”För att vara ärlig så finns det ingen annan teori”

2021-06-13 07:30  

En teori som kan samla alla andra fysikteorier i en kort ekvation är slutmålet för många fysiker. I sin nya bok beskriver Michio Kaku den teori som kan vara med och ge oss svaret på alla universums hemligheter – strängteorin.

Landvinningar inom fysiken har ofta hjälpt samhället framåt. Newtons gravitationslagar la grunden för den industriella revolutionen och Maxwells lagar gav oss elektricitetens tidsålder. Men under årens lopp har önskan om att hitta en slutgiltig teori, en teori om allt – den så kallade gudsekvationen – kvarstått. 

Den amerikanska professorn Michio Kakus senaste bok The God Equation: The Quest for a Theory of Everything tar oss genom historien och fram till den teori som han tror har svaret. 

– I strängteorin är partiklar inget annat än noter spelade på ett litet gummiband. Fysiken är harmonierna, reglerna för de olika resonanserna. Kemin, alltså interaktionerna mellan partiklarna, är melodierna som kan spelas på dessa vibrerande strängar. Universum är en symfoni av strängar, berättar Michio Kaku för Ny Teknik.

”Dålig idé” att kontakta utomjordingar

Michio Kaku är fysiker verksam i New York. Han medverkar ofta i populärvetenskapliga sammanhang. En ståndpunkt som har fått stor spridning är den att även om vi någon gång skulle hitta utomjordiskt liv vore det en dålig idé att ta kontakt.

”Det finns kolleger som anser att vi borde ta kontakt. Jag tycker att det är en förskräcklig idé. Vi känner alla till vad som hände med Montezuma när han träffade Cortés i Mexico” sa han i en intervju i The Guardian.

Om det, och om strängteori, pratade han också om på The Late Show med Stephen Colbert i april i år.

 

Och vad ska vi ha strängteorin till? Så här skriver Michio Kaku på Twitter.

Så här föddes strängteorin

Det strängteorin säger är att den minsta beståndsdelen som finns är en sträng – och att elementarpartiklarna är uppbyggda av strängar. 

Precis som en gitarrsträng kan vibrera i olika frekvenser för att skapa olika toner så kan denna sträng ge oss de olika partiklarna som bygger universum. Till exempel är elektronen, fotonen och kvarkarna som bygger upp protonen likadana strängar som vibrerar med olika frekvenser. 

Strängteorin fick sin början 1968 när de två unga fysikerna Gabriele Veneziano och Mahiko Suzuki bläddrade igenom en gammal mattebok och möttes av en abstrakt ekvation nerskriven av Leonhard Euler två sekel tidigare. Ekvationen verkade beskriva kollisionen mellan två subatomära partiklar, något man inte hade kunskap om på 1700-talet. 

– De tummade igenom gamla matteböcker och stötte på Eulers betafunktion – och bingo, det var magi. Först senare förstod man att ekvationen beskrev kollisionen mellan strängar, och då blev det en industri utav det hela, säger Michio Kaku.

Leonard Euler skrev på 1700-talet ned funktionen som senare blev grunden för strängteorin. Foto: TT

Att kollisionen mellan strängar kunde förutspå subatomära partiklars agerande blev grunden för strängteorin, och förhoppningen om att det var teorin om allt växte. Det finns fyra fundamentala krafter: gravitationen, den elektromagnetiska kraften samt den svaga och starka kärnkraften. En teori om allt måste kunna förena alla dessa, helst i en simpel ekvation, och ska då kunna beskriva hela universum.

Standardmodellen – teorin om nästan allt

Standardmodellen används i dag för att beskriva de minsta partiklarna och deras interaktioner med varandra via elektromagnetisk, stark eller svag växelverkan. Den kallas ibland teorin om nästan allt då modellen inte inkluderar gravitationskraften.

Michio Kaku ser standardmodellen som en temporär och hopplockad lösning där ett av problemen är de många fria parametrarna.

– Vi vill reducera antalet fria parametrar till så få som möjligt. Strängteorin har inga fria parametrar, men många lösningar. Standardmodellen är inte unik, man kan leka med siffrorna, ändra massan hos kvarkar, styrkan hos kärnan. Men strängteorin är unik, det enda vi behöver för att bygga hela universum är startvärdena, säger Michio Kaku. 

