Jakten på tyngdekraften åpner sju skjulte dimensjoner

Tyngdekraften holder beina våre på bakken, men faktisk er den mange ganger svakere enn de andre naturkreftene. Fysikerne har også lett forgjeves etter en partikkel som overfører tyngdekraften – men svaret på gåten ligger kanskje gjemt i sju ukjente dimensjoner i universet.

Shutterstock

Noen dager etter at astronauten Jack Lousma hadde vendt hjem til jorda fra et to måneder langt opphold på den amerikanske romstasjonen Skylab, satte han aftershaveflasken fra seg midt i løse lufta.

Et brak og en byge av glasskår minnet ham brått på at det var en dårlig idé. På romstasjonen hadde han vent seg til at ting svevde fritt rundt i vektløs tilstand.

Men på et bad på planeten jorda hersker det helt andre regler. Her er vi nådeløst underlagt tyngdekraften, og selv om vi ikke tenker så mye på det i det daglige, regjerer den over både stort og smått – også aftershave.

Når du løfter kaffekoppen fra bordet, merker du den usynlige kraften godt. Når mobilen smeller ned i asfalten, er det også den som er på ferde. Og når du går opp på badevekten, bestemmer den hvilket tall nålen til slutt peker på.

Faktisk ville ikke jorda ha eksistert hvis det ikke var for tyngdekraften.

© Marie Wengler

For nesten 14 milliarder år siden, etter big bang, sørget tyngdekraften for å trekke sammen materien, slik at stjerner og planeter ble dannet.

Og når den jorda vi lever på, er rund, skyldes det den samme kraften. Tyngdekraften forsøker nemlig å trekke alt det planetene består av, inn mot sentrum, men fordi materialet ikke kan presses helt sammen, får de form som kuler.

Tyngdekraften regjerer kort sagt som universets mektigste konge. Men selv om den kan virke som en innlysende sak, er den en av vitenskapens største gåter. Hver gang forskerne klarer å løfte en liten flik av sløret, har de møtt på nye problemer.

Det helt store spørsmålet, som fortsatt står ubesvart, er hvordan tyngdekraften overføres.

Noen forskere antar at det er en partikkel som formidler kraften, men selv om de allerede har gitt denne partikkelen et navn – den heter en graviton – har de tross iherdige anstrengelser fortsatt ikke klart å ta den på fersk gjerning.

Takket være genier som Isaac Newton og Albert Einstein vet vi i dag hvordan tyngdekraften virker mellom for eksempel jorda og en rakett, og hvordan den får planeter til å gå i bane rundt stjerner.

Men hvordan den virker på atomnivå, er et mysterium som forskerne fortsatt sliter med å løse. Hvis de klarer det, vil vi kanskje stå med selve «bruksanvisningen» til universet – fra den minste elementærpartikkelen til den største galaksen.

Stein og vann lengter tilbake til jorda

Omkring år 1600 gikk italieneren Galileo Galilei opp i et tårn og kastet ut to metallkuler. Det skulle bli begynnelsen på den vitenskapelige utforskningen av tyngdekraften.

Galilei hadde en god porsjon skepsis overfor det etablerte verdensbildet, som hadde røtter helt tilbake til omkring 350 år før vår tidsregning.

Den gang innså den greske filosofen Aristoteles at det måtte finnes en årsak til at ting falt mot bakken – og han mente at årsaken var innlysende: Ting faller mot bakken fordi de søker tilbake til det stedet de opprinnelig kommer fra.

En stein kommer fra jorda, ergo søker en stein som faller mot jorda. Det samme gjør vann, som også hører naturlig hjemme på planeten vår. Ild og luft er derimot av ikke-jordisk natur og stiger derfor til værs, hevdet Aristoteles.

Han var dessuten overbevist om at jo tyngre en gjenstand er, jo travlere har den det med å vende tilbake til utgangspunktet sitt og bli forent med sitt rette element – kort sagt faller tyngre gjenstander ifølge grekeren raskere enn lette.

Den teorien forekom så innlysende at det skulle komme til å gå nesten to tusen år før noen satte spørsmålstegn ved den.

