A busca por uma teoria de tudo – Cientistas colocam Einstein à prova

Muito antes de Arquimedes sugerir que todos os fenómenos observáveis ​​para nós poderiam ser compreendidos por princípios fundamentais, os humanos imaginaram a possibilidade de uma teoria de tudo. Ao longo do século passado, os físicos chegaram mais perto de desvendar esse mistério. A teoria da relatividade geral de Albert Einstein fornece uma base sólida para a compreensão do universo em grande escala, enquanto a mecânica quântica nos permite compreender o seu funcionamento no nível subatômico. O problema é que os dois sistemas não concordam sobre como funciona a gravidade.

Hoje, a inteligência artificial oferece uma nova esperança aos cientistas que enfrentam os enormes desafios computacionais envolvidos na desvendação dos segredos de algo tão complexo como o universo e tudo o que nele existe, diz Kent Yagi, professor associado da Escola de Artes e Estudos de Pós-Graduação da Universidade da Virgínia. A ciência está liderando uma parceria de pesquisa entre físicos teóricos e físicos computacionais da Universidade da Virgínia, que poderá fornecer uma nova visão sobre a possibilidade de uma teoria de tudo, ou pelo menos, uma melhor compreensão da gravidade, uma das forças fundamentais do universo. . Este trabalho lhe rendeu uma bolsa de carreira da National Science Foundation, um dos mais prestigiados prêmios disponíveis para os jovens pesquisadores e educadores mais promissores do país.

Avanços na observação do universo

Um aspecto da teoria da relatividade geral de Einstein é que os objetos que se movem no espaço geram ondas, como um barco se movendo na água, mas mesmo quando essas ondas são criadas por planetas, estrelas, galáxias ou mesmo buracos negros que podem criar os campos gravitacionais mais fortes possíveis. , eles ainda são… Incrivelmente pequenos. Assim, quase cem anos depois de Einstein ter publicado pela primeira vez as suas ideias Ondas gravitacionais Foram desenvolvidos meios tecnológicos para monitorizá-los. Em 2015, um programa conhecido como Legoou Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser, um dos maiores projetos já financiados pela National Science Foundation, detectou ondas gravitacionais pela primeira vez, levando a um Prêmio Nobel de Física para os líderes do projeto.

O físico Kent Yagi, professor associado da Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências da Universidade da Virgínia, ganhou uma bolsa de carreira da National Science Foundation, um dos prêmios de maior prestígio disponíveis para os jovens pesquisadores e educadores mais promissores do país. Faculdade da Universidade da Virgínia e Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências

“Esta descoberta foi um dos momentos mais importantes da física nos últimos 100 anos”, disse Yagi.

À medida que a tecnologia necessária para observar fenómenos subatómicos avançou, também avançou o poder computacional necessário para processar as vastas quantidades de dados que os astrónomos recolhem sobre o universo. Além dos novos desenvolvimentos Aprendizado de máquina A inteligência artificial nos últimos anos permite aos cientistas criar e testar modelos matemáticos complexos que descrevem os fenómenos que observam a um ritmo que antes era inimaginável.

Yaghi estuda ondas gravitacionais massivas geradas por pares de buracos negros e estrelas binárias de nêutrons – alguns dos objetos mais densos do universo e que são até 1.013 vezes mais fortes que um ímã de geladeira típico, de acordo com Yaghi – e usa esses fenômenos para testar as teorias de Einstein. sobre a gravidade e investigar as leis fundamentais, à física nuclear em busca de informações que ajudassem a resolver a desconexão entre a teoria de Einstein e a mecânica quântica.

Financiamento e divulgação educacional

A bolsa CAREER, que trará US$ 400.000 em financiamento para a faculdade nos próximos cinco anos, proporcionará oportunidades para atuais e futuros estudantes de pós-graduação interessados ​​em desenvolver e aplicar algoritmos de aprendizado de máquina que ajudarão a explicar e prever observações de ondas gravitacionais e nos darão uma visão mais profunda. entendimento. Compreender o comportamento da gravidade.

Assim que os algoritmos computacionais estiverem ajustados – um processo que deve levar menos de algumas semanas – Yaghi disse que sua equipe será capaz de processar os dados coletados pelo LIGO para testar a teoria de Einstein 100 vezes mais rápido.

“A quantidade de espaço que podemos pesquisar para esses dados aumentará dez vezes”, disse Yagi.

Um dos requisitos do Prêmio CAREER é que os beneficiários também incluam projetos educacionais e de extensão comunitária em seu trabalho, e parte do financiamento criará oportunidades de emprego para estudantes de graduação que trabalharão com Yagi para desenvolver programas educacionais para estudantes do ensino médio interessados ​​em física. , que Yagi espera que inspire a próxima geração de cientistas vencedores do CAREER.Prêmio Nobel.

O desafio de provar teorias

Quão mais perto isso nos levará da teoria de tudo?

“Ainda há muitos problemas a serem resolvidos”, disse Yaghi. “Espero ver isso durante a minha vida, mas não quero ser muito otimista.”

“Provar a teoria é quase impossível”, explicou Yaghi. “Haverá sempre erros de medição em qualquer experiência, mas continuaremos a tentar ver se encontramos alguma evidência que refute a relatividade geral. Ao mesmo tempo, continuamos a descobrir quão bela e verdadeira ela parece.”

O trabalho de Yaghi e a atenção que ele recebe atraíram elogios de colegas e líderes da Universidade da Virgínia.

“Tem havido um grande esforço recentemente no sentido de uma melhor compreensão das ondas gravitacionais, não apenas como uma previsão ou conceito teórico, mas também para sermos capazes de as detetar diretamente”, disse Phil Arras, presidente do departamento de astronomia da Universidade da Virgínia. “Este esforço abriu uma janela totalmente nova sobre o Universo e deu-nos uma nova forma de verificar as nossas teorias sobre como as estrelas evoluem. A investigação de Kent tem sido muito importante para a nossa compreensão disto.”

Despina Lucca, presidente do Departamento de Física da Universidade da Virgínia, descreveu Yaghi como um astrofísico altamente respeitado, com um extenso portfólio de pesquisa.

“Kent é um professor envolvente e um mentor muito procurado, cujo trabalho teve enorme influência em muitas disciplinas da física”, acrescentou Luca. “Ele está abrindo caminho para usar o aprendizado de máquina para testar a relatividade geral enquanto explora as propriedades astrofísicas das estrelas de nêutrons, e seu trabalho com estudantes da Universidade da Virgínia na construção de jogos online que integram pesquisa e educação inspirará jovens em todo o mundo.”

“O trabalho do professor Yagi é excelente”, disse Christa Acampora, reitora da Faculdade e Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências. “Estamos orgulhosos de tê-lo em nosso corpo docente, não apenas pelo reconhecimento que recebeu à medida que avança nas ciências. ” Os limites da nossa compreensão do universo, mas também do seu compromisso com a inovação na educação STEM.