Navnet på teorien om alt betegner en fysisk teori som er i stand til på en sammenhengende og enhetlig måte å beskrive settet med grunnleggende interaksjoner . En slik teori ble ikke oppdaget for tiden, hovedsakelig på grunn av manglende evne til å finne en beskrivelse av gravitasjon som er kompatibel med standardmodellen for partikkelfysikk , som er det teoretiske rammeverket som brukes til å beskrive de tre andre kjente interaksjonene ( elektromagnetisme , svak interaksjon og sterk interaksjon ).
Den teoretiske foreningen av de fire grunnleggende interaksjonene som styrer fysikken som helhet kalles også superstyrken.
Den fysiske helheten fortsetter fra en samlende tilnærming, og søker å utvikle teorier som kan gi en beskrivelse av et økende antall fysiske fenomener.
Historisk sett ble den første effektive foreningen i form av moderne teori laget av Newton i 1687 , teorien om universell gravitasjon forklarte både fallende kropper på jorden og bevegelsen av planeter rundt solen . Han syntetiserte arbeidet til Galileo om kroppens fall (1632) og Kepler om himmelens bevegelser (1619). Etter Newton var det forskjeller med Leibniz , som Bošković taklet.
Etter publikasjonen om generell relativitet i 1915 , viet Albert Einstein de siste tretti-fem årene av sitt liv til å forsøke å forene gravitasjons- og elektromagnetiske interaksjoner .
I den andre halvdel av det XIX th århundre , James Clerk Maxwell nærmet seg og til slutt foreslått i 1873 , enhetlig rammeverk for å beskrive fenomenet elektriske og magnetiske : den elektromagnetisme . Det er en syntese av bølgeoptikkarbeidet til Fresnel ( 1821 ) og stedrsted , Ampère og Faraday ( 1820 ) som stammer fra teorien om Coulomb ( 1785 ). I 1931 , Dirac forutsagt eksistensen av magnetiske monopoler uten hvilken symmetri mellom magnetisme og elektrisitet er ufullstendig.
På begynnelsen av XX th århundre , oppdagelsen av kvantemekanikken tillatt å tilby en konsekvent mikroskopisk beskrivelse av nesten alle fenomener beskrevet av statistisk fysikk . Etter oppdagelsen av den svake interaksjonen og den sterke interaksjonen ble det gjort mange forsøk på å komme med en enhetlig beskrivelse med kvanteversjonen av elektromagnetisme, kvanteelektrodynamikk . Med utgangspunkt i teorien om Weinberg , Salam og Glashow beskrevet i 1967 , ble prosjektet delvis fullført i 1974 av Howard Georgi med oppdagelsen av elektrosvak interaksjon , forenende kvanteelektrodynamikk og svak interaksjon.
Konvergens av den svake og elektromagnetiske vekselvirkning er beregnet til energier nær 10 3 GeV og en temperatur på 10 16 Kelvin . Den nåværende konsensusen er at elektrosvak teorien er testet med suksess. Ikke desto mindre, den eksperimentelle demonstrasjonen av Higgs partikkelen , med en beregnet masse på 150 GeV / c 2 , forblir vesentlig å validere den. Imidlertid ble Higgs-bosonen sannsynligvis oppdaget i juli 2012 rundt en masse på 126 GeV / c 2 takket være Large Hadron Collider .
I 2007 , Antony Garrett Lisi publisert en usedvanlig enkel teorien om alt , å bringe sammen den elektro interaksjon og tyngdekraft for å formulere en electronuclear kraft . Denne teorien ble imidlertid ugyldiggjort noen år senere, i 2010, ved publisering av teoretikerne Distler og Garibaldi av en vitenskapelig artikkel There is No “Theory of Everything” Inside E 8 publisert i tidsskriftet Communications in Mathematical Physics .
Tradisjonelt snakker vi om Great Unification-teorien for å syntetisere elektrosvak og sterk interaksjon . Koblingskonstantene til elektrosvak og sterke kjernefysiske interaksjoner ser ut til å konvergere mot samme verdi ved energier i området 10 15 GeV og en temperatur på 10 28 Kelvin . The Grand Unification Theory (GUT, for Grand Unified Theory ) spår at en proton har en begrenset levetid: sannsynligheten for å forfalle i løpet av ett års observasjon er estimert til 10-32 .
