Was ist die Theorie von allem, worüber Wissenschaftler sprechen?

Theoretische und Quantenphysiker sind auf der Suche nach der mathematischen Formel, die eine Wahrheit ausdrückt, die die meisten indigenen Völker der Welt bereits kennen wissen: Es gibt ein gemeinsames "Feld", das alle und alles miteinander verbindet, von den Sternen am Nachthimmel bis zum Wurm, der sich seinen Weg unter den Boden.

Die Sioux sagen "Mitakuye oyasin", was "alles ist verwandt" oder "wir sind alle verwandt" bedeutet, je nach Übersetzung. Von den Aborigines in Australien über die Dogon-Stämme in Afrika bis hin zu den Maori-Stämmen in Neuseeland glauben alle diese Ureinwohner, dass alles, was wir sehen können, eine Verbindung hat. Wissenschaftler sind auf dem Weg, dies in der Theory of Everything zu beweisen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Physiker sind auf der Suche nach einer großen einheitlichen Feldtheorie, die den Rahmen der Universum, aus dem die vier Kräfte entstehen: Schwerkraft, Elektromagnetismus und der starke und der schwache Kern Kräfte. Sie hoffen, eine einzige Gleichung aufzudecken, die beschreibt, wie das Universum funktioniert, indem sie alles in einer einzigen Theorie von allem miteinander verbindet.

Einstein starb, bevor er die Arbeit an seinem endgültigen Konzept – der Einheitlichen Feldtheorie – beendet hatte, das eine Antwort und eine Verbindung zwischen allem im Universum liefern würde. Er schrieb mehr als 40 Artikel zu diesem Thema, die teilweise in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie zum Ausdruck kamen, wo er diskutiert Gravitationswellen, die mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Licht durch das Universum rasen Reisen.

Wie Sie vielleicht wissen oder nicht, erwies sich dieser Aspekt seiner Theorie im September 2015 als richtig, als Wissenschaftler entdeckten und gemessene Gravitationswellen mit Lichtwellen, die die Erde von zwei schwarzen Löchern trafen, die kollidierten, um sich zu einem zu verbinden, Millionen vor Jahren. Einsteins Verständnis überzeugte ihn davon, dass alles im Universum aufgrund einer gemeinsamen, gemeinsamen und einfachen geometrischen Grundlage existiert.

Wie die Einfachheit von Einsteins spezieller Relativitätstheorie in mathematischer Form ausgedrückt, ist E = mc², hoffen Physiker, eine weitere beredte Gleichung zu finden, die alles im Universum zu einem einzigen, universellen Feld zurückführt. Seit Einstein seine Ideen in den Jahrzehnten vor seinem Tod im Jahr 1955 auf dem einheitlichen Gebiet postulierte, suchen Physiker, die in seine Fußstapfen treten, immer noch nach einer einfachen Gleichung, die die vier bekannten Kräfte – Gravitation, Elektromagnetismus und die starken und schwachen Kernkräfte – mit diesem universellen Feld verbindet, das auch als Quantum bekannt ist Feld. Was Einstein die Einheitliche Feldtheorie nannte, nennen Physiker heute die "Theory of Everything", abgekürzt als ToE.

Seit den Anfängen des Universums vor über 1,4 Milliarden Jahren haben Wissenschaftler und Physiker vier Kräfte identifiziert, die zusammen die einzige Energiequelle des Universums bilden. Zu diesen vier Kräften gehört die Gravitationskraft, die Kraft, die Objekte zur Erde anzieht; die elektromagnetische Kraft, die Licht beinhaltet und sich in mehreren Frequenzbändern wie den einzelnen Farbbändern des Regenbogens ausdrückt; und die starken und schwachen Kernkräfte, die für die Atome verantwortlich sind, aus denen alle bekannten Elemente im Kosmos bestehen.

