Video

Transskription

Hvad er universets sande natur?

For at besvare dette spørgsmål

har mennesker fundet på historier til at beskrive verdenen.

Disse historier tester vi og vi lærer hvad vi skal beholde og hvad vi må smide væk.

Men jo mere vi lærer,

jo mere komplicerede og underlige bliver vores historier.

Nogen af dem så underlige

at det bliver svært at forstå hvad de egentlig handler om.

Som for eksempel strengteorien.

En kendt, kontroversiel og ofte misforstået historie

der handler om naturens rette sammenhæng.

Hvorfor kom vi frem til den og er den korrekt,

eller er det blot en ide vi burde smide ud?

For at forstå den sande sammenhæng af naturen,

kiggede vi nærmere på den og blev forbløffede.

Smukke landskaber gemt i støvet,

samlinger af sære væsner,

komplekse protein-robotter

Alt sammen lavet af molekylestrukturer

der igen er dannet af endnu mindre ting: atomer.

Vi troede det var det nederste lag i naturen,

indtil vi klaskede dem sammen meget hårdt

og opdagede ting der ikke kan nedbrydes yderligere:

Elementarpartikler.

Men nu har vi et problem:

De er nu så små at vi ikke længere kan kigge på dem

Tænk over det: hvad betyder det at se noget?

For at se noget har vi behov for lys, en elektromagnetisk bølge

Denne bølge rammer overfladen af en ting

og bliver reflekteret tilbage fra det ind i dit øje.

Bølgen indeholder information fra objektet

Som din hjerne bruger til at danne et billede.

Så du kan ikke se noget uden at interagere med det på en eller anden måde.

At se er at føle, en aktiv proces og ikke en passiv en.

Dette er ikke et problem med de fleste ting.

Men partikler er meget, meget, meget små

Så små at de elektromagnetiske bølger vi bruger til at se

er for store til at se dem.

Synligt lys passerer blot hen over dem.

Vi kan prøve at løse dette ved at skabe elektromagnetiske bølger

med flere og langt mindre bølgelængder

Men flere bølgelængder betyder mere energi.

Så når vi rører en partikel med en bølge der har meget energi,

ændrer det partiklen.

Ved at kigge på en partikel ændrer vi den.

Så vi kan ikke måle partiklerne præcist.

Dette faktum er så vigtigt at det har et navn:

Heisenbergs usikkerhedsprincip,

grundlaget for hele kvantefysikken.

Så hvordan ser en partikel rent faktisk ud?

Hvordan opfører den sig?

Vi ved det ikke.

Hvis vi kigger meget grundigt kan vi se en sløret sfære

men ikke selve partiklen. Vi kan blot se at de eksisterer

Men hvis det er tilfældet, hvordan kan vi så undersøge det videnskabeligt?

Vi gjorde hvad mennesker normalt gør og opfandt en ny historie, en matematisk fortælling:

Historien om punkt partiklen

Vi besluttede at vi ville lade som om, at en partikel er et punkt i det tredimensionelle rum

Enhver elektron er et punkt med en specifik ladning og masse, og de er alle adskillelige fra hinanden.

På denne måde kunne fysikere definere dem og udregne alle deres indbyrdes interaktioner

Dette kaldes for kvantefeltteori og løste en masse problemer.

Alle modellerne af partiklerne i standardmodellen bygger på dette, og det forudsiger mange ting ganske godt.

Nogle af kvanteegenskaberne for elektronen er blevet testet

og har vist sig at være præcise helt ned til 0,0000000000002%

Så selvom partikler ikke rigtigt er punkter

kan vi ved at behandle dem som partikler få et godt billede af universets natur.

Ikke blot har dette skubbet videnskaben fremad, det har også ledt til en masse teknologi vi bruger i dag.

Men der er et stort problem: Tyngdekraften.

I kvantemekanikken bliver alle fysiske kræfter båret af bestemte partikler.

Men ifølge Einstens generelle relativitetsteori,

så er tyngdekraften ikke en kraft ligesom de andre.