Det var her Galilei kom på banen. Blant professorene ved universitetet i Pisa hadde Galileo Galilei rykte på seg for å være en uhyre begavet student, men også for å være sta, på grensen til det uutholdelige. Alt satte han spørsmålstegn ved.

Som 17-åring, i 1581, begynte han å studere medisin, men egentlig brant han mer for matematikk og mekanikk, og det var én ting som plaget ham.

Hver gang lærerne hans snakket om Aristoteles, kom Galilei med innsigelser. Han nektet å akseptere at vekten til en gjenstand har noen som helst betydning for hvor raskt den faller.

I et lufttomt rom, der luftmotstanden ikke spiller noen rolle, vil ethvert legeme falle med nøyaktig samme fart – og en stein faller ikke raskere enn en fjær, mente Galilei.

Omkring år 1600 bestemte han seg for å omsette teori til handling: Han tok med seg en tung og en lett metallkule opp trappene til toppen av et tårn – ifølge myten Det skjeve tårn i Pisa – for å utføre et eksperiment.

Hundrevis av nysgjerrige sjeler hadde ifølge overleveringen stimlet sammen ved foten av tårnet for å se om den gjenstridige Galilei ville gjøre seg til latter.

Tunge og lette kuler faller like raskt

Tilskuerne stirret opp på den dristige vitenskapsmannen som slapp de to metallkulene og lot dem falle fra toppen av tårnet.

Et sus gikk gjennom forsamlingen da den tunge og den lette kula, stikk i strid mot forventningene deres, traff bakken på akkurat samme tid og beviste at Galilei hadde rett.

Med dette og en lang rekke lignende falleksperimenter trakk Galilei teppet vekk under den etablerte lærdommen og demonstrerte igjen og igjen at det karakteristiske ved tyngdekraften er at alle legemer, uansett masse, faller like raskt.

Hadde han levd i 400 år, ville han utvilsomt ha jublet over et forsøk som den amerikanske Apollo 15-astronauten David Scott foretok under en månelanding i august 1971.

Få timer før hjemreisen fisket Scott opp en falkefjær av lommen. Foran kameraet tok han den 30 gram tunge fjæren og en hammer på 1,3 kilo og lot dem falle fra samme høyde gjennom det lufttomme rommet. Det var en hyllest til Galilei.

Og helt i overensstemmelse med det han hadde hevdet, dumpet fjæren og hammeren ned i månestøvet helt samtidig.

«Det er ingenting som litt vitenskap på månen», erklærte David Scott begeistret fra sin post nesten 400.000 kilometer fra jorda.

Samtidig med at Galilei fordypet seg i sine forsøk med legemers frie fall, gjorde den tyske astronomen Johannes Kepler en overraskende oppdagelse.

Etter årelange observasjoner av planetenes posisjoner på himmelhvelvet måtte han konstatere at planetene beveger seg i elliptiske baner og ikke i perfekte sirkler, slik som de lærde hittil hadde trodd.

Kepler formulerte en rekke lover for hvordan planetene beveger seg rundt sola, men han hadde egentlig ingen forklaring på hvorfor de beveger seg på denne måten.

Newtons epletre reiser ut i rommet

Det var neppe særlig mange andre i verden som festet seg ved at en moden frukt falt til jorda, men den 23 år gamle Isaac Newton var en usedvanlig begavet ung mann.

På grunn av pesten som herjet i Europa, hadde han flyktet fra Cambridge, der han studerte. En sensommerdag i 1666 satt han i hagen ved barndomshjemmet og drakk te i skyggen av et epletre, mens han lot tankene fare.

Plutselig dumpet det et eple ned foran føttene hans. Den banale hendelsen fikk Newton til å undre seg: Hvorfor faller epler alltid loddrett ned? Hvorfor stiger de ikke til værs eller beveger seg sidelengs? spekulerte han.

Tanken streifet ham at det måtte være en form for tiltrekningskraft inne i bildet. Jorda trakk i eplet og alle andre legemer i nærheten, og kanskje strakte denne kraften seg helt ut til månen og videre ut i universet.

