Dit leek ongeveer net zo goed een afbeelding als een verhaal over de string-theorie.Afbeelding: Daniel Schwen (Wikimedia Commons)
Harvard natuurkundige Cumrun Vafa is één van de snaartheorie is de sterkste voorstanders. Maar deze zomer, andere string theoretici zijn aan het bijkomen van zijn laatste vermoeden, dat zou kunnen vervallen hun ideeën gebouwd op een tien jaar lange veronderstelling dat donkere energie is constant. Vafa het werk houdt in dat donkere energie de waarde verandert.
Een niet-constante donkere energie is een gevolg van Vafa en zijn medewerkers’ probeert toe te passen string theorie tot een universum zoals het onze, waar de zeer vacuüm van de ruimte lijkt te hebben een aantal aangeboren energie. Als zijn vermoeden (en string theorie zelf) is waar, de donkere energie, de mysterieuze dingen die schijnt meer dan 70 procent van het heelal is de totale massa en energie en brandstoffen zijn van versnelde expansie, moet een veranderende kracht. Maar een constante donkere energie heeft lange tijd gediend als een ruggengraat van vele string theoretici’ ideeën—paradoxaal genoeg, een niet-constante donkere energie zou een teken van de theorie met succes.
“Dit zou de eerste keer zijn dat we iets van de snaartheorie is dat je zou kunnen meten,” wetenschapper Timm Wrase van het Instituut voor Theoretische Natuurkunde aan de TU Wien in Oostenrijk vertelde Gizmodo. “Maar ik weet niet of het zal gebeuren.”
Laten we beginnen bij het begin: We leven in een universum dat lijkt te volgen regels. Op de grootste schaal, grote objecten volgen de regels van de algemene relativiteitstheorie, waar ze met elkaar communiceren door middel van de kracht van de zwaartekracht. Op de kleinste schaal, subatomaire deeltjes volgen de regels van de kwantummechanica en quantum field theory, interactie via krachtvelden die zich manifesteren als krachtdragende deeltjes. Maar de wiskunde valt uit elkaar wanneer u probeert te verklaren met de algemene relativiteitstheorie als een enorme uitbreiding van de quantum theorie van het gebied. Een grotere theorie—string theorie—pogingen om het verenigen van de twee, waar elk deeltje is eigenlijk een klein string waarvan de vibraties in een hoger-dimensionale ruimte coderen van de eigenschappen die wetenschappers observeren.
“Theorie” is een beetje een verkeerde benaming—het is meer als een overkoepelende wiskundig kader van die wetenschappers kunnen ontlenen aan theorieën over het universum als een verbijsterend aantal andere toegestane universes. String theoretici hoop dat ons universum is een van deze mogelijkheden. Anderen denken dat de snaartheorie is onjuist om de kern, maar ik zal niet in dit verhaal.
String theorieën die moeten verklaren een universum zoals het onze in elke manier om de juiste te zijn, natuurlijk. Ons universum lijkt te bestaan uit ongeveer 4 procent van de materie (de dingen die maakt van alles wat we zien), 25 procent mysterieuze donkere materie, en de rest, sinds 1998 observatie van het heelal, die de expansie versnellen, “donkere energie.” String theoretici hebben geëxploiteerd onder de veronderstelling dat de donkere energie is de kracht niet veranderen, en hun theorieën hebben ontwikkeld in natura. Maar Vafa en zijn coauthors straalde in een papieren deze zomer dat om te kunnen bestaan door de regels van de snaartheorie, ons universum moet een donkere energie-veld waarvan de waarde is gedaald.
“Of donkere energie verandert of niet is een ernstige zaak,” Vafa vertelde Gizmodo.
Als de donkere energie de waarde is veranderd, dat is een big deal voor degenen wier theorieën steunen op de veronderstelling dat het in plaats van een aangeboren constant. “Misschien moeten We terug naar de basis gaan,” Wrase zei. Het zou ook een verandering in ons begrip van het universum, de evolutie—zowel in het verleden en de toekomst.
Vafa s vermoeden werd oorspronkelijk vrij sterk en leidde tot “enorme opwinding,” zei Wrase (lees hier), die als een call-to-action voor string theoretici die vonden het kader bedreigd werd. Sommigen noemden het ronduit verkeerd—Stanford natuurkundige Eva Silverstein vertelde Quanta dat het vermoeden was geworteld in speculatie en dat het aangehaalde “zeer twijfelachtig” analyses. Anderen gebruiken het papier als een kans om ervoor te zorgen dat hun theorieën kunnen inderdaad het beschrijven van een universum zoals het onze.
Wrase en andere partijen hebben sindsdien voorgesteld een kritische blik op Vafa en zijn groep werkt, het meest recent gepubliceerd in Physical Review D. Wrase het papier vindt dat sommige van ons eigen universum theorie eigenschappen, met name die met betrekking tot het Higgs-boson is gekoppeld veld, in tegenspraak met sommige van de wiskunde in het vermoeden. Denk terug aan precalculus—de eerste vermoeden wezen zei dat het gedrag van de fysieke veld raad van donkere energie is afgeleid van een wiskundige functie met geen maxima of minima, een lijn in een grafiek zonder pieken of dalen. Wrase gevonden dat de aanwezigheid van de force veld geassocieerd met het Higgs-boson noodzaakte tot een piek in die functie.
Maar Wrase het papier niet uit te sluiten Vafa idee—Vafa voelde het scherper maken van de vermoedens beter te kunnen toepassen op het universum waarin we leven. Er zijn andere papieren die draai het vermoeden, en Vafa akkoord gaat met deze verfijningen.
De echte spanning komt van hoe snel kunnen we weten of Vafa werk heeft geleid tot een toetsbare voorspelling van de string theorie—dat zou een primeur. De experimenten als de Donkere Energie Onderzoek of de komende WFIRST telescoop kan mogelijk detecteren of donkere energie is constant of het veranderen van de loop van de tijd, en misschien doen binnen de komende paar jaar.
Dus, is een paradigma-verschuiving ontdekking aan de horizon? “De meeste wetenschappers zou niet zeggen dat het een vermoeden is fout of goed,” Wrase zei. Vafa zelf zei dat hij natuurlijk kan het mis hebben, dat zou ook zeggen dat iets belangrijks over de string-theorie. “Maar het kan ook een spectaculair als [Vafa] is goed,” zei Wrase. “Het zou het grootste dat ooit in de snaartheorie—een meetbare voorspelling.”
[PRD]
Deel Dit Verhaal