Dette syntes om så godt et billede som helst for en historie om streng-teorien.Billede: Daniel Schwen (Wikimedia Commons)
Harvard fysiker Cumrun Vafa er en af strengteori stærkeste fortalere. Men denne sommer, andre string teoretikere har været afhaspning fra hans seneste formodninger, som kan medføre, at deres ideer bygget på en årti-lang antagelse, at mørk energi er konstant. Vafa arbejde indebærer, at mørk energi værdi ændres.
En ikke-konstant mørke energi er en konsekvens af Vafa og hans medarbejdere’ forsøg på at anvende strengteori til et univers som vores—en, hvor meget vakuum af rum ser ud til at have nogle iboende energi. Hvis hans formodninger (og strengteori sig selv) er sandt, mørk energi, de mystiske ting, der synes at udgøre mere end 70 procent af universets samlede masse og energi og brændstoffer sin hurtige ekspansion, bør være en ændring af kraft. Men en konstant mørk energi har længe fungeret som en rygrad til at mange string teoretikere’ ideer—paradoksalt nok, et ikke-konstant mørk energi kunne være en markering af den teori ‘ s succes.
“Det ville være første gang, vi har fået noget nyt ud af strengteori, at man kunne måle,” videnskabsmand Timm Wrase fra Institut for Teoretisk Fysik på TU Wien i Østrig fortalte Gizmodo. “Men jeg ved ikke, om det vil ske.”
Lad os starte fra begyndelsen: Vi lever i et univers, der ser ud til at følge reglerne. På den storslåede skala, store genstande følge regler i den generelle relativitetsteori, hvor de interagerer med hinanden gennem tyngdekraften. På den mindste skala, subatomare partikler følge reglerne for kvantemekanik og quantum field theory, interagere via kraft felter, der manifesterer sig som kraft-bærende partikler. Men den matematik falder fra hinanden, når du forsøger at forklare den generelle relativitetsteori som en enorm udvidelse af quantum field theory. En større teori—string theory—forsøg på at forene de to, hvor hver partikel er faktisk en lille snor, hvis vibrationer i et højere dimensioneret rum indkode de egenskaber, som forskerne observere.
“Teori” er lidt af en misvisende—det er mere som en overordnet matematisk ramme, hvorfra forskerne kan udlede teorier om universet, samt et ufatteligt antal af andre tilladte universer. String teoretikere håber, at vores univers er blandt disse muligheder. Andre mener, at strengteori er forkert i forhold til sin meget centrale, selv om jeg ikke vil komme ind i denne historie.
String teorier skal forklare et univers som vores, på enhver måde for at være korrekte, selvfølgelig. Vores univers ser ud til at bestå af omkring 4 procent sagen (de ting, der gør op med alt, hvad vi ser), 25 procent mystiske mørke stof, og resten siden 1998-observation af universets udvidelse accelererer, “mørk energi.” String teoretikere har opereret under antagelse af, at mørk energi ‘ s styrke ikke ændrer sig, og deres teorier har udviklet sig i form. Men Vafa og hans medforfattere formodede, i en artikel, denne sommer, at for at eksistere efter reglerne i strengteori, vores univers skal have en mørk energi felt, hvis værdi er faldende.
“Uanset om mørk energi ændrer sig eller ej, er en alvorlig ting,” Vafa fortalte Gizmodo.
Hvis mørk energi ‘ s værdi er ændret, godt, det ville være en big deal for dem, hvis teorier basere sig på den antagelse, at det var i stedet en medfødt konstant. “Vi kan blive nødt til at gå tilbage til det grundlæggende,” Wrase sagde. Det ville også ændre vores forståelse af universets udvikling—både i fortiden og fremtiden.
Vafa ‘ s formodning var oprindeligt ganske stærk, og førte til “stor spænding,” sagde Wrase (du kan læse om det her), der tjener som en opfordring til handling for streng teoretikere, der følte at rammen blev truet. Nogle kaldte det decideret forkerte—Stanford fysiker Eva Silverstein fortalte Kvanter, at formodningen var forankret i spekulation, og at det nævnte “yderst tvivlsom” – analyser. Andre bruger papir, som en mulighed for at sikre, at deres teorier kan faktisk beskrive et univers som vores.
Wrase og andre har siden præsenteret en kritisk kig på Vafa og hans gruppes arbejde, mest for nylig publiceret i Physical Review D. Wrase papir finder, at nogle af vores eget univers er teoretiseret egenskaber, specielt dem, om Higgs-partiklen er forbundet felt, der modsiger nogle af matematik i formodninger. Tænk tilbage til precalculus—den indledende antagelse i det væsentlige sagde, at den adfærd, de fysiske felt, der regulerer mørk energi, der stammer fra en matematisk funktion med ingen maksima eller minima, en linje på en graf med ikke toppe eller dale. Wrase fundet, at tilstedeværelsen af force field, der er forbundet med Higgs-bosonen, der er nødvendiggjort af et højdepunkt i denne funktion.
Men Wrase er papir ikke udelukke Vafa idé—Vafa følte, at det skærpede formodninger bedre til at gælde for det univers, vi lever i. Der er andre sådanne papirer, at stramme formodninger, og Vafa, der er aftalt med disse justeringer.
Den virkelige spænding kommer fra, hvordan vi kan vide, om Vafa ‘ s arbejde har givet en målbar forudsigelse af strengteori—hvilket ville være første gang. Eksperimenter som Mørk Energi Undersøgelse eller den kommende WFIRST teleskop kan muligvis afsløre, om mørk energi er konstant, eller ændrer sig over tid, og måske kunne gøre det inden for de næste par år.
Så er et paradigme-skift opdagelse i horisonten? “De fleste forskere vil ikke sige, at den antagelse er forkert eller rigtigt,” Wrase sagde. Vafa selv sagde, at selvfølgelig kunne han være forkert, hvilket også ville sige noget vigtigt om streng-teorien. “Men det kan også være fantastisk, hvis [Vafa] er rigtigt,” sagde Wrase. “Det ville være den største ting der nogensinde er i strengteori—for at gøre en målbar forudsigelse.”
[NOBJ]
Dele Denne Historie