Teorija ta' kollox It-Teorija ta' kollox (jew ToE għall-akronimu bl-Ingliż, "Theory of everything") hija teorija ipotetika tal-fiżika teoretika li tispjega u tgħaqqad il-fenomeni fiżiċi magħrufa kollha. Fil-bidu, it-terminu intuża b'konnotazzjoni ironika u kien jirreferi għal diversi teoriji ġeneralizzati ż-żejjed. Imbagħad it-terminu sar popolari fil-fiżika kwantistika biex jiddeskrivi teorija li tista' tunifika jew tispjega permezz ta' mudell sempliċi l-interazzjonijiet fundamentali kollha tan-natura. Hemm termini oħra, mhux sinonimi għal kollox, li jintużaw biex jirreferu għall-istess kunċett: it-Teorija Unifikata, it-Teorija unifikata l-Kbira, it-Teorija tal-Kampi Unifikata u t-Teorija tal-Kamp Unifikat. Il-matematiku, fiżiku u astronomu Franċiż Pierre-Simon Laplace fl-1814 kiteb hekk: Din l-intelliġenza sikwit jirreferu għaliha bħala "id-dimonju ta' Laplace", imma Laplace stess qatt ma uża l-kelma "dimonju", li kienet tiżjina li ġiet iżjed tard. Il-kunċett ta' "teorija ta' kollox" huwa msejjes fuq il-prinċipju ta' kawżalità u l-iskoperta tagħha kieku tkun mezz kif naraw kollox minn għajnejn id-dimonju ta' Laplace. Għalkemm din il-possibbiltà tista' tiġi kkonsidrata bħala deterministika, xorta tista' teżisti "formola sempliċi" jekk il-fiżika tkun fundamentalment probabbilistika, kif inhu l-każ fil-formolazzjoni kurrenti tal-mekkanika kwantistika. Dan hu hekk billi anke jekk il-mekkaniżmi li jmexxu l-imġiba tal-partiċelli huma intrinsikament każwali, jekk inkunu nafu r-regoli li jiggvernaw din il-każwalità, nistgħu nikkalkolaw l-probabbiltajiet ta' okkorrenza għal kull grajja possibbli. Madankollu, xi interpretazzjonijiet oħra tal-Ekwazzjoni ta' Schrödinger jagħtu ftit importanza lill-każwalitá, din importanti biss ġewwa l-atomu u tintilef fid-dinja makroskopika; oħrajn però jiċħduha kompletament u jikkunsidrawha interpretazzjoni żbaljata tal-liġijiet kwantistiċi. Għalhekk, l-akbar diffikultà li niltaqgħu magħha fis-sejba ta' teorija unifikata hi li narmonizzaw il-liġijiet li jirregolaw qasam żgħir tan-natura biss u nibdluhom f'teorija unika li tispjega kollox b'mod konsistenti, kemm fid-dinja mikroskopika u kemm makroskopika u tispjega l-eżistenza tal-interazzjonijiet fundamentali kollha:il-forza gravitazzjonali, elottromanjetika, nukleari qawwija u nukleari dgħajfa. Fl-aħħar seklu kien hemm bosta teoriji ta' kollox proposti mill-fiżiċi teoretiċi, iżda s'issa l-ebda waħda ma kienet kapaċi tgħaddi minn prova sperimentali. L-ewwel problema li tipproduċi teorija ta' kollox hi li t-teoriji aċċettati, bħall-mekkanika kwantistika u r-relattività ġenerali, huma deskrizzjonijiet radikalment differenti tal-univers. Il-modi faċli li jgħaqqduhom iwasslu malajr għar-"rinormalizzazzjoni" tal-problema, fejn it-teorija ma tagħtiniex riżultati finiti għal data kwantitattiva sperimentali. Il-filosofi ilhom minn żmien il-Griegi tal-qedem jispekulaw li taħt id-diversità apparenti ta' dak kollu li jidher hemm unità, u għalhekk