Ühendväljateooria

Ühendväljateooria (inglise keeles unified field theory; saksa keeles Einheitliche Feldtheorie) on väljateooria tüüp, mis võimaldab kirja panna kõike, mida tavaliselt peetakse füüsikaliste ja virtuaalväljade mõistes fundamentaaljõududeks ja elementaarosakesteks. Nüüdisaegsete kontseptsioonide kohaselt ei edastata jõude mitte otse interakteeruvate objektide vahel, vaid vaheobjektide kaudu, mida nimetatakse väljadeks.

Ühendväljateooria eesmärk on pakkuda kõigi teadaolevate füüsikaliste nähtuste ühtset kirjeldust, mis põhineb ühel primaarsel väljal.

Klassikalise teooria seisukohalt on väljade duaalsus ühendatud üheks füüsikaliseks väljaks. Ühendväljateooria on olnud asjakohane uurimisvaldkond enam kui sajandi. 

Ajalugu
Ajalooliselt suutsid James Clerk Maxwelli neli võrrandit elektri- ja magnetnähtusi ühetaoliselt seletada ning ennekõike näitasid tihedat seost elektri ja magnetismi vahel. Võrrandites peituvad sümmeetriad viisid Lorentzi teisenduseni ja seega hiljem Albert Einsteini erirelatiivsusteooria loomiseni.

Seejärel sõnastas Einstein relativistlikult õige gravitatsiooniteooria ehk üldrelatiivsusteooria.

Termini "ühendväljateooria" (Einheitliche Feldtheorie) võttis kasutusele Albert Einstein 1929. aasta aprillis Preisi Teaduste Akadeemias esitatud ettekandes "Einheitliche Feldtheorie und Hamiltonsches Prinzip vor" ("Ühtne väljateooria ja Hamiltoni printsiip").  Alates 1920. aastatest veetis ta kogu ülejäänud elu ühtse teooria loomise kallal, mis laiendaks tema üldrelatiivsusteooriat ja pakuks alternatiivi kvantmehaanikale. Kuigi Einsteinil ei õnnestunud elektromagnetismi ja gravitatsiooni ühendada, panid tema jõupingutused aluse tulevastele ühendväljateooria uurimistele.

Kvantmehaanika loomise ja kahe muu vastasmõju – tugeva ja nõrga tuumajõu – avastamisega jäi ühendteooria eesmärk kaugemaks. Relatiivsusteooria ja kvantmehaanika kombinatsioon viis kvantväljateooriani.

1950. ja 1960. aastatel püüdsid Werner Heisenberg ja tema õpilased tuletada Diraci võrrandil põhinevat mittelineaarset väljateooriat. Selle eesmärk oli selgitada ja korrastada äsja avastatud elementaarosakeste suurt hulka. Selline lähenemine osutus aga ummikteeks. Murray Gell-Mann lõi kvarkidega "osakeste loomaaias" lõpuks korra hoopis teistmoodi, nimelt kvantväljateooriaga.

Ajalooliselt on olnud nii klassikalisi ühtseid väljateooriaid kui ka ühtseid kvantväljateooriaid; viimase üheks tänapäevaseks näiteks on stringiteooria.

Tänased lähenemised
Tänapäeval on kvantväljateooriad hästi tuntud neljast fundamentaalsest vastastikmõjust kolme kohta. Vanima teadaoleva interaktsiooni, gravitatsiooni kohta pole kvantteooriat. 

Kvantelektrodünaamika ja kvarkide nõrga vastastikmõju teooria ühendasid 1970. aastatel Steven Weinberg, Sheldon Lee Glashow ja Abdus Salam elektronõrgaks teooriaks. Katsed ühendada elektronõrk teooria kvantkromodünaamikaga aga ebaõnnestusid.

Paljutõotav lähenemine ühendväljateooriale on superstringiteooria, milles tehti 1990. aastatel M-teooria nime all suuri edusamme. Siin näib olevat võimalik kõiki nelja vastastikmõju tegelikult ühendada, kuid teooria on alles arengu varases staadiumis. Teine lähenemine gravitatsiooni kvantteooria sõnastamisele on nn silmuskvantgravitatsioon.

Seos kõiksuse teooriaga
Ühendväljateooria on tihedalt seotud kõiksuse teooriaga, kuid erineb selle poolest, et viimane ei nõua, et looduse aluseks oleksid väljad ja sageli püütakse selles teoorias lahti seletada füüsikalisi looduse konstante.

Ühendväljateooria on praegu kõige lootustandvam teoreetilise füüsika raamistik kõiksuse teooria otsinguil, sest selle eesmärk on ühendada kõik neli põhijõudu – gravitatsioon, elektromagnetism, tugev tuumajõud ja nõrk tuumajõud – ühe teoreetilise mudeli abil.

Vaata ka
Kõiksuse teooria
Suur ühendteooria

Viited

Kategooria:Füüsika lahendamata probleemid