To teorier

Dette er skolefysikken i all sin prakt: Med tiden vil et fysisk system alltid søke mot den laveste tilgjengelige likevekten. Det stemmer for mekanikken, og det stemmer for elektrodynamikken.

Det stemmer også for Einsteins generelle relativitetsteori og for kvantefysikken. Det er disse to teoriene som ser ut til å beskrive naturen slik den er. De ser heller ikke ut til å være forenlige med hverandre.

Det er i hvert fall det de sier på TV.

Einsteins generelle relativitetsteori er beskrevet av seksten hyperbolsk-elliptiske partielle differensiallikninger som beskriver universets forløp så godt som vi kan forklare det. Det er bare så dumt at vi ikke egentlig kan løse likningene. I en serie med tidligere innlegg her på EduGalaxen forklarer jeg litt nøyere hvordan denne saken er blitt taklet, men her i dagens innlegg vil jeg bare påpeke at det handler om å finne passende approksimasjonsmetoder.

Greit, men da har jeg et spørsmål: Hvordan kommer man overhodet frem til noe sånt? Se på bildet nedenfor. Det viser den mest kjente tilnærmingen til vitenskap.

Vi ser noe, vi stiller gode spørsmål om hvorfor ting er som de er, vi eksperimenterer og formulerer teorier. Det er slik vi har funnet ut det meste som vi vet om naturen. I eksemplet ovenfor kom vi frem til det vi vet i dag, nemlig den generelle relativitetsteorien. Dette gjorde vi stort sett gjennom å spørre oss selv om hva vi så på himmelen, og ved hjelp av vitenskapelig metode, over tid. Dette tok oss 6000 år, minst.

Det er imponerende å tenke på! Samtidig finnes det en noe som er enda mer imponerende, og som jeg synes vi mennesker egentlig ikke har noen rett til å kunne noe om, nemlig kvantefysikk!

Se på denne likningen:

Så, hvordan håndterer man en slik haug med symboler? Approksimasjoner, så klart, men i dette tilfellet har et annet verktøy vist seg å være enda mer virkningsfullt: symmetrier.

Hva er en symmetri?

Totalenergien i et fysisk system, som alltid blir bevart, er kanskje den mest kjente av alle symmetrier i fysikken. Generelt, så er en symmetri noe som forblir uforandret under en fysisk prosess. Man snakker da om en symmetri i forhold til en bestemt fysisk prosess.
I kvanteelektrodynamikken finnes det også symmetrier. På 1950- og 60-tallet fant forskere symmetrier som førte til prediksjoner om nye partikler, de såkalte kvarkene.
De heter «kvarker», som på tysk heter «curd», men de, i motsetning til «Quark», er reelle partikler vi har funnet.

Man kan forresten også anvende denne tankegangen på universet selv. I begynnelsen, så tror vi per i dag, at alt var ett. Det fantes bare kvantefluktuasjoner før og strålingsenergi under selve Big Bang. Mens universet ekspanderte og avkjølte seg, så dukket det opp andre former for energi. I tankegangen rundt symmetrier kan man godt si at først, så var den totale strålingsenergien konstant. Så var det plutselig mulig for partikler å dannes, og, siden dette er fysikk, så ble de dannet av akkurat denne grunnen. Først var det subatomære, så atomære partikler. Etter hvert ble det så mange partikler, eller, forklart på en annen måte, så lite stråling, at universet ble transparent

Men vent nå litt!

Hvorfor prater vi partikkelfysikk når dette gjelder Big Bang og generell relativitet? Er ikke disse to tingene uforenlige? Hva er det som skjer nå?

For Big Bang og relativitetsteorien forteller oss om hvor partikler kommer fra, og hva de er, en type energi (E=mc²!) som eksisterer fordi symmetrier ble brutt under universets ekspansjon i begynnelsen da selve universet som fysisk system lette etter den laveste energitilstanden sin.

På en måte har vi da knyttet relativitetsteorien til kvantefysikken, eller?

Ja og nei. Matten mangler, men ellers er alt på plass.

Det er mange som prøver å få matematikken til å gå opp også, og det er fint. Jeg gleder meg over det.

Men siden jeg forlot aktiv forskning har jeg fått et mer avslappet forhold til det hele. Jeg synes det er fantastisk at mennesker overhodet har klart å utvikle bare én av disse teoriene, for ikke å snakke om to.

(Takk til Connie Vøllestad for korrekturlesing og språkvask.)

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google+-foto

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s