Erkjennelsen skulle få vidtrekkende konsekvenser og oppta Newton dag og natt i en årrekke.

© Marie Wengler

Helt fra barnsben av hadde Newton imponert omgivelsene med sine geniale innfall.

Som gutt hadde han funnet opp en kornkvern drevet av mus, han hadde konstruert sinnrike klokker som målte tiden ved hjelp av vann, og bare ved å betrakte skyggen sin kunne han straks fastslå det nøyaktige tidspunktet på dagen.

Hadde han dessuten blitt utstyrt med evnen til å se inn i framtiden, ville Isaac Newton ha visst at nettopp det epletreet som på sensommeren 1666 slapp en av sine frukter i hagen ved barndomshjemmet, Woolsthorpe Manor, en gang i en fjern framtid ville bli kjent som The Gravity Tree, tyngdekrafttreet.

Han ville også vite at en håndfull frø fra det samme ekstremt seiglivede epletreet en desemberdag i 2015 ville stige til værs med en rakett og slippe unna selve den kraften som i sin tid hadde fått eplet til å dumpe ned for Newtons føtter.

Frøenes skjebne var å inngå i eksperimenter ved Den internasjonale romstasjon, ISS, der Newtons landsmann, astronauten Tim Peake, undersøkte hvordan oppholdet i verdensrommet påvirket dem.

Alle masser trekker i hverandre

Inspirert av nedfallsfrukten fikk Newton en idé: Han ville koble sammen Keplers lover for planetenes bevegelser og Galileis fallover. De kreftene som hersker på jorda, måtte også herske i overalt i universet, mente Newton.

Den kraften som får eplet til å falle ned fra treet i hagen utenfor Newtons barndomshjem, må være akkurat den samme som holder månen i banen rundt jorda og planetene i baner rundt sola.

Og grunnen til at planetene ikke faller inn i sola, er at de beveger seg akkurat så raskt at de holder seg i bane rundt den.

I 1687 publiserte Newton sin banebrytende teori om tyngdeloven i mesterverket Principia, som i ettertiden skulle bli kjent som et av de viktigste vitenskapelige verkene gjennom historien.

I denne intellektuelle kraftprestasjon formulerte Newton både en matematisk teori for tyngdekraften og i tillegg de tre lovene som beskriver hvordan legemer beveger seg.

Ifølge Newton er tyngdekraften en kraft mellom to legemer. Alle ting som har masse, trekker på hverandre.

Hvor stor tiltrekningen er, er avhengig av gjenstandenes masse og den innbyrdes avstanden. Det er denne teorien Newton insisterte på at måtte gjelde for absolutt alle legemer i hele universet. Det var derfor han ga den navnet «den universelle tyngdeloven».

Takket være Newtons ligninger ble det nå for første gang mulig å regne ut planetenes baner i solsystemet og månens bane rundt jorda med stor presisjon.

Selv tidevannet og jordas form leverte Newton en forklaring på: Tidevannet skyldes tiltrekning fra månen og sola, og på grunn av jordas rotasjon om sin egen akse må kloden være flattrykt ved polene, påviste Newton.

Den påstanden har senere blitt bekreftet av et hav av oppmålinger, fotografier fra rommet samt radar- og satellittmålinger.

Like langtidsholdbar har Newtons lære vist seg å være når det gjelder å fastlegge banene til planeter og kometer.

Ved hjelp av Newtons formler kan astronomene beregne himmellegemenes bevegelser tusenvis av år fram og tilbake i tid og regne ut solformørkelser i både fortiden og framtiden ned til minste sekund.

Newtons tyngdelov kan også forklare hvorfor de to kulene til Galilei falt like raskt, selv om den ene var tyngre enn den andre.

Av tyngdeloven framgår det nemlig at den kraften jorda utøver på den tunge kula, er større enn den kraften den utøver på den lette. Men til gjengjeld kreves det mer kraft for å flytte den tunge kula like langt som den lette, og disse to størrelsene vil ifølge teorien dermed utlikne hverandre helt nøyaktig.

