Sånn jeg fant ut noe helt sprø om universet denne uka

Lytta til dette. Eg heldt på å undersøka noko for nokre dagar sidan, og så traff eg på noko som verkeleg sette meg ut.

Du veit kanskje korleis det er når du gjer ein feil, men så viser det seg at feilen var briljant? Ja, noko i det harnet skjedde med Albert Einstein og noko som heiter den kosmologiske konstanten.

Kva i all verda er det?

La meg forklara det enkelt. Den kosmologiske konstanten er eit tal som beskriv energien som flyt rundt i tomt rom. Denne energien får universet vårt til å utvida seg raskare og raskare. Høyrest greitt ut, ikkje sant?

Men her kjem det merkelige.

Ifølgje partikkelfysikken (det me kallar kvantefeltteori) skal tomt rom vrimla av energi. massevis. Så mykje at universet eigentleg burde ha blåst seg sjølv i filler for lenge sidan.

Problemet? Den faktiske verdien me måler? Ho er ufatteleg, nesten umogleg liten samanlikna med kva likningane seier.

Og her snakkar me ikkje om ein liten skeivskap. Me snakkar om ein forskjell på rundt 10^120. Det er éin pluss 120 nullar. Det er kanskje den største mismatchen mellom teori og virkelegheit i heile fysikken.

Einstein sin "bommert" gjer comeback

No kjem historia om Einstein. I 1917 var han overtydd om at universet var statisk – verken utvida seg eller trekte seg saman. Berre der. Men relativitetsteorien hans sa at universet burde kollapsa under sin eigen gravitasjon.

Så han la til den kosmologiske konstanten. Tenk på det som ein "fråstøytande kraft" som heldt alt i balanse. Ein liten justering, altså.

Så, i 1929, kom Edwin Hubble og oppdaga at universet faktisk utvidar seg. Einstein skal ha kalla den kosmologiske konstanten sin "største bommert" og fjerna den frå likningane.

I tiåra framover verka det som historia var over.

Men så, i 1998, oppdaga astronomane noko sensasjonelt: universet utvidar seg raskare enn før. Plutseleg var konstanten att på bordet igjen – fordi han forklarte perfekt denne akselerasjonen. No er han ein nøkkelkomponent i det me kallar "mørk energi."

Gåta vert djupare

Her kjem det verkeleg interessante problemet.

På dette tidspunktet hadde kvantefeltteori blitt eit av dei mest suksessfulle rammeverka i vitskapen. Han beskriv partiklar, krefter og energi i tomt rom med utruleg presisjon.

Men ifølge han burde vakuumenergi vera enorm. Observasjonar seier noko anna. Korleis kan begge delar vera sant samtidig?

Dette er det fysikarane kallar "det kosmologiske konstant-problemet." Det har halde dei vakne i tiår.

Forskarane ved Brown University tek til orde

Og her blir det skikkeleg spanande.

Ein forskargruppe ved Brown University har kome med eit mogleg svar, og ærleg talt – det er ganske flott.

Deira idé byggjer på noko som heiter Chern-Simons-Kodama-tilstanden – eit foreslått kvantegravitasjons-format som dukkar opp frå kvantefeltteori. Uten å gå for djupt inn i matematikken: dette er ein måte å beskriva korleis gravitasjon verkar på dei aller minste, mest kvantemekaniske skalaene.

Her er det smarte: forskarane oppdaga at matematikken bak denne tilnærminga liknar merkeleg på noko som heiter kvante-Hall-effekten – eit rart fenomen i faststoffysikk der elektrisk leiding får utruleg presise verdiar.

I kvante-Hall-effekten held desse verdiane seg stabile sjølv når materialet har uregelmessigheiter. Kvifor? På grunn av topologi – den underliggjande matematiske "forma" eller strukturen til systemet.

Er det rommet sjølv som er løysinga?

Forskarane sitt argument er at ein liknande topologisk mekanisme kanskje eksisterer i sjølve romtida. Hvis rommet har denne ikkje-trivielle topologien, kunne han naturleg undertrykkja alle dei kvanteflektuasjonane som burde fått den kosmologiske konstanten til å eksplodera.

Med andre ord: universet sin form held kanskje den kosmologiske konstanten i sjakk.

Som medforfattar Stephon Alexander sa det: "Det me har vist er at hvis romtida har denne ikkje-trivielle topologien, så løyser det eit av dei mest dødeleg problema med den kosmologiske konstanten. Alle kvanteflektuasjonane som burde fått verdien til å eksplodera, blir gjort inerte av denne topologien, som held konstanten sin verdi stabil."

Kor kult er ikkje det? Kanskje virkelegheita sin struktur elegant løyser eit tilsynelatande umogleg puslespel.

Kva betyr alt dette?

Eg skal vera ærleg: me har ikkje alle svara enno. Fysikk er vanskeleg (underdriving på århundret). Men denne forskinga tilbyr ein genuint spanande veg vidare.

Det er òg ei flott påminning om at sjølv "bommertar" kan innehalda frø av geni. Einstein la til den kosmologiske konstanten for å få likningane til å stemma, kalte det ein feil då han meinte det ikkje trongst, og no – over eit hundreår seinare – held me framleis på å pakka ut kva han eigentleg snubla over.

Nokon gonger har universet sans for humor på den måten.

Det eg synest er mest spanande er at dette knyter kvantefysikk til gravitasjon på ein ny måte. Kanskje kjem me nærmare den heilage gralen i fysikk: ei samla teori som beskriv alt frå bitte små partiklar til massive galakser.

Og det? Det er ganske fantastisk for ein torsdag.

Vil du fordjupa deg i forskinga? Originalartikkelen vart publisert i Physical Review Letters. Science Daily har ein god samandrag.