Ett vidare problem med standardmodellen är att den inte är helt symmetrisk. Symmetri kan beskrivas som en sfär som roteras, men förblir likadan. På samma sätt kan en ekvation vara symmetrisk om en fysisk eller matematisk egenskap förblir densamma efter att ekvationen har transformerats. Och enligt Michio Kaku är symmetri ett krav för gudsekvationen.

– De fyra fundamentala krafterna bör rotera in i varandra. Gravitation bör rotera till kärnkraften, kärnkraften till elektromagnetism. Och det är precis vad som händer i strängteorin.

Den planerade gravitationsvågdetektorn Lisa, som europeiska ESA står bakom, ska undersöka universums första ögonblick, vilket kan låta oss testa strängteorin, enligt Michio Kaku. Illustration: AEI/Milde Marketing/Exozet

Varje lösning av strängteorin ger oss ett helt universum, vilket är förväntat av en teori om allt. Men för att bevisa teorin direkt skulle vi då behöva skapa ett universum från grunden. I stället får vi förlita oss på indirekta bevis, som skulle kunna fås genom att studera sådant som strängteorin förutspår. Bland annat kan vi försöka hitta villkoren vid universums födelse, studera mörk materia eller leta fel i standardmodellen.

Michio Kaku: Finns ingen annan teori som uppfyller kriterierna

Michio Kaku ser inte bristen på direkt bevisföring som ett problem, och han poängterar att det inte finns några konkurrenter till teorin i dagsläget.

– För att vara ärlig så finns det ingen annan teori. En teori om allt måste uppfylla tre kriterier, bara tre kriterier. Den måste inkludera Einsteins generella relativitetsteori, standardmodellen och också vara ändlig och matematisk konsistent. Av alla hundratals förslag som lagts fram kan de skjutas ner ett efter ett för att de inte uppfyller dessa tre kriterier, säger Michio Kaku.

Den generella relativitetsteorin faller ut från strängens lägsta vibration, och lite justering ger även standardmodellens alla partiklar. Då återstår det sista kravet. För att en teori ska vara ändlig får den inte innehålla avvikelser som går till oändligheten. Och här uppstår nästa problem som kritiker ofta tar upp. Ekvationerna i strängteorin är bara ändliga i tio dimensioner.

Michio Kaku. Foto: Craig Pittma/TT

De fyra krafterna som vi vill förena med en enda ekvation passar i strängteorin inte ihop ifall vi tänker oss världen som tre, fyra eller ens femdimensionell. Det är först när vi har tio dimensioner som teorin blir matematiskt konsistent och krafterna går att förena.

Bristen på konkurrerande teorier har fått många fysiker att acceptera möjligheten att sex av dessa dimensioner en gång funnits men sedan kollapsat, och i dag helt enkelt är för små för våra atomer.

Letar vidare efter gudsekvationen

Tillsammans med Keiji Kikkawa skapade Michio Kaku en fältteori för strängteorin. En fältteori är en mer kompakt form som förklarar en teori med hjälp av fält, som till exempel elektriska fält. Michio Kaku trodde ett tag att deras lösning var gudsekvationen, att de hade hittat teorin om allt.

Men från strängteorin uppstod sedan det som kallas M-teori. Här finns utöver strängar även vibrerande membran som är med och bygger upp universum.

Det är här Michio Kaku tror att gudsekvationen till slut kommer att hittas.

– Jag brukar säga till unga personer att om de vill inta en plats i historien, kanske vinna ett Nobelpris, så ska de försöka hitta en gemensam fältteori för membran och strängar. Och om någon någonsin hittar gudsekvationen så har jag ett råd, säg till mig först. Så publicerar vi tillsammans och delar på Nobelpriset, säger Michio Kaku.

Mer om Michio Kaku

Michio Kaku (född 1947) är teoretisk fysiker och professor vid City College of New York. Han skrev sin doktorsavhandling inom strängteorin och utvecklade senare strängfältsteorin tillsammans med Keiji Kikkawa. 

Michio Kaku är känd för sitt intresse för populärvetenskap och för att sprida kunskap och har deltagit i många tv- och radioprogram. Utöver att forska och undervisa har Michio Kaku skrivit följande böcker:

Beyond Einstein (1987, tillsammans med Jennifer Thompson)

Hyperspace (1994)

Visions (1997)

Einstein’s cosmos (2004)

Parallell worlds (2004)

Physics of the Impossible (2008)

Physics of the Future (2011)

The Future of the Mind (2014)

The Future of Humanity (2018)

The God Equation (2021)

Bill Burrau

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt