В чем заключается идея «Теории Всего»?

Благодаря громадному количеству накопленных экспериментальных данных и теоретических объяснений мы, то есть человечество, более-менее представляем, как устроен мир: можно сказать, что все состоит из частиц, отчасти ведущих себя как волны, и все-все-все, что происходит в мире, сводится к тому, что эти частицы постоянно рождают и поглощают другие частицы по определенным правилам (закон сохранения энергии — пример такого правила). Из этих частиц состоят атомы, из атомов — молекулы, из молекул — сложные молекулярные комплексы, например, клетки, из клеток — мы, люди. Стало быть, раз мы понимаем, как ведут себя частицы, то мы в принципе можем засунуть математическое описание огромного множества частиц в супермощный суперкомпьютер и рассчитать все, что будет происходить с человеком и планетой, собранными из этих частиц. В общем, все науки и все знания обо всем, что есть в природе — это прикладная физика (xkcd.ru).

Помимо всяких мелких неясностей, которые в науке постоянно появляются и разрешаются, есть несколько важных проблем.

1. На самом деле не все сводится к известным частицам. Данные космологии говорят, что должны существовать еще как минимум темная материя и темная энергия — штуки с известными свойствами, но не совсем понятной сущностью. Может, это тоже частицы, а может и нет.

2. Симметрии и произвольные параметры. Вот есть Стандартная модель — теория, которая описывает значительную часть процессов, происходящих с частицами. Она включает некоторые базовые принципы, общие у нее и у родственных теорий, и Самую Главную Формулу — лагранжиан Стандартной Модели. Кое-что в этой формуле опять же построено в соответствии с общими правилами, но не все. Этот лагранжиан можно некоторым образом преобразовать, но он от этого не изменится — подобно тому, как можно повернуть квадрат на 90 градусов, и он перейдет сам в себя (и это важно, с такими преобразованиями связаны законы сохранения и типы частиц, описываемых теорией). И вот этот лагранжиан обладает каким-то слишком хитрым набором симметрий. Кроме того, в лагранжиане имеется два десятка параметров — чисел, про которые вообще непонятно, откуда взялись и как между собой связаны. Масса электрона, например. Два десятка — это довольно неплохо, но все-таки многовато.

3. Почему вообще частицы? Почему вообще для описания мироздания нужно складывать всевозможные траектории через функциональный интеграл (неважно, что это), а не производить какое-то другое математическое действие? Почему базовые принципы, на которых мы основываем фундаментальные теории, именно такие, какие они есть?

Теория всего— это такая теория, которая решает если не третью, то хотя бы первую и вторую проблемы. Успешно описывает и известные частицы, и темную материю с темной энергией, и прочее. При этом выводится довольно просто: из небольшого количества базовых принципов и произвольных параметров (одного будет достаточно).

Теорию всего пока не придумали. Возможно, ее можно описать на том же языке частиц, обменивающихся другими частицами по некоторым законам; возможно, придется привлечь другие идеи, например, что частицы — это крохотные замкнутые струнки. Неизвестно, какая идея окажется успешной. Хочется надеяться, что когда-нибудь теорию всего таки построят. Тогда мы, то есть человечество (или как минимум мы — физики-теоретики), действительно успешно опишем мир на глубочайшем возможном уровне. Поймем, как он устроен на самом деле, а не каким он кажется.