Οι θεωρητικοί και οι κβαντικοί φυσικοί βρίσκονται στο κυνήγι για να ανακαλύψουν τον μαθηματικό τύπο που εκφράζει μια αλήθεια που ήδη οι περισσότεροι αυτόχθονες λαοί του κόσμου ξέρετε: Υπάρχει ένα κοινό "πεδίο" που συνδέει όλους και όλα μαζί, από τα αστέρια στον νυχτερινό ουρανό μέχρι το σκουλήκι που διοχετεύεται κάτω από το έδαφος.
Οι Sioux λένε "Mitakuye oyasin", που σημαίνει "όλα σχετίζονται," ή "είμαστε όλοι συγγενείς", ανάλογα με τη μετάφραση. Από τους Αβορίγινους στην Αυστραλία έως τις φυλές των Ντόγκον της Αφρικής έως τις φυλές Μαορί της Νέας Ζηλανδίας, αυτοί οι αυτόχθονες άνθρωποι πιστεύουν ότι όλα όσα μπορούμε και δεν μπορούμε να δούμε μοιράζονται μια σύνδεση. Οι επιστήμονες πρόκειται να το αποδείξουν στη Θεωρία των Πάντα.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Οι φυσικοί αναζητούν μια μεγάλη ενοποιημένη θεωρία πεδίου που περιγράφει το πλαίσιο του σύμπαν από το οποίο προκύπτουν οι τέσσερις δυνάμεις: βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, και το ισχυρό και αδύναμο πυρηνικό δυνάμεις. Ελπίζουν να αποκαλύψουν μια ενιαία εξίσωση που περιγράφει πώς λειτουργεί το σύμπαν συνδέοντας τα πάντα μαζί σε μια ενιαία Θεωρία των πάντων.
Οι θεωρίες σχετικότητας του Αϊνστάιν και η ενοποιημένη θεωρία πεδίου
Ο Αϊνστάιν πέθανε πριν τελειώσει τη δουλειά για την τελική του ιδέα - την Ενοποιημένη Θεωρία Πεδίου - που θα παρείχε μια απάντηση και μια σύνδεση μεταξύ οτιδήποτε στο σύμπαν. Έγραψε περισσότερες από 40 εργασίες σχετικά με το θέμα, που εκφράστηκαν εν μέρει στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας όπου συζητά τα κύματα βαρύτητας που επιταχύνουν το σύμπαν με την ίδια ταχύτητα με το φως ταξιδεύει.
Όπως ίσως γνωρίζετε ή δεν γνωρίζετε, αυτή η πτυχή της θεωρίας του αποδείχθηκε σωστή τον Σεπτέμβριο του 2015, όταν οι επιστήμονες εντόπισαν και μέτρησε τα βαρυτικά κύματα με φως κύματα που έπληξαν τη Γη από δύο μαύρες τρύπες που συγκρούστηκαν για να ενωθούν ως ένα, εκατομμύρια πριν από χρόνια. Η κατανόηση του Αϊνστάιν τον έπεισε ότι όλα στο σύμπαν υπήρχαν εξαιτίας μιας κοινής, κοινής και απλής γεωμετρικής βάσης.
Ο ρόλος των μαθηματικών στα ToE
Όπως η απλότητα της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν που εκφράζεται σε μαθηματική μορφή, E = mc2, οι φυσικοί ελπίζουν να βρουν μια άλλη εύγλωττη εξίσωση που συνδέει τα πάντα στο σύμπαν με ένα ενιαίο, καθολικό πεδίο. Δεδομένου ότι ο Αϊνστάιν έθεσε τις ιδέες του στον ενοποιημένο τομέα τις δεκαετίες πριν πεθάνει το 1955, οι φυσικοί, ακολουθώντας τα βήματά του, εξακολουθούν να αναζητούν έναν απλό εξίσωση που συνδέει τις τέσσερις γνωστές δυνάμεις - τη βαρύτητα, τον ηλεκτρομαγνητισμό και τις ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις - με αυτό το καθολικό πεδίο, επίσης γνωστό ως κβαντικό πεδίο. Αυτό που ο Αϊνστάιν ονόμασε «Θεωρία Ενοποιημένου Πεδίου», οι φυσικοί σήμερα αποκαλούν «Η Θεωρία των Πάντα», συντομογραφείται ως ToE.
Από την αρχή του σύμπαντος πριν από 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια, επιστήμονες και φυσικοί έχουν εντοπίσει τέσσερις δυνάμεις που, όταν συνδυάζονται, χρησιμεύουν ως η μοναδική πηγή ενέργειας του σύμπαντος. Αυτές οι τέσσερις δυνάμεις περιλαμβάνουν τη βαρυτική δύναμη, τη δύναμη που προσελκύει αντικείμενα στη Γη. η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η οποία περιλαμβάνει φως και εκφράζει σε ζώνες πολλαπλών συχνοτήτων όπως οι μεμονωμένες ζώνες χρωμάτων του ουράνιου τόξου · και τις ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις, υπεύθυνες για τα άτομα που απαρτίζουν όλα τα γνωστά στοιχεία του Κόσμου.
Η επιδίωξη του ToE από τον Αϊνστάιν, και τώρα άλλοι θεωρητικοί και κβαντικοί φυσικοί από το θάνατό του 1955, είναι να βρούμε έναν μαθηματικό τύπο και αρχή που συνδέει τα πάντα μαζί σε ένα θεμελιώδες επίπεδο. Η κύρια σκέψη του Αϊνστάιν ήταν να αποδείξει ότι οι ηλεκτρομαγνητικές και βαρυτικές δυνάμεις δεν είναι τίποτα περισσότερο από δύο διαφορετικές εκφράσεις ενός ενιαίου ενιαίου πεδίου. Οι μαθηματικοί γνωρίζουν ότι οι μαθηματικοί τύποι υπάρχουν στη φύση, τη μουσική και την τέχνη και ότι τα μαθηματικά υποστηρίζουν τα πάντα σε αυτήν τη φυσική πραγματικότητα που βιώνουν τα ανθρώπινα όντα στη Γη. Το κυνήγι πρόκειται να ανακαλύψει έναν μαθηματικό τύπο που συνδέει τα πάντα μαζί.
