ее невозможно получить. «Некоторые люди будут очень разочарованы, если не будет окончательной теории, которую можно было бы сформулировать в виде конечного числа принципов. Раньше я принадлежал к этому лагерю, но передумал». [50]
Юрген Шмидхубер (1997) выступил против этой точки зрения; он утверждает, что теоремы Гёделя не имеют отношения к вычислимой физике. [51] В 2000 году Шмидхубер явно сконструировал вычислимые по пределу детерминированные вселенные, псевдослучайность которых, основанная на неразрешимых гёделевских проблемах остановки , чрезвычайно трудно обнаружить, но это не мешает формальным теориям всего, что можно описать с помощью очень небольшого количества битов информации. [52]
Соответствующую критику предложили Соломон Феферман [53] и другие. Дуглас С. Робертсон предлагает в качестве примера игру «Жизнь» Конвея : [54] Основные правила просты и полны, но существуют формально неразрешимые вопросы о поведении игры. Аналогично, может быть (а может и не быть) возможным полностью сформулировать основные правила физики с помощью конечного числа четко определенных законов, но нет никаких сомнений в том, что существуют вопросы о поведении физических систем, которые формально неразрешимы с точки зрения теории физики. основе этих основополагающих законов.
Поскольку большинство физиков считают формулировку основных правил достаточной для определения «теории всего», большинство физиков утверждают, что теорема Гёделя не означает , что теория всего не может существовать. [ нужна цитата ] С другой стороны, ученые, ссылающиеся на теорему Гёделя, похоже, по крайней мере в некоторых случаях, имеют в виду не основные правила, а понятность поведения всех физических систем, как, например, когда Хокинг упоминает о расположении блоков в прямоугольники, превращая вычисление простых чисел в физический вопрос. [55] Это несоответствие в определениях может объяснить некоторые разногласия среди исследователей.
На сегодняшний день ни одна физическая теория не считается абсолютно точной. Вместо этого физика приступила к серии «последовательных приближений», позволяющих делать все более и более точные предсказания для все более широкого круга явлений. Поэтому некоторые физики считают, что ошибочно путать теоретические модели с истинной природой реальности, и считают, что ряд приближений никогда не приведет к «истине». [56] Сам Эйнштейн неоднократно высказывал эту точку зрения. [57]
В физическом сообществе ведутся философские дебаты о том, заслуживает ли теория всего называться фундаментальным законом Вселенной. [58] Одной из точек зрения является жесткая редукционистская позиция, согласно которой теория всего является фундаментальным законом и что все другие теории, применимые во Вселенной, являются следствием теории всего. Другая точка зрения состоит в том, что эмерджентные законы, управляющие поведением сложных систем , следует рассматривать как столь же фундаментальные. Примерами возникающих законов являются второй закон термодинамики и теория естественного отбора . Сторонники эмерджентности утверждают, что эмерджентные законы, особенно те, которые описывают сложные или живые системы, независимы от микроскопических законов низкого уровня. С этой точки зрения возникающие законы столь же фундаментальны, как и теория всего.
Дебаты не проясняют суть вопроса. Пожалуй, единственный вопрос, который стоит на кону, — это право применять статусный термин «фундаментальный» к соответствующим предметам исследований. По этому поводу состоялся известный спор между Стивеном Вайнбергом и Филипом Андерсоном . [59]
Вайнберг [60] указывает, что точное вычисление движения реального снаряда в атмосфере Земли невозможно. Как же нам узнать, что у нас есть адекватная теория для описания движения снарядов? Вайнберг предполагает, что мы знаем принципы (законы движения Ньютона и гравитации), которые работают «достаточно хорошо» для простых примеров, таких как движение планет в пустом пространстве. Эти принципы настолько хорошо сработали на простых примерах, что мы можем быть вполне уверены, что они сработают и на более сложных примерах. Например, хотя общая теория относительности включает в себя уравнения, не имеющие точных решений, она широко признана обоснованной теорией, поскольку все ее уравнения с точными решениями проверены экспериментально. Точно так же теория всего должна работать для широкого круга простых примеров таким образом, чтобы мы могли быть достаточно уверены, что она будет работать для любой ситуации в физике. Трудности в создании теории всего часто начинают возникать при объединении квантовой механики с общей теорией относительности , поскольку уравнения квантовой механики начинают давать сбои при приложении к ним силы гравитации.
