نظرية جميع شيء (بالإنجليزية: Theory of everything)‏ أواختصاراً TOE أومعادلة الكون (بالألمانية: Weltformel) تشكل وصفاً شمولياً للمادة في الفيزياء النظرية، من المفترض أنها قادرة على تفسير جميع الظواهر الفيزيائية بشكل تام وتفسر جميع المؤثرات الفيزيائية (أي جميع شيء) ولا يزال البحث جارياً لمحاولة صياغتها. ومن المفترض أنها يفترض أن تربط بين القوى الأربعة المعروفة التي تتحكم في تبادل القوى بين جميع الجسيمات المعروفة وغير المعروفة (مثل المادة المظلمة). القوى الأربعة المعروفة حتى الآن هي: القوة النووية الشديدة، التآثر الكهرومغناطيسي، القوة الضعيفة، وقوة الجاذبية.

كان المصطلح يستخدم في البداية لوصف بعض النظريات العامة بطريقة ساخرة على أنها نظرية لكل شيء لعموميتها الواسعة. ومع مرور الوقت ترسخ استخدام المصطلح بطريقة فهمية مع فيزياء الكم لوصف النظرية التي تستطيع ربط أوتوحيد النظريات المعروفة التي تصف التفاعلات الأساسية الأربعة في الطبيعة (القوة النووية القوية، القوة النووية الضعيفة، القوة الكهرومغناطيسية، والجاذبية). أحد المقتنعين في العصر الحديث بإمكانية التوصل لهذه النظرية هوالفيزيائي ستيفن هوكينغ. وقد درس فيها إروين شرودنغر وفرنر هايزنبرج ولكنهما لم يصلا إليها، ولا يزال البحث جارياً عنها بين الفيزيائيين النظريين.

يذكر حتى العالم الألماني الشهير ألبرت أينشتاين وكثيراً من الفهماء الآخرين مثل هايزنبرج قد أضاعوا وقتاً طويلا من عمرهم في التوصل لمثل هذه النظرية ولكن دون جدوى.

تسمى تلك النظرية الجاري البحث عنها الآن أحياناً نظرية التوحيد العظمى، وتُعنى بتوحيد جميع النظريات الفيزيائية المعروفة، وصياغتها في معادلة واحدة.

الفيزياء الحديثة

في الفيزياء الحالية السائدة، نظرية جميع شيء هي محاولة لتوحيد القوى الأساسية الأربعة الموجودة في الطبيعة: (أي الثنطقة, والقوة النووية القوية, والقوة النووية الضعيفة, والقوة الكهرومغناطيسية). بما حتى القوة الضعيفة لها القدرة على تغيير الجسيمات الأولية من شكل لآخر، سينبغي على نظرية جميع شيء بأن تعطينا فهماً عميقا للعلاقات الموجودة بين جميع الجسيمات المتنوعة، يمثل الشكل التالي الهيئة المتسقطة للنظريات السابقة، والمشكلة الكبرى التي تقابل الفهماء هي اشراك قوة الجاذبية مع هذه القوى من أجل صياغة معادلة التوحيد :

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

الدافع إليها

عهد الفهماء القدامى ظاهرة التأثير المغناطيسي ، ثم عهدوا الكهرباء في القرن التاسع عشر وأن مرور تيار كهربائي في سلك ينتج مجالا مغناطيسيا حول السلك، لا يختلف عن المجال المغناطيسي الذي ينتجه مغناطيس ذاتي. وتبين حتى المجال المغناطيسي الناتج يمكن حتى يتآثر (يؤثر) مع مجال مغناطيسي آخر أوحتى يؤثر على شحنة كهربائية مثلما يؤثر عليها مغناطيس. واستطاع ماكسويل صياغة معادلاته الخاصة بربط كلا القوتين قرب نهاية القرن التاسع عشر وأصبحنا نعهدهما بالتآثر الكهرومغناطيسي . عهدنا بعد ذلك حتى القوى التي تربط الإلكترونات بالنواة الذرية هي القوي الكهرومغناطيسية . كان ذلك في أوائل القرن العشرين.

ثم تبين عند دراسة النواة الذرية حتى هناك تآثر قوي يعمل على ترابط البروتونات والنيوترونات في النواة على الرغم من تنافر البروتونات حيث لها شحنة موجبة متماثلة .واتضح حتى التآثر القوي أشد كثيرا من التآثر الكهرومغناطيسي. ثم تبين أنه توجد أيضا تفاعلات داخل نواة الذرة واستطاع الفيزيائي محمد عبد السلام بيان حتى ما يسمى بالقوة الضعيفة في النواة هي السبب في حدوث عدم استقرار النواة الذرية وأنها تلعب دورا هاماً في التحلل النووي والنشاط الإشعاعي لبعض نظائر العناصر، وربط بينها وبين التآثر الكهرومغناطيسي وحاز هذا الاكتشاف على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1979 .

