Vad är teorin om allt som forskare pratar om?

Teoretiska och kvantfysiker är på jakt efter att upptäcka den matematiska formeln som uttrycker en sanning som de flesta ursprungsbefolkningar redan har vet: Det finns ett delat "fält" som förbinder alla och allt tillsammans, från stjärnorna på natthimlen till masken som tunnlar sig under jord.

Sioux säger "Mitakuye oyasin", vilket betyder "allt är relaterat" eller "vi är alla relaterade", beroende på översättning. Från ursprungsbefolkningen i Australien till Dogon-stammarna i Afrika till Maori-stammarna i Nya Zeeland, dessa ursprungsbefolkningar tror alla på att allt vi kan och inte kan se delar en koppling. Forskare är på väg att bevisa detta i Theory of Everything.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Fysiker är på jakt efter en storslagen enhetlig teori som beskriver ramarna för universum som de fyra krafterna uppstår från: gravitation, elektromagnetism och den starka och svaga kärnkraften krafter. De hoppas kunna avslöja en enda ekvation som beskriver hur universum fungerar genom att länka allt i en enda teori om allt.

Einstein dog innan han slutade arbeta med sitt slutliga koncept - Unified Field Theory - som skulle ge ett svar och en koppling mellan allt i universum. Han skrev mer än 40 artiklar om ämnet, delvis uttryckt i sin allmänna relativitetsteori där han diskuterar gravitationsvågor som rusar över universum i samma snabbhet som ljuset resor.

Som du kanske eller kanske inte vet, visade sig den aspekten av hans teori vara korrekt i september 2015, när forskare upptäckte och mätt gravitationsvågor med ljusvågor som träffar jorden från två svarta hål som kolliderar för att sammanfoga som en, miljoner för flera år sedan. Einsteins förståelse övertygade honom om att allt i universum existerade på grund av en gemensam, gemensam och enkel geometrisk grund.

Liksom enkelheten i Einsteins speciella relativitetsteori, uttryckt i matematisk form, är E = mc², hoppas fysiker att hitta en annan vältalig ekvation som länkar allt i universum till ett enda universellt fält. Eftersom Einstein presenterade sina idéer på det enade fältet under decennierna innan han dog 1955, söker fysiker, i hans fotspår, fortfarande en enkel ekvation som länkar de fyra kända krafterna - gravitation, elektromagnetism och de starka och svaga kärnkrafterna - till det universella fältet, även känt som kvantum fält. Vad Einstein kallade Unified Field Theory kallar fysiker idag "Theory of Everything", förkortat ToE.

Sedan universums början för över 1,4 miljarder år sedan har forskare och fysiker identifierat fyra krafter som, när de kombineras, fungerar som universums enda energikälla. Dessa fyra krafter inkluderar gravitationskraften, kraften som drar objekt till jorden; den elektromagnetiska kraften, som inkluderar ljus och uttrycker i flera frekvensband som regnbågens enskilda färgband; och de starka och svaga kärnkrafter, ansvariga för atomerna som utgör alla kända element i kosmos.

Strävan efter ToE av Einstein, och nu andra teoretiska och kvantfysiker sedan han gick in 1955, är att hitta en matematisk formel och princip som länkar samman allt på en grundläggande nivå. Einsteins huvudtanke var att bevisa att de elektromagnetiska och gravitationskrafterna inte är mer än två olika uttryck för ett enda enhetligt fält. Matematiker vet att matematikformler finns i natur, musik och konst, och att matematik stöder allt i denna fysiska verklighet som människor upplever på jorden. Jakten pågår för att upptäcka en matematisk formel som binder allt ihop.

För att koppla ihop de fyra krafterna för att förklara ToE kopplade forskare på 1970-talet först den elektromagnetiska kraften, som riktar ljusbeteende och atomstruktur till den svaga kärnkraften som ligger till grund för metoden genom vilken partiklar sönderfaller. Då ville de hitta ett sätt att länka dem till den starka kärnkraften, som kombinerar mindre partiklar som kvarkar till protoner och neutroner i atomstrukturer. Gravitationskraft lämnade de ensamma eftersom de inte gör det än har en formel för det - men de kommer nära med tanke på observationerna i september 2015.

Problemet är att varje kraft uttrycker sig olika, och det är svårt att kombinera dem i en enda teori. Tänk på det som den forntida fabeln från Indien om de tre blinda männen och elefanten. Varje blind person berörde en annan del av en elefants kropp och tänkte att det var ett separat föremål. Mannen som rörde svansen beskrev ett rep, mannen som rörde benet beskrev en pelare och så vidare. Eftersom de inte kunde se visste de inte att elefanten var unik, inte separata föremål. Fysiker konstaterar att allt uppstår ur det enhetliga fältet, men de har bara inte hittat den matematiska formeln som representerar konsekvent allt, inklusive de enskilda uttrycken av kraft, utan att bryta ner vid partikeln nivå.

Med mätningen av gravitationsvågor 2015 kan forskare snart upptäcka en matematisk motsvarighet för att uttrycka Gravitationskraftens aktivitet, som sätter dem långt på väg att koppla samman de fyra krafterna i Theory of Allt.

Med öppningen av ett nytt fönster in i kosmos genom mätning av både ljus- och gravitationsvågor, vilka färdas med exakt samma hastighet, kan teoretiska fysiker snart ha en gravitationsformel som är vettigt i Tå. Men problemet är inte gravitationskraften; nackdelen finns i den svaga kärnkraften, i hur protoner förfaller. Teoretiker kombinerade framgångsrikt de svaga och elektromagnetiska krafterna i elektriskt svag teori, vilket antyder det de finns båda som ett enda samarbete, men bara vid höga energinivåer som i början av universum. Emellertid försvinner unionen tyvärr när energi sjunker under en specifik gräns som fastställts av elektriskt svag teori.

Fysiker försöker fortfarande hitta sätt att observera dessa oändligt små partiklar och hur de påverkar protonförfall. Ta till exempel upptäckten av Higgs-Boson-partikeln; forskare förutspådde att det fanns länge innan de upptäckte det, men de hade inget sätt att mäta det förrän 2012 vid CERNs hadronkollider i Schweiz. Sedan dess har forskare också observerat och verifierat förekomsten av en ny partikel, pentaquark, 2015 vid CERN-anläggningen.

När forskare kan observera och mäta dessa och mindre partikelinteraktioner eller hitta nya partiklar som definierar och kvantifierar protonförfall kan de bara avslöja formeln som förklarar allt om hur universum fungerar, snarare än senare.