نظریه همه‌چیز

نظریهٔ همه‌چیز  یک نظریهٔ فرضی در فیزیک نظری است که به بیان رابطهٔ همهٔ پدیده‌های فیزیکی با یکدیگر می‌پردازد. این نظریه در واقع تلاشی برای ترکیب نظریهٔ نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتومی است که ناسازگار با یکدیگرند. این نظریه همچنین درصدد یکپارچه‌سازی چهار نیروی اصلیِ شناخته‌شدهٔ طبیعت یعنی نیروی گرانش، نیروی هسته‌ای ضعیف، نیروی هسته‌ای قوی، و نیروی الکترومغناطیس است.

 پیش‌زمینه تاریخی 
ایده دستیابی به یک نظریه واحد برای توصیف همه پدیده‌های طبیعی، سابقه‌ای طولانی در تاریخ علم دارد. آیزاک نیوتن با ارائه قوانین حرکت و گرانش، نخستین گام‌ها را در جهت وحدت‌بخشی برداشت. در قرن بیستم، آلبرت اینشتین تلاش کرد تا نظریه‌ای واحد برای الکترومغناطیس و گرانش ارائه دهد، که به «نظریه میدان واحد» معروف شد، اما این تلاش‌ها به نتیجه نرسید.https://www.scientificamerican.com/article/the-elusive-theory-of-everything/

با ظهور مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، دو چارچوب قدرتمند برای توصیف طبیعت شکل گرفتند، اما ناسازگاری این دو نظریه در مقیاس‌های بسیار کوچک (مانند سیاه‌چاله‌ها یا انفجار بزرگ) باعث شد فیزیک‌دانان به دنبال نظریه‌ای باشند که بتواند آن‌ها را در قالبی واحد ترکیب کند.https://www.britannica.com/science/theory-of-everything
 هدف و ویژگی‌ها 

نظریه همه‌چیز باید بتواند:

 تمام نیروهای بنیادی طبیعت (گرانش، الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای قوی و ضعیف) را در قالب یک ساختار ریاضی واحد توصیف کند  
 رفتار تمام ذرات بنیادی را پیش‌بینی کند  
 در مقیاس‌های مختلف (از پلانک تا کیهانی) معتبر باشد  
 با نتایج تجربی و آزمایش‌های فیزیکی هم‌خوانی داشته باشدhttps://www.livescience.com/theory-of-everything.html

چنین نظریه‌ای باید هم‌زمان با نسبیت عام در مقیاس‌های بزرگ و با مکانیک کوانتومی در مقیاس‌های کوچک سازگار باشد، که یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های فیزیک نظری محسوب می‌شود.
 نظریه‌پردازان برجسته 

از جمله فیزیک‌دانانی که در توسعه نظریه همه‌چیز نقش داشته‌اند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

 استیون هاوکینگ: او در آثار خود از جمله «تاریخچه مختصر زمان» به امکان وجود نظریه‌ای واحد اشاره کرده و آن را هدف نهایی فیزیک دانسته استhttps://www.hawking.org.uk/a-brief-history-of-time.html  
 ادوارد ویتن: از بنیان‌گذاران نظریه ریسمان و نظریه ام که تلاش می‌کند تمام نیروها را در قالب ارتعاشات ریسمان‌های بنیادی توصیف کندhttps://www.quantamagazine.org/edward-witten-explains-string-theory-20211202/  
 لی اسمولین و کارلو روولی: از نظریه‌پردازان گرانش کوانتومی حلقه‌ای که رویکردی متفاوت از نظریه ریسمان برای وحدت‌بخشی ارائه داده‌اندhttps://www.edge.org/conversation/lee_smolin-a-theory-of-everything
 نظریه‌های پیشنهادی 

در تلاش برای دستیابی به نظریه همه‌چیز، چند چارچوب نظری مطرح شده‌اند:

 نظریه ریسمان 

نظریه ریسمان (String Theory) پیشنهاد می‌کند که ذرات بنیادی در واقع ریسمان‌هایی یک‌بعدی هستند که با ارتعاش در فرکانس‌های مختلف، خواص متفاوتی پیدا می‌کنند. این نظریه در ابعاد بالاتر (۱۰ یا ۱۱ بعد) تعریف می‌شود و تلاش می‌کند تمام نیروهای بنیادی را در قالب یک ساختار هندسی توصیف کند.https://www.scientificamerican.com/article/string-theory-and-the-unification-of-forces/

 نظریه ام 

نظریه ام (M-Theory) نسخه‌ای گسترش‌یافته از نظریه ریسمان است که در ۱۱ بعد تعریف می‌شود و شامل غشاها (Branes) و ابعاد پیچیده‌تری است. این نظریه توسط ادوارد ویتن معرفی شد و تلاش می‌کند نسخه‌های مختلف نظریه ریسمان را در قالبی واحد ترکیب کند.https://www.quantamagazine.org/m-theory-the-mysterious-theory-that-could-unify-physics-20211202/

 گرانش کوانتومی حلقه‌ای 

این نظریه تلاش می‌کند فضازمان را به‌صورت کوانتومی مدل‌سازی کند و ساختار گسسته‌ای برای آن پیشنهاد می‌دهد. برخلاف نظریه ریسمان، این نظریه نیازی به ابعاد اضافی ندارد و بر اساس شبکه‌هایی از حلقه‌های کوانتومی تعریف می‌شود.https://www.space.com/loop-quantum-gravity-explained.html
 چالش‌ها و انتقادات 

با وجود پیشرفت‌های نظری، نظریه همه‌چیز با چالش‌های جدی مواجه است:

 نبود شواهد تجربی مستقیم برای نظریه‌هایی مانند ریسمان یا ام  
 پیچیدگی ریاضیاتی بسیار بالا و عدم امکان آزمون تجربی در انرژی‌های فعلی  
 اختلاف نظر میان فیزیک‌دانان درباره مسیر صحیح وحدت‌بخشی  
 احتمال اینکه طبیعت اساساً فاقد ساختار واحد باشد و نظریه همه‌چیز وجود نداشته باشدhttps://www.nature.com/articles/d41586-019-00774-4

برخی فیزیک‌دانان مانند سابین هوسنفلدر معتقدند که تمرکز بیش‌ازحد بر نظریه همه‌چیز ممکن است مانع پیشرفت‌های عملی در فیزیک شود.https://www.scientificamerican.com/article/the-trouble-with-physics/
 جایگاه فلسفی 

نظریه همه‌چیز نه‌تنها هدفی علمی، بلکه دغدغه‌ای فلسفی نیز محسوب می‌شود. در فلسفه علم، این نظریه به‌عنوان تلاش برای دستیابی به «تبیین نهایی» در نظر گرفته می‌شود. برخی فیلسوفان مانند کارل پوپر نسبت به امکان تحقق چنین نظریه‌ای ابراز تردید کرده‌اند و آن را نوعی آرمان‌گرایی علمی دانسته‌اند.https://plato.stanford.edu/entries/scientific-unity/

 منابع 

رده:فیزیک فراتر از مدل استاندارد
رده:فیزیک نظری
رده:نظریه‌های گرانش