Les physiciens théoriciens et quantiques sont à la recherche de la formule mathématique qui exprime une vérité que la plupart des peuples autochtones du monde ont déjà savoir: il existe un « champ » partagé qui relie tout et tout le monde ensemble, des étoiles dans le ciel nocturne au ver creusant un tunnel sous le terre.
Les Sioux disent « Mitakuye oyasin », ce qui signifie « tout est lié » ou « nous sommes tous liés », selon la traduction. Des Aborigènes d'Australie aux tribus Dogon d'Afrique en passant par les tribus Maoris de Nouvelle-Zélande, ces peuples autochtones croient tous que tout ce que nous pouvons et ne pouvons pas voir partage un lien. Les scientifiques sont sur le point de le prouver dans la théorie du tout.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les physiciens sont à la recherche d'une grande théorie des champs unifiés décrivant le cadre de la univers d'où proviennent les quatre forces: la gravité, l'électromagnétisme et le nucléaire fort et faible les forces. Ils espèrent découvrir une seule équation qui décrit le fonctionnement de l'univers en reliant tout ensemble dans une seule théorie du tout.
Les théories de la relativité d'Einstein et la théorie du champ unifié
Einstein est mort avant d'avoir fini de travailler sur son concept final - la théorie du champ unifié - qui fournirait une réponse et une connexion entre tout dans l'univers. Il a écrit plus de 40 articles sur le sujet, en partie exprimés dans sa Théorie générale de la relativité où il discute des ondes gravitationnelles qui traversent l'univers à la même vitesse que la lumière voyages.
Comme vous le savez peut-être ou non, cet aspect de sa théorie s'est avéré correct en septembre 2015, lorsque les scientifiques ont détecté et ondes gravitationnelles mesurées avec des ondes lumineuses qui frappent la Terre à partir de deux trous noirs entrant en collision pour se joindre en un seul, des millions de il y a des années. La compréhension d'Einstein l'a convaincu que tout dans l'univers existait en raison d'une base géométrique partagée, commune et simple.
Rôle des mathématiques dans la ToE
Comme la simplicité de la théorie de la relativité restreinte d'Einstein exprimée sous forme mathématique, E = mc2, les physiciens espèrent trouver une autre équation éloquente qui relie tout dans l'univers à un champ unique et universel. Depuis qu'Einstein a posé ses idées sur le champ unifié dans les décennies qui ont précédé sa mort en 1955, les physiciens, suivant ses traces, cherchent toujours un équation qui relie les quatre forces connues - la gravité, l'électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles - à ce champ universel, également connu sous le nom de quantum domaine. Ce qu'Einstein appelait la théorie du champ unifié, les physiciens appellent aujourd'hui la « théorie du tout », en abrégé ToE.
Depuis le début de l'univers il y a plus de 1,4 milliard d'années, les scientifiques et les physiciens ont identifié quatre forces qui, lorsqu'elles sont combinées, constituent la seule source d'énergie de l'univers. Ces quatre forces incluent la force gravitationnelle, la puissance qui attire les objets vers la Terre; la force électromagnétique, qui inclut la lumière et s'exprime dans plusieurs bandes de fréquences comme les bandes de couleurs individuelles de l'arc-en-ciel; et les forces nucléaires fortes et faibles, responsables des atomes qui composent tous les éléments connus du cosmos.
La poursuite de la ToE par Einstein, et maintenant d'autres physiciens théoriciens et quantiques depuis son décès 1955, est de trouver une formule mathématique et un principe qui relient tout ensemble à un niveau. La pensée principale d'Einstein était de prouver que les forces électromagnétiques et gravitationnelles ne sont rien de plus que deux expressions différentes d'un seul champ unifié. Les mathématiciens savent que les formules mathématiques existent dans la nature, la musique et l'art, et que les mathématiques sous-tendent tout dans cette réalité physique vécue par les êtres humains sur Terre. La chasse est ouverte pour découvrir une formule mathématique qui relie tout ensemble.
Progrès actuels sur la ToE
Pour lier les quatre forces ensemble pour expliquer la ToE, les scientifiques des années 1970 ont d'abord lié mathématiquement la force électromagnétique, qui dirige le comportement de la lumière et la structure atomique, vers la force nucléaire faible qui sous-tend la méthode par laquelle les particules se désintègrent. Ensuite, ils ont voulu trouver un moyen de les lier à la force nucléaire forte, qui combine des particules plus petites comme les quarks aux protons et aux neutrons dans les structures atomiques. Force gravitationnelle qu'ils ont laissée seuls parce qu'ils ne le font pas encore ont une formule pour cela - mais ils se rapprochent compte tenu des observations de septembre 2015.
Le problème est que chaque force s'exprime différemment, et les combiner dans une seule théorie est difficile. Pensez-y comme à l'ancienne fable indienne des trois aveugles et de l'éléphant. Chaque personne aveugle a touché une partie différente du corps d'un éléphant, pensant qu'il s'agissait d'un objet distinct. L'homme qui a touché la queue a décrit une corde, l'homme qui a touché la jambe a décrit un pilier, et ainsi de suite. Parce qu'ils ne pouvaient pas voir, ils ne savaient pas que l'éléphant était des objets singuliers et non séparés. Les physiciens postulent que tout surgit du champ unifié, mais ils n'ont tout simplement pas trouvé la formule mathématique qui représente systématiquement tout, y compris les expressions individuelles de force, sans se décomposer au niveau de la particule niveau.
Avec la mesure des ondes gravitationnelles en 2015, les scientifiques pourraient bientôt découvrir un équivalent mathématique pour exprimer la l'activité de la force gravitationnelle, ce qui les met sur la bonne voie pour relier les quatre forces ensemble dans la Théorie de Tout.
Ce que les physiciens espèrent prouver
Avec l'ouverture d'une nouvelle fenêtre sur le cosmos par la mesure des ondes lumineuses et gravitationnelles, qui voyager exactement à la même vitesse, les physiciens théoriciens pourraient bientôt avoir une formule gravitationnelle qui a du sens dans Doigt de pied. Mais le problème n'est pas la force gravitationnelle; l'inconvénient existe dans la force nucléaire faible, dans la façon dont les protons se désintègrent. Les théoriciens ont réussi à combiner les forces faible et électromagnétique dans la théorie électrofaible, ce qui suggère que ils existent tous les deux en tant que collaboration unique, mais uniquement à des niveaux d'énergie élevés comme au début de l'univers. Cependant, l'union se dissipe malheureusement lorsque l'énergie tombe en dessous d'une limite spécifique établie par la théorie électrofaible.
Les physiciens essaient toujours de trouver des moyens d'observer ces particules infiniment petites et comment elles affectent la désintégration du proton. Par exemple, prenons la découverte de la particule de Higgs-Boson; les scientifiques ont prédit qu'il existait bien avant de le découvrir, mais ils n'avaient aucun moyen de le mesurer jusqu'en 2012 au collisionneur de hadrons du CERN en Suisse. Depuis lors, les scientifiques ont également observé et vérifié l'existence d'une nouvelle particule, le pentaquark, en 2015 également dans l'installation du CERN.
Une fois que les scientifiques pourront observer et mesurer ces interactions et des particules plus petites, ou trouver de nouvelles particules qui définissent et quantifient désintégration du proton, ils pourraient bien découvrir la formule qui explique tout sur le fonctionnement de l'univers, le plus tôt possible plus tard.