Kun matematiikka vahingossa tukee villiä teoriaa

Fysiikassa on yksi pitkäaikainen ongelma, jota kukaan ei ole onnistunut ratkaisemaan. Kaksi suurta teoriaa — yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka — toimivat loistavasti kumpikin omalla alueellaan. Toinen kuvaa painovoimaa suurissa mittakaavoissa, toinen selittää pienimpien hiukkasten outoa käytöstä. Mutta kun yritetään yhdistää ne, syntyy vain sekasotkua.

Gravitonin puuttuminen

Kaikki muut perusvoimat toimivat pienen sanansaattajan kautta. Valo välittää sähkömagneettista voimaa. Vahvaa ydinvoimaa hoitavat gluonit. Painovoimalle ei kuitenkaan ole löydetty vastaavaa hiukkasta. Teoreetikot kutsuvat sitä gravitoniksi,但 se ei ole vielä mitään konkreettista.

Ilman kvanttipainovoiman kuvausta ei voida rakentaa kaikkea selittävää teoriaa. Fysiikot eivät pidä avoimista päistä.

Kieleteoria palaa pintaan

1960-luvun lopulla joku ehdotti radikaalia ajatusta. Mitä jos kaikki aine ja voimat koostuisivat pienistä värähtelevistä säikeistä? Eri värähtelykuviot tuottaisivat erilaisia hiukkasia ja voimia. Myös painovoiman voisi selittää samalla tavalla.

Tämä ratkaisi monia ongelmia,但 vaati kymmenen ulottuvuutta neljän sijaan. Lisäksi teoria ei antanut mitään mitattavissa olevaa ennustetta. Siksi se jäi sivurooliin 1990-luvun jälkeen.

Uusi tapa lähestyä asia

Caltechin tutkijat lähtivät täysin toisesta suunnasta. He eivät yrittäneet todistaa kieleteoriaa. Sen sijaan he valitsivat neljä perusperiaatetta, jotka heidän mukaansa kuvaavat todellisuutta.

• Todennäköisyydet täytyy mennä oikein (kvanttimekaniikan unitariteetti)
• Fysiikan lait ovat samat kaikkialla
• Teoria ei saa hajota korkeissa energioissa
• Yksinkertaisin mahdollinen kuvaus riittää

Näistä neljästä säännöstä he rakensivat matemaattiset mallit, jotka kuvaavat hiukkasten vuorovaikutuksia.

Yllättävä tulos

Kun laskelmat valmistuivat, mukaan tuli kaksi tunnettua funktiota — Venezianon amplitudi ja Virasoro-Shapiro-amplitudi. Ne olivat samat, jotka kieleteoreetikot olivat jo vuosikymmeniksi sitten tuottaneet.

Matematiikka tuotti siis samat kaavat ilman, että kukaan oli suoraan yrittänyt niitä lisätä.

Mitä tämä oikeastaan todistaa

Tulos ei ole kokeellinen havainto. Se ei todista, että säikeet todella ovat olemassa. Mitään laboratoriokoetta ei ole tehty, joka voisi löytää niitä.

Mutta se osoittaa, että näistä neljästä periaatteesta seuraa luonnollisesti samat kaavat, jotka kieleteoria tarvitsee. Teoria ei siis vain ollut keksimässä — se saattaa olla seurausta siitä, miten todellisuus käyttäytyy.

Miksi tämä merkitsee

Fysiikassa etsitään edelleen kaikkea selittävää teoriaa. Tämä tutkimus ei ratkaise ongelmaa suoraan,但 se viittaa siihen, että suunta saattaa olla oikea. Kun yksinkertaiset säännöt tuottavat monimutkaisia kaavoja luonnollisesti, se herättää toiveita siitä, että todellisuus on jollain tapaa elegantti.