il-lista tal-forzi tista' titqassar u forsi tispiċċa b'entrata waħda. Pereżempju, il-filosofija mekkanika tas-seklu 17 issuġġerit li l-forzi finalment jistgħu kollha jiġu ridotti f'forza ta' kuntatt bejn partiċelli solidi żgħar. Din il-proposta ġiet abbandunata meta ġiet aċċettata forza tal-gravità li taġixxi fuq distanza twila proposta minn Isaac Newton fix-xogħol tiegħu "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica"; li pprovdiet l-ewwel xhieda empirika drammatika tal-unifikazzjoni tal-forzi li dak iż-żmien kienu jidhru differenti: ix-xogħol ta' Galileo fuq il-gravità terrestri, il-liġijiet ta' Kepler tal-moviment planetarju u l-fenomeni tal-mili u l-frugħ tal-baħar li setgħu kollha jiġu spjegati kwantitattivament permezz ta' liġi sempliċi, imsejħa l-gravità universali. Fl-1820, Hans Christian Oersted skopra konnessjoni bejn l-elettriku u l-manjetiżmu u ħafna snin ta' xogħol wasslu għat-teorija tal-elettromanjetiżmu ta' Clerk Maxwell James. Matul is-sekli 19 u 20, bilmod bdew jidru ħafna eżempji ta' forzi ta' kuntatt, l-elastiċità, il-viskożità, il-frizzjoni, - riżultati ta' interazzjonijiet elettriċi bejn partiċelli żgħar tal-materja. Fl-aħħar tal-1920, il-mekkanika kwantistika l-ġdida wriet li r-rabtiet kimiċi fl-atomi kienu eżempji tal-forzi elettriċi (kwantistiċi). Għalhekk il-fiżiku Ingliż Dirac seta' jiftaħar li "l-liġijiet fiżiċi sejjiesa meħtieġa għat-teorija matematika għal parti l-kbira tal-fiżika u l-kimika kollha huma kompletament magħrufa". Kien, hemm bżonn għalhekk, li dawn il-forzi fundamentali jiġu magħqudin f'mudell wieħed li jispjega b'mod effettiv l-interazzjonijiet kumplessi ta' forzi li huma apparentement differenti u mhux korrelati. It-tentattivi biex jiġu unifikati l-gravità u manjetiżmu jmorru lura għall-esperimenti ta' Michael Faraday fl-1849-1850. Wara t-teorija gravitazzjonali tar-Relattività Ġenerali ta' Einstein ippubblikata fl-1915, it-tfittxija għal teorija tal-kamp unifikata li tgħaqqad il-gravità mal-elettromanjetiżmu saret aktar serja. Fl-istess ħin, ma kinitx ħaġa barra minn lokha li wieħed jissuspetta li jeżistu forzi fundamentali oħra. Kien hemm kontribuzzjonijiet prominenti minn Gunnar Nordström, Hermann Weyl, Arthur Eddington, Theodor Kaluza, Oskar Klein, u l-aktar notevoli minn Einstein u l-kollaboraturi tiegħu. L-ebda waħda minn dawn il-proposti ma rnexxiet. It-tfittxija ġiet interrotta mill-iskoperta tal-forza nukleari dgħajfa u l-forza nukleari qawwija, li ma setgħux jiġu aggregati fil-gravità jew l-elettromanjetiżmu. Ostaklu ieħor kien l-aċċettazzjoni li l-mekkanika kwantistika kienet trid tiġi inkorporata mill-bidu u ma tirriżultax minn teorija unifikata deterministika, kif ittama Einstein. Il-gravità u l-elettromanjetiżmu setgħu dejjem jikkoeżistu b'mod konsistenti bħala tipi ta' forzi ta' Newton, iżda għal ħafna snin kien diġà ġie osservat li l-gravità ma tistax tiġi inkorporata fil-panorama kwantistika, u allura ma tistax tiġi unifikata ma' forzi