Ukjent planet trekker Uranus ut av kurs

Ifølge Newtons teori strømmer tyngdekraften gjennom hele universet, og nettopp den antagelsen var litt av en kamel å sluke for de lærde på 1600- og 1700-tallet.

At de tiltrekkende kreftene kan virke over millioner av kilometer og nå hele veien gjennom verdensrommet fra sola og til jorda, virket helt naturstridig på dem.

Newton ble anklaget for å operere med en slags okkulte krefter, men i 1846 forstummet kritikken en gang for alle:

Planeten Uranus ble oppdaget ved en tilfeldighet, men på grunnlag av Newtons teorier spådde de to astronomene John Couch Adams og Urbain Le Verrier uavhengig av hverandre eksistensen av en hittil ukjent planet, Neptun.

Begge hadde lagt merke til uregelmessigheter i banen til Uranus, noe de mente måtte skyldes tyngdepåvirkninger fra en ukjent planet enda lenger ute i solsystemet.

Den analysen viste seg å være helt korrekt: På den posisjonen som de to astronomene hadde forutsagt med papir og penn, observerte tyskeren Johann Galle i 1846 planeten Neptun.

© Marie Wengler

Men selv om Isaac Newton kunne briske seg av å være tyngdelovens opphavsmann, var han fullstendig klar over at han ikke hadde funnet en forklaring på tyngdekraftens natur – han hadde ikke oppklart hvordan den virker, men bare funnet en formel for den.

«At et legeme kan påvirke et annet over avstand gjennom et tomrom uten å bli formidlet av noe annet, er for meg en så stor absurditet at jeg mener at intet menneske som besitter en evne til å tenke over filosofiske emner, noensinne kunne finne på noe slikt», skrev Newton på 1690-tallet om den berømte oppdagelsen sin i et brev til en av sine bekjente.

Dermed ga han oppgaven med å finne tyngdekraftens vesen videre til senere generasjoner – nærmere bestemt, skulle det vise seg, en tysker ved navn Albert Einstein, som i begynnelsen av 1900-tallet arbeidet som kontorist ved et patentkontor i Bern i Sveits.

Står vi på jorda eller i et romskip?

Rommet er krumt, hevdet mannen med det viltre håret og de levende øynene – og planeten Merkur beviste at Einstein hadde rett i sin skjellsettende innsikt.

Fra midten av 1800-tallet sto det klart at Newtons tyngdelov ikke kunne forklare Merkurs bane rundt sola – ved hver runde flytter den elliptiske banen seg litt, og det strider mot Newtons lære.

Oppdagelsen ga fysikerne grått hår i hodet og utløste en storstilt jakt på en ukjent planet som kunne påvirke Merkurs bane. Men tross en iherdig innsats ble planeten aldri funnet. Av gode grunner – den eksisterer ikke.

I 1905 presenterte den unge kontoristen Albert Einstein sin spesielle relativitetsteori, som slår fast at tid og avstand er relative størrelser som er avhengige av hvor raskt observatøren beveger seg.

Rom og tid kan ikke oppfattes som atskilte fenomener, men må betraktes under ett som en rom-tid.

Den spesielle relativitetsteorien kan forklare mye om universet, men ikke tyngdekraften. En høstdag i 1907, mens Einstein satt på kontoret i Bern og stirret ut av vinduet, fikk han imidlertid det han senere omtalte som sitt «lykkeligste innfall».

Det slo ham at hvis en mann faller ned fra et tak, vil han ikke merke tyngdekraften i det frie fallet – han vil være vektløs. Mannen vil ikke merke at han akselererer, for hvis han for eksempel slipper hammeren sin, vil den akselerere med nøyaktig samme fart ved siden av ham.

I et øyeblikks klarsyn innså Einstein at det måtte være en forbindelse mellom tyngdekraft og akselerasjon.

Det er umulig å stille opp et forsøk som avgjør om man befinner seg på jordas overflate eller i et romskip som akselererer med 9,8 m/s2 – akselerasjonen for objekter i fritt fall ved jordas overflate, den såkalte tyngdeakselerasjonen.

