Mis on teooria kõigest, millest teadlased räägivad?

Teoreetilised ja kvantfüüsikud peavad jahti avastama matemaatilist valemit, mis väljendab tõde, mida enamik maailma põlisrahvaid juba tean: eksisteerib jagatud "väli", mis ühendab kõiki ja kõike koos, alates tähtedest öises taevas kuni ussini, mis tunneliks end jahvatatud.

Siouxide sõnul on sõltuvalt tõlkest "Mitakuye oyasin", mis tähendab "kõik on seotud" või "me kõik oleme seotud". Austraalia aborigeenidest Aafrika dogonite hõimudeni kuni Uus-Meremaa maoori hõimudeni usuvad kõik põlisrahvad kõike, mida võime ja ei näe, on seos. Teadlased on seda kõike teoorias tõestamas.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Füüsikud otsivad suurt ühtset väliteooriat, mis kirjeldab programmi raamistikku universum, millest tulenevad neli jõudu: gravitatsioon, elektromagnetism ning tugev ja nõrk tuum jõud. Nad loodavad paljastada ühe võrrandi, mis kirjeldab universumi toimimist, ühendades kõik ühte teooriasse Kõik.

Einstein suri enne, kui oli lõpetanud oma lõpliku kontseptsiooni - ühtse väljateooria -, mis pakuks vastuse ja seose universumi kõige vahel. Ta kirjutas sellel teemal üle 40 artikli, mis on osaliselt väljendatud oma üldises relatiivsusteoorias ta arutleb gravitatsioonilainete üle, mis kiirendavad kogu universumit sama kiirusega kui valgus reisid.

Nagu te võite teada või mitte, osutus tema teooria see aspekt õigeks 2015. aasta septembris, kui teadlased avastasid ja mõõtsid gravitatsioonilaineid kergete lainetega, mis tabasid Maad kahest kokkupõrkevast mustast august, et ühineda ühena, miljoneid aastaid tagasi. Einsteini arusaam veenis teda selles, et kõik universumis eksisteerib ühise, ühise ja lihtsa geomeetrilise aluse tõttu.

Nagu matemaatilises vormis väljendatud Einsteini erirelatiivsusteooria lihtsus, on ka E = mc²loodavad füüsikud leida veel ühe kõneka võrrandi, mis seob universumis kõik tagasi ühe, universaalse väljaga. Kuna Einstein esitas oma ideed ühtses valdkonnas aastakümnetel enne surma 1955. aastal, otsivad füüsikud tema jälgedes endiselt sirgjoonelist võrrand, mis seob neli teadaolevat jõudu - raskusjõud, elektromagnetism ning tugevad ja nõrgad tuumajõud - selle universaalse väljaga, mida tuntakse ka kui kvanti valdkonnas. Seda, mida Einstein nimetas ühendatud välja teooriaks, nimetavad füüsikud tänapäeval "kõige teooriaks", lühendatult ToE-ks.

Alates universumi algusest üle 1,4 miljardi aasta tagasi on teadlased ja füüsikud tuvastanud neli jõudu, mis kombineerituna toimivad universumi ainsa energiaallikana. Need neli jõudu hõlmavad gravitatsioonijõudu, jõudu, mis meelitab objekte Maale; elektromagnetiline jõud, mis hõlmab valgust ja väljendab mitut sagedusriba nagu vikerkaare üksikud värviribad; ning tugevad ja nõrgad tuumajõud, kes vastutavad aatomite eest, mis moodustavad kõik teadaolevad elemendid kosmoses.

Toinupüüdmine Einsteini ja nüüd teiste teoreetiliste ja kvantfüüsikute poolt pärast tema möödumist 1955, on leida üks matemaatiline valem ja põhimõte, mis seob kõik üksteisega põhimõtteliselt tasemel. Einsteini peamine mõte oli tõestada, et elektromagnetilised ja gravitatsioonijõud pole midagi muud kui ühe ühtse välja kaks erinevat väljendit. Matemaatikud teavad, et matemaatika valemid eksisteerivad looduses, muusikas ja kunstis ning matemaatika toetab kõike seda füüsilist reaalsust, mida inimene kogeb Maal. Jahil on ühe matemaatilise valemi avastamine, mis seob kõik omavahel.

Nelja jõu ühendamiseks ToE selgitamiseks ühendasid 1970. aastate teadlased matemaatiliselt elektromagnetilise jõu, mis suunab valguse käitumise ja aatomistruktuuri nõrgale tuumajõule, mis on aluseks osakeste lagunemise meetodile. Siis tahtsid nad leida viisi, kuidas neid siduda tugeva tuumajõuga, mis ühendab aatomistruktuurides väiksemad osakesed nagu kvarkid prootonite ja neutronitega. Gravitatsioonijõud, mille nad jätsid üksi, sest seda pole veel on selle jaoks valem - kuid 2015. aasta septembri tähelepanekuid arvestades lähevad nad lähedale.

Probleem on selles, et iga jõud väljendab end erinevalt ja nende ühendamine ühes teoorias on keeruline. Mõelge sellele nagu iidne kolme pimeda inimese ja elevandi jutustus Indiast. Iga pime inimene puudutas elevandi keha erinevat osa, pidades seda eraldi objektiks. Saba puudutanud mees kirjeldas köit, jalg puudutas samba jne. Kuna nad ei näinud, ei teadnud nad, et elevant on ainsus, mitte eraldi esemed. Füüsikud väidavad, et kõik tuleneb ühtsest valdkonnast, kuid nad pole lihtsalt leidnud seda matemaatilist valemit esindab järjepidevalt kõike, kaasa arvatud üksikud jõuavaldused, osakese juures lagunemata tasemel.

2015. aasta gravitatsioonilainete mõõtmisega võivad teadlased peagi avastada matemaatilise ekvivalendi selle väljendamiseks gravitatsioonijõu aktiivsus, mis paneb need teoorias nelja jõu omavahel ühendama Kõik.

Uue akna avanemisega kosmosesse nii valguse kui ka gravitatsioonilainete mõõtmisega, mis liikuda täpselt sama kiirusega, võib teoreetilistel füüsikutel varsti olla mõistlik gravitatsioonivalem ToE. Kuid probleem pole gravitatsioonijõus; puuduseks on nõrk tuumajõud, kuidas prootonid lagunevad. Teoreetikud ühendasid edukalt nõrgad ja elektromagnetilised jõud elektrivoolu teoorias, mis viitab sellele nad mõlemad eksisteerivad ühtse koostööna, kuid ainult kõrgel energiatasemel nagu universumi alguses. Liit aga hajub paraku, kui energia langeb allpool konkreetset piiri, mille on kehtestanud electroweak-teooria.

Füüsikud üritavad endiselt leida viise, kuidas jälgida neid lõpmata väikseid osakesi ja kuidas need mõjutavad prootonite lagunemist. Võtame näiteks Higgsi-Bosoni osakese avastuse; teadlased ennustasid, et see on olemas juba ammu enne avastamist, kuid neil polnud võimalust seda mõõta enne 2012. aastat CERNi Šveitsi hadroni põrkeseadmel. Sellest ajast alates on teadlased ka CERNi rajatises jälginud ja kontrollinud uue osakese - pentakarki olemasolu.

Kui teadlased saavad neid ja väiksemaid osakeste vastastikuseid mõjusid jälgida ja mõõta või leida uusi osakesi, mis määratlevad ja kvantifitseerivad prootonite lagunemine, võivad nad lihtsalt leida valemi, mis seletab kõike universumi toimimise kohta, mitte varem hiljem.