تمكن الفهماء حتى الآن من الربط بين القوى الثلاث (التآثر القوي والتآثر الضعيف والتآثر الكهرومغناطيسي) ، ولكن تنقصهم قوة الجاذبية ، إذ يظهر حتى قوة الجاذبية تعمل بمفردها حيث تربط بين الحبيبات المادية وتكوّن منها أجراما عظيمة الكبر من نيازك ونجوم وكواكب وتربط البلايين منها في مجرة وتربط المجرات بمجرات أخرى عظيمة، وتشكل أيضا عناقيد مجرية . ولكن قوة الجاذبية هي خاصة متعلقة بكتلة الجسم ، أي أنها موجودة بين الجسيمات الصغيرة (كالبروتون والإلكترون) وبين الأجسام الكبيرة (مثل الشمس والأرض) ، إلا أنها ضعيفة للغاية بالمقارنة بالقوي الأخرى المتحكمة في هجريب المادة وهجريب الكون، وتظهر بوضوح أكثر من القوى الأخرى عندما تزيد كتلة الجسم لتصل مثلا كتلة الأرض أوالقمر أوكتلة مجرة. فهي التي تشكل الهجريب الكوني.

فنرى حتى قوة الجاذبية هي المؤثرة والرابطة بين الأجسام الكبيرة والمشكّلة للأجرام السماوية كالأرض والشمس والنجوم الأخرى والمجرات، أي أنها تشكل الهيكل الكبير للكون وإليها يعزى دوران الأرض حول الشمس ودوران الشمس حول حوصلة المجرة وترابط النجوم في المجرات، وترابط هذا الكون ببعضه البعض . من جهة أخرى نجد حتى القوى الثلاثة الأخرى هي التي تربط بين الجسيمات الأولية وتتحكم فيها، فهي تربط بين الكواركات في النواة الذرية، وتربط بين الإلكترونات ونواة الذرة ، أي تكوّن الذرات (تآثر كهرومغناطيسي) وتربط بين الذرات (تأثر كهرومغناطيسي) في بلورات، كما تحدد :هل النواة الذرية مستقرة أم غير مستقرة؟. وإذا كانت نواة غير مستقرة فما هوعمرها ،يا ترى؟ بمعنى متى ستتحلل وتتحول إلى نظير آخر، وما هوعمر النصف لها،يا ترى؟ وهل ستتحلل تحلل بيتا أم تحلل ألفا ؟

فالدافع إلى نظرية التوحيد العظمى هوصياغة معادلة تتنبأ بجميع تلك المؤثرات (القوى) وخصائص المكونات من المستوى الصغري في حجم الذرات وما هوأصغر منها وطرق سلوكها إلى تكوين الأجرام السماوية وبنية الكون وما تتبعه جميعا من قوانين طبيعية.

نظريات مرشحة

هذه نظريات مرشحة لتكون نظرية جميع شيء:

• نظرية الثنطقة الفائقة جاذبية فائقة
• نظرية-إم M-Theory
• نظرية الأوتار الفائقة Superstring Theory
• نظرية الأوتار String theory

الهدف

يسمى توحيد القوى الثلاثة الطبيعية الرئيسية (القوة الكهرومغناطيسية ، والقوة الضعيفة والقوة النووية القوية) ممثلة في نظرية ديناميكا اللون الكمومية QCD بدون الجاذبية نظرية التوحيد العظمى ( Grand Unified Theory). ويحث على هذا التوحيد بينهم التشابه الكبير للمعادلات الرياضية التي تصف كلّاً 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 حتى امتداد تاثير جميع من تلك القوى عند حدود الطاقة العالية، أي عند طاقة أعلى من نحو10¹⁹ مليار إلكترون فولت تتساوى جميعها . وتصبح جميع منها بنفس القوة مع اختلاف أصولها .

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

والمفروض حتى تجمع تلك النظرية الكونية (نظرية جميع شيء) الظواهر الطبيعية الآتية، وتقوم على تفسيرها:

• وصف التناظر العظيم وجوهره الأساسي .
• تفسير طبيعة المادة المظلمة ، وتفسير التطور الذي وقع للكون منذ نشأته وعلى الأخص مراحل تكونه.
• الجمع بين نظرية التوحيد العظمى ونظرية الجاذبية الكمومية .
• تفسير كتل الجسيمات الأولية وحساب الخواص الأخرى للجسيمات .
• حساب الحالات الانفرادية للمادة .
• أن تربط بين النظرية النسبية ونظرية الكم .

نظرية جميع شيء والفلسفة

إن وضع نظرية جميع شيء مفتوح للنزاع الفلسفي. عملى سبيل المثال، إذا كان الممضى الفيزيائي على حق، عملى نظرية جميع شيء الفيزيائية حتى تتطابق مع نظرية جميع شيء الفلسفية تماماً. كان لبعض الفلاسفة ( مثل أرسطو، أفلاطون، هيغل، وايتهيد، وآخرون) محاولات لبناء نظام تام للكون. كان هناك آخرون مترددون بشكل كبير حول احتمالية وجود مثل هذه النظام. خط ستيفن هوكينغ في كتابه التاريخ الموجز للزمن بأنه حتى ولوعهدنا نظرية جميع شيء ؛ فأنها ستكون مجموعة كبيرة من المعادلات الرياضية.

انظر أيضًا

• فيزياء ما وراء النموذج العياري
• نظرية التوحيد الكبرى
• قوة أساسية
• تآثر كهروضعيف
• ميكانيكا الكم
• أكوان متعددة

المراجع