Akselerasjon og tyngdekraft er i praksis det samme, mente han. Innsikten brakte Einstein på sporet av en ny teori, den allmenne relativitetsteorien, som han presenterte i 1915.

Ifølge hans spesielle relativitetsteori fra 1905 får forskjeller i fart rommet og tiden til å endre seg.

Akselerasjon er en endring i fart, og siden akselerasjon og tyngdekraft i prinsippet er det samme, står det klart at romtiden endrer seg omkring alle objekter med masse.

I den generelle relativitetsteorien slår Einstein fast at tyngdekraft rett og slett er krumminger av romtiden. Jo tyngre et objekt er, jo større er krummingen omkring det.

Romtiden kan sammenlignes med et utstrakt gummilaken, der for eksempel sola ligger som en tung jernkule.

Kulas vekt får gummilakenet til å gi etter og trekker det nedover det i en slags trakt, og når en lettere kule, for eksempel jorda, triller over lakenet, tvinges den til å endre retning.

Solformørkelse setter Einstein på prøve

Mens Newton hadde forstått tyngdekraften som en gåtefull kraft mellom to legemer, hevdet Einstein nå med sin generelle relativitetsteori at tyngdekraften er en egenskap ved selve rommet – og med sin banebrytende teori kunne han oppklare det gamle mysteriet om de kjente forstyrrelsene i Merkurs bane.

Merkur holdes fast i banen omkring sola fordi det sterke gravitasjonsfeltet danner en skålformet krumming i rommet, der den lille planeten triller rundt som en kule i et ruletthjul.

Det gjør at banen endrer vinkel i forhold til sola for hver runde. Merkur er den planeten i solsystemet som har kortest avstand til sola og derfor utsettes for den sterkeste tyngdepåvirkningen.

Ved så sterke gravitasjonsfelter kommer Newtons tyngdelov til kort, og vi må bruke Einsteins ligninger.

© Marie Wengler

Den avgjørende eksamenen for Einsteins relativitetsteori kom imidlertid under en total solformørkelse i 1919.

Einstein hadde vært dristig nok til å forutsi at lyset fra en fjerntliggende stjerne som passerte tett forbi sola, ville bli bøyd av stjernens krumming av rommet, og nå skulle det avgjøres om han hadde rett.

Under solformørkelsen 29. mai 1919 fotograferte den britiske astronomen Arthur Eddington en stjerne like ved sola, og ved et møte i Det kongelige vitenskapelige selskapet i London 6. november samme år ble spenningen omsider utløst:

«Etter en nøye studie av de fotografiske platene er jeg villig til å erklære at det ikke lenger hersker tvil om at de bekrefter Einsteins forutsigelse», slo astronomen Frank Dyson fast på møtet.

Sola hadde ganske riktig bøyd av lyset fra stjernen. Og superstjernen Einstein hadde skjøvet Newton ned av tronen med sin generelle relativitetsteori, som i de neste dagene skapte overskrifter i aviser verden over:

«Revolusjon i vitenskapen. Ny teori om universet. Newtons ideer har falt», meldte London-avisen The Times på forsiden.

«Lyset er helt på avveie på himmelen», fortalte The New York Times og la til: «Vitenskapsfolk mer eller mindre i ekstase etter solformørkelses­observasjoner. Einsteins teori triumferer.»

Satellitt måler krumming av rommet

Einsteins generelle relativitetsteori er i dag det nærmeste vi kommer en teori om tyngdekraft. Newtons tyngdelov fungerer imidlertid fortsatt glimrende til å beregne for eksempel baner for raketter når de sendes opp fra jorda, der krummingen av rommet er ganske liten, og Albert Einstein tvilte selv på om det i praksis var mulig å måle virkningen av jordas relativt svake tyngdekraft på rommet.

Men i 2011 meddelte Nasa-forskere, som et ekko fra 1919, at Einsteins teori også på det punktet holdt stikk.

Ved hjelp av fire ultrapresise gyroskoper – apparater som brukes til å måle retning – hadde satellitten Gravity Probe B testet Einsteins teorier i en høyde på 640 kilometer over jorda.