fundamentali oħra. Għalhekk dan ix-xogħol ta' unifikazzjoni fis-seklu għoxrin iffoka fuq l-għarfien tat-tliet forzi "kwantistiċi": l-elettromanjetiżmu u l-forzi nukleari dgħajfa u qawwija. L-ewwel tnejn ġew unifikati fl-1967-8 minn Sheldon Glashow, Steven Weinberg u Abdus Salam. Il-forzi qawwija u elettrodgħajfa jikkoeżistu fil-Mudell Standard tal-partiċelli, iżda jibqgħu distinti. Ħafna teoriji unifikati (jew GUTs bl-akronimu Ingliż) ġew proposti biex junifikawhom. Minkejja li l-esperjenza ta' qabel ġiegħlet is-sempliċità tal-GUTS titwarrab, l-idea ġenerali, speċjalment bir-rabta mas-Supersimetrija, għadha deċiżament favorita fil-komunità tal-fiżika teorika. Fil-kurrent prinċipali tal-fiżika kontemporanja, it-teorija ta' kollox tkun tista' tgħaqqad l-interazzjonijiet fundamentali kollha tan-natura, li huma meqjusa bħala erbgħa: il-gravità, il-forza nukleari qawwi, il-forza nukleari dgħajfa u l-elettromanjetiżmu. Billi l-forza qawwija tista' tittrasforma partiċelli elementari minn klassi għal oħra, bit-teorija ta' kollox inkunu nistgħu nifhmu iżjed fil-fond id-diversi tipi differenti ta' partiċelli, kif ukoll tal-forzi differenti. Jistennew li l-mudell ta' teoriji se jkun xi ħaġa hekk: Barra l-forzi llistjati hawn, il-kożmoloġija moderna teħtieġ forza inflazzjonarja, enerġija skura u materja skura komposta minn partiċelli fundamentali barra s-sistema tal-Mudell standard. L-unifikazzjoni elettrodgħajfa hi simetrija miksura: l-elettromanjetiżmu u l-forza dgħajfa nistgħu niddistingwuhom fil-każ ta' enerġiji baxxi billi l-partiċelli li jittrażmettu l-forzi dgħajfa, il-bożoni W u Z għandhom massa ta' madwar 100 GeV/c, filwaqt li l-foton, li jittrażmetti l-forza elettromanjetika, m'għandux massa. Fil-każ ta' enerġiji għolja il-bożoni W u Z jistgħu faċilment joħolqu l-massa u mbagħad tidher in-natura unifikata tal-forzi. It-Teorija tal-Unifikazzjoni l-Kbira mistennija li topera bl-istess mod, iżda l-enerġiji fil-medda ta' 10 jew ferm ogħla ma jistgħu jintlaħqu bl-ebda aċċelleratur tal-partiċelli fid-dinja. B'analoġija, l-unifikazzjoni tal-forzi tal-GUT mal-gravità mistennija li sseħħ meta l-enerġija tilħaq l-Enerġija ta' Planck, madwar 10 GeV. Forsi għadu kmieni wisq biex infittxu teorija ta' kollox meta għad m'hemmx xhieda diretta għal enerġija elettronukleari u hekk jew hekk hemm ħafna proposti differenti għal GUTs. Madankollu, ħafna fiżiċi jemmnu li l-unifikazzjoni hi possibbli, in parti, minħabba l-istorja ta' konverġenza lejn teorija waħda. Is-Supersimetrija hi plawżibbli mhux biss minħabba s-"sbuħija" teoretika tagħha, iżda minħabba kif tipproduċi b'mod natrurali ammonti kbar ta' materja skura, u l-forza inflazzjonarja tista' tkun relatata ma' GUT fiżika (għalkemm ma' tidhirx li tifforma parti inevitabbli tat-teorija). U l-GUTs mhumiex is-soluzzjoni finali. Kemm il-mudell standard attwali kif ukol il-GUT proposta, huma teoriji kwantistiċi tal-kampi li għandhom il-problema teknika tar-rinormalizzazzjoni f'oqsma