Kan strengteorien testes?

Strengteori er et forsøk på å forene fysikk i stor skala (gravitasjon) med fysikk i liten skala (som atomet). Kritikere sier den er altfor teoretisk og umulig å teste. Nå tror man at teorien kanskje lar seg teste likevel…

Published

Fysikken har mange teorier til anvendelse på ulike områder. Målet har lenge vært å forene fysikken til én eneste teori som kan forklare alt.

Vi regner med fire ulike krefter. Det er svake kjernekrefter, sterke kjernekrefter og elektromagnetisme. Disse tre kreftene er nå forent i kvantefysikken. I tillegg har vi gravitasjonen som beskrives i generell relativitetsteori.

Teoriene er ufullstendige

Ingen av teoriene kan forklare alt. De kan med andre ord sees som ufullstendige. Det mest lovende forsøket på å forene alle kjente krefter i én teori, er det vi kaller strengteori.

Fysikkens forening har vært et arbeid som har pågått i århundrer. Newton viste at de lovene vi hadde kommet frem til her på jorden også kunne anvendes på himmellegemene. De to kreftene elektrisitet og magnetisme ble endelig forent til én kraft gjennom Maxwells berømte ligninger.

"Newton fant at gravitasjonen virket både på jorden og på himmellegemene."
"Newton fant at gravitasjonen virket både på jorden og på himmellegemene."

De fire kreftene

Den sterke kjernekraften er den som holder atomene sammen, og den vi utnytter i atomreaktorer og atombomber. Den svake kjernekraften forårsaker beta-emittering, og det innebærer det vi kaller radioaktiv stråling. I løpet av 1960- og 1970-årene ble denne svake kjernekraften knyttet sammen med elektromagnetsimen til én “elektrosvak” kraft.

Kvantekromodynamikken ga en ny forståelse av den sterke kjernekraft som tillot fysikerne å oppfatte den sterke kjernekraften, den elektromagnetiske kraften og den svake kjernekraften som komponenter av én og samme kraft. Alt ble forent i en “stor forent teori”, den såkalte Grand Unified Theory (GUT).

Men hva med gravitasjonen?

Men så var det gravitasjonen, da. Hvordan skulle den forenes med de andre kreftene? Vi vet ikke engang sikkert hva gravitasjon er, selv om det har kommet mange forslag. Fysikere har forsøkt å inkludere gravitasjon i en forent teori for kreftene, slik at alle krefter skulle kunne avledes fra en eneste fundamental kraft.

Strengteori er nettopp et forsøk på å sy gravitasjonen inn med de andre kreftene til én teori som kan forklare alt - en “teori om alt” (Theory Of Everything - TOE). I strengteori går man ned i størrelser langt mindre enn atomet. I stedet for at Universet består av elektroner og andre elementærpartikler, ser man Universet som bygget opp av bitte små, vibrerende strenger.

Er strengteori “teorien om alt”?

Tverrmålet på en slik streng er 100 milliarder milliarder ganger mindre enn tverrsnittet av et proton. Og et proton er tross alt bare en del av et atom, og ganske så lite. Da blir strengene nærmest ufattelig små.

"De teoriene vi har i dag har ført oss langt i utforskningen av Universet. Her har vi M17-tåken i Skytten."
"De teoriene vi har i dag har ført oss langt i utforskningen av Universet. Her har vi M17-tåken i Skytten."

Ikke nok med det; for at ligningene skal kunne gå opp, opererte man først med 26 dimensjoner, så ti og deretter 11. I hverdagen opplever vi bare tre - lengde, bredde og dybde. I tillegg har vi forsøkt å venne oss til at Einstein så tiden som en fjerde dimensjon. Men 11?

Kritikerne har vært mange. Det har også blitt hevdet at strengteorien aldri vil bli mulig å teste. De partikkelakseleratorene som brukes for å avsløre fysikkens hemmeligheter i dag, er kraftige nok til å gå ned på kvantenivå. For å kunne se helt ned på strengenivå, måtte de ha vært omtrent en milliard milliard ganger kraftigere.

Umulig å teste?

Det blir mye tall. Men det er umulig å lage så kraftige akseleratorer. Og da kan det se umulig ut å trenge inn i denne strengeverdenen, eller rettere å se om denne strengeverden i det hele tatt finnes. Da er det også umulig å teste teorien, sier kritikerne. Og da blir den uinteressant.

12. mai inviterte Richard Easter fra Yale til et møte for å diskutere mulighetene til å teste modellen likevel. Med på møtet var Brian Greene (forfatteren av “The Elegant Universe”), William Kinney, Hiranya Peiris og Gary Shiu.

Kan vi finne løsningen i Big Bang?

- I Big Bang, som er den kraftigste hendelsen i Universets historie, er det mer enn nok energi til å kunne avsløre de vage tegn på strengteori, sa Easter.

Big Bang har etterlatt seg en bakgrunnsstråling over hele universet. Denne stråling gløder fremdeles med en varme omtrent 2,7 grader over det absolutte nullpunkt. Den er ganske jevnt fordelt over alt, og dette sees som et bevis på en inflasjonsperiode like etter Big Bang.

Inflasjon vil i denne sammenheng si at Universet i løpet av en brøkdel av en brøkdel (du kan si det noen ganger til, ja) av et sekund utvidet seg fra atomstørrelse til kosmisk størrelse.

"Kan løsningen finnes i reststrålingen etter Big Bang?"
"Kan løsningen finnes i reststrålingen etter Big Bang?"

Og så kommer vi til poenget: den energien som drev denne utvidelsen inneholdt som alle andre kvantefelt fluktuasjoner, det vil si variasjoner. Og det er disse variasjonene som kan inneholde bevisene for strengteorien. Stemmer strengteorien skal den gi et annet mønster av kalde og varme felt enn hva kvantefysikken tilsier.

Løsningen kan finnes i bakgrunnsstrålingen

Easter la vekt på at det var langt igjen. Det var langt fra sikkert at strengteorien hadde etterlatt målbare virkninger i mønsteret av kalde og varme områder i den bakgrunnsstrålingen vi kan måle i dag. Men strengteori er så vanskelig å teste, at enhver mulighet er verdt å utforskes.

Det er foreløpig ikke klart hvor store svingninger strengfysikk kan forårsake i bakgrunnsstrålingen, men det kan være så mye som én prosent.

Newtons fysikk passet ikke helt

Det å finne avvik fra en rådende teori er en fremgangsmåte som har vært benyttet tidligere. For eksempel avvek Merkurs bane med 110 kilometer fra det den skulle ha vært i følge Newtons fysikk.

Einstein kunne med sin gravitasjonslov i den generelle relativitetsteorien forklare dette avviket. Ut fra denne teorien skulle solens gravitasjon akselerere Merkur i sin bane i tidrommet en liten smule. Dette ville lage et lite avvik i banen - og vips! - det var jo akkurat det man hadde observert! Einsteins generelle relativitetsteori viste at den var bedre og mer nøyaktig enn Newtons fysikk.

Yale scientist says clues to string theory may be visible in Big Bang aftermath

Les mer:

Fysikk
Newtons fysikk
Relativitetsteorien
Kvanteteori
James Clerk Maxwell
Kjernefysikk
Physics (her vil du kunne klikke deg videre til mange underkategorier og begreper)
A Theory of Everything? Brian Greene om strengteori
The Elegant Universe (her finner du mye om strengteori - det er til og med mulig å se tv-serien med samme navn!)

SE OGSÅ