FØLGE EFTER
En af de største udfordringer i moderne fysik er at finde en enkelt eller 'forenet' teori, der kan beskrive alle naturlovene i en enkelt ramme. En, der forbinder de to store (og uforsonlige) teorier, som videnskabsmænd i dag bruger til at forstå virkeligheden: Einsteins generelle relativitetsteori, som beskriver universet i stor skala; og kvantemekanik, som beskriver vores verden på atomniveau. Hvorfor disse to succesrige teorier passer sammen er et af de største mysterier, videnskaben står over for.
Hvis den bekræftes, vil denne teori om 'kvanteregistrering' omfatte både en makroskopisk og mikroskopisk beskrivelse af virkeligheden, og vores ville også give et dybt indblik i fænomener, der er utilgængelige i dag, såsom sorte huller eller det øjeblik, hvor universet blev skabt.
Men hvordan får man det? I næsten et århundrede har generationer af fysikere uden held forsøgt at finde ud af, hvorfor de love, der gælder i de helt smås rige, ikke 'virker' i den makroskopiske verden omkring os, og omvendt. Nu har et hold forskere fra Chalmers Tekniske Universitet i Sverige sammen med det amerikanske MIT publiceret en artikel i 'Nature Communications', hvori de antyder, at tyngdekraften, den kraft, der dominerede universet, opstår i stor skala. faktisk fra kvanteverdenen. For at nå frem til denne ekstraordinære konklusion har forskerne tyet til avanceret matematik og det såkaldte 'holografiske princip'.
"Vores bestræbelser på at forstå naturens øjne - forklarer Daniel Persson, medforfatter til undersøgelsen - og det sprog, som disse love er skrevet på, er matematik. Når vi søger efter svar på spørgsmål i fysik, fører de os ofte til nye opdagelser inden for matematikken. Denne interaktion er særligt fremtrædende i jagten på kvantetyngdekraften, hvor det er ekstremt vanskeligt at udføre eksperimenter."
Et eksempel på et fænomen, der kræver denne type samlet beskrivelse af dets sorte huller. Et sort hul dannet, når en tilstrækkelig tung stjerne kollapser under sin egen tyngdekraft, så hele dens masse er koncentreret til et ekstremt lille volumen. Beskrivelsen af sorte hullers kvantemekanik er stadig i sin vorden, men den involverer spektakulær avanceret matematik.
I dette tilfælde af den forenede teori, forklaret af Robert Berman, første forfatter til artiklen, "er udfordringen at beskrive, hvordan tyngdekraften blev dannet som et 'emergent' fænomen. Ligesom hverdagsfænomener, såsom strømmen af en væske, opstår fra de kaotiske bevægelser af individuelle dråber, ønsker vi at beskrive, hvordan tyngdekraften kommer ud af det kvantemekaniske system på mikroskopisk niveau."
Ud fra denne form demonstrerede forskerne, hvordan gruset kommer ud af et særligt kvantemekanik-system, i en model forenklet ved kvantegrus kaldet det 'holografiske princip'.
"Ved at bruge matematiske teknikker, som jeg allerede havde undersøgt før," fortsætter Berman, "formåede vi at formulere en forklaring på, hvordan tyngdekraften opstår ved det holografiske princip, på en mere præcis måde end før."
Det nye element kan også tilbyde en ny måde at håndtere den mystiske mørke energi på. I Einsteins generelle relativitetsteori beskrives tyngdekraften som et geometrisk fænomen. Ligesom en nyrevet seng bøjer sig under vægten af en person, kan tunge genstande bøje rumtiden, 'stoffet', der udgør universet.
Men ifølge Einsteins teori har selv det tomme rum, 'vakuumtilstanden' i universet, en rig geometrisk struktur. Hvis vi skulle zoome ind og se på dette tomrum med et mikroskop, ville vi se små kvantemekaniske fluktuationer eller bølger, kendt som mørk energi, den mystiske dannede energi, der menes at være ansvarlig for den accelererende udvidelse af universet.
Undersøgelsen kan føre til nøgterne nye forståelser af, hvordan disse kvantemekaniske mikroskopiske bølger opstår, samt forholdet mellem Einsteins teori om tyngdekraft og kvantemekanik, noget forskerne har prøvet i årtier.
"Disse resultater - slutter Persson - åbner muligheden for at teste andre aspekter af det holografiske princip, såsom den mikroskopiske beskrivelse af sorte huller. Vi håber også at kunne bruge disse nye indsigter i fremtiden til at bryde nye veje inden for matematik."
