¿Por qué los científicos piensan que cada fuerza es solo parte de un campo unificado más grande?

Porque hay fenómenos donde se requiere una combinación de teorías. Por ejemplo, en astronomía, los efectos extremadamente pesados ​​y extremos extremos deben combinarse para describir los agujeros negros. Para el peso extremo, se necesita la relatividad general y para la mecánica cuántica extremadamente pequeña. Las teorías por sí mismas funcionan muy bien para efectos muy pesados ​​o muy pequeños, pero en combinación obtienes resultados sin sentido. Necesita un modelo que haga una unificación para ajustar bien los resultados de ambas teorías en una respuesta.

Esto es cierto para cada combinación de fuerzas. Los científicos observan en la naturaleza, el universo, los fenómenos donde se combinan combinaciones de extremos y se necesita una combinación, por lo tanto, de teorías para crear un modelo que explique estos efectos.

En el Big Bang, todas las fuerzas fueron extremas, por lo que necesita una unificación de todos para crear un modelo que lo describa todo.

Porque tienen las matemáticas que lo demuestran. En términos generales, si profundizas lo suficiente en algo (fuerzas, materia, lo que sea), llegas a una unidad definitiva. Algo así como descubrir que la infinita diversidad de olas es, en última instancia, un océano.

Pero si quieres más que eso, retrocedamos por un segundo. Es útil tener una visión simplificada de los cuatro niveles básicos de la física y cómo cada uno ve y explica los fenómenos. Comenzaremos en el nivel de la superficie y luego profundizaremos (términos relativos):

  • Física clásica – partículas (átomos y <)
  • Mecánica cuántica – dualidades partícula / onda, la función de onda (subatómica);
  • Teoría cuántica de campos – campos cuánticos
  • Teoría del campo unificado – campo cuántico

(estas cuatro áreas están demarcadas por escalas de tiempo y distancia, pero no voy a entrar en eso aquí … y me plagiaré a mí mismo en los siguientes párrafos, lo que hace que sea más fácil escribirlo nuevamente).

En la física clásica, el mundo se percibe como un reino claramente definido de valores distintos y precisos. La materia es materia, las fuerzas son fuerzas, y el mundo físico interactúa como bolas de billar: cada unidad está separada de la otra. Desde esta perspectiva, un objeto es una cosa y no otra. Una partícula es siempre una partícula, y los opuestos no están conectados. Este es el mundo visto en el nivel de la superficie bruta.

Con el advenimiento de la mecánica cuántica, se hizo evidente que las leyes de la física clásica no explican el comportamiento a nivel cuántico. El movimiento de los electrones, por ejemplo, no puede explicarse por las leyes de movimiento de Newton. La mecánica de la bola de billar ya no se aplica. Además, un electrón parece comportarse tanto como una partícula como una onda. Este fenómeno que se llama es una dualidad onda-partícula.

En el nivel cuántico, ya no es correcto considerar las cosas desde la perspectiva clásica, ya que los objetos se vuelven cada vez más deslocalizados y abstractos. Desde la perspectiva cuántica, el mundo está compuesto de conceptos matemáticos y aproximaciones, no de realidades concretas.

Conmigo hasta ahora? En la física cuántica, la apariencia y el comportamiento de un sistema cambian a medida que uno pasa del mundo de las partículas a las dualidades de onda de partícula, a los campos y luego a los estratos más finos de creación. Este es también un proceso de ir a regiones de menos entropía, con más orden, unificación y menos excitación del sistema en el camino.

Los niveles más brutos de creación se explican por niveles más finos. La mecánica cuántica subyace a la física clásica … es decir, la razón por la que f = ma es porque es una aproximación estadística de la actividad cuántica (la única diferencia es que las páginas de matemáticas explican f = ma desde una perspectiva cuántica). La mecánica cuántica, a su vez, se explica mis aproximaciones más fundamentales, y así sucesivamente. La teoría del campo unificado es ese nivel de física que explica todos los demás fenómenos.

(y, como parte técnica, no es que las fuerzas sean “parte” del campo unificado, son fluctuaciones de la misma)

Puedes obtener respuestas elegantes a esta pregunta. Sin embargo, considera lo siguiente: cuando estás hablando de algo, (fuerza, universos, lo que sea) hay algo o no hay nada. Si no es nada, el caso más simple es una cosa. Si no puedes explicarlo todo con una sola cosa, entonces tiene sentido agregar más cosas …

En pocas palabras, todas las fuerzas se comportan de manera muy similar, lo que sugiere un mecanismo subyacente común. Los efectos similares usualmente, pero no siempre, significan causas similares. La extracción de cualquier elemento o elementos comunes le indica cuáles son esos mecanismos y elimina los problemas con inconsistencias en caso de que la comprensión del mecanismo cambie. Estos principios condujeron primero al descubrimiento del electromagnetismo por parte de Maxwell (algo útil que se debe conocer) y luego, en los últimos tiempos, a la fuerza electrodébil. Debido a que la mecánica cuántica modela todo como partículas, campos y simetrías (la naturaleza está repleta de simetría en todos los niveles), y debido a que las partículas predichas se encuentran donde se esperaban, esto es probablemente correcto y probablemente signifique algún tipo de teoría grandiosa unificada. es posible.

Además de eso, el método científico estipula que uno debe usar la teoría más simple posible pero no la más simple. La única manera de estar seguro de que una teoría sea lo más simple posible es buscar una que sea más sencilla. También sabemos que la naturaleza tiende a usar reglas extremadamente simples en formas sumamente elegantes, que la complejidad real no es natural. La teoría del caos y los fractales son una ilustración perfecta. La mecánica cuántica es extrañamente complicada y no tiene suficiente por qué para todo el qué.

Sin embargo, creo que la razón central absoluta es que no se puede tener una teoría de todo sin la unificación de todo y ser un jugador clave de algún tipo para encontrar una teoría de todo es un premio irresistible.