Kan ha knekket den største nøtta innen fysikken

Norsk professor i fysikk drømmer om at vi kan reise i lysets hastighet.

LOOP: Professor Jerzy Lewandowski står ved Picassos «Kjøkkenet», som henger i Museum of Modern Art åp Manhattan.Linjene i maleriet likner utviklingen av kvantestadier i gravitasjonsfelt i teorien «Loop quantum gravity», som er utgangspunktet for den nye forskningen hans. Foto: El?bieta Perli?ska-Lewandowska
LOOP: Professor Jerzy Lewandowski står ved Picassos «Kjøkkenet», som henger i Museum of Modern Art åp Manhattan.Linjene i maleriet likner utviklingen av kvantestadier i gravitasjonsfelt i teorien «Loop quantum gravity», som er utgangspunktet for den nye forskningen hans. Foto: El?bieta Perli?ska-LewandowskaVis mer
Hei, denne artikkelen er over ett år gammel og kan innholde utdatert informasjon

(Dagbladet): Moderne fysikk hviler på et stort dilemma. Kvantemekanikken og Einsteins relativitetsteori forklarer verden glimrende på hver sin måte, og har begge holdt vann i et utall forsøk.

Men: De to teoriene ekskluderer hverandre. Med vår nåværende forståelse av fysikken kan ikke kvantemekanikken og relativitetsteorien være gyldig samtidig. Denne utfordringen har fysikken levet med i snart 100 år.

Dette er som regel uproblematisk, siden Einsteins relativitetsteori tar hånd om det som er stort og gir universet orden, mens kvantemekanikken beveger seg på atomnivå der «kaoset» råder.

Presenterer ny teori Det å forene de to teoriene er likevel en av de store oppgavene i fysikken, og nå kan forskere ved Universitetet i Warszawa ha tatt et kvantesprang nærmere løsningen.

Forskerne mener å ha forent kvantemekanikken med Einstein og laget en modell for kvantegravitasjon. I modellen klarer de å forklare hvordan klassisk tid-rom oppstår fra kvanteverdenen, samtidig som de beskriver hele relativitetsteorien - i tillegg er modellen matematisk konsistent.

DRØMMER: Øyvind Grøn, professor i fysikk, drømmer om framtidas muligheter, skulle man komme fram til en teori som forener kvantemekanikken og Einsteins relativitetsteori. Foto: HiO
DRØMMER: Øyvind Grøn, professor i fysikk, drømmer om framtidas muligheter, skulle man komme fram til en teori som forener kvantemekanikken og Einsteins relativitetsteori. Foto: HiO Vis mer

På denne måten klarer forskerne å forklare hvordan tid oppstår - eller «fødes», som er overskriften på pressemeldingen fra fakultetet. Tiden oppstår i relasjonen mellom gravitasjons- og skalarfelt.

- Løsningene vi presenterer gir oss anledning til å følge utviklingen av universet på en langt bedre måte enn tidligere modeller, sier professor Jerzy Lewandowski ved fysisk fakultet ved Universitetet i Warszawa.

- Trenger ny teori Øyvind Grøn, professor i fysikk ved Høgskolen i Oslo og professor II ved Universitetet i Oslo, ser med interesse på det de polske forskerne har presentert. Men minner om at det likevel er en lang vei fram før fysikken får ett av sine største gjennombrudd.

- Dette kan være et gjennombrudd, men de fleste mener at det fortsatt er langt fram før man klarer å forene kvantemekanikken og Einsteins relativitetsteori i en kvantegravitasjonsteori. Den nye teorien gjør det slett ikke opplagt at tid og rom er kvantisert, sier Grøn, som med spenning ser fram til hva de polske forskerne kommer med de neste åra.

- Vi trenger en kvantegravitasjonsteori. Uten den kan vi ikke si noe om hvordan universet startet. De polske forskernes arbeid kan tyde på at en kvantegravitasjonsteori kan forklare nettopp dette. Dette nye arbeidet kan være starten på en ny, riktig retning.

Universets begynnelse En konsekvens av teoriene til polakkene er at Big Bang ikke var noe stort smell, men snarere et Big Bounce. Det betyr at det fantes et «annet univers» før vårt eget, som kollapset og trakk seg sammen, før det ble skjøvet ut igjen.

