Fizicienii teoretici și cuantici sunt în căutare de a descoperi formula matematică care exprimă un adevăr pe care majoritatea popoarelor indigene din lume îl au deja știți: există un „câmp” comun care leagă pe toți și totul împreună, de la stelele din cerul nopții până la viermele care își tunelează drumul sub sol.
Siouxii spun „Mitakuye oyasin”, care înseamnă „totul este înrudit” sau „suntem toți înrudiți”, în funcție de traducere. De la aborigenii din Australia la triburile dogon din Africa până la triburile maori din Noua Zeelandă, acești indigeni cred că tot ceea ce putem și nu putem vedea împărtășește o legătură. Oamenii de știință sunt pe cale să demonstreze acest lucru în Teoria Totului.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Fizicienii sunt în căutarea unei mari teorii de câmp unificate care descrie cadrul univers din care iau naștere cele patru forțe: gravitația, electromagnetismul și nucleul puternic și slab forțelor. Ei speră să descopere o singură ecuație care să descrie modul în care funcționează universul, legând totul într-o singură teorie a totul.
Teoriile relativității lui Einstein și teoria câmpului unificat
Einstein a murit înainte de a termina lucrul la conceptul său final - Teoria Câmpului Unificat - care ar oferi un răspuns și o legătură între tot ce există în univers. El a scris peste 40 de lucrări pe această temă, exprimate parțial în Teoria sa generală a relativității, unde el discută undele gravitaționale care se deplasează în univers cu aceeași rapiditate cu lumina călătorii.
După cum știți sau nu, acel aspect al teoriei sale s-a dovedit corect în septembrie 2015, când oamenii de știință au detectat și au măsurat unde gravitaționale cu unde luminoase care lovesc Pământul din două găuri negre care se ciocnesc pentru a se alătura ca una, milioane de cu ani în urmă. Înțelegerea lui Einstein l-a convins că totul în univers exista din cauza unei fundații geometrice comune, comune și simple.
Rolul matematicii în ToE
La fel ca simplitatea Teorii speciale a relativității a lui Einstein exprimată în formă matematică, E = mc2, fizicienii speră să găsească o altă ecuație elocventă care leagă totul din univers de un singur câmp universal. De vreme ce Einstein și-a prezentat ideile despre câmpul unificat în deceniile anterioare morții sale în 1955, fizicienii, urmându-i pe urmele sale, încă caută o linie directă ecuație care leagă cele patru forțe cunoscute - gravitația, electromagnetismul și forțele nucleare puternice și slabe - de acel câmp universal, cunoscut și sub denumirea de cuant camp. Ceea ce Einstein a numit Teoria Unificată a Câmpului, fizicienii numesc astăzi „Teoria Totului”, abreviat ca ToE.
De la începutul universului în urmă cu peste 1,4 miliarde de ani în urmă, oamenii de știință și fizicienii au identificat patru forțe care, atunci când sunt combinate, servesc drept sursă unică de energie a universului. Aceste patru forțe includ forța gravitațională, puterea care atrage obiecte pe Pământ; forța electromagnetică, care include lumina și se exprimă în mai multe benzi de frecvență, cum ar fi benzile individuale de culori ale curcubeului; și forțele nucleare puternice și slabe, responsabile pentru atomii care alcătuiesc toate elementele cunoscute din cosmos.
Urmărirea ToE de către Einstein și acum alți fizicieni teoretici și cuantici de la trecerea sa 1955, este de a găsi o formulă matematică și un principiu care leagă totul împreună de un fundament nivel. Principalul gând al lui Einstein a fost să demonstreze că forțele electromagnetice și gravitaționale nu sunt altceva decât două expresii diferite ale unui singur câmp unificat. Matematicienii știu că formulele matematice există în natură, muzică și artă și că matematica stă la baza tuturor lucrurilor din această realitate fizică pe care o experimentează ființele umane pe Pământ. Vânătoarea urmează să descopere o formulă matematică care leagă totul.
Progresul curent pe TOE
Pentru a lega cele patru forțe împreună pentru a explica ToE, oamenii de știință din anii 1970 au legat prima dată matematic forța electromagnetică, care direcționează comportamentul luminii și structura atomică către forța nucleară slabă care stă la baza metodei prin care particulele se descompun. Apoi au vrut să găsească o modalitate de a le lega de forța nucleară puternică, care combină particule mai mici, cum ar fi quarcii, la protoni și neutroni în structurile atomice. Forța gravitațională pe care au lăsat-o singură pentru că nu o fac inca au o formulă pentru asta - dar se apropie având în vedere observațiile din septembrie 2015.
Problema este că fiecare forță se exprimă diferit, iar combinarea lor într-o singură teorie este dificilă. Gândiți-vă la ea ca la vechea fabulă din India a celor trei orbi și a elefantului. Fiecare nevăzător atingea o parte diferită a corpului unui elefant, considerându-l un obiect separat. Omul care a atins coada a descris o frânghie, omul care a atins piciorul a descris un stâlp și așa mai departe. Pentru că nu puteau vedea, nu știau că elefantul era singular, nu obiecte separate. Fizicienii afirmă că totul apare din câmpul unificat, dar pur și simplu nu au găsit formula matematică care reprezintă în mod constant totul, inclusiv expresiile individuale ale forței, fără a se descompune la particulă nivel.
Odată cu măsurarea undelor gravitaționale în 2015, oamenii de știință ar putea descoperi în curând un echivalent matematic pentru a exprima activitatea forței gravitaționale, care le pune bine pe drumul spre conectarea celor patru forțe împreună în Teoria lui Tot.
Ce speră să demonstreze fizicienii
Odată cu deschiderea unei noi ferestre în cosmos prin măsurarea atât a luminii, cât și a undelor gravitaționale, care călătorind exact cu aceeași viteză, fizicienii teoretici ar putea avea în curând o formulă gravitațională care are sens în Picioare. Dar problema nu este forța gravitațională; dezavantajul există în forța nucleară slabă, în modul în care se descompun protonii. Teoreticienii au combinat cu succes forțele slabe și electromagnetice în teoria electrolitului, ceea ce sugerează că ambele există ca o singură colaborare, dar numai la niveluri ridicate de energie ca la începutul universului. Cu toate acestea, uniunea, din păcate, se disipează atunci când energia scade sub o graniță specifică stabilită de teoria electrolitică.
Fizicienii încă încearcă să găsească modalități de a observa aceste particule infinit de mici și cum afectează degradarea protonilor. De exemplu, luăm descoperirea particulei Higgs-Boson; Oamenii de știință au prezis că există cu mult înainte de a-l descoperi, dar nu au avut nicio modalitate de a-l măsura până în 2012 la colizorul de hadroni ai CERN din Elveția. De atunci, oamenii de știință au observat și verificat și existența unei noi particule, pentaquarkul, în 2015 și la instalația CERN.
Odată ce oamenii de știință pot observa și măsura aceste interacțiuni cu particule mai mici sau pot găsi noi particule care definesc și cuantifică dezintegrarea protonilor, ar putea descoperi doar formula care explică totul despre modul în care funcționează universul, mai devreme decât mai tarziu.