ทฤษฎีของทุกสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พูดถึงคืออะไร?

นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและควอนตัมกำลังตามล่าเพื่อค้นหาสูตรทางคณิตศาสตร์ที่แสดงออกถึงความจริงที่ชนพื้นเมืองส่วนใหญ่ในโลกอยู่แล้ว รู้: มี "ทุ่ง" ที่ใช้ร่วมกันที่เชื่อมโยงทุกคนและทุกสิ่งเข้าด้วยกันตั้งแต่ดวงดาวในท้องฟ้ายามค่ำคืนไปจนถึงอุโมงค์หนอนที่อยู่ใต้ พื้น.

ชาวซูพูดว่า "Mitakuye oyasin" ซึ่งหมายความว่า "ทั้งหมดเกี่ยวข้องกัน" หรือ "เราทุกคนเกี่ยวข้องกัน" ขึ้นอยู่กับการแปล ตั้งแต่ชาวอะบอริจินในออสเตรเลียไปจนถึงเผ่า Dogon ของแอฟริกาไปจนถึงเผ่าเมารีของนิวซีแลนด์ ชาวพื้นเมืองเหล่านี้ล้วนเชื่อทุกอย่างที่เราทำได้และมองไม่เห็นความเชื่อมโยงกัน นักวิทยาศาสตร์กำลังพิสูจน์เรื่องนี้ในทฤษฎีของทุกสิ่ง

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

นักฟิสิกส์กำลังตามล่าหาทฤษฎีภาคสนามแบบครบวงจรที่ยิ่งใหญ่ซึ่งอธิบายกรอบการทำงานของ framework จักรวาลที่แรงทั้งสี่เกิดขึ้น: แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และนิวเคลียร์แบบแรงและแบบอ่อน กองกำลัง. พวกเขาหวังว่าจะค้นพบสมการเดียวที่สรุปว่าจักรวาลทำงานอย่างไรโดยเชื่อมโยงทุกอย่างเข้าด้วยกันในทฤษฎีเดียวของทุกสิ่ง

ไอน์สไตน์เสียชีวิตก่อนที่เขาจะทำงานเกี่ยวกับแนวคิดสุดท้ายของเขา – ทฤษฎีสนามรวม – ที่จะให้คำตอบและความเชื่อมโยงระหว่างทุกสิ่งในจักรวาล เขาเขียนบทความมากกว่า 40 เรื่องในหัวข้อ ส่วนหนึ่งแสดงในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา โดยที่ เขาพูดถึงคลื่นความโน้มถ่วงที่เร่งความเร็วข้ามจักรวาลด้วยความรวดเร็วแบบเดียวกับที่แสง เดินทาง

อย่างที่คุณอาจรู้หรือไม่รู้ แง่มุมของทฤษฎีของเขาได้รับการพิสูจน์แล้วว่าถูกต้องในเดือนกันยายน 2558 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ตรวจพบและ วัดคลื่นโน้มถ่วงด้วยคลื่นแสงที่กระทบโลกจากหลุมดำสองหลุมที่ชนกันเป็นหนึ่งล้าน, ปีที่แล้ว ความเข้าใจของไอน์สไตน์ทำให้เขาเชื่อว่าทุกสิ่งในจักรวาลดำรงอยู่ได้เพราะพื้นฐานทางเรขาคณิตร่วมกัน ธรรมดาทั่วไป และเรียบง่าย

เช่นเดียวกับความเรียบง่ายของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ที่แสดงในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ E = mc²นักฟิสิกส์หวังว่าจะพบสมการวาทศิลป์อีกสมการหนึ่งที่เชื่อมโยงทุกสิ่งในจักรวาลกลับไปเป็นสนามสากลแห่งเดียว เนื่องจากไอน์สไตน์วางความคิดของเขาเกี่ยวกับสนามรวมในช่วงหลายทศวรรษก่อนที่เขาจะเสียชีวิตในปี 2498 นักฟิสิกส์ยังคงเดินตามรอยเท้าของเขา สมการที่เชื่อมโยงแรงทั้งสี่ที่รู้จัก - แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์อย่างแรงและแรงอ่อน - กับสนามสากลนั้นหรือที่เรียกว่าควอนตัม สนาม สิ่งที่ Einstein เรียกว่า Unified Field Theory นักฟิสิกส์ในปัจจุบันเรียกว่า "Theory of Everything" ซึ่งย่อว่า ToE

นับตั้งแต่กำเนิดจักรวาลเมื่อกว่า 1.4 พันล้านปีก่อน นักวิทยาศาสตร์และนักฟิสิกส์ได้ระบุแรงสี่ชนิดที่เมื่อรวมกันแล้ว ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเดียวของจักรวาล แรงทั้งสี่นี้รวมถึงแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นพลังที่ดึงดูดวัตถุมายังโลก แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งรวมถึงแสงและการแสดงออกในแถบความถี่หลายแถบ เช่น แถบสีรุ้งแต่ละแถบ และแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ ซึ่งรับผิดชอบอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบที่รู้จักทั้งหมดในจักรวาล