Hvis universet var et skuespil og partiklerne var skuespillerne,

så er tyngdekraften selve scenen.

For at sige det simpelt, så er tyngdekraften en teori om geometri.

Geometrien i selve rumtiden.

Med distancer som vi skal kunne bestemme med absolut præcision.

Men siden der ikke er en præcis måde at måle ting på i kvanteverdenen,

så fungerer historien om tyngdekraften ikke med den om kvantefysikken.

Da fysikere prøvede at tilføje tyngdekraften til historien ved at opfinde en ny partikel,

brød deres matematik sammen.

Og dette er et stort problem.

Hvis vi kunne sætte tyngdekraften sammen med kvantefysikken og standardmodellen

ville vi have fundet teorien om alting.

Så, nogle smarte mennesker kom på en ny historie.

De spurgte “hvad er mere kompleks end et punkt?”

En linie, eller en streng.

Strengteorien blev født.

Hvad der gør strengteori så elegant er at den beskriver forskellige elementarpartikler

som forskellige art vibrationer på strengen.

Ligesom at en violinstreng der vibrerer kan give mange forskellige toner,

kan en kvantestreng give forskellige partikler.

Vigtigst af alt, så inkluderer dette tyngdekraften.

Strengteorien lovede at samle alle de fundamentale kræfter i universet

Dette gjorde folk vældig glade og hypede,

således var strengteorien pludselig en kandidat til teorien om alting.

Desværre så kræver strengteorien en masse strenge at spille på.

Meget af matematikken der er involveret i strengteorien

virker ikke i vores univers med tre rumlige dimensioner og en tidsdimension.

Strengteorien kræver ti dimensioner for at fungere.

Så fysikere prøvede at regne på strengteorien i modellerede universer.

Herefter prøvede de at slippe af med de seks ekstra dimensioner for at beskrive vores eget univers.

Men indtil videre har ingen været succesfulde,

og ingen af forudsigelserne i strengteorien er blevet bevist i et eksperiment.

Så strengteorien har ikke bevist hvordan vores univers fungerer.

Nogle ville derfor sige at strengteorien i dette tilfælde slet ikke er brugbar overhovedet.

Forskere elsker at lave eksperimenter og forudsige ting.

Hvis vi ikke kan gøre dette i videnskaben,

hvorfor skulle vi så overhovedet kigge på strengene?

Det handler i sidste ende om hvordan vi bruger det.

Fysik er baseret på matematik: to plus to giver 4.

Dette er sandt uanset hvordan du har det med det,

og matematikke bag strengteorien virker rent faktisk.

Det er derfor at strengteori stadig er brugbar.

Forestil dig at du gerne vil bygge et krydstogtskib,

men du har kun byggeplanerne for en lille robåd.

Der er rigeligt med forskelle:

Motoren, materialerne, størrelsen.

Men begge ting er grundlæggende det samme:

ting som flyder.

Så ved at studere robådsplanerne

kan du på længere sigt finde ud af at bygge krydstogtskibet.

Med strengteorien

kan vi prøve at besvare nogle spørgsmål omkring kvante-tyngdekraft

som har undret forskere i årtier.

Som f.eks. hvordan sorte huller fungerer eller informationsparadokset.

Strengteorien kan pege os i den rigtige retning.

Brugt på denne måde bliver strengteorien et nyttigt redskab for teoretiske fysikere

og hjælper dem med at forstå nye aspekter af kvanteverdenen

såvel som noget smuk matematik.

Så muligvis er strengteorien ikke teorien om alting.

Men ligesom historien om punktpartiklen

kan det blive en særdeles nyttig historie.

Vi kender endnu ikke universets sande natur,

men vi vil blive med at komme på historier for at finde ud af det.

Indtil vi en dag, forhåbentlig,

vi faktisk ved det.

Denne video er blevet støttet af “Swiss National Science Foundation”

og gjort mulig med hjælp fra Alessandro Sfondrini