En teori for alting er stadig ønskedrømmen
Einsteins arvtagere prøver at færdiggøre arbejdet med at forene naturens kræfter i en samlet teori. Begreber som rum og tid står over for at få en helt ny forklaring
I det næsten kvarte århundrede Albert Einstein var tilknyttet Institute of Advanced Studies i Princeton arbejdede han på at udvikle en forenet feltteori for elektromagnetisme og gravitation: de to naturkræfter, der var kendt for Einstein og samtidens fysikere.
Institute of Advanced Studies med adresse på Einstein Drive huser også i dag forskere, der forsøger at finde en teori for alting – en teori, der forener de nu fire kendte naturkræfter, der foruden elektromagnetisme og gravitation også omfatter den stærke kernekraft, der holder atomkernen sammen, og den svage kernekraft, der er ansvarlig for radioaktive henfald af visse atomkerner.
Edward Witten, der ofte omtales som Einsteins arvtager, lancerede i 1995 sammen med Paul Townsend fra Cambridge University M-teori – det er et af de bedste bud i øjeblikket på en teori for alting.
»M kan betyde magi, mystik eller matrix,« har Ed Witten forklaret og tilføjet, at det sådan set også kan betyde mørk eller mudret, for M-teori er endnu ikke en færdigudviklet teori.
Hans kollega Nathan Seiberg har til den britiske avis the Guardian forklaret det på denne måde: »Albert Einstein fastlagde nogle overordnede principper med sin generelle relativitetsteori og udledte derefter konsekvenserne. I dag er vi i den bizarre situation, at vi ved, hvordan vi skal finde nogle af konsekvenserne, men vi kender ikke de fundamentale principper.«
M-teori er en videreudvikling af strengteorien til hvis grundlæggere hører professor Holger Bech Nielsen på Niels Bohr Institutet, der var med til at lancere teorien omkring 1970. I strengteorien er naturens grundlæggende enheder strenge i stedet for punktpartikler. Strengene levede oprindeligt i et rum med 10 dimensioner, hvor der udover de sædvanlige tre rumdimensioner og den ene tidsdimension var seks yderligere rumdimensioner krøllet så tæt sammen, så man ikke kan opfatte dem i det daglige – på samme måde som en haveslange på lang afstand ser ud som en linje.
I M-teori findes der endnu en ekstra dimension, så der i alt er 11 dimensioner, og på den måde er det lykkedes at samle forskellige strengteorier under en hat.
Strengteori (og M-teori) hænger sammen med en ny symmetri i naturen i form af såkaldt supersymmetri. De supersymmetriske partikler har endnu ikke kunnet observeres, fordi man ikke har haft nok energi til at skabe den i de store partikelacceleratorer ved Cern eller i USA. Men når den nye LHC accelerator står færdig i 2007 ved Cern, vil de blive observeret – hvis de altså eksisterer!
Idéen om de ekstra dimensioner er dog ikke af ny dato. Den dukkede op allerede få år efter Einsteins generelle relativitetsteori i 1915/16.
I 1919 sendte Theodor Kaluza en artikel til Einstein, hvor han foreslog at indføre en ekstra, femte dimension med henblik på at forene gravitation og elektromagnetisme i en femdimensional rumtid, hvor den ene rumdimension var krøllet op. Einstein sendte et positivt svar tilbage til Kaluza, men af uvisse grunde gik der to år før Einstein sendte artiklen videre til prøjsiske videnskabsakademi, som offentliggjorde artiklen i 1921.
I 1926 tog den svenske matematiker Oskar Klein, der arbejdede tæt sammen med Niels Bohr, teorien op. Disse tidlige forsøg på at betragte en verden i fem dimensioner kendes i dag som Kaluza-Klein teorier.
Til trods for Einsteins positive indstilling i begyndelsen tog han dog efterhånden afstand fra tanken om en femte dimension. Einstein havde med formlen E = mc2 gjort energi og stof til to sider af samme sag, hvor stof kan betragtes som stabile klumper af energi. Ligningerne for energitilstandens udvikling med tiden minder om bølgeteori og varmeteori, så energi vil med tiden fordele sig mere og mere jævnt, men mindre der findes stabile løsninger til ligningerne, såkaldte solitioner – som er karakteriseret ved netop at bevare deres form, således at stof ikke »flyder« fra sig selv.
I 1943 skrev Einstein sammen med Wolfgang Pauli i Annals of Mathematics en artikel, der viste, at i Kaluza-Kleins teorien kan der ikke findes energisolitioner (altså stof), og det gør unægtelig teorien mindre interessant. I 1983 kunne David Gross, modtager af nobelprisen i 2004, og Malcolm Perry dog vise, at der i Kaluza-Kleins teorien faktisk kan findes stabile energiklumper i form af magnetiske monopoler, så tanken om de ekstra dimensioner var altså ikke dødfødt på forhånd.
Det lykkedes aldrig for Einstein at komme i nærheden af en forenet teori. Tog Einstein fuldstændig fejl? I dag siger David Gross både ja og nej
»Ja – han nægtede at acceptere kvantemekanikken og han ignorerede udviklingen inden for partikelfysikken. Nej – han viste, at kræfterne måtte kunne forenes, og troede på muligheden.«
Ved afslutningen af sit liv var Einstein godt klar over, hvordan omverdenen opfattede ham. I 1954 sagde han: »Jeg må betragtes som en struds, der til evighed begraver mit hoved i det relativistiske sand for at undgå at se det onde kvantum i øjnene«.
Ed Witten, Nathan Seiberg, David Gross og Holger Bech Nielsen er alle indstillet på helt at gøre op med de fundamentale begreber for rum og tid.
»Rum og tid er dødsdømt,« siger Ed Witten. »Jeg er næsten sikker på, at rum og tid er illusioner,« siger Nathan Seiberg.
Ed Witten og Nathan Seiberg går M-teori-vejen i deres arbejde. Holger Bech Nielsen har i sine bestræbelser forladt sit eget barn, strengteorien, og arbejder nu med et koncept, der kaldes tilfældig dynamik, hvor naturens tilfældigheder er udgangspunktet. Han er allerede godt på vej med en måde, hvor rum opstår som en konsekvens af en generel feltteori.
»Vi tager ikke Einsteins teorier som udgangspunkt, men udleder dem ud fra noget mere fundamentalt,« forklarer han.
Så måske er verden noget helt andet, end det vi normalt tror. Men det er der sådan set ikke noget nyt i. David Gross henviser til Demokrit, der for to et halvt årtusinde siden gav udtryk for følgende »Ifølge gængs opfattelse findes der varme, kulde, farve, smag, men i realiteten er der kun atomer og tomrum«.
På samme måde er det måske sådan, at der ifølge gængs opfattelse findes rum og tid, men i realiteten er der ..? u
