¿Cómo saben los físicos que todos los fenómenos físicos pueden explicarse por una teoría de todo (TOE)?

Answer 1

Creo que esto es más una cuestión de filosofía que una cuestión de física.

Hay dos formas de interpretar esta pregunta:

1. ¿Cómo sabemos que todos los fenómenos se pueden describir mediante una teoría unificada, en lugar de, por ejemplo, la relatividad general que describe la gravedad, mientras que el modelo estándar de la física de partículas describe los fenómenos microscópicos?
2. ¿Por qué no puede haber dos teorías unificadas que describan los mismos fenómenos?

En respuesta a (1), el espíritu de un TOE es unificar todos los fenómenos para que puedan ser descritos por una sola teoría. Si la gravedad no es realmente un fenómeno mecánico cuántico, es una falacia pensar que se puede describir con una teoría cuántica, pero el resto de los fenómenos fundamentales de la naturaleza son de naturaleza mecánica cuántica, por lo que, en principio, no se puede Hacer una teoría unificada. Sin embargo, esto no evitará que las personas lo intenten, porque realmente quieren unificar toda la física. Pero esto se basa en un deseo y una creencia, no en algún principio físico que conozcamos.

En respuesta a (2), si dos teorías hacen las mismas predicciones, no se pueden distinguir a través del experimento. En este caso, las personas generalmente apelan a Occam’s Razor como un principio y prefieren la teoría más simple. No parece haber ninguna razón por la que no pueda tener dos teorías que describan los mismos fenómenos, pero parece probable que en realidad serían formulaciones matemáticas diferentes de la misma teoría si realmente tuvieran las mismas predicciones.

La navaja de Occam también parece ser la fuerza impulsora detrás de la búsqueda de un TOE. A lo largo de la década de 1900, hubo grandes éxitos en la simplificación de las teorías al unificarlas; específicamente, el modelo de quark unificó el vasto zoológico de partículas que se conocían, y la unificación electrodébil describe con éxito tanto el electromagnetismo como la fuerza débil.

La escala de masa de las diferentes “generaciones” de quarks y leptones parece sugerir que existe una teoría subyacente, aún no definida (por ejemplo, la teoría de cuerdas) que predecirá el espectro de masas. La búsqueda continua de la unificación ha tenido tanto éxito en el modelo estándar de la física de partículas que las personas continúan buscando tales unificaciones.

Answer 2

Los físicos no saben que todos los fenómenos pueden explicarse por una sola Teoría del Todo, pero hay dos razones por las que creen , y esperan , que este será el caso.

En primer lugar, la historia de la física demuestra una tendencia general hacia la unificación , según la cual los fenómenos que inicialmente parecían ser distintos e inconexos entre sí, como la electricidad y el magnetismo, se mostraban posteriormente como aspectos o manifestaciones diferentes del mismo fenómeno subyacente. La teoría del electromagnetismo de Maxwell fue el primer ejemplo de una teoría de campo unificada , ya que demostró que la electricidad y el magnetismo no eran, de hecho, dos fenómenos completamente separados, sino que eran simplemente dos aspectos diferentes de un fenómeno más fundamental, a saber, el campo electromagnético. Un ejemplo posterior de una exitosa teoría de campo unificado es la teoría electrodébil , que unificó el electromagnetismo de Maxwell (o, más precisamente, la descripción teórica cuántica del campo, la electrodinámica cuántica ) con la fuerza nuclear débil, y mostró que estos eran aspectos diferentes de cada uno. Fuerza subyacente única. Estos ejemplos de unificación, y otros, llevan a los físicos a sospechar que “todos los caminos conducen a Roma”, y que la teoría definitiva será una en la que se muestre que todos los fenómenos diferentes en la realidad física, incluida la gravedad, son aspectos diferentes de una Un solo fenómeno subyacente: lo puro, lo simple, lo indiferenciado que constituye nuestro universo.

En segundo lugar, si no existe realmente una descripción unificada de la naturaleza, esto significaría que necesitaremos diferentes teorías, con diferentes fenomenologías y diferentes matemáticas, para describir diferentes partes de ella. (De hecho, esta es la posición en la que se encuentra la física en la actualidad). La mayoría de los físicos piensan que tal escenario sería extremadamente desordenado, poco elegante y poco atractivo por razones estéticas (y, de hecho, actualmente lo es ). Peor aún, significaría que tendríamos que ser extremadamente cuidadosos al definir el dominio de aplicabilidad de cada una de nuestras diferentes teorías, en caso de que, al usar una teoría, nos desviemos hacia un área donde ya no se aplica. Y tendríamos que asegurarnos de que los límites entre nuestras diferentes teorías coincidieran exactamente, sin dejar brechas, o nunca podríamos estar seguros de si podría haber fenómenos que no cayeran en el dominio de ninguno de nuestros diferentes Teorías, pero cayeron por las grietas entre ellas, por así decirlo. (Roger Penrose cree que este puede ser, de hecho, el caso de la física actual, y sugiere que nuevos fenómenos interesantes esperan ser descubiertos en la escala mesoscópica , entre la escala microscópica (cuántica) y la escala macroscópica). Y luego está la posibilidad de que los dominios de dos teorías diferentes puedan superponerse, y sin embargo, las descripciones y explicaciones ofrecidas por las dos teorías para los fenómenos en esta región superpuesta pueden entrar en conflicto entre sí, lo que nos deja con el dilema de no saber qué teoría elegir. Tener una única Teoría del Todo unificada y arqueada resolvería todos estos problemas de una sola vez; Una fenomenología, una matemática; un dominio global de aplicabilidad sin subdivisiones, límites, brechas, superposiciones o inconsistencias internas. Sería sencillo, elegante y completo.

En conclusión, la mayoría de los físicos creen que una Teoría de todo es posible, por la primera razón anterior, y desesperadamente esperan que sea posible, por la segunda razón anterior. : o)

Answer 3

Nosotros no – esperamos Una pregunta interesante es si las matemáticas son el lenguaje apropiado para entender el universo. Funciona bastante bien hasta ahora, pero eso no es garantía …