La búsqueda de una teoría del todo: los científicos ponen a prueba a Einstein

Mucho antes de que Arquímedes sugiriera que todos los fenómenos observables por nosotros podían entenderse mediante principios fundamentales, los humanos imaginaban la posibilidad de una teoría del todo. Durante el siglo pasado, los físicos se han acercado más a desentrañar este misterio. La teoría de la relatividad general de Albert Einstein proporciona una base sólida para comprender el universo a gran escala, mientras que la mecánica cuántica nos permite comprender su funcionamiento a nivel subatómico. El problema es que los dos sistemas no se ponen de acuerdo sobre cómo funciona la gravedad.

Hoy en día, la inteligencia artificial ofrece nuevas esperanzas a los científicos que abordan los enormes desafíos computacionales que implica desentrañar los secretos de algo tan complejo como el universo y todo lo que contiene, dice Kent Yagi, profesor asociado de la Escuela de Artes y Estudios de Posgrado de la Universidad de Virginia. Science lidera una asociación de investigación entre físicos teóricos y físicos computacionales de la Universidad de Virginia, que podría proporcionar nuevos conocimientos sobre la posibilidad de una teoría del todo, o al menos, una mejor comprensión de la gravedad, una de las fuerzas fundamentales del universo. . Este trabajo le valió una beca profesional de la Fundación Nacional de Ciencias, uno de los premios más prestigiosos disponibles para los jóvenes investigadores y educadores más prometedores del país.

Avances en la observación del universo.

Un aspecto de la teoría de la relatividad general de Einstein es que los objetos que se mueven a través del espacio generan ondas, como un barco que se mueve a través del agua, pero incluso cuando esas ondas son creadas por planetas, estrellas, galaxias o incluso agujeros negros que pueden crear los campos gravitacionales más fuertes posibles. , todavía son… Increíblemente pequeños. Así, pasaron casi cien años desde que Einstein publicara por primera vez sus ideas. ondas gravitacionales Se han desarrollado medios tecnológicos para monitorearlos. En 2015, un programa conocido como Legoo Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser, uno de los proyectos más grandes jamás financiados por la Fundación Nacional de Ciencias, detectó ondas gravitacionales por primera vez, lo que llevó a que los líderes del proyecto ganaran el Premio Nobel de Física.

El físico Kent Yagi, profesor asociado de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias de la Universidad de Virginia, ganó una beca profesional de la Fundación Nacional de Ciencias, uno de los premios más prestigiosos disponibles para los jóvenes investigadores y educadores más prometedores del país. Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Virginia y Escuela de Graduados en Artes y Ciencias

“Este descubrimiento fue uno de los momentos más importantes de la física en los últimos 100 años”, dijo Yagi.

A medida que avanza la tecnología necesaria para observar los fenómenos subatómicos, también lo hace la potencia informática necesaria para procesar las grandes cantidades de datos que los astrónomos recopilan sobre el universo. Además de los nuevos desarrollos en Aprendizaje automático En los últimos años, la inteligencia artificial ha permitido a los científicos crear y probar modelos matemáticos complejos que describen los fenómenos que observan a un ritmo que alguna vez fue inimaginable.

Yaghi estudia ondas gravitacionales masivas generadas por pares de agujeros negros y estrellas de neutrones binarias (algunos de los objetos más densos del universo y que son hasta 1.013 veces más fuertes que un típico imán de refrigerador, según Yaghi) y utiliza estos fenómenos para probar las teorías de Einstein. sobre la gravedad y explorar las leyes fundamentales, hasta la física nuclear en busca de información que ayudara a resolver la desconexión entre la teoría de Einstein y la mecánica cuántica.

Financiamiento y extensión de la educación

La subvención CAREER, que aportará 400.000 dólares en financiación a la universidad durante los próximos cinco años, brindará oportunidades para estudiantes graduados actuales y futuros interesados ​​en desarrollar y aplicar algoritmos de aprendizaje automático que ayudarán a explicar y predecir observaciones de ondas gravitacionales y brindarnos una visión más profunda. comprensión. Comprender el comportamiento de la gravedad.

Una vez que los algoritmos computacionales estén afinados (un proceso que debería llevar menos de unas pocas semanas), Yaghi dijo que su equipo podrá procesar los datos recopilados por LIGO para probar la teoría de Einstein 100 veces más rápido.

“La cantidad de espacio en el que podemos buscar esos datos se multiplicará por diez”, dijo Yagi.

Uno de los requisitos del Premio CAREER es que los ganadores también incorporen proyectos educativos y de extensión comunitaria a su trabajo, y parte de la financiación creará oportunidades laborales para estudiantes universitarios que trabajarán con Yagi para desarrollar programas educativos para estudiantes de secundaria interesados ​​en física. , que Yagi espera que inspire a la próxima generación de científicos ganadores del Premio Nobel.

El desafío de probar teorías

¿Cuánto nos acercará esto a la teoría del todo?

“Todavía quedan muchos problemas por resolver”, afirmó Yaghi. “Espero ver eso en mi vida, pero no quiero ser demasiado optimista”.

“Probar la teoría es casi imposible”, explicó Yaghi. “Siempre habrá errores de medición en cualquier experimento, pero seguiremos intentando ver si encontramos alguna evidencia que refute la relatividad general. Al mismo tiempo, seguimos descubriendo lo hermoso y verdadero que parece”.

El trabajo de Yaghi y la atención que recibe han recibido elogios de colegas y líderes de la Universidad de Virginia.

“Recientemente ha habido un gran impulso hacia una mejor comprensión de las ondas gravitacionales, no sólo como una predicción o concepto teórico, sino también para poder detectarlas directamente”, dijo Phil Arras, presidente del departamento de astronomía de la Universidad de Virginia. “Este esfuerzo ha abierto una ventana completamente nueva al universo y nos ha brindado una nueva forma de verificar nuestras teorías sobre cómo evolucionan las estrellas. La investigación de Kent ha sido muy importante para nuestra comprensión de esto”.

Despina Lucca, presidenta del Departamento de Física de la Universidad de Virginia, describió a Yaghi como un astrofísico muy respetado con una extensa cartera de investigaciones.

“Kent es un profesor atractivo y un mentor muy solicitado, cuyo trabajo ha tenido una enorme influencia en muchas disciplinas de la física”, añadió Luca. “Está allanando el camino para utilizar el aprendizaje automático para probar la relatividad general mientras explora las propiedades astrofísicas de las estrellas de neutrones, y su trabajo con estudiantes de la Universidad de Virginia en la creación de juegos en línea que integren la investigación y la educación inspirará a los jóvenes de todo el mundo”.

“El trabajo del profesor Yagi es sobresaliente”, dijo Christa Acampora, decana de la Facultad y Escuela de Graduados en Artes y Ciencias. “Estamos orgullosos de tenerlo en nuestra facultad, no solo por el reconocimiento que ha recibido a medida que avanza en las ciencias. ” Los límites de nuestra comprensión del universo pero también de su compromiso con la innovación en la educación STEM.