sensittivi. Barra minn hekk, l-inkonsistenza bejn il-mekkanika kwantistika u relattività ġenerali timplika li waħda minnhom trid tiġi sostitwita minn teorija li tinkorpora fiha l-gravità kwantistika. L-unika teorija kandidata serja għat-teorija ta' kollox hi t-teorija tas-"superstrings". Ir-riċerka għaddejja bħal issa fuq il-gravità kwantistika tal-"loops" tista' 'l quddiem ikollha rwol fundamentali fit-teorija ta' kollox, iżda dan mhuwiex l-għan ewlieni tagħha. It-teorija tas-"superstrings" u s-supergravità (hemm min jaħseb li t-tnejn huma każijiet speċjali ta' teorija M mhux definita) jassumu li l-univers fil-fatt għandu aktar dimensjonijiet milli nistgħu naraw b'għajnejna: tlieta spazjali u waħda temporali. Dan l-approċċ beda bit-teorija ta' Kaluza-Klein fejn kien innutat li bl-applikazzjoni tar-relattività ġenerali f'univers ta' 5 dimensjonijiet tinżamm l-ekwivalenza tar-relattività ġenerali, f'4 dimensjonijiet, mal-ekwazzjonijiet ta' Maxwell tal-elettromanjetiżmu (ukoll f'4 dimensjonijiet). Dan wassal għal sforzi għal ħidma fuq teoriji ta' ħafna dimensjonijiet li fihom hemm tama li jistgħu joħorġu ekwazzjonijiet li huma simili għal dawk magħrufa fil-fiżika. Il-kunċett ta' dimensjonijiet miżjuda tgħin ukoll biex insolvu l-problema tal-ġerarkija, il-kwistjoni ta' għala l-gravità hija iktar dgħajfa minn kwalunkwe forza oħra. Ir-risposta komuni tgħid li l-gravità għandha tkun dimensjoni miżjuda mal-forzi l-oħra. Lejn l-aħħar tal-1990 ġie nnutat li waħda mill-problemi li għandhom ħafna kandidati kollha għat-teorija ta' kollox (iżda b'mod partikolari it-teorija tal-i"strings") kienet li ma fihomx karatteristiċi li jipprevedu l-univers. Per eżempju, ħafna teoriji ta' gravità kwantistika jistgħu joħolqu universi b'numru arbitrarju ta' dimensjonijiet jew b'kostanti kożmoloġiċi arbitrarji. Anke t-teorija tal-i"strings" standard b'10 dimensjonijiet tippermetti d-dimensjonijiet "spirali" li jkunu kumpatti f'ħafna modi differenti (stima waħda hija 10 fejn kull waħda tikkorrispondi ma' ġabriet differenti ta' partiċelli fundamentali u forzi ta' enerġija baxxa). Hemm soluzzjoni spekulattiva fejn ħafna minn dawn il-possibbiltajiet huma realizzabbli f'wieħed jew ieħor mill-universi possibbli, iżda numru żgħir minnhom biss huma abitabbli, u għalhekk il-kostanti universali fundamentali huma finalment ir-riżultat ta' prinċipju antropiku bħala konsegwenza ta' teorija ta' kollox. Il-kritika ta' dan l-approċċ antropiku hu, li billi t-teorija hija flessibbli biżżejjed biex tkopri kważi kull osservazzjoni, ma nistgħu nagħmlu l-ebda tbassir utli (oriġinali, falz jew verifikabbli). Minn dan il-lat, it-teorija tal-i"strings" tista' tiġi meqjusa bħala psewdoxjenza, fejn teorija infalsifikabbli tiġi kontinwament adattata għar-riżultati sperimentali biex jaqblu magħha. Hemm diversi fenomeni li teorija ta' kollox għandha jkollha l-ħila li tiċċara: Dan l-aħħar deheru żewġ teoriji li jistgħu xi darba jevolvu fit-teorija unifikata li