- Teorien sier at man ikke kan ha uendelig tetthet, så de trekker konsekvensene av det. Men dette har de foreløpig ikke regnet på, forklarer Grøn.

Det største problemet for fysikerne når det kommer til uforenligheten til kvantemekanikken og relativitetsteorien er nettopp ved universets begynnelse, siden begge teoriene er i sving samtidig.

- Einstens teori har fungert perfekt for «store ting», mens kvanteteorien har fungert perfekt for ting som er veldig små. De er «konger» i hvert sitt domene, men er ikke på talefot. Det er ikke så ofte dette er et problem, men ett eksempel er når noe er veldig lite og veldig tungt. Da universet var helt nytt, bryter den nåværende forståelsen sammen, forklarer Gaute Einevoll, professor i fysikk ved Universitetet for miljø- og biovitenskap på Ås.

Drømmer om gjennombrudd Skulle de polske forskerne stå for det endelige gjennombruddet med å forene de to teoriene, kan det åpne for flere gjennombrudd på andre områder.

Den skotske fysikeren James Clerk Maxwell klarte i 1860-årene å forene elektrisitet og magnetisme i et sett av fire likninger. Før Maxwell ble elektrisitet og magnetisme sett på som to forskjellige fenomener, og sammensmeltinger av den type som Maxwell fikk til har vært et ideal for fysikere siden. Så også i dag hvor man prøver å forene kvantemekanikk og relativitetsteori.

Maxwell var også den første som forsto at lys er elektromagnetiske bølger. Maxwells forskning, som ble publisert i 1861 og 62, ligger til grunn for all moderne informasjonsteknologi, som TV, radio og telefoni.

Klarer man å komme med en kvantegravitasjonsteori, er det lov å drømme om en liknende teknologisk utvikling.

- Jeg har en drøm om at et av de store mysteriene vi har i moderne kosmologi, kan løses med en slik ny kunnskap. Universet består av kun fire prosent av ting vi kjenner til, nøytroner, protoner og elektroner. 25 prosent er mørk materie, mens resten - omlag 70 prosent - er mørk energi. Vi kjenner noe av virkningen til denne mørke energien, blant annet fører den til en akselerert ekspansjon av universet, men hva den er er et kjempestort mysterium. En kvantegravitasjonsteori kan være sterk nok til å forklare dette, sier professor Øyvind Grøn ved UiO.

- Viktig at vi undres Og for å fortette å være i drømmenes verden:

- Da kan jeg drømme enda videre. Kanskje teorien er sterk nok til at vi kan manipulere den mørke energien og utnytte den, og videre manipulere med vår masse. Da åpner det seg opp helt nye muligheter, som å reise med lysets hastighet, samtidig som vi eldes langsomt, sier Grøn.

Grøn minner om hva Einstein sa til Werner Heisenberg, en av «fedrene» til kvantemekanikken: « Det er teorien som forteller hva vi observerer.» Dermed kan en ny, banebrytende teori, åpne opp for nye observasjoner.

- Det er viktig at vi undres, jeg jobbet mye med Arne Næss, og han sa alltid det.

PS! En annen teori for kvantegravitasjon er strengteorien, les mer om den på Wikipedia.

- BRYTER SAMMEN: Gaute Einevoll forklarer at vår nåværende forståelse av fysikken bryter sammen når vi nærmer oss Big Bang, dette kan en ny teori om kvantegravitasjon løse. Foto: umb.no
- BRYTER SAMMEN: Gaute Einevoll forklarer at vår nåværende forståelse av fysikken bryter sammen når vi nærmer oss Big Bang, dette kan en ny teori om kvantegravitasjon løse. Foto: umb.no Vis mer
ROMTID: Denne maskinen har målt hvordan romtid kurver seg, dette for å forstå Einsteins relativitetsteori bedre. Foto: einstein.stanford.edu
ROMTID: Denne maskinen har målt hvordan romtid kurver seg, dette for å forstå Einsteins relativitetsteori bedre. Foto: einstein.stanford.edu Vis mer