For et århundrede siden oplevede fysikken en hurtig række gennembrud, der revolutionerede vores forståelse af universet. Dog ser det ud til, at feltet for nylig er nået et plateau. De samme fundamentale spørgsmål, der forvirrede forskerne for et århundrede siden, fortsætter med at forvirre os i dag. Særligt gåden om mørkt stof, den sande betydning af kvantemekanik og den undvigende harmoni mellem tyngdekraften og kvantefysikken forbliver uløste.
For nylig opstod der et glimt af håb med arbejdet fra Jonathan Oppenheim, en professor i kvanteteori på University College London. Oppenheims unikke perspektiv vakte min opmærksomhed, da vi begge deler en intellektuel historie med at studere sorte huller og den informationsparadoks, der omgiver dem. Selvom vores veje adskilte sig når det kom til den grundlæggende årsag til problemet, tilbyder Oppenheims forslag om at bebrejde tyngdekraften en interessant mulighed.
Oppenheim foreslår en simpel, men radikal idé: introducer tilfældighed i tyngdekraften, på linje med den iboende uforudsigelighed i kvantemekanikken. I modsætning til andre fundamentale kræfter, såsom elektromagnetisme og de stærke og svage kernekræfter, som beskrives af kvanteprocesser, forbliver tyngdekraften en klassisk teori, som beskrives af Einsteins generelle relativitetsteori. Den holder fast i determinisme, hvor fremtidige begivenheder kan deduceres ud fra tidligere begivenheder. I modsætning hertil omfavner kvantemekanikken tilfældighed og iboende usikkerhed.
Einstein, en stærk fortaler for determinisme, mente, at kvantemekanikkens tilfældighed indikerede en fundamental ufuldstændighed i teorien. Han håbede på at finde en klassisk teori, der kunne forklare universets funktion fuldt ud. Trods den empiriske succes med den generelle relativitetsteori, formår den ikke at adressere visse situationer, hvor kvantemekanikkens egenskaber spiller ind.
Tag f.eks. det berømte dobbeltspalteeksperiment med elektroner. Disse partikler udviser bølge-partikel dualitet, hvilket betyder, at de kan passere gennem begge åbninger samtidigt. Men hvis elektroner har masse, som genererer tyngdekraft, hvordan kan den generelle relativitetsteori så forklare deres samtidige tilstedeværelse på to steder? Teorien giver ikke et tilfredsstillende svar.
Lignende vanskeligheder opstår, når man forsøger at forstå fænomener som sorte huller og Big Bang. Einsteins matematik kan simpelthen ikke håndtere disse ekstreme tilfælde. Fysikere har længe søgt en teori, der kan forlige kvantemekanik med tyngdekraft, kendt som “kvantetyngdekraft”.
Selvom der blev gjort forsøg på at formulere en kvanteteori om tyngdekraft i 1930’erne, mislykkedes disse bestræbelser i sidste ende. Richard Feynman og Bryce DeWitt, blandt andre, udforskede mulighederne for at kvantisere tyngdekraft ved hjælp af eksisterende matematiske rammer. Desværre viste den resulterende teori, kendt som perturbativt kvantiseret tyngdekraft, sig at være utilstrækkelig i ekstreme scenarier.
Trods udfordringerne åbner Oppenheims forslag om at introducere tilfældighed i tyngdekraft nye muligheder for udforskning. Ved at omfavne den uforudsigelige natur af kvantemekanikken og kombinere den med tyngdekraften kan vi endelig finde en løsning på de langvarige problemer, der har plaget fysikere i et århundrede. Selvom vejen fremad kan være vanskelig, kan vi med inspiration fra Oppenheims arbejde forny vores bestræbelser på at afsløre universets mysterier og skabe en ny forståelse af fysik.
Ofte stillede spørgsmål:
1. Hvad er de vigtigste uløste mysterier inden for fysikken?
De vigtigste uløste mysterier inden for fysikken inkluderer naturen af mørkt stof, den sande betydning af kvantemekanikken og forsoningen af tyngdekraften med kvantefysikken.
2. Hvem er Jonathan Oppenheim?
Jonathan Oppenheim er en professor i kvanteteori på University College London. Han har bidraget til studiet af sorte huller og informationsparadoksen omkring dem.
3. Hvad er Oppenheims forslag til at løse fysikkens mysterier?
Oppenheim foreslår at introducere tilfældighed i tyngdekraften, på lignende vis som den iboende uforudsigelighed i kvantemekanikken. Dette kan potentielt forsones kvantemekanikken og tyngdekraften og give løsninger på langvarige problemer i fysikken.
4. Hvad er forskellen mellem kvantemekanik og den generelle relativitetsteori?
Kvantemekanik er en teori, der beskriver partiklers adfærd på mikroskopisk niveau og omfavner tilfældighed og iboende usikkerhed. Den generelle relativitetsteori er derimod en klassisk teori, der beskriver tyngdekraften og holder fast i determinisme, hvor fremtidige begivenheder kan deduceres ud fra tidligere begivenheder.
5. Hvorfor kan den generelle relativitetsteori ikke håndtere visse situationer?
Den generelle relativitetsteori mangler evnen til at adressere visse situationer, såsom partiklers adfærd med både bølge- og partikel-lignende egenskaber (bølge-partikel dualitet) og ekstreme scenarier som sorte huller. Teorien er utilstrækkelig når det kommer til at inkorporere kvantemekanikkens egenskaber.
Nøglebegreber:
1. Mørkt stof: En hypotetisk form for stof, der menes at udgøre en betydelig del af universets samlede masse, men som ikke udsender, absorberer eller interagerer med lys eller elektromagnetisk stråling.
2. Kvantemekanik: En gren af fysikken, der beskæftiger sig med partiklers adfærd på atom- og subatomisk niveau og involverer principperne om bølge-partikel dualitet, superposition og usikkerhed.
3. Den generelle relativitetsteori: Einsteins tyngdelov, der beskriver tyngdekraften som krumningen af rumtid forårsaget af masse og energi.
4. Determinisme: Den filosofiske koncept, at alle begivenheder, herunder fremtidige begivenheder, determineres af tidligere begivenheder og naturlovene.
Relaterede links:
Physics World
Nature – Physics
The source of the article is from the blog japan-pc.jp