semmejna. Waħda hi t-Teorija M, varjanti tat-teorija tal-i"strings" ibbażata fuq l-ispazju ta' 11-il dimensjoni. It-tieni hi dik msejjħa it-teorija kwantistika tal-"loops", li tippostula li l-ipazju-ħin stess hu kwantizzat dimensjonalment, xi ħaġa li s'issa għadha ma ġietx murija. Numru żgħir ta' xjenzati jwissu li t-teorema ta' inkompletezza ta' Gödel timplika li kwalunkwe tentattiv biex tinbena teorija ta' kollox hu ddestinat li jfalli. It-teorema ta' Gödel tgħid li kull teorija matematika li hi kompluta biżżejjed hi jew inkonsistenti jew mhux veru kompluta. Stanley Jaki innota fil-ktieb tiegħu tal-1966, "Ir-Rilevanza tal-Fiżika", li teorija ta' kollox trid tkun teorija matematika konstantement mhux trivjali, u għalhekk bilfors se tkun kompluta. Jaki għalhekk jidhirlu li din allura tirvina teorija deterministika ġenwina ta' kollox . Freeman Dyson sadanittant iddikjara li Ħafna interpretaw dan il-kwotazzjoni bħala appoġġ għall-pożizzjoni ta' Jaki. Stephen Hawking oriġinarjament kien jemmen fit-teotija ta' kollox, imma wara li qies it-teorema ta' Gödel, ikkonkluda li ma setgħetx tinkiseb. Din l-opinjoni tiegħu fl-argument kontra Solomon Feferman u oħrajn. Ħafna xjenzjati u matematiċi jemmnu li t-teorema ta' Gödel hi kompletament irrilevanti fid-diskussjoni dwar it-teorija ta' kollox. It-teorema ta' Gödel hija dikjarazzjoni dwar dawk it-teoremi li "fl-aħħar" isiru sistemi matematiċi fejn "fl-aħħar" tfisser wara żmien arbitrarju. It-teorema ta' Gödel ma żżommx lil xi matematiku milli jikkalkula x'jiġri wara xi tul ta' żmien, jew ma żżommx lil xi ħadd li jaf ir-regoli milli jagħmel il-kalkoli. Kulma tgħid it-teorema ta' Gödel hu li, anke jekk inkunu nafu r-regoli kollha, ikun impossibbli li nbassru liema mudelli ġodda fl-aħħar se jipproduċi r-regoli. Biex nispjegaw aħjar x'qed ngħidu, ħa nieħdu l-ktieb "Il-Logħba tal-Ħajja" ta' Conway. Dan l-awtoma ċellulari hu komplut, ifisser li varjanti tal-argument ta' Gödel turi li l-imġiba tal-awtoma fit-tul ma tistax titbassar minn konfigurazzjoni inizjali arbitrarja. U għalhekk, kreatura ipotetika li tkun tgħix fil-logħba tal-ħajja tkun tista' tkun taf ir-regoli kollha. Ir-regoli tal-awtoma huma t-teorija ta' kollox, u jafuhom ukoll il-kreaturi ġewwa l-awtomaton. L-ebda teorija fiżika ma tkun meqjusa eżatta għall-kollox f'ċertu mument. Minflok, il-fiżika tipproċedi permezz ta' serje ta' "approssimazzjonijiet suċċessivi" li jippermettu predizzjonijiet dejjem aktar preċiżi fuq firxa wiesgħa ta' fenomeni. Ħafna fiżiċi jemmnu li hemm ħafna żbalji fil-mudelli teoretiċi konfużi tan-natura vera tar-realtà u jaċċettaw li s-serje ta' approssimazzjonijiet qatt ma tintemm fil-"verità." Einstein esprima ruħhu bosta drabi dwar dan is-suġġett. Skontu, nistgħu b'mod raġonevoli nittamaw li tinsab teorija ta' kollox konsistenti - fiha nfisha - li tinkorpora il-forzi kollha magħrufa f'dak il-mument, iżda m'għandniex nittamaw li jkollna s-soluzzjoni finali. Minflok, kien tal-idea li minkejja