Jakten på dimensjonene

Vi kan verken se dem eller ta på dem – de ukjente dimensjonene. Men de er der nok, tror fysikerne.

Tanker om flere dimensjoner og parallelle univers finner vi igjen i bøker og film, for eksempel i bøkene om Narnia, skrevet av C. S. Lewis.
Tanker om flere dimensjoner og parallelle univers finner vi igjen i bøker og film, for eksempel i bøkene om Narnia, skrevet av C. S. Lewis.

Jeg fant ham gjennom en liten og anonym avisannonse: «Professor Kåre Olaussen holder foredrag om nye dimensjoner og retninger i universet.»

Assosiasjonene går øyeblikkelig til venninner som flørter med New Age og tror på åndeverdener og parallelle universer… Men en professor utdannet ved ærverdige NTH, kan da umulig stelle med slikt?

Teorien som kan forklare alt

Nysgjerrigheten fører meg til øverste etasje i Realfagbygget ved NTNU og til dem som steller med teoretisk fysikk. Korridoren er lang og smal og stille, med mange lukkede dører på begge sider. Gjennom halvåpne persienner kan jeg skimte liv der inne.

Kontordøra til Olaussen er både lukket og låst. Men brått brytes stillheten. Professoren kommer farende i raskt tempo, med allværsjakke, frisk rødfarge i kinnene og verdens blideste velkomstsmil. I neste øyeblikk har jeg en raus kaffekopp i hendene og er klar for å lufte både fordommer og uvitenhet.

– Det var jakten på dimensjonene jeg gjerne ville høre om. Hva foregår, Olaussen?

– Over hele verden drømmer fysikerne om å finne teorien som kan forklare alt. Det finnes mange ideer og forestillinger om hvordan verden egentlig ser ut. Vi kjenner til tre dimensjoner: høyde, bredde og lengde. Om vi regner med tid, har vi fire dimensjoner. Mange tror vi må ha enda flere.

Det vi ikke ser

– Helt siden 1920 har fysikere vært på jakt etter en ekstra dimensjon. Vi snakker om retninger: opp/ned, nord/sør, øst/vest. Men kanskje fins det enda flere muligheter, for eksempel noe vi kan kalle hit/dit? Vi tror den er der, men må forklare hvorfor vi ikke kan se eller observere den.

Det letes etter nye typer partikler, som er mindre enn en milliondel av en milliondel av en nanometer. Slike partikler kan indirekte være et tegn på flere retninger. Enda mer dramatisk vil det være å oppdage at for eksempel energi «lekker ut» i de nye retningene.

– Hvordan kan dere tro på noe dere ikke ser?

– Se for deg kråka som sitter på ei kraftlinje. Fra bakken kan vi se linja som en strek i lufta, vi ser ikke hvordan den egentlig ser ut, at den har en viss tykkelse og er rund…

– Kraftlinja er i alle fall håndfast. Vi kan se den og vet at den fins!

– Ok. Tenk heller på et elektron, da. Vi vet hvor lite et elektron er, men har ikke sett hvordan det ser ut. Så hvordan kan vi vite at det fins? Det går elektrisk strøm gjennom ledninger, vi vet hvordan vi produserer og bruker den, men vi kan ikke se den.
Oppdagelsen av elektromagnetismen var også ubegripelig i sin tid, og det tok en stund før noen skjønte hva den kunne brukes til. I dag er hele samfunnet basert på den.

Senere kom kvantemekanikken, som er den grenen av fysikken som beskriver atomer og molekyler og forklarer hvordan disse er bygget opp. Alle naturkrefter, med unntak av gravitasjon, har en kvantemekanisk beskrivelse. I starten ble også disse teoriene betraktet som eksotiske, men de fikk snart bred anvendelse. For eksempel var grunnlaget for utviklingen av datamaskiner basert på kvantemekanikk.

Forandrer alt – eller ingenting

– Hva i all verden kan en usynlig dimensjon brukes til?

– Kanskje til å bli kvitt søppel, eller CO2, det hadde vært festlig. Men for å være alvorlig: Kanskje den slett ikke kan brukes til noe. Eller kanskje den vil forandre hele verden, slik andre oppdagelser har gjort. Mange ganger kan det ta lang tid å skjønne betydningen, og dermed også anvendelsen, av en oppdagelse.

– Hvordan foregår jakten på dimensjonene?

– Det er tvilsomt at det noensinne vil bli mulig å observere dem direkte. Så metoden er å bruke matematikk til å utlede observerbare fenomener som umulig, eller i hvert fall vanskelig, kan forklares på annen måte. Vi forsøker med andre ord å bevise det mange er skeptiske til eller ikke tror på, ved hjelp av matematikk og kompliserte ligninger.

