نظرية كل شيء

نظرية كل شيء (بالإنجليزية: Theory of everything)‏ أو اختصارا TOE أو معادلة الكون Weltformel تشكل وصفا في المجال النظري للفيزياء لنظرية قادرة على تفسير جميع الظواهر الفيزيائية بشكل كامل وربطها معاُ (أي كل شيء). في البداية كان المصطلح يستخدم لوصف بعض النظريات العامة بطريقة ساخرة على أنها نظريات لكل شيء لعموميتها الواسعة، مع مرور الوقت ترسخ استخدام المصطلح مع فيزياء الكم لوصف النظرية التي تستطيع ربط أو توحيد النظريات المتعلقة بالتفاعلات الرئيسية الأربعة في الطبيعة (قوة نووية قوية، قوة نووية ضعيفة، قوة كهرومغناطيسية، الجاذبية)، أحد المؤمنين في العصر الحديث بإمكانية التوصل لهذه النظرية هو الفيزيائي ستيفن هوكينغ.

اصتدام بروتونان في مصادم الهدرونات الكبير . ينتج عنه جسيمات أولية كثيرة ، بعضها خفيف والبعض الآخر أكبر من البروتونين المتصادمين ، بسبب تحول جزء من الطاقة إلى مادة.

يذكر أن العالم الالماني الشهير ألبرت أينشتاين وكثير من العلماء الاخرين قد أضاعوا وقتا طويلا من عمرهم في التوصل لمثل هذه النظرية ولكن دون جدوى.

الفيزياء الحديثة

في الفيزياء الحالية السائدة, نظرية كل شيء هي محاولة لتوحيد القوى الأساسية الأربعة الموجودة في الطبيعة: الثقالة, و القوة النووية القوية, و القوة النووية الضعيفة, و القوة الكهرومغناطيسية. بما أن القوة الضعيفة لها القدرة على تغيير الجسيمات الأولية من شكل لآخر, سينبغي على نظرية كل شيء بأن تعطينا فهما عميقا للعلاقات الموجودة بين جميع الجسيمات المختلفة، يمثل الشكل التالي الهيئة المتوقعة للنظريات السابقة:

نظرية كل شيء

جاذبية

قوة كهرونووية (GUT)

قوة شديدة su(3)

قوة كهروضعيفة su(2) x u(1)

قوة ضعيفة su(2)

كهرومغناطيسية u(1)

قوة كهربائية

قوة مغناطيسية

و زيادةً على القوى التي تم ذكرها, هناك قوى أخرى يفترضها علم الكون الحديث وهي: القوة التضخمية, و الطاقة المظلمة, و المادة المظلمة. هذه القوى تحدث بين الجسيمات الأولية، لكنها خارجة عن مخطط نظرية النموذج العياري، فهذه القوى لم يثبت وجودها حتى الآن، إلا أن هناك نظريات بديلة تقوم بإدخالها في معادلاتها الرياضياتية مثل: تحريك نيوتن المعدل modified Newtonian dynamics.

نظريات مرشحة

هذه نظريات مرشحة لتكون نظرية كل شيء:

• نظرية الثقالة الفائقة Supergravity
• نظرية-إم M-Theory
• نظرية الأوتار الفائقة Superstring Theory
• نظرية الأوتار String theory

الهدف

يسمى توحيد الثلاثة قوى الطبيعية الرئيسية : القوة الكهرومغناطيسية ، و القوة الضعيفة و القوة الشديدة ممثلة في نظرية ديناميكا اللون الكمومية QCD بدون الجاذبية يسمى نظرية التوحيد العظمى ( Grand Unified Theory). ويحث على هذا التوحيد بينهم التشابه الكبير للمعادلات الرياضية التي تصف كل منهم على حدة.

وكما نرى فلم تدخل فيهم قوة الجاذبية بعد والتي هي خاصة مميزة لجميع الأجسام والجسيمات . ومن المفروض إدراج الجاذبية في تلك النظرية حيث أن امتداد تاثير كل من تلك القوى عند حدود الطاقة العالية ، أي عند طاقة أعلى من نحو 10¹⁹ مليار إلكترون فولت تتساوى جميعها . وتصبح كل منها بنفس القوة مع اختلاف أصولها .

وحاليا لا توجد وسيلة للتحقق من إمكانية نجاح تلك النظرية إلا من خلال مشاهدة الظواهر الفلكية. كما يأمل العلماء التوصل عن طريق مصادم الهدرونات الكبير CERN الذي تم بناؤه حاليا وبدأ عام 2009 العمل في تحقيق تقدم على مسيرة تطوير نظرية الكون .

والمفروض أن تجمع تلك النظرية الكونية (نظرية كل شيئ) الظواهر الطبيعية الآتية ، وتقوم على تفسيرها:

• أن تصف التناظر العظيم وجوهره الأساسي .

• تفسير طبيعة المادة المظلمة ، وتفسير التطور الذي حدث للكون منذ نشأته وعلى الأخص مراحل تكونه.

• أن تجمع بين نظرية التوحيد العظمى و نظرية الجاذبية الكمومية ،

• أن يكون في موسوعها تفسير كتل الجسيمات الأولية وحساب الخواص الأخرى للجسيمات ،

• أن يكون في موسوعها حساب الحالات الانفرادية للمادة ،

• أن تربط بين النظرية النسبية ونظرية نيوتن .

نظرية كل شيء والفلسفة

إن وضع نظرية كل شيء مفتوح للنزاع الفلسفي. فعلى سبيل المثال، إذا كان المذهب الفيزيائي على حق ، فعلى نظرية كل شيء الفيزيائية أن تتطابق مع نظرية كل شيء الفلسفية تماماً. كان لبعض الفلاسفة ( مثل أرسطو، أفلاطون، هيغل، وايتهيد، وآخرون) محاولات لبناء نظام شامل للكون. كان هناك آخرون مترددون بشكل كبير حول أحتمالية وجود مثل هذه النظام. كتب ستيفين هوكينغ في كتابه التاريخ الموجز للزمن بأنه حتى ولو عرفنا نظرية كل شيء ؛ فأنها ستكون مجموعة كبيرة من المعادلات الرياضية.

انظر أيضًا

• ماوراء النموذج العياري
• تآثر كهروضعيف
• ميكانيكا الكم
• نظرية كل شيء الأبسط استثنائيًا المعتمدة على الزمرة E8 لويلهيلم كيلينغ اقترحها أنتوني غاريت ليسي
• النموذج العياري (الصياغة الرياضية)
• أكوان متعددة