物理学における理論の統一

「最初の偉大な統一」は、17 世紀のアイザック ニュートンによる重力の統一であり、彼は地球上で観測可能な重力現象の理解と宇宙における天体の挙動の観測可能な法則を統合し、宇宙のすべての粒子に適用できる根本的に新しい普遍的な数学的枠組みを定式化した。この新しい法則は、地球と天体の両方の力学を説明し、ガリレオ ガリレイとヨハネス ケプラーの局所的で近似的な法則を、宇宙全体を支配する単一の抽象的な原理に置き換えた。^{[ 2 ] [ 5 ] [ 6 ]}

ニュートンの統一は、物理学の統一理論を追求する上での基礎的なステップと考えられている。^{[ 7 ]}物理学者のスティーブン・ワインバーグは、「アイザック・ニュートンによって、究極の理論という現代の夢が真に始まった」と述べている。^{[ 8 ]}

古代中国の人々は、磁鉄鉱や磁石のような特定の岩石が目に見えない力によって互いに引き合うことを観察しました。この効果は後に磁気と呼ばれ、17 世紀に初めて厳密に研究されました。しかし、古代中国人が磁気を観察する以前に、古代ギリシャ人は琥珀のような他の物体を知っており、毛皮でこすると、両者の間に同様の目に見えない引力が生じることを知っていました。^{[ 9 ]}これも 17 世紀に厳密に研究され、電気と呼ばれるようになりました。このようにして、物理学は自然界の 2 つの観察を何らかの根本原因 (電気と磁気) の観点から理解するようになりました。しかし、19 世紀の研究により、これら 2 つの力は、電磁気という1 つの力の 2 つの異なる側面であることが明らかになりました。 

「第二の偉大な統一」は、19世紀のジェームズ・クラーク・マクスウェルによる電磁気学の統一であった。それは、磁気、電気、光（そしてより広くは電磁放射のスペクトル）の観測可能な現象に関する理解を統合した。^{[ 10 ]}

これに続いて20世紀には、アルバート・アインシュタインが特殊相対性理論によって空間と時間の記述を不可分な連続体として、また質量とエネルギーを統一した。^{[ 10 ]}

その後、ポール・ディラックは量子場理論を開発し、量子力学を特殊相対性理論の枠組みの中に位置づけた。^{[ 11 ]}

電磁気学と弱い相互作用の比較的最近の統一理論は、シェルドン・グラショウ、アブドゥス・サラム、スティーブン・ワインバーグによって開発され、現在では電弱相互作用として知られる理論へと発展した。この理論は、 WボソンとZボソンの存在など、重要な予測を行い、それらは後に実験的に確認された。

量子力学と一般相対性理論を単一の量子重力理論に統一しようとする試みは、半世紀以上にわたって続けられてきたが、まだ決定的な解決には至っていない。現在の有力候補は、M理論、超弦理論、ループ量子重力である。^{[ 2 ]}

既知の基本的な相互作用を「統一」しようとする試みは今日も続けられており、万物の理論を見つけることを目標としているが、これは物理学における未解決問題の中でもおそらく最も重要なものとなっている。決定的に統一されていない基本的な力は4つ残っている。重力と電磁気の相互作用は、日常生活で直接その影響が見られるような、長距離にわたる大きな力を生み出す。また、強い相互作用と弱い相互作用は、原子以下の距離で力を生み出さ、核相互作用を支配する。電磁気と弱い相互作用は、電弱相互作用の2つの側面であると広く考えられている。^{[ 2 ]}