Målingene bestod i å følge rotasjonsaksen på de fire gyroskopene inne i sonden, med et teleskop rettet mot en enkelt stjerne, IM Pegasi.

Når retningen til stjernen var fast, kunne små endringer i gyroskopenes rotasjonsakser måles av magnetiske kvantedetektorer.

Ifølge Einstein skulle rotasjonsaksene for Gravity Probe Bs gyroskoper gradvis endre seg på grunn av jordas masse og rotasjon, og da forskerne gjennomgikk resultatene, fant de en vinkel­endring i gyroskopenes orientering.

Målingene avslørte med andre ord at jordas gravitasjonsfelt krummer rommet på samme måte som en kule tynger gummiduken på en trampoline.

«Ved hjelp av dette skjellsettende eksperimentet har vi testet Einsteins univers, og Einstein holder vann», fastslo en av fors­kerne, Francis Everitt fra Stanford University, på en pressekonferanse 4. mai 2011.

Fem år senere, i februar 2016, ble Einsteins idé om krummingen i romtiden igjen bekreftet.

Da offentliggjorde fysikere fra det amerikanske Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory at de hadde observert bølger i romtiden, såkalte gravitasjonsbølger, som skvulper gjennom verdensrommet og brer seg som ringer i vannet.

Krusningene i tid og rom stammet fra to sorte hull som hadde dundret inn i hverandre, noe som – nøyaktig som Einstein hadde forutsagt – skapte bølger i romtiden.

Overføres tyngdekraften av en partikkel?

Selv om mange astronomiske observasjoner etter hvert har bekreftet Einsteins relativitetsteori, blir forskerne fortsatt tomme i blikket når de skal forklare hvordan tyngdekraften virker.

De vet nå at tyngdekraften finnes fordi rommet krummes. Men hvordan kraften overføres – hvordan masser tiltrekker hverandre – kan de ikke gi noe svar på.

Den mest lovende kandidaten er for tiden at tyngdekraften blir båret av en spesiell – foreløpig helt hypotetisk – partikkel, et såkalt graviton. Og den antagelsen er ikke grepet helt ut av det blå, for nøyaktig samme prinsipp gjelder for de andre naturkreftene.

Tyngdekraften er den ene av fire fundamentale naturkrefter som styrer verden.

Hvis atomene er universets byggesteiner, er naturkreftene det limet og den mørtelen som ikke bare holder atomene sammen, men også forteller materien hvordan den skal oppføre seg.

To av naturkreftene, tyngdekraften og den elektromagnetiske kraften, har lang rekkevidde. Alle masser i universet tiltrekker hverandre via tyngdekraften, og den elektromagnetiske kraften kan man se fra selv fjerne galakser i form av lys.

De to andre naturkreftene, den sterke og den svake kjernekraften, virker bare inne i atomene: Den første holder atomkjernen sammen; den andre står for radioaktiv nedbryting.

Av de fire naturkreftene er tyngdekraften den fors­kerne vet aller minst om, noe som kan virke paradoksalt, siden vi merker virkningen av den overalt.

Men problemet er at tyngdekraften er ekstremt mye svakere enn de andre naturkreftene – selv en kjøleskapsmagnet overvinner jo lett tyngdekraften fra hele jorda når den løfter en nål opp fra bakken.

© Marie Wengler

Fysikerne har gjennom en rekke eksperimenter påvist de partiklene som overfører kraft ved både den elektromagnetiske kraften, den svake og den sterke kjernekraften.

Her sendes og mottas små pakker av energi som fysikerne kaller kvanter. Det best kjente eksempelet er lyskvanter, fotoner, som overfører den elektromagnetiske kraften.

Når dette gjelder de tre andre naturkreftene – hvorfor skulle ikke den siste kraften i kvartetten, tyngdekraften, fungere ved hjelp av kvanter? resonnerer de.

Problemet er bare at alle fysikernes forsøk på å finne den hypotetiske tyngdekraftpartikkelen så langt har vært forgjeves.

