I fisici teorici e quantistici sono a caccia di scoprire la formula matematica che esprime una verità che la maggior parte delle popolazioni indigene del mondo già conosce: esiste un "campo" condiviso che collega tutti e tutto insieme, dalle stelle nel cielo notturno al verme che si fa strada nel sottosuolo.

I Sioux dicono "Mitakuye oyasin", che significa "tutto è in relazione" o "siamo tutti in relazione Dagli aborigeni in Australia alle tribù africane Dogon alle tribù Maori della Nuova Zelanda, tutti gli indigeni credono che tutto ciò che possiamo e non possiamo vedere condivida una connessione. Gli scienziati sono sulla buona strada per dimostrarlo nella teoria di tutto.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

I fisici sono a caccia di una teoria del campo unificata che descrive la struttura dell'universo da cui derivano le quattro forze: gravità, elettromagnetismo e forze nucleari forti e deboli. Sperano di scoprire una singola equazione che delinei come funziona l'universo collegando tutto insieme in un'unica teoria del tutto.
Teorie della relatività di Einstein e teoria del campo unificata

Einstein morì prima di finire il lavoro sulla sua finale concetto - la teoria del campo unificato - che fornirebbe una risposta e una connessione tra tutto l'universo. Ha scritto più di 40 articoli sull'argomento, in parte espressi nella sua Teoria generale della relatività, dove discute le onde gravitazionali che accelerano attraverso l'universo con la stessa rapidità che la luce viaggia.

Come potresti sapere o meno, quell'aspetto della sua teoria si è rivelato corretto nel settembre 2015, quando gli scienziati hanno rilevato e misurato le onde gravitazionali con onde luminose che hanno colpito la Terra da due buchi neri che si scontrano per unirsi come uno, milioni di anni fa. La comprensione di Einstein lo convinse che tutto nell'universo esisteva a causa di una base geometrica condivisa, comune e semplice.
Ruolo della matematica in ToE

Come la semplicità della teoria della relatività speciale di Einstein espressa in forma matematica, E \u003d mc ^{2, i fisici sperano di trovare un'altra equazione eloquente che colleghi tutto l'universo a un unico campo universale. Da quando Einstein postulò le sue idee sul campo unificato nei decenni precedenti alla sua morte nel 1955, i fisici, seguendo le sue orme, cercano ancora un'equazione semplice che colleghi le quattro forze conosciute - gravità, elettromagnetismo e forze nucleari forti e deboli - a quel campo universale, noto anche come campo quantico. Quella che Einstein chiamava Teoria dei campi unificata, oggi i fisici chiamano "La teoria di tutto", abbreviata in ToE.}

Dall'inizio dell'universo oltre 1,4 miliardi di anni fa, scienziati e fisici hanno identificato quattro forze che, quando combinati, servono come unica fonte di energia dell'universo. Queste quattro forze includono la forza gravitazionale, il potere che attira gli oggetti sulla Terra; la forza elettromagnetica, che include la luce ed esprime in più bande di frequenza come le singole bande di colori dell'arcobaleno; e le forze nucleari forti e deboli, responsabili degli atomi che compongono tutti gli elementi conosciuti nel cosmo.

La ricerca di ToE da parte di Einstein, e ora altri fisici teorici e quantistici dalla sua scomparsa nel 1955, è trovare una formula matematica e un principio che colleghi tutto a un livello fondamentale. Il pensiero principale di Einstein era dimostrare che le forze elettromagnetiche e gravitazionali non sono altro che due diverse espressioni di un singolo campo unificato. I matematici sanno che le formule matematiche esistono in natura, musica e arte, e che la matematica sostiene tutto in questa realtà fisica che gli esseri umani sperimentano sulla Terra. La caccia è alla scoperta di una formula matematica che lega tutto insieme.
Progressi attuali sul ToE

Per collegare le quattro forze insieme per spiegare il ToE, gli scienziati degli anni '70 hanno prima collegato matematicamente la forza elettromagnetica, che dirige il comportamento della luce e la struttura atomica, verso la debole forza nucleare che sta alla base del metodo con cui le particelle decadono. Quindi volevano trovare un modo per collegarli alla forte forza nucleare, che combina particelle più piccole come i quark a protoni e neutroni nelle strutture atomiche. Forza gravitazionale che hanno lasciato solo perché non ancora
hanno una formula per farlo - ma si stanno avvicinando date le osservazioni a settembre 2015.

Il problema è che ogni forza si esprime diversamente, e combinarli in un'unica teoria è difficile. Pensala come l'antica favola dell'India dei tre ciechi e dell'elefante. Ogni cieco ha toccato una parte diversa del corpo di un elefante, ritenendolo un oggetto separato. L'uomo che ha toccato la coda ha descritto una corda, l'uomo che ha toccato la gamba ha descritto un pilastro e così via. Poiché non potevano vedere, non sapevano che l'elefante era singolare, non oggetti separati. I fisici affermano che tutto nasce dal campo unificato, ma non hanno trovato la formula matematica che rappresenta costantemente tutto, comprese le singole espressioni della forza, senza abbattere a livello di particelle.

Con la misurazione delle onde gravitazionali nel 2015, gli scienziati potrebbero presto scoprire un equivalente matematico per esprimere l'attività della forza gravitazionale, che le mette sulla buona strada per collegare le quattro forze insieme nella Teoria di Tutto.
Quali fisici sperano di dimostrare

Con l'apertura di una nuova finestra nel cosmo mediante la misurazione delle onde luminose e gravitazionali, che viaggiano esattamente alla stessa velocità, i fisici teorici potrebbero presto avere una formula gravitazionale che ha senso in ToE. Ma il problema non è la forza gravitazionale; lo svantaggio esiste nella debole forza nucleare, nel modo in cui i protoni decadono. I teorici hanno combinato con successo le forze deboli ed elettromagnetiche nella teoria elettrodebole, il che suggerisce che entrambe esistono come un'unica collaborazione, ma solo ad alti livelli di energia come all'inizio dell'universo. Tuttavia, l'unione purtroppo si dissipa quando l'energia scende al di sotto di un limite specifico stabilito dalla teoria elettrodebole.

I fisici stanno ancora cercando di trovare il modo di osservare queste particelle infinitamente piccole e il modo in cui influenzano il decadimento del protone. Ad esempio, prendi la scoperta della particella di Higgs-Boson; gli scienziati hanno predetto che esisteva molto prima di scoprirlo, ma non avevano modo di misurarlo fino al 2012 presso il collider di adroni del CERN in Svizzera. Da quel momento, gli scienziati hanno anche osservato e verificato l'esistenza di una nuova particella, il pentaquark, anche nel 2015 presso la struttura del CERN.

Una volta che gli scienziati hanno potuto osservare e misurare queste e interazioni di particelle più piccole, o trovare nuove particelle che definiscono e quantificano il decadimento del protone, potrebbero semplicemente scoprire la formula che spiega tutto su come funziona l'universo, prima piuttosto che dopo.