Tenk deg en tippekupong med tolv helgarderte kamper.

Uten at du vet resultatet, har du uansett det rette svaret eller den universelle løsningen som matematikkprofessor Sigbjørn Hervik og kollegene sikter mot å finne for det universelle universet.

I forskersammenheng er det snakk om teorien som skal gi oss alle svarene, også kalt Teorien om alt. Ingen har klart å utvikle teorien så langt, selv ikke Albert Einstein, relativitetsteoriens far.

Sammen med britiske og nordamerikanske forskere har Sigbjørn Hervik ved Universitetet i Stavanger utviklet en metode som kan gi oss svar på universelle problemstillinger, og som kan karakterisere og beskrive universet.

– Som å oppdage Amerika

Det var Hervik som fikk ideen til den nye metoden som forskergruppen holder på å utvikle. Mye av arbeidet er gjort i 2008.

– Det er selvfølgelig en personlig tilfredsstillelse å oppdage noe helt nytt i den matematiske verden. For meg er det på linje med at Christopher Columbus oppdaget Amerika, forteller den unge matematikeren.

– Den oppgaven vi nå står overfor, er å utvikle vår metode enda mer. I tillegg til å utvikle selve teorien mer, må vi finne en applikasjon for det universelle universet. Vi må utvikle en generell metode som hjelper oss til å skjønne universet bedre, inkludert tilstanden før Big Bang.

Det er med andre ord ikke småtteri en av landets yngste matematikkprofessorer har gitt seg i kast med sammen med professorene A.A. Coley ved Dalhousie-universitetet i Halifax, G.W. Gibbons ved Universitetet i Cambridge og C.N. Pope ved Texas A&M University.

Vi ser ikke bort fra at han ble en smule inspirert da han tok doktorgraden i teoretisk fysikk i 2004 på Universitetet i Cambridge. I etasjen over kontoret befant matematikk- og fysikkgeniet Stephen Hawking seg. 

Relativitetsteori og kvantemekanikk

Relativitetsteorien har en selvfølgelig plass i det mysteriet som Hervik og kollegene søker å finne svar på. Teorien tar utgangspunkt i relativitetsteorien og kvantemekanikken og skal forbinde disse to. 

Kvantemekanikk beskriver elementærpartikler og oppbygningen av atomer og kjerner. Teorien oppstod i 1920-årene og er utviklet av blant annet forskerne Erwin Schrödinger (ja, det er opphavsmannen til Schrödingers katt) og Werner Heisenberg.

Relativitetsteorien kom i 1915 og er utviklet av Albert Einstein. Som mange kjenner til, omhandler den gravitasjonskraften og beskriver hvordan masse og rom er relatert til hverandre. Den omtaler også strukturen til universet, og hvordan det oppfører seg dynamisk.

– Problemet er at kvantemekanikken ikke involverer gravitasjonskraften, mens relativitetsteorien ikke involverer kvantemekanikken, sier Hervik.

Strengespill

Nå har det vært gjort mange forsøk på å finne en teori som omfatter begge. Strengteorien er ifølge Hervik den beste kandidaten i øyeblikket.

– Strengteorien bygger på vibrerende objekter som kalles strenger. De forskjellige fundamentale vibrasjonene er opphav til forskjellige fundamentale partikler på samme måte som en gitarstreng vibrerer og gir de enkelte tonene.

– Strengteorien opererer med hele elleve dimensjoner, men vi kjenner bare tre, pluss tid. De resterende kjenner vi ganske enkelt ikke. Problemet er at strengteorien ikke er verifisert, og det er mye som mangler før vi kan si at den er teorien om alt.

– Men det vi kan gjøre, er å se teorien i et annet perspektiv, selv om vi ikke vet akkurat hva teorien skal være. Vi kan beskrive fenomener – som for eksempel universet – som en konsekvens av den ukjente teorien, forklarer Hervik.

Splitter geometrien

Et objekt som er mellom jorda og sola, kaster skygge. Det er det samme som projisering.

– Det vi trenger, er mange projeksjonsoperatorer for å beskrive helheten, og vi har en systematisk måte å gjøre dette på. Vi er med andre ord på jakt etter projeksjonsoperatorene. Ved å foreta projeksjoner kan vi bestemme krumningen uavhengig av hvordan du ser på eller betrakter universet, utdyper matematikeren. 

Overflaten til en fotball er krum fordi ballen er rund og ikke flat. På samme måte vil universet krumme seg – universet er heller ikke flatt.

– Ideen er å lage krumnings- eller projeksjonsoperatorer som splitter geometrien opp i små bestanddeler. Det er et verktøy eller en metode som bygger på matematiske formler som går ut på å finne slike operatorer.

Unik metode

– Metoden vår bygger på lineær algebra. Det store tankespranget er at vi relaterer krumningen på rommet til lineær algebra på en spesiell måte. Det er den store utfordringen vi står overfor, og det er ingen som har tenkt på denne metoden tidligere i internasjonal sammenheng. 

Det er ifølge Hervik visse tilfeller som gir få projeksjonsoperatorer. Et rødt ark er for eksempel rødt uansett fra hvilken vinkel du observerer det. Det kalles en invariant egenskap, siden den ikke endrer seg.

Projeksjonsoperatorene er i dette tilfellet som et fargefilter som bare ser rødt. Andre farger vil ha tilsvarende projeksjonsoperatorer. Men noen egenskaper er «fargeløse», det vil si at de ikke blir fanget opp av fargefilteret.

– Disse egenskapene er meget spesielle, og det er nettopp det spesielle som gjør at de er interessante i jakten på det universelle universet, sier Hervik.

– Hva gjenstår i det videre forskningsarbeidet?

– Dette er selvsagt et langsiktig arbeid, men vi ser enden på deler av arbeidet. Det er snakk om noen år til. Vi har teorien, men må se på konsekvenser av den og finne nok anvendelsesområder, sier Sigbjørn Hervik.