Harvard-fysiker Qumran Wafa är en av de starkaste förespråkarna för strängteorin. Men i sommar slog andra strängteoretiker ut vid sitt senaste förslag, vilket kunde diskreditera deras idéer baserat på det decenniumslånga antagandet att mörk energi är konstant (konstant). Wafas arbete innebär att betydelsen av mörk energi förändras. Fickle mörk energi är en följd av Wafa och hans kollaboratörers försök att tillämpa strängteori på ett universum som vårt, där rymdvakuumet i sig har en viss inneboende energi.
Om hans hypotes (och själva strängteorin) är sann, mörk energi, kommer denna mystiska substans, som står för mer än 70% av universumets totala massa och energi och som påskyndar dess expansion, vara förändringens kraft. Men ihållande mörk energi har länge fungerat som grunden för många idéer i strängteorin - så det är paradoxalt att det är känslig mörk energi som kan leda till teorins framgång.
Mörk energi och strängteori
"För första gången kunde vi lära oss något från strängteori som kan mätas", säger forskaren Timm Wreiss från Institutet för teoretisk fysik vid Wiens tekniska universitet i Österrike. "Men jag vet inte om detta faktiskt kommer att hända eller inte."
Låt oss börja från början: vi lever i ett universum som verkar följa reglerna. På de största skalorna följer stora föremål reglerna om allmän relativitet och interagerar med varandra genom tyngdkraften. I minsta skala följer subatomära partiklar reglerna för kvantmekanik och kvantfältteori, samverkar genom kraftfält som manifesterar sig som kraftbärande partiklar. Men matematiken lägger inte till när du försöker förklara allmän relativitet som en enorm förlängning av kvantfältteorin. En större teori, strängteori, försöker kombinera allmän relativitet med kvantmekanik, och i den representeras varje partikel av en liten sträng, vars vibrationer i ett mer flerdimensionellt utrymme kodar för egenskaperna som forskarna observerar.
Teorin är dock inte helt korrekt. Snarare är det en övergripande matematisk grund, en ram från vilken forskare kan härleda teorier om vårt universum, liksom det stora antalet andra tillåtna universum. Stringteoretiker hoppas att vårt universum är en av dessa möjligheter. Andra tror att strängteorin är i grunden fel, men det är inte poängen nu.
Stringteorier måste förklara ett universum som vårt i alla aspekter för att anses vara korrekta. Vårt universum består uppenbarligen av 4% av materien (substansen som vi ser), 25% av mystisk mörk materia, och resten, som visas av observationer 1988, faller på "mörk energi". Stringteoretiker har arbetat under antagandet att styrkan hos mörk energi inte förändras, och deras teorier har utvecklats. Men Wafa och hans medförfattare föreslog i ett papper i sommar att för att kunna existera enligt reglerna i strängteorin måste vårt universum ha ett mörkt energifält vars värde minskar.
Kampanjvideo:
Om värdet på mörk energi förändras kommer detta att vara viktigt för dem vars teorier förlitar sig på antagandet att mörk energi är konstant. "Kanske måste vi komma tillbaka till grunderna," säger Wreiss. Det skulle också förändra förståelsen för universums utveckling - både i det förflutna och i framtiden.
Wafas hypotes var ursprungligen ganska kraftfull och ledde till "enorm spänning", säger Wreiss. Det fungerade som en uppmaning för strängteoretiker som ansåg att ramverket var hotat. Vissa sa omedelbart att det var nonsens - Stanford-fysiker Eva Silverstein berättade för Quanta att antagandet var baserat på andra antaganden, och analysen var "mycket tveksam." Andra använder detta dokument som en möjlighet att verifiera att deras teorier verkligen kan beskriva ett universum som vårt.
Wreiss och andra kritiserade Wafa och hans grupps arbete, och deras åsikter publicerades i Physical Review D. Wreiss arbete fann att några av de påstådda egenskaperna i vårt eget universum, särskilt de som är förknippade med Higgs bosonfältet, motsäger väsentligen vissa matematiska antaganden. Till exempel var det ursprungliga antagandet att beteendet hos det fysiska fältet som styr mörk energi härstammar från en matematisk funktion utan högsta och inga låga, en linje på en graf utan toppar eller lågheter. Vreiss fann att närvaron av ett kraftfält associerat med Higgs-bosonen kräver en topp i denna funktion.
Men Vreiss arbete utesluter inte Wafas idé - Wafa förfinade helt enkelt antagandet så att det skulle tillämpas bättre på det universum vi lever i. Det finns andra liknande verk, och Wafa håller med om förklaringarna.
Det som verkligen är intressant är att vi snart kan ta reda på om Wafas arbete erbjuder en experimentellt testad förutsägelse av strängteori. Detta skulle vara den första bevisbara konsekvensen av strängteorin. Vissa experiment kan testa om mörk energi förändras över tid eller förblir konstant, och kan göra det under de närmaste åren.
Så är ett paradigmskifte hotande i horisonten? "De flesta forskare säger inte att den här hypotesen är sann eller falsk", säger Wreiss. Wafa själv tror att han naturligtvis kan vara fel, och detta talar också om vikten av strängteori.”Men om Wafa har rätt?” Säger Vreiss. "Det skulle vara det största i strängteorin att göra en mätbar förutsägelse."
Ilya Khel
