La ricerca di una teoria del tutto – Gli scienziati mettono alla prova Einstein

Molto prima che Archimede suggerisse che tutti i fenomeni a noi osservabili potessero essere compresi mediante principi fondamentali, gli esseri umani immaginavano la possibilità di una teoria del tutto. Nel corso dell’ultimo secolo, i fisici si sono avvicinati molto a svelare questo mistero. La teoria della relatività generale di Albert Einstein fornisce una solida base per comprendere l'universo su larga scala, mentre la meccanica quantistica ci consente di comprenderne il funzionamento a livello subatomico. Il problema è che i due sistemi non concordano su come funziona la gravità.

Oggi, l’intelligenza artificiale offre nuove speranze agli scienziati che affrontano le enormi sfide computazionali coinvolte nello svelare i segreti di qualcosa di così complesso come l’universo e tutto ciò che contiene, afferma Kent Yagi, professore associato presso la School of Arts and Graduate Studies dell’Università della Virginia. La scienza sta conducendo una partnership di ricerca tra fisici teorici e fisici computazionali presso l’Università della Virginia, che potrebbe fornire nuove informazioni sulla possibilità di una teoria del tutto, o almeno, una migliore comprensione della gravità, una delle forze fondamentali dell’universo . Questo lavoro gli è valso una borsa di studio da parte della National Science Foundation, uno dei premi più prestigiosi a disposizione dei giovani ricercatori ed educatori più promettenti della nazione.

Scoperte nell'osservazione dell'universo

Un aspetto della teoria della relatività generale di Einstein è che gli oggetti che si muovono nello spazio generano onde, come una barca che si muove nell'acqua, ma anche quando quelle onde sono create da pianeti, stelle, galassie o persino buchi neri possono creare i campi gravitazionali più forti possibili , sono ancora… Incredibilmente piccoli. Pertanto, trascorsero quasi cento anni da quando Einstein pubblicò per la prima volta le sue idee Onde gravitazionali Sono stati sviluppati mezzi tecnologici per monitorarli. Nel 2015, un programma noto come Legoo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, uno dei più grandi progetti mai finanziati dalla National Science Foundation, ha rilevato onde gravitazionali per la prima volta, regalando un premio Nobel per la fisica ai leader del progetto.

“Questa scoperta è stata uno dei momenti più importanti della fisica degli ultimi 100 anni”, ha detto Yagi.

Con l’avanzare della tecnologia necessaria per osservare i fenomeni subatomici, è cresciuta anche la potenza di calcolo necessaria per elaborare le grandi quantità di dati che gli astronomi raccolgono sull’universo. Oltre ai nuovi sviluppi in Apprendimento automatico L’intelligenza artificiale negli ultimi anni consente agli scienziati di creare e testare modelli matematici complessi che descrivono i fenomeni che osservano a un ritmo un tempo inimmaginabile.

Yaghi studia le massicce onde gravitazionali generate da coppie di buchi neri e stelle di neutroni binarie – alcuni degli oggetti più densi dell'universo e che sono fino a 1.013 volte più forti di un tipico magnete da frigorifero, secondo Yaghi – e usa questi fenomeni per testare le teorie di Einstein sulla gravità e sondare le leggi fondamentali.alla fisica nucleare alla ricerca di informazioni che aiutassero a risolvere la disconnessione tra la teoria di Einstein e la meccanica quantistica.

Finanziamenti e sensibilizzazione all'istruzione

La sovvenzione CARRIERA, che porterà 400.000 dollari in finanziamenti al college nei prossimi cinque anni, offrirà opportunità agli attuali e futuri studenti laureati interessati a sviluppare e applicare algoritmi di apprendimento automatico che aiuteranno a spiegare e prevedere le osservazioni delle onde gravitazionali e a darci una visione più profonda comprensione. Comprendere il comportamento della gravità.

Una volta che gli algoritmi computazionali saranno messi a punto – un processo che dovrebbe richiedere meno di qualche settimana – Yaghi ha affermato che il suo team sarà in grado di elaborare i dati raccolti da LIGO per testare la teoria di Einstein 100 volte più velocemente.

“La quantità di spazio in cui possiamo cercare tali dati aumenterà di dieci volte”, ha affermato Yagi.

Uno dei requisiti del Premio CARRIERA è che i destinatari integrino anche progetti educativi e di sensibilizzazione della comunità nel loro lavoro, e una parte dei finanziamenti creerà opportunità di lavoro per studenti universitari che lavoreranno con Yagi per sviluppare programmi educativi per studenti delle scuole superiori interessati alla fisica. , che Yagi spera possa ispirare la prossima generazione di scienziati vincitori della CARRIERA Premio Nobel.

La sfida di dimostrare le teorie

Quanto questo ci porterà più vicini alla teoria del tutto?

“Ci sono ancora molti problemi da risolvere”, ha detto Yaghi. “Spero di vederlo nella mia vita, ma non voglio essere troppo ottimista.”

“Dimostrare la teoria è quasi impossibile”, ha spiegato Yaghi. “Ci sarà sempre un errore di misurazione in ogni esperimento, ma continueremo a cercare di vedere se troviamo qualche prova che confuta la relatività generale. Allo stesso tempo, continuiamo a scoprire quanto sia bella e vera.”

Il lavoro di Yaghi e l'attenzione che riceve hanno attirato elogi da parte di colleghi e leader dell'Università della Virginia.

“Recentemente c'è stata una grande spinta verso una migliore comprensione delle onde gravitazionali, non solo come previsione o concetto teorico, ma anche per essere in grado di rilevarle direttamente”, ha affermato Phil Arras, presidente del dipartimento di astronomia dell'Università della Virginia. “Questo sforzo ha aperto una finestra completamente nuova sull'universo e ci ha dato un nuovo modo per verificare le nostre teorie su come si evolvono le stelle. La ricerca di Kent è stata molto importante per la nostra comprensione di questo.”

Despina Lucca, presidente del Dipartimento di Fisica dell'Università della Virginia, ha descritto Yaghi come un astrofisico molto rispettato con un ampio portafoglio di ricerca.

“Kent è un insegnante coinvolgente e un mentore ricercato, il cui lavoro ha avuto un'enorme influenza su molte discipline della fisica”, ha aggiunto Luca. “Sta aprendo la strada all’utilizzo dell’apprendimento automatico per testare la relatività generale esplorando le proprietà astrofisiche delle stelle di neutroni, e il suo lavoro con gli studenti dell’Università della Virginia nella creazione di giochi online che integrino ricerca e istruzione ispireranno i giovani di tutto il mondo”.

“Il lavoro del professor Yagi è eccezionale”, ha affermato Christa Acampora, preside del College and Graduate School of Arts and Sciences, “Siamo orgogliosi di averlo nella nostra facoltà, non solo per il riconoscimento che ha ricevuto per il suo progresso nelle scienze. ” I limiti della nostra comprensione dell’universo ma anche del suo impegno per l’innovazione nell’istruzione STEM.