การแสวงหา ToE โดย Einstein และตอนนี้นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและควอนตัมคนอื่น ๆ นับตั้งแต่เขาเสียชีวิต พ.ศ. 2498 คือการหาสูตรและหลักการทางคณิตศาสตร์หนึ่งสูตรที่เชื่อมโยงทุกอย่างเข้าด้วยกันเป็นพื้นฐาน ระดับ ความคิดหลักของไอน์สไตน์คือการพิสูจน์ว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงการแสดงออกที่แตกต่างกันสองอย่างของสนามเดียวที่เป็นหนึ่งเดียว นักคณิตศาสตร์รู้ว่าสูตรคณิตศาสตร์มีอยู่ในธรรมชาติ ดนตรีและศิลปะ และคณิตศาสตร์เป็นรากฐานของทุกสิ่งในโลกความเป็นจริงทางกายภาพนี้ การตามล่ากำลังค้นหาสูตรทางคณิตศาสตร์หนึ่งสูตรที่เชื่อมโยงทุกอย่างเข้าด้วยกัน

เพื่อเชื่อมโยงกองกำลังทั้งสี่เข้าด้วยกันเพื่ออธิบาย ToE นักวิทยาศาสตร์ในปี 1970 ได้เชื่อมโยงแรงแม่เหล็กไฟฟ้าครั้งแรกทางคณิตศาสตร์ ซึ่งชี้นำพฤติกรรมแสงและโครงสร้างอะตอม ไปสู่แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอซึ่งเป็นรากฐานของวิธีการที่อนุภาคสลายตัว จากนั้นพวกเขาต้องการหาวิธีเชื่อมโยงพวกมันเข้ากับแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งรวมอนุภาคขนาดเล็ก เช่น ควาร์กกับโปรตอนและนิวตรอนในโครงสร้างอะตอม แรงโน้มถ่วงที่พวกเขาทิ้งไว้เพียงลำพังเพราะพวกเขาไม่ได้ ยัง มีสูตรสำหรับมัน - แต่พวกเขากำลังเข้าใกล้จากการสังเกตในเดือนกันยายน 2015

ปัญหาคือแรงแต่ละอย่างแสดงออกต่างกัน และการรวมพลังเหล่านี้ไว้ในทฤษฎีเดียวเป็นเรื่องยาก คิดซะว่าเหมือนนิทานโบราณเรื่องชายตาบอดสามคนกับช้างอินเดียจากอินเดีย คนตาบอดแต่ละคนสัมผัสส่วนต่างๆ ของร่างกายช้างโดยคิดว่าเป็นวัตถุแยกจากกัน คนที่สัมผัสหางอธิบายถึงเชือก คนที่สัมผัสขาอธิบายถึงเสา และอื่นๆ เพราะมองไม่เห็นจึงไม่รู้ว่าช้างเป็นเอกพจน์ไม่ใช่วัตถุแยกจากกัน นักฟิสิกส์วางตัวว่าทุกอย่างเกิดขึ้นจากสนามรวม แต่ยังไม่พบสูตรทางคณิตศาสตร์ที่ แสดงถึงทุกสิ่งอย่างสม่ำเสมอ รวมทั้งการแสดงออกถึงพลังของปัจเจก โดยไม่แตกสลายที่อนุภาค ระดับ

ด้วยการวัดคลื่นความโน้มถ่วงในปี 2558 ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์อาจค้นพบความเทียบเท่าทางคณิตศาสตร์เพื่อแสดง กิจกรรมของแรงโน้มถ่วงซึ่งทำให้ดีในทางเชื่อมแรงทั้งสี่เข้าด้วยกันในทฤษฎีของ ทุกอย่าง

ด้วยการเปิดหน้าต่างใหม่สู่จักรวาลด้วยการวัดทั้งคลื่นแสงและคลื่นความโน้มถ่วงซึ่ง เดินทางด้วยความเร็วเท่ากัน นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีอาจมีสูตรความโน้มถ่วงที่เหมาะสมใน โทอี แต่ปัญหาไม่ได้อยู่ที่แรงโน้มถ่วง ข้อเสียเปรียบอยู่ในแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอในการสลายตัวของโปรตอน นักทฤษฎีประสบความสำเร็จในการรวมแรงอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในทฤษฎีไฟฟ้าอ่อนซึ่งแสดงให้เห็นว่า ทั้งสองมีอยู่เป็นการทำงานร่วมกันเพียงครั้งเดียว แต่ในระดับสูงของพลังงานเท่านั้นเช่นในตอนต้นของจักรวาล อย่างไรก็ตาม น่าเสียดายที่สหภาพแรงงานสลายไปเมื่อพลังงานลดลงต่ำกว่าขอบเขตที่กำหนดโดยทฤษฎีไฟฟ้าอ่อน

นักฟิสิกส์ยังคงพยายามหาวิธีสังเกตอนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้และผลกระทบที่มีต่อการสลายตัวของโปรตอน ตัวอย่างเช่น นำการค้นพบอนุภาคฮิกส์-โบซอน นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่ามันมีอยู่นานก่อนที่จะค้นพบ แต่พวกเขาไม่มีทางวัดได้จนถึงปี 2012 ที่เครื่องชนกันแบบ Hadron ของ CERN ในสวิตเซอร์แลนด์ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์ยังได้สังเกตและตรวจสอบการมีอยู่ของอนุภาคใหม่ นั่นคือ เพนต์ควาร์ก ในปี 2015 ที่โรงงาน CERN ด้วยเช่นกัน

เมื่อนักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตและวัดปฏิกิริยาเหล่านี้และอนุภาคที่มีขนาดเล็กลง หรือค้นหาอนุภาคใหม่ที่กำหนดและหาปริมาณ การสลายตัวของโปรตอน พวกมันอาจค้นพบสูตรที่อธิบายทุกอย่างเกี่ยวกับการทำงานของจักรวาลได้เร็วกว่า ในภายหลัง