I kvantegravitasjon utøvd på atomnivå er gravitasjonskraften mellom et elektron og et proton 10 40 ganger svakere enn den elektromagnetiske kraften som utøves mellom to partikler: en partikkel som når Planck-massen på ca. 20 µg med en radius som har Planck-lengden fra 10 -35 m vil således være den minste lengde som har en fysisk betydning .
Teoretikerne i teorien om alt anslår at de karakteristiske intensitetene til de fire grunnleggende interaksjonene må oppfylles med en energi på rundt 10 19 GeV , som tilsvarer avstander i størrelsesorden 10-25 m og en temperatur på 10 32 Kelvin . Denne tyngdekraftsoverstyrken vil være knyttet til elementære partikler som graviton og tachyon .
Hovedproblemet er foreningen av kvantemekanikken og teorien om generell relativitet , som henholdsvis beskriver fenomenene på mikroskopisk nivå og på makroskopisk nivå. Begrepet kvantegravitasjon beskriver teoriene som bringer disse to teoriene sammen. Men for å være en komplett teori, må teorien om helheten i tillegg inkludere den komplette beskrivelsen av de fire elementære interaksjonene .
To grunnleggende egenskaper har fremdeles ikke blitt demonstrert matematisk i tilfelle sterke interaksjoner:
Å løse disse to punktene er et av problemene med tusenårsprisen .
Den M-teorien er den mest lovende kandidat for teorien om alt. På den annen side er sløyfekvantum bare en teori om kvantegravitasjon , som den ikke søker å beskrive på en enhetlig måte med de andre interaksjonene.
Den Standardmodellen beskriver riktig de mikroskopiske fysikk observert i laboratoriet, men tar ikke hensyn til tyngdekraften på den ene side og på den annen side, i den grad at dens eksistens vil bli bekreftet, er det kjent at det ikke ville være fullstendig selv ved det mikroskopiske nivået. fordi det ikke ville avsløre det mørke materiet som ville utgjøre et flertall av materien som er tilstede i universet .
Utført på slutten av 1970-tallet er søket etter hypotetiske spartikler en stor opptatthet innen partikkelfysikk . Fysikere stoler på kollider LHC fra CERN kan utforske téraélectrovolt energiskalaen (T eV = 1000 GeV ).
Konseptet er spesielt publisert, og skaper noen ganger overskriftene til den spesialiserte pressen, til og med for den generelle pressen. Antony Garrett Lisis teori , basert på den eksepsjonelle Lie-gruppen , ble således sterkt behandlet av generalistiske tidsskrifter, selv om den bare var på scenen med pre-publikasjon på arXiv .
Denne teorien har siden blitt ugyldiggjort fordi den ikke kan ta hensyn til den chirale asymmetrien i elektrosvak interaksjon .
Stanislas Lem laget uttrykket "teori om alt" for å gjøre narr av teoriene til en gal vitenskapsmann som dukker opp i flere av hans romaner. Opprinnelig er derfor uttrykket "teori om alt" ironisk, og betegner en teori som virker altfor generalisert. I denne forbindelse er bruken av store bokstaver (selv om den kommer fra engelsk, et språk som sjenerøst bruker store bokstaver) en måte å understreke denne effekten på. I sin parodi på en artikkel om vitenskapens filosofi, kastrer Alan Sokal stoltheten til fysikere som hevder å skrive en teori om alt. Andre ordens ironi, siden Sokal vet at navnet ikke er det som oppgavene av teorien har gitt, men et hån mot dem, og det samme var uttrykket " Big Bang ".
Navnet teorien om alt er noe misvisende, siden kunnskap om en slik teori (hvis den eksisterer) neppe vil være i stand til å kaste nytt lys over et problem i fysikk når det først er dette ikke er direkte relatert til strukturen til de grunnleggende samspillene. Likevel er det mulig å ekstrapolere det faktum at det er grunnlaget for alle energiske interaksjoner mellom atomer, og at det til et visst punkt kan representere, på en sannsynligvis veldig kompleks måte, et stort flertall av interaksjoner med mye lavere energi nivå enn forutsagt av teorien. Tatt i betraktning at teorien om alt ville være en ekstrapolering av foreningen av elektromagnetiske og svake krefter, og at elektromagnetisme er styrken som styrer den elektroniske verden, det vil si det store flertallet av molekylære interaksjoner.
John Ellis var den første som introduserte navnet Theory of Everything i teknisk litteratur i 1986 i det vitenskapelige tidsskriftet Nature .