l-kumplessità matematika li tidher f'kull teorija, assoċjata f'sens profond mas-simetrija tal-gauge sottostanti fihom u man-numru ta' kostanti universali fiżiċi, it-teoriji jissimplifikaw ruħhom. Imma anke jekk dan iseħħ, il-proċess ta' simplifikazzjoni ma jistax jibqa' sejjer għal dejjem. Hemm dibattitu filosofiku fil-komunità tal-fiżika dwar jekk jew le teorija ta' kollox tistax teżisti jew le, u jekk għandhiex tissejjaħ "il-" liġi fundamentali tal-univers. Wieħed jista' jieħu l-pożizzjoni reduzzjonista li skontha t-teorija ta' kollox hi l-liġi fundamentali u li kwalinkwe teorija oħra li tapplika fl-univers hi konsegwenza tal-liġi ta' kollox. Hemm punto di vista ieħor li jgħid li l-liġijiet emerġenti li jirregolaw l-imġiba ta' sistemi kumplessi għandhom ikunu ugwalment fundamentali. Pereżempju hemm it-tieni liġi ta-termodinamika u t-teorija tas-selezzjoni naturali. Dawk li jappoġġaw dan il-punto di vista jirraġunaw li l-liġijiet emerġenti, speċjalment dawk li jiddeskrivu sistemi komplessi jew sistemi ħajjin ma jiddipendux mill-liġijiet mikrospiċi ta' livell baxx u l-liġijiet emerġenti hu fundamentali daqs teorija ta' kollox. Id-dibattitu li kien hemm bejn Steven Weinberg u Philip Anderson dwar dan il-punt sar magħruf ħafna . Id-dibattitu ma' jiċċarax il-punt diskuss. Jista' jkun li dak li hu importanti hawn hu biss jekk it-terminu prestiġjuż "fundamentali" jistax jiġi applikat għad-diversi oqsam ta' riċerka. Għalkemm l-isem "teorija ta' kollox" jissuġġerixxi d-determiniżmu msemmi minn Laplace, din jagħti impressjoni qarrieqa. Id-determiniżmu hu mrażżan min-natura probabbilistika tal-predizzjonijiet tal-mekkanika kwantistika, mis-sensittività estrema għall-kundizzjonijiet inizjali li jwasslu għall-kaos matematiku u mid-diffikultà matematika estrema fl-applikazzjoni tat-teorija. Għalhekk, għalkemm il-mudell standard kurrenti tal-fiżika tal-partiċelli "fil-prinċipju" jista' jipprevedi l-fenomeni mhux gravitazzjonali magħrufa kollha, fil-prattika ftit riżultati biss ġew derivati ​​mit-teorija sħiħa (pereżempju, il-mases ta' xi wħud mill-ħadroni l-aktar sempliċi) u dawn ir-riżultati (speċjalment il-massa tal-partiċelli li huma l-aktar rilevanti għall-fiżika tal-enerġija baxxa) huma inqas preċiżi mill-kejl esperimentali kurrenti. Teorija vera ta' kollox kważi żgur ħa tkun iżjed diffiċli biex napplikawha biex inbassru riżultati esperimentali, u allura ma tantx ħa tkun utli. Il-motivazzjoni għat-tfittxija għal teorija ta' kollox ġejja, barra purament mis-sodisfazzjon intellettwali tal-kompletar ta' investigazzjoni li ilha sejra għal sekli sħaħ, mill-fatt li l-eżempji ta' unifikazzjoni li saru qabel ipprevedew fenomeni ġodda, li xi wħud minnhom kellhom importanza prattika kbira. U bħal f'dawn l-eżempji ta' qabel ta' unifikazzjoni, it-teorija ta' kollox x'aktarx tippermettilna li niddefinixxu b'ċertezza l-iskop tal-validità u d-diverġenza reżidwali tal-approssimazzjonijiet b'enerġija baxxa għat-teorija. Il-Mudell Standard