Universums minsta instrument
Tänk dig en värld där allt du ser, rör vid eller känner inte är gjort av små bitar. Utan av något som knappt existerar. Det låter konstigt, men det är precis vad strängteorin föreslår.
Om du fortsätter att dela ett äpple tills du kommer till molekyler, atomer och sedan kvarkar, så har de flesta fysiker länge trott att du kommit till slutet. Strängteoretiker har dock en annan uppfattning. De menar att det finns något ännu djupare – små, vibrerande strängar som liknar violinsträngar på kosmisk nivå. De är så små att en proton ser ut som en galax i jämförelse.
Men det stora problemet är att ingen har kunnat se dessa strängar. De kräver så mycket energi för att upptäckas att det skulle vara som att hela galaxen deltar i en kollision. Det har lämnat fysiker med en elegant teori men utan möjlighet att testa den.
Kan man bevisa det man inte kan se?
En forskargrupp vid Caltech, NYU och Barcelona har valt en helt ny väg. De började inte med strängar. De började med några få enkla regler om hur partiklar beter sig vid superhöga energier.
När de körde matematiken blev resultatet överraskande. Det dök inte upp tusentals möjliga lösningar. Det blev bara en enda väg framåt. Och den vägen ledde direkt till strängteorins grundläggande matematiska spår.
Enligt Clifford Cheung vid Caltech fell det ut som strängar i beräkningarna – trots att de aldrig satte in dem från början.
Den oändliga raden av partiklar
På 1960-talet upptäckte fysiker att när två partiklar kolliderade, gjorde de ut en serie av andra partiklar. Dessa dök upp i en viss ordning, precis som steg på en trappa. Gabriele Veneziano hittade en matematisk funktion som kunde beskriva hela raden.
Det var först senare som man insåg att detta likar harmonics från en vibrerande sträng. Strängteorin säger att olika vibrationer ger olika partiklar – en för ljus, en för elektroner, en för tyngdkraft och så vidare.
När Cheung och hans kollegor började med endast de grundläggande kollisionsreglerna, kom denna oändliga rad av partiklar fram på egen hand.
Tyngdkraftens problem med kvantmekanik
Ett stort hinder för fysiker är att Einstein's tyngdkraftsteori fungerar bra på stora skalor,而量子 mechanics är bra på små skalor. När man försöker kombinera them, spretar matematiken ut i oändligheter.
Strängteori erbjuder en lösning. Om tyngdkraften också är en vibration av en liten sträng, då är det möjligt att oändligheterna försvinner. Detta upptäcktes först av John Schwarz och Joël Scherk 1974. De visste att strängteori kunde förenar tyngdkraft och kvantmekanik samtidigt.
Vad betyder detta egentligen?
Det nya arbetet visar inte att strängteori är rätt. Det visar dock att strängteori dyker upp när man börjar från mycket få grundantaganden om naturen. Det är inte en artificiell matematisk trick. Det är något som naturen själv kanske ger oss tillbaka.
I en värld som inte kan testa strängteori direkt, är detta ett steg närmare att se om det är verkligt eller bara en matematisk fantasibild.