Men på det europeiske senteret for partikkelforskning i Sveits, CERN, arbeider forskere iherdig på saken. Fysikerne håper at de i framtiden skal kunne observere gravitonet ved eksperimenter i verdens største partikkelakselerator, den 27 kilometer lange underjordiske Large Hadron Collider.

I akseleratoren blir protoner skutt av sted med hastigheter som nærmer seg lysets, og når de treffer hverandre, oppstår partikler som ikke eksisterer under normale forhold.

Kraften skjuler seg i usynlige dimensjoner

Hvis det en dag lykkes å bekrefte at det finnes gravitoner, vil fysikerne være et stort skritt nærmere et av vitenskapens største mål: en samlet teori om alle ting.

Teorien skal kunne forklare både det største og det minste i universet – fra stjerner og galakser til atomer og molekyler – og dermed også løse den største gåten av alle:

Hva forårsaket big bang, verdensrommets eksplosive fødsel, for om lag 13,7 milliarder år siden, og hva skjedde i tiden like etter big bang?

© Marie Wengler

I jakten på en teori som forklarer alle fenomener, har forskerne gjennom historien lett etter enkle naturlover til å beskrive en kompleks verden.

Men tyngdekraften er det evige problembarnet og den eneste av de fire naturkreftene som ikke kan forklares ved hjelp av kvantemekanikken – teorien om naturkreftene i den minste skalaen – men bare av Einsteins relativitetsteori.

«Problemet vårt i fysikken er at alt er basert på disse to ulike teoriene, og når vi legger dem sammen, får vi bare tullball.»

Ordene er uttalt av den amerikanske fysikeren Edward Witten.

Formlene til kvantemekanikken og relativitetsteorien er matematisk uforenelige, men Witten står i spissen for det hittil mest lovende forslaget til teorien om alt – en teori som kan forene Einsteins generelle relativitetsteori og kvantemekanikken i et lykkelig ekteskap.

Witten, som har blitt kalt den mest begavede fysikeren i sin generasjon, har arbeidet med den såkalte strengteorien siden 1975.

Teorien skal være en sammenhengende forståelse av materie og naturkrefter, og kjernen er at alt i universet – materie og naturkrefter – er dannet av ufattelig små, svingende strenger, som er universets minste byggeklosser.

Strengene skal forstås som tråder av energi som svinger i hele elleve dimensjoner: de tre romdimensjonene og tidsdimensjonen pluss sju andre dimensjoner som er krøllete sammen slik at vi ikke ser dem.

Ifølge superstrengteorien er ikke tyngdekraften svakere enn de andre naturkreftene, selv om det kan virke slik – vi merker bare ikke den fulle effekten fordi den er spredt utover de ekstra dimensjonene.

Superstrengteorien lever opp til alle fysikernes krav til den etterlengtede teorien om alt – men den stryker når det gjelder beviser. Teorien er inntil videre rent hjernespinn.

Strengene og de ekstra dimensjonene er så små at vi umulig kan få øye på dem – med mindre mirak­let inntreffer i Large Hadron Collider.

Hvis detektorene i partikkelakseleratoren plutselig sporer en uventet gjest i form av en hittil ukjent partikkel, kan det kanskje vise seg å være selve gravitonet som gir tegn fra seg før den forsvinner inn i de usynlige dimensjonene.

Skulle det skje, vil forskerne, tyngdekraften til tross, trolig ha mer problemer enn vanlig med å holde begge beina på jorda.

Les den neste artikkelen i serien TankeSpinn

Vi opplever oss selv som et jeg som handler fritt i verden. Men studier av mennesker med hjerneskader avslører at selvet slett ikke er så entydig som vi tror.

Les også:

Einstein facts
Fysikk

Albert Einstein: Ting du ikke visste

1 minutt
Einstein ung
Relativitetsteorien

Tankespinn endrer tid og avstander

0 minutter
Fysikk

Forskere som oppdaget tyngdebølger får nobelpris

1 minutt

Logg inn

Feil: Ugyldig e-postadresse
Passord er påkrevd
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klikk her

Ny bruker? Få adgang nå!