Físicos teóricos e quânticos estão em busca de descobrir a fórmula matemática que expressa uma verdade que a maioria dos povos indígenas do mundo já saber: existe um "campo" compartilhado que conecta tudo e todos, desde as estrelas no céu noturno até o verme abrindo caminho sob o chão.
Os Sioux dizem "Mitakuye oyasin", que significa "tudo está relacionado" ou "somos todos relacionados", dependendo da tradução. Dos aborígines na Austrália às tribos Dogon da África às tribos Maori da Nova Zelândia, todos esses povos indígenas acreditam que tudo o que podemos e não podemos ver compartilha uma conexão. Os cientistas estão a caminho de provar isso na Teoria de Tudo.
TL; DR (muito longo; Não li)
Os físicos estão em busca de uma teoria do grande campo unificado que descreva a estrutura do universo do qual surgem as quatro forças: gravidade, eletromagnetismo e o nuclear forte e fraco forças. Eles esperam descobrir uma única equação que descreve como o universo funciona, ligando tudo em uma única Teoria de Tudo.
Teorias da Relatividade de Einstein e Teoria do Campo Unificado
Einstein morreu antes de terminar de trabalhar em seu conceito final - a Teoria do Campo Unificado - que forneceria uma resposta e uma conexão entre tudo no universo. Ele escreveu mais de 40 artigos sobre o tema, parcialmente expressos em sua Teoria Geral da Relatividade, onde ele discute as ondas gravitacionais que cruzam o universo com a mesma rapidez que a luz viagens.
Como você pode ou não saber, esse aspecto de sua teoria se mostrou correto em setembro de 2015, quando os cientistas detectaram e mediu ondas gravitacionais com ondas de luz que atingiram a Terra a partir de dois buracos negros colidindo para se juntarem como um, milhões de anos atrás. O entendimento de Einstein o convenceu de que tudo no universo existia por causa de uma base geométrica comum, comum e simples.
Papel da matemática no ToE
Como a simplicidade da Teoria Especial da Relatividade de Einstein expressa na forma matemática, E = mc2, os físicos esperam encontrar outra equação eloqüente que liga tudo no universo de volta a um único campo universal. Uma vez que Einstein postulou suas idéias sobre o campo unificado nas décadas antes de morrer em 1955, os físicos, seguindo seus passos, ainda buscam uma abordagem direta equação que liga as quatro forças conhecidas - gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca - a esse campo universal, também conhecido como o quantum campo. O que Einstein chamou de Teoria do Campo Unificado, os físicos hoje chamam de "Teoria de Tudo", abreviado como ToE.
Desde o início do universo, há mais de 1,4 bilhão de anos, cientistas e físicos identificaram quatro forças que, quando combinadas, servem como fonte única de energia do universo. Essas quatro forças incluem a força gravitacional, o poder que atrai objetos para a Terra; a força eletromagnética, que inclui a luz e se expressa em várias faixas de frequência, como as faixas individuais de cores do arco-íris; e as forças nucleares fortes e fracas, responsáveis pelos átomos que constituem todos os elementos conhecidos do cosmos.
A busca do ToE por Einstein, e agora outros físicos teóricos e quânticos desde sua morte 1955, é encontrar uma fórmula matemática e um princípio que liga tudo junto em um ponto fundamental nível. O pensamento principal de Einstein era provar que as forças eletromagnéticas e gravitacionais nada mais são do que duas expressões diferentes de um único campo unificado. Os matemáticos sabem que as fórmulas matemáticas existem na natureza, na música e na arte, e que a matemática sustenta tudo nesta realidade física que os seres humanos experimentam na Terra. A caça para descobrir uma fórmula matemática que liga tudo junto.
Progresso atual no ToE
Para unir as quatro forças para explicar ToE, os cientistas na década de 1970 primeiro ligaram matematicamente a força eletromagnética, que direciona o comportamento da luz e a estrutura atômica, para a força nuclear fraca que sustenta o método pelo qual as partículas decaem. Em seguida, eles queriam encontrar uma maneira de ligá-los à força nuclear forte, que combina partículas menores como quarks a prótons e nêutrons em estruturas atômicas. Força gravitacional eles deixaram em paz porque não ainda têm uma fórmula para isso - mas eles estão chegando perto devido às observações de setembro de 2015.
O problema é que cada força se expressa de maneira diferente, e combiná-las em uma única teoria é difícil. Pense nisso como a antiga fábula da Índia dos três cegos e do elefante. Cada cego tocou uma parte diferente do corpo de um elefante, pensando que fosse um objeto separado. O homem que tocou a cauda descreveu uma corda, o homem que tocou a perna descreveu uma coluna e assim por diante. Porque eles não podiam ver, eles não sabiam que o elefante era singular, e não objetos separados. Os físicos postulam que tudo surge do campo unificado, mas eles simplesmente não encontraram a fórmula matemática que representa tudo de forma consistente, incluindo as expressões individuais de força, sem quebrar na partícula nível.
Com a medição das ondas gravitacionais em 2015, os cientistas podem em breve descobrir um equivalente matemático para expressar o atividade da força gravitacional, o que os coloca bem no caminho para conectar as quatro forças na Teoria de Tudo.
O que os físicos esperam provar
Com a abertura de uma nova janela para o cosmos pela medição das ondas de luz e gravitacionais, que viajar exatamente na mesma velocidade, os físicos teóricos podem em breve ter uma fórmula gravitacional que faça sentido em Dedo do pé. Mas o problema não é a força gravitacional; a desvantagem existe na força nuclear fraca, em como os prótons decaem. Os teóricos combinaram com sucesso as forças fracas e eletromagnéticas na teoria eletrofraca, o que sugere que ambos existem como uma única colaboração, mas apenas em altos níveis de energia, como no início do universo. No entanto, a união infelizmente se dissipa quando a energia cai abaixo de um limite específico estabelecido pela teoria eletrofraca.
Os físicos ainda estão tentando encontrar maneiras de observar essas partículas infinitesimalmente pequenas e como elas afetam o decaimento do próton. Por exemplo, veja a descoberta da partícula de Higgs-Boson; os cientistas previram que ele existia muito antes de descobri-lo, mas eles não tinham como medi-lo até 2012, no colisor de hadron do CERN na Suíça. Desde então, os cientistas também observaram e verificaram a existência de uma nova partícula, o pentaquark, em 2015 também nas instalações do CERN.
Uma vez que os cientistas podem observar e medir essas e as interações de partículas menores, ou encontrar novas partículas que definem e quantificam decaimento do próton, eles podem apenas descobrir a fórmula que explica tudo sobre como o universo funciona, mais cedo ao invés de mais tarde.