Das Streben nach ToE durch Einstein und jetzt andere theoretische und Quantenphysiker seit seinem Tod 1955, ist es, eine mathematische Formel und ein mathematisches Prinzip zu finden, das alles auf eine grundlegende Weise miteinander verbindet Niveau. Einsteins Hauptgedanke war zu beweisen, dass die elektromagnetischen und die Gravitationskräfte nichts anderes als zwei verschiedene Ausdrücke eines einzigen einheitlichen Feldes sind. Mathematiker wissen, dass mathematische Formeln in der Natur, in der Musik und in der Kunst existieren und dass Mathematik alles in dieser physischen Realität untermauert, die Menschen auf der Erde erfahren. Die Jagd geht weiter, um eine mathematische Formel zu entdecken, die alles miteinander verbindet.

Um die vier Kräfte miteinander zu verbinden, um ToE zu erklären, haben Wissenschaftler in den 1970er Jahren zuerst die elektromagnetische Kraft mathematisch verknüpft. die das Lichtverhalten und die atomare Struktur lenkt, auf die schwache Kernkraft, die die Methode zum Zerfall von Teilchen untermauert. Dann wollten sie einen Weg finden, sie mit der starken Kernkraft zu verbinden, die kleinere Teilchen wie Quarks zu Protonen und Neutronen in atomaren Strukturen kombiniert. Schwerkraft, die sie in Ruhe gelassen haben, weil sie es nicht tun noch haben eine Formel dafür – aber angesichts der Beobachtungen im September 2015 kommen sie näher.

Das Problem ist, dass sich jede Kraft anders ausdrückt und es schwierig ist, sie in einer einzigen Theorie zu kombinieren. Stellen Sie es sich wie die alte indische Fabel von den drei Blinden und dem Elefanten vor. Jeder Blinde berührte einen anderen Teil des Körpers eines Elefanten und hielt ihn für ein separates Objekt. Der Mann, der den Schwanz berührte, beschrieb ein Seil, der Mann, der das Bein berührte, beschrieb eine Säule und so weiter. Da sie nicht sehen konnten, wussten sie nicht, dass der Elefant einzigartig war, keine separaten Objekte. Physiker postulieren, dass alles aus dem einheitlichen Feld entsteht, aber sie haben einfach nicht die mathematische Formel gefunden, die stellt konsequent alles dar, auch die einzelnen Kraftausdrücke, ohne am Teilchen zusammenzubrechen Niveau.

Mit der Messung von Gravitationswellen im Jahr 2015 könnten Wissenschaftler bald ein mathematisches Äquivalent finden, um die Aktivität der Gravitationskraft, was sie auf dem besten Weg bringt, die vier Kräfte in der Theorie der miteinander zu verbinden Alles.

Mit der Öffnung eines neuen Fensters in den Kosmos durch die Messung von Licht- und Gravitationswellen, die mit genau der gleichen Geschwindigkeit reisen, könnten theoretische Physiker bald eine Gravitationsformel haben, die Sinn macht in Zehe. Aber das Problem ist nicht die Gravitationskraft; der Nachteil liegt in der schwachen Kernkraft, in der Protonen zerfallen. Theoretiker kombinierten erfolgreich die schwachen und elektromagnetischen Kräfte in der elektroschwachen Theorie, was darauf hindeutet, dass sie existieren beide als eine einzige Kollaboration, aber nur auf hohem Energieniveau wie am Anfang des Universums. Leider verschwindet die Vereinigung jedoch, wenn die Energie unter eine bestimmte Grenze fällt, die durch die elektroschwache Theorie festgelegt wird.

Physiker versuchen immer noch, Wege zu finden, diese winzig kleinen Teilchen zu beobachten und wie sie den Protonenzerfall beeinflussen. Nehmen wir zum Beispiel die Entdeckung des Higgs-Boson-Teilchens; Wissenschaftler sagten voraus, dass es existierte, lange bevor sie es entdeckten, aber sie hatten keine Möglichkeit, es bis 2012 am Hadronenbeschleuniger des CERN in der Schweiz zu messen. Seither haben Wissenschaftler auch am CERN 2015 die Existenz eines neuen Teilchens, des Pentaquarks, beobachtet und nachgewiesen.

Sobald Wissenschaftler diese und kleinere Partikelwechselwirkungen beobachten und messen oder neue Partikel finden können, die definieren und quantifizieren Protonenzerfall, könnten sie die Formel, die alles über die Funktionsweise des Universums erklärt, eher aufdecken als später.