Teoretiske og kvantefysikere er på jakt etter å oppdage den matematiske formelen som uttrykker en sannhet som de fleste urfolk allerede har vet: Det eksisterer et delt "felt" som forbinder alle og alt sammen, fra stjernene på nattehimmelen til ormen som tunneler seg under bakke.
Sioux sier "Mitakuye oyasin", som betyr "alt er i slekt," eller "vi er alle i slekt," avhengig av oversettelsen. Fra urbefolkningen i Australia til Dogon-stammene i Afrika til Maori-stammene i New Zealand, alle disse urfolkene tror alt vi kan og ikke kan se, har en sammenheng. Forskere er på vei til å bevise dette i Theory of Everything.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Fysikere er på jakt etter en stor enhetlig feltteori som beskriver rammen av universet som de fire kreftene oppstår fra: tyngdekraft, elektromagnetisme og det sterke og svake kjernefysiske krefter. De håper å avdekke en enkelt ligning som skisserer hvordan universet fungerer ved å knytte alt sammen i en enkelt teori om alt.
Einsteins relativitetsteorier og Unified Field Theory
Einstein døde før han avsluttet arbeidet med sitt endelige konsept - Unified Field Theory - som ville gi et svar og en sammenheng mellom alt i universet. Han skrev mer enn 40 artikler om emnet, delvis uttrykt i sin generelle relativitetsteori hvor han diskuterer gravitasjonsbølger som farer over universet i samme hurtighet som lyset reiser.
Som du kanskje eller kanskje ikke vet, viste det seg at aspektet av teorien hans var riktig i september 2015, da forskere oppdaget og målte gravitasjonsbølger med lysbølger som traff Jorden fra to sorte hull som kolliderte for å bli sammen som en, millioner av År siden. Einsteins forståelse overbeviste ham om at alt i universet eksisterte på grunn av et felles, felles og enkelt geometrisk fundament.
Matematikkens rolle i ToE
Som enkelheten til Einsteins spesielle relativitetsteori uttrykt i matematisk form, er E = mc2, håper fysikere å finne en annen veltalende ligning som knytter alt i universet tilbake til et enkelt, universelt felt. Siden Einstein stilte sine ideer på det enhetlige feltet i flere tiår før han døde i 1955, søker fysikere fremdeles i hans fotspor en rett fram ligning som knytter de fire kjente kreftene - tyngdekraften, elektromagnetismen og de sterke og svake atomkreftene - til det universelle feltet, også kjent som kvante felt. Det Einstein kalte Unified Field Theory, kaller fysikere i dag "The Theory of Everything", forkortet ToE.
Siden begynnelsen av universet for over 1,4 milliarder år siden har forskere og fysikere identifisert fire krefter som, når de kombineres, tjener som universets eneste energikilde. Disse fire kreftene inkluderer gravitasjonskraften, kraften som tiltrekker gjenstander til jorden; den elektromagnetiske kraften, som inkluderer lys og uttrykker i flere frekvensbånd som de enkelte fargebåndene i regnbuen; og de sterke og svake atomkreftene, ansvarlig for atomene som utgjør alle de kjente elementene i kosmos.
Jakten på ToE av Einstein, og nå andre teoretiske og kvantefysikere siden han gikk inn 1955, er å finne en matematisk formel og et prinsipp som knytter alt sammen til en grunnleggende nivå. Einsteins hovedtanke var å bevise at de elektromagnetiske og gravitasjonskreftene ikke er mer enn to forskjellige uttrykk for ett enkelt enhetlig felt. Matematikere vet at matematikkformler eksisterer i natur, musikk og kunst, og at matematikk underbygger alt i denne fysiske virkeligheten mennesker opplever på jorden. Jakten pågår for å oppdage en matematisk formel som binder alt sammen.
Nåværende fremgang på ToE
For å knytte de fire kreftene sammen for å forklare ToE, koblet forskere på 1970-tallet først den elektromagnetiske kraften, som leder lysadferd og atomstruktur, til den svake kjernekraften som ligger til grunn for metoden som partikler forfaller til. Så ønsket de å finne en måte å knytte dem til den sterke kjernekraften, som kombinerer mindre partikler som kvarker til protoner og nøytroner i atomstrukturer. Gravitasjonskraft forlot de alene fordi de ikke gjør det ennå har en formel for det - men de nærmer seg gitt observasjonene i september 2015.
Problemet er at hver styrke uttrykker seg forskjellig, og å kombinere dem i en enkelt teori er vanskelig. Tenk på det som den gamle fabelen fra India om de tre blinde mennene og elefanten. Hver blind person berørte en annen del av kroppen til en elefant og trodde det var et eget objekt. Mannen som berørte halen beskrev et tau, mannen som berørte benet beskrev en søyle, og så videre. Fordi de ikke kunne se, visste de ikke at elefanten var entall, ikke separate gjenstander. Fysikere hevder at alt kommer ut av det enhetlige feltet, men de har bare ikke funnet den matematiske formelen som representerer konsekvent alt, inkludert individuelle uttrykk for kraft, uten å bryte ned på partikkelen nivå.
Med måling av gravitasjonsbølger i 2015, kan forskere snart oppdage en matematisk ekvivalent for å uttrykke tyngdekraftens aktivitet, som setter dem godt på vei til å koble de fire kreftene sammen i teorien om Alt.
Hva fysikere håper å bevise
Med åpningen av et nytt vindu inn i kosmos ved måling av både lys- og gravitasjonsbølger, som reise i nøyaktig samme hastighet, kan teoretiske fysikere snart ha en gravitasjonsformel som gir mening i Tå. Men problemet er ikke gravitasjonskraften; ulempen eksisterer i den svake atomkraften, i hvordan protoner forfaller. Teoretikere kombinerte vellykket de svake og elektromagnetiske kreftene i elektrosvak teorien, noe som antyder det begge eksisterer som et enkelt samarbeid, men bare på høye energinivåer som i begynnelsen av universet. Imidlertid forsvinner unionen dessverre når energi faller under en spesifikk grense etablert av elektrosvak teorien.
Fysikere prøver fortsatt å finne måter å observere disse uendelig små partiklene og hvordan de påvirker protonråte. Ta for eksempel oppdagelsen av Higgs-Boson-partikkelen; forskere spådde at det eksisterte lenge før de oppdaget det, men de hadde ingen måte å måle det til 2012 på CERNs hadron-kollider i Sveits. Siden den gang har forskere også observert og verifisert eksistensen av en ny partikkel, pentaquark, i 2015 også på CERN-anlegget.
Når forskere kan observere og måle disse og mindre partikkelinteraksjoner, eller finne nye partikler som definerer og kvantifiserer protonråte, kan de bare avdekke formelen som forklarer alt om hvordan universet fungerer, snarere enn seinere.