Teoretiske og kvantefysikere er på jagt efter at opdage den matematiske formel, der udtrykker en sandhed, som de fleste oprindelige folk allerede har vide: Der findes et fælles "felt", der forbinder alle og alt sammen, fra stjernerne på nattehimlen til ormen, der tunneler sig under jord.
Sioux siger "Mitakuye oyasin", hvilket betyder "alt er relateret", eller "vi er alle beslægtede" afhængigt af oversættelsen. Fra indfødte i Australien til Dogon-stammerne i Afrika til Maori-stammerne i New Zealand, disse indfødte tror alle på, at alt, hvad vi kan og ikke kan se, har en forbindelse. Forskere er på vej til at bevise dette i Theory of Everything.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Fysikere er på jagt efter en stor samlet feltteori, der beskriver rammerne for univers, hvorfra de fire kræfter opstår: tyngdekraft, elektromagnetisme og det stærke og svage nukleare kræfter. De håber at afdække en enkelt ligning, der skitserer, hvordan universet fungerer ved at forbinde alt sammen i en enkelt teori om alt.
Einsteins relativitetsteorier og den samlede feltteori
Einstein døde, før han arbejdede med sit endelige koncept - Unified Field Theory - der ville give et svar og en forbindelse mellem alt i universet. Han skrev mere end 40 papirer om emnet, delvist udtrykt i sin generelle relativitetsteori hvor han diskuterer tyngdekraftsbølger, der kører over universet i samme hurtighed som lyset rejser.
Som du måske eller måske ikke ved, viste det sig, at dette aspekt af hans teori var korrekt i september 2015, da forskere opdagede og målte tyngdekraftsbølger med lysbølger, der ramte Jorden fra to sorte huller, der kolliderede for at slutte sig til en, millioner af år siden. Einsteins forståelse overbeviste ham om, at alt i universet eksisterede på grund af et fælles, fælles og simpelt geometrisk fundament.
Matematikens rolle i ToE
Ligesom enkelheden i Einsteins særlige relativitetsteori udtrykt i matematisk form, E = mc2, håber fysikere at finde en anden veltalende ligning, der forbinder alt i universet tilbage til et enkelt, universelt felt. Da Einstein stillede sine ideer på det samlede felt i årtierne før han døde i 1955, søger fysikere i hans fodspor stadig en ligetil ligning, der forbinder de fire kendte kræfter - tyngdekraft, elektromagnetisme og de stærke og svage atomkræfter - til det universelle felt, også kendt som kvante Mark. Det, Einstein kaldte Unified Field Theory, kalder fysikere i dag "Theory of Everything", forkortet ToE.
Siden begyndelsen af universet for over 1,4 milliarder år siden har forskere og fysikere identificeret fire kræfter, der, når de kombineres, tjener som universets eneste energikilde. Disse fire kræfter inkluderer tyngdekraften, den kraft, der tiltrækker genstande til Jorden; den elektromagnetiske kraft, som inkluderer lys og udtrykker i flere frekvensbånd som de enkelte bånd af farver i regnbuen; og de stærke og svage atomkræfter, der er ansvarlige for atomerne, der udgør alle de kendte elementer i kosmos.
Forfølgelsen af ToE af Einstein, og nu andre teoretiske og kvantefysikere, siden han gik ind 1955 er at finde en matematisk formel og et princip, der forbinder alt sammen på en grundlæggende måde niveau. Einsteins hovedtanke var at bevise, at de elektromagnetiske og tyngdekræfter ikke er andet end to forskellige udtryk for et enkelt samlet felt. Matematikere ved, at matematiske formler findes i natur, musik og kunst, og at matematik understøtter alt i denne fysiske virkelighed, som mennesker oplever på Jorden. Jakten er på at opdage en matematisk formel, der binder alt sammen.
Nuværende fremskridt med ToE
For at forbinde de fire kræfter for at forklare ToE forbandt forskere i 1970'erne først matematisk den elektromagnetiske kraft, som dirigerer lysadfærd og atomstruktur til den svage atomkraft, der ligger til grund for metoden, hvormed partikler henfalder. Derefter ønskede de at finde en måde at knytte dem til den stærke atomkraft, som kombinerer mindre partikler som kvarker til protoner og neutroner i atomstrukturer. Gravitationskraft, de forlod alene, fordi de ikke gør det endnu har en formel til det - men de kommer tæt på i betragtning af observationerne i september 2015.
Problemet er, at hver styrke udtrykker sig forskelligt, og det er svært at kombinere dem i en enkelt teori. Tænk på det som den gamle fabel fra Indien om de tre blinde mænd og elefanten. Hver blind person rørte ved en anden del af en elefants krop og tænkte at det var et separat objekt. Manden, der rørte ved halen, beskrev et reb, manden, der rørte ved benet, beskrev en søjle osv. Fordi de ikke kunne se, vidste de ikke, at elefanten var ental, ikke separate objekter. Fysikere hævder, at alt kommer ud af det samlede felt, men de har bare ikke fundet den matematiske formel repræsenterer konsekvent alt inklusive de individuelle udtryk for kraft uden at bryde ned ved partiklen niveau.
Med måling af tyngdebølger i 2015 kan forskere snart opdage en matematisk ækvivalent til at udtrykke den tyngdekraftens aktivitet, som sætter dem godt på vej til at forbinde de fire kræfter sammen i teorien om Alt.
Hvad fysikere håber at bevise
Med åbningen af et nyt vindue ind i kosmos ved måling af både lys- og tyngdebølger, som rejse med nøjagtig samme hastighed, kan teoretiske fysikere snart have en tyngdeformel, der giver mening i Tå. Men problemet er ikke tyngdekraften; ulempen findes i den svage atomkraft, i hvordan protoner forfalder. Teoretikere kombinerede med succes de svage og elektromagnetiske kræfter i elektrosvag teori, hvilket antyder det de eksisterer begge som et enkelt samarbejde, men kun i høje niveauer af energi som i begyndelsen af universet. Imidlertid forsvinder unionen desværre, når energi falder under en specifik grænse, der er etableret ved elektrosvag teori.
Fysikere forsøger stadig at finde måder til at observere disse uendeligt små partikler og hvordan de påvirker protonforfald. Tag for eksempel opdagelsen af Higgs-Boson-partiklen; forskere forudsagde, at det eksisterede længe før de opdagede det, men de havde ingen måde at måle det indtil 2012 på CERN's hadron collider i Schweiz. Siden den tid har forskere også observeret og verificeret eksistensen af en ny partikel, pentaquark, i 2015 også på CERN-anlægget.
Når forskere kan observere og måle disse og mindre partikelinteraktioner eller finde nye partikler, der definerer og kvantificerer proton henfald, kan de måske bare afdække formlen, der forklarer alt om, hvordan universet fungerer, snarere end senere.