Fysikken har godt etablerte teorier og ligninger for det meste vi kan observere i dagliglivet. Kanskje med unntak fra liv og kjærlighet, politikk og sånt. Egentlig har vi pålitelige observasjoner av alt. Det er derfor mange er skeptiske til nye dimensjoner.

Andre liker ikke alt ved de ligningene som brukes i dag. De er ikke helt konsistente med hverandre. Og framfor alt, de er ikke vakre og elegante nok! Og vi må gjøre eksperimenter – finne nye ligninger som kan beskrive fenomener som vi ikke har sett ennå.

Fire-dimensjonalitet er forsøkt visualisert ved hjelp av ulike geometriske figurer. En av de mest kjente er denne såkalte «Klein bottle». Den er første gang beskrevet i 1882 av den tyske matematikeren Felix Klein. Klein-flasken er en lukket flate med bare én side. Den kan beskrives som en sylinder som går i «loop» tilbake gjennom seg selv, for så å kobles sammen med sin egen ende.
Fire-dimensjonalitet er forsøkt visualisert ved hjelp av ulike geometriske figurer. En av de mest kjente er denne såkalte «Klein bottle». Den er første gang beskrevet i 1882 av den tyske matematikeren Felix Klein. Klein-flasken er en lukket flate med bare én side. Den kan beskrives som en sylinder som går i «loop» tilbake gjennom seg selv, for så å kobles sammen med sin egen ende.


Etterligner universet

– Hvordan kan dere vite at dere har funnet det dere leter etter?

– Tja, kanskje når ligningene går opp? Det vil si, når de er konsistente med hverandre og med alle eksperimenter man kan stole på. Og når de ikke har for mange parametre som kan justeres for å tilpasse teori til observasjoner. Det er ikke enkelt å påvise nye dimensjoner, men LHC- eksperimentet (Large Hadron Collider) som ble startet høsten 2008 ved Cern, skal blant annet lete etter «fingeravtrykk» for slike.

Forsøket går ut på å utforske universet ved å skape svært kraftige partikkelkollisjoner. Slike foregår egentlig hele tiden – høyt oppe i jordens atmosfære og ellers i verdensrommet. Forskjellen er at Cern-forsøket er kontrollert. Det vil si at vi kjenner egenskapene til de partiklene som kolliderer, svært godt. Enorme detektorer er satt opp rundt kollisjonspunktene, slik at det kan gjøres nøyaktige målinger av det som skjer.

– Du var helt sikkert ikke blant dem som sov urolig natta før det såkalte Big Bang-forsøket skulle starte?

– Panikken som ble hausset opp i den forbindelse, var grunnlagt på rent og skjært tøv!

Speilbilde? Fantasiløst!

– Noen forestiller seg parallelle universer som er speilbilder av vår egen verden, og skjulte dimensjoner som huser en åndeverden…

– Jeg kan forestille meg et univers som består av mange parallelle deler etter hverandre i hit/dit-retningen. Vi kan sammenligne med en oppstilling av parallelle plater i en kondensator som lagrer elektrisk energi.

- Jeg kan også tenke meg at det fins andre universer som vi ikke kan kommunisere med. Men å tenke seg en verden der ute som er prikk lik vår egen – det er da altfor fantasiløst og kjedelig! Vi må tenke langt mer kreativt enn som så!

Billig i drift

Omtrent sånn forløp samtalen. Olaussen er blant de få som driver forskning på dette området her til lands, og ingen har det som fulltidsbeskjeftigelse. Men ute i verden er det mange. Noen av dem holder til ved tunge forskningsinstitusjoner som Harvard og Princeton. Blant kjente navn er Edward Witten og Lisa Randall.

Fagområdet er kvantefysikk, som grovt sagt er fysikken for de små ting, som atomer og elementærpartikler, og statistisk fysikk, som like grovt sagt er fysikken for de mange ting.

Det fleipes med at om Einstein hadde vært norsk, så ville han i hvert fall ikke ha fått bevilgning fra Forskningsrådet! Kilden er frustrerte forskere som ikke står fremst i rekka når begrensede forskningsmidler skal fordeles. Bare en liten del av midlene til grunnforskning settes av til fri forskning.

– Som teoretisk fysiker har jeg i hvert fall fordel av å være billig i drift. Jeg kommer langt med blyant og papir og en liten PC, sier Olaussen, halvt i alvor og halvt i spøk. Den daglige nytten av forskningen hans er å konstruere vriene studentoppgaver.

– Ungdommen trenger spenning og noe å bryne seg på. Teoretisk fysikk lærer dem å tenke og lage modeller. Det spiller nesten ingen rolle hva de studerer, bare det er vanskelig nok, mener professor Kåre Olaussen.

Powered by Labrador CMS