Τρέχουσα πρόοδος στο ToE
Για να συνδέσουν τις τέσσερις δυνάμεις μαζί για να εξηγήσουν το ToE, οι επιστήμονες τη δεκαετία του 1970 συνδέθηκαν μαθηματικά την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, που κατευθύνει την ελαφριά συμπεριφορά και την ατομική δομή, στην αδύναμη πυρηνική δύναμη που υποστηρίζει τη μέθοδο με την οποία αποσυντίθενται τα σωματίδια. Τότε ήθελαν να βρουν έναν τρόπο να τα συνδέσουν με την ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία συνδυάζει μικρότερα σωματίδια όπως τα κουάρκ με τα πρωτόνια και τα νετρόνια στις ατομικές δομές. Η βαρυτική δύναμη άφησαν μόνη τους γιατί δεν το έκαναν Ακόμη έχουν μια φόρμουλα για αυτό - αλλά πλησιάζουν λαμβάνοντας υπόψη τις παρατηρήσεις του Σεπτεμβρίου 2015.
Το πρόβλημα είναι ότι κάθε δύναμη εκφράζεται διαφορετικά, και ο συνδυασμός τους σε μια ενιαία θεωρία είναι δύσκολος. Σκεφτείτε το σαν τον αρχαίο μύθο από την Ινδία των τριών τυφλών και του ελέφαντα. Κάθε τυφλός άγγιξε ένα διαφορετικό μέρος του σώματος ενός ελέφαντα, θεωρώντας το ως ξεχωριστό αντικείμενο. Ο άντρας που άγγιξε την ουρά περιέγραψε ένα σχοινί, ο άντρας που άγγιξε το πόδι περιέγραψε έναν στύλο και ούτω καθεξής. Επειδή δεν μπορούσαν να δουν, δεν ήξεραν ότι ο ελέφαντας ήταν μοναδικός, όχι ξεχωριστά αντικείμενα. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι όλα προκύπτουν από το ενοποιημένο πεδίο, αλλά απλά δεν έχουν βρει τον μαθηματικό τύπο αντιπροσωπεύει με συνέπεια τα πάντα, συμπεριλαμβανομένων των μεμονωμένων εκφράσεων δύναμης, χωρίς να σπάει στο σωματίδιο επίπεδο.
Με τη μέτρηση των βαρυτικών κυμάτων το 2015, οι επιστήμονες ενδέχεται σύντομα να ανακαλύψουν ένα μαθηματικό ισοδύναμο με την έκφραση του δραστηριότητα της βαρυτικής δύναμης, η οποία τις βάζει στο δρόμο για τη σύνδεση των τεσσάρων δυνάμεων μαζί στη Θεωρία του Τα παντα.
Τι ελπίζουν οι φυσικοί να αποδείξουν
Με το άνοιγμα ενός νέου παραθύρου στον Κόσμο με τη μέτρηση τόσο των φωτεινών όσο και των βαρυτικών κυμάτων, τα οποία ταξιδεύουν με την ίδια ακριβώς ταχύτητα, οι θεωρητικοί φυσικοί μπορεί σύντομα να έχουν μια βαρυτική φόρμουλα που έχει νόημα Δάχτυλο του ποδιού. Αλλά το πρόβλημα δεν είναι η βαρυτική δύναμη. το μειονέκτημα υπάρχει στην αδύναμη πυρηνική δύναμη, στον τρόπο αποσύνθεσης των πρωτονίων Οι θεωρητικοί συνδύασαν επιτυχώς τις αδύναμες και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις στη θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής βλάβης, η οποία υποδηλώνει αυτό Και οι δύο υπάρχουν ως μια ενιαία συνεργασία, αλλά μόνο σε υψηλά επίπεδα ενέργειας όπως στην αρχή του σύμπαντος. Ωστόσο, η ένωση εξαφανίζεται δυστυχώς όταν η ενέργεια πέφτει κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο που καθιερώνεται από τη θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής βλάβης.
Οι φυσικοί προσπαθούν να βρουν τρόπους να παρατηρήσουν αυτά τα άπειρα μικρά σωματίδια και πώς επηρεάζουν τη διάσπαση πρωτονίων. Για παράδειγμα, πάρτε την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs-Boson. Οι επιστήμονες προέβλεπαν ότι υπήρχε πολύ πριν το ανακάλυψαν, αλλά δεν είχαν κανένα τρόπο να το μετρήσουν μέχρι το 2012 στον αλεξίπτωτο CERN στην Ελβετία. Από τότε, οι επιστήμονες έχουν επίσης παρατηρήσει και επαληθεύσει την ύπαρξη ενός νέου σωματιδίου, το pentaquark, το 2015 και στην εγκατάσταση του CERN.
Μόλις οι επιστήμονες μπορούν να παρατηρήσουν και να μετρήσουν αυτές και τις μικρότερες αλληλεπιδράσεις σωματιδίων, ή να βρουν νέα σωματίδια που ορίζουν και ποσοτικοποιούν η αποσύνθεση πρωτονίων, μπορεί να αποκαλύψουν τον τύπο που εξηγεί τα πάντα για το πώς λειτουργεί το σύμπαν, νωρίτερα και όχι αργότερα.