Что такое теория всего, о чем говорят ученые?

Теоретики и квантовые физики стремятся открыть математическую формулу, которая выражает истину, которую большинство коренных народов мира уже знать: существует общее "поле", которое соединяет всех и вся вместе, от звезд в ночном небе до червя, прокладывающего свой путь под землей. земля.

Сиу говорят «Mitakuye oyasin», что означает «все связано» или «мы все связаны», в зависимости от перевода. От аборигенов в Австралии до племен догонов в Африке до племен маори в Новой Зеландии - все эти коренные народы верят, что все, что мы видим и не видим, имеет взаимосвязь. Ученые приближаются к доказательству этого в Теории Всего.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Физики ищут великую единую теорию поля, описывающую структуру Вселенная, из которой возникают четыре силы: гравитация, электромагнетизм, а также сильная и слабая ядерная силы. Они надеются найти единое уравнение, описывающее, как работает Вселенная, объединив все вместе в единую Теорию Всего.

Эйнштейн умер до того, как закончил работу над своей последней концепцией - единой теорией поля - которая должна была дать ответ и установить связь между всем во Вселенной. Он написал более 40 статей по этой теме, частично выраженные в его Общей теории относительности, где он обсуждает гравитационные волны, которые движутся по Вселенной с той же скоростью, что и свет путешествия.

Как вы можете знать или не знать, этот аспект его теории оказался верным в сентябре 2015 года, когда ученые обнаружили и измерил гравитационные волны со световыми волнами, которые падают на Землю от двух сталкивающихся черных дыр, чтобы объединиться в одну, миллионы много лет назад. Понимание Эйнштейна убедило его в том, что все во Вселенной существует благодаря общей, общей и простой геометрической основе.

Подобно простоте специальной теории относительности Эйнштейна, выраженной в математической форме, E = mc², физики надеются найти еще одно красноречивое уравнение, которое связывает все во Вселенной в единое универсальное поле. Поскольку Эйнштейн сформулировал свои идеи о единой области за десятилетия до своей смерти в 1955 году, физики, следуя его стопам, все еще ищут прямое объяснение. уравнение, которое связывает четыре известные силы - гравитацию, электромагнетизм, а также сильные и слабые ядерные взаимодействия - с этим универсальным полем, также известным как квантовое поле. То, что Эйнштейн называл единой теорией поля, сегодня физики называют «теорией всего», сокращенно ToE.

С момента зарождения Вселенной более 1,4 миллиарда лет назад ученые и физики выделили четыре силы, которые в совокупности служат единственным источником энергии Вселенной. Эти четыре силы включают гравитационную силу, силу, притягивающую объекты к Земле; электромагнитная сила, которая включает свет и выражается в нескольких частотных диапазонах, таких как отдельные полосы цветов радуги; и сильные и слабые ядерные взаимодействия, отвечающие за атомы, составляющие все известные элементы в космосе.

Стремление Эйнштейна, а теперь и других теоретиков и квантовых физиков к Теоретической философии с момента его смерти 1955 г., заключается в том, чтобы найти одну математическую формулу и принцип, которые объединяют все вместе на фундаментальном уровень. Основная мысль Эйнштейна заключалась в том, чтобы доказать, что электромагнитные и гравитационные силы - это не что иное, как два различных выражения одного единого поля. Математики знают, что математические формулы существуют в природе, музыке и искусстве, и что математика лежит в основе всего в этой физической реальности, с которой люди сталкиваются на Земле. Идет охота, чтобы найти одну математическую формулу, которая связывает все воедино.

Чтобы связать четыре силы вместе, чтобы объяснить ToE, ученые в 1970-х годах впервые математически связали электромагнитную силу, который направляет поведение света и атомную структуру на слабое ядерное взаимодействие, лежащее в основе метода распада частиц. Затем они захотели найти способ связать их с сильным ядерным взаимодействием, которое объединяет более мелкие частицы, такие как кварки, с протонами и нейтронами в атомных структурах. Гравитационная сила, которую они оставили в покое, потому что они не еще есть формула для этого - но они приближаются, учитывая наблюдения в сентябре 2015 года.

Проблема в том, что каждая сила выражается по-разному, и объединить их в единую теорию сложно. Думайте об этом как о древней индийской басне о трех слепых и слоне. Каждый слепой касался разных частей тела слона, считая их отдельным предметом. Человек, коснувшийся хвоста, описал веревку, человек, коснувшийся ноги, описал столб и так далее. Поскольку они не могли видеть, они не знали, что слон был единичным, а не отдельным предметом. Физики утверждают, что все возникает из единого поля, но они просто не нашли математической формулы, которая последовательно представляет все, включая отдельные выражения силы, без разрушения на частицу уровень.

После измерения гравитационных волн в 2015 году ученые могут вскоре обнаружить математический эквивалент, выражающий активность гравитационной силы, что ставит их на путь соединения четырех сил вместе в Теории Все.

С открытием нового окна в космос путем измерения как световых, так и гравитационных волн, которые путешествовать с точно такой же скоростью, физики-теоретики вскоре могут получить гравитационную формулу, которая имеет смысл в Палец на ноге. Но проблема не в силе гравитации; недостаток заключается в слабом ядерном взаимодействии, в том, как протоны распадаются. Теоретики успешно объединили слабые и электромагнитные взаимодействия в электрослабой теории, которая предполагает, что они оба существуют как единое сотрудничество, но только на высоких уровнях энергии, как в начале Вселенной. Однако это соединение, к сожалению, рассеивается, когда энергия падает ниже определенной границы, установленной электрослабой теорией.

Физики все еще пытаются найти способы наблюдать эти бесконечно малые частицы и то, как они влияют на распад протона. Например, возьмем открытие частицы Хиггса-Бозона; ученые предсказали его существование задолго до того, как они его обнаружили, но у них не было возможности измерить его до 2012 года на адронном коллайдере CERN в Швейцарии. С того времени ученые также наблюдали и подтверждали существование новой частицы, пентакварка, в 2015 году на установке в ЦЕРНе.

Как только ученые смогут наблюдать и измерять эти и более мелкие взаимодействия частиц или находить новые частицы, которые определяют и количественно оценивают распада протона, они могут просто раскрыть формулу, которая объясняет все о том, как работает Вселенная, скорее, чем позже.