|
Dr. Forening I årevis har kosmos
og atomet ikke stemt overens med hinanden. Hvis nogen fysiker kan forene dem,
er det Steven Weinberg Interview af
Amir D. Aczel
Steven Weinberg fik en god ide, en dag han kørte i sin røde Camaro.
Afhandlingen, han skrev, "A Model of Leptons," var blot to og en
halv side lang - inklusive referencer og bekræftelser. Da den udkom i 1967,
blev den stort set ignoreret. Men den blev en af de mest citerede
fysikafhandlinger nogensinde og hjalp til at Weinberg modtog Nobelprisen,
delt med Abdus Salam og Sheldon Glashow, i 1979. På to og en halv side viste Weinberg, at to af naturens fire kræfter,
elektromagnetisme og den svage kernekraft, som udadtil forekommer fuldstændig
forskellige, kunne være forskellige sider af et enkelt forenet sæt
"elektrosvage" kræfter. Denne teori forudsagde eksistensen af en ny
neutral partikel blandt dem, der udfører den svage krafts virkning, kendt som
de svage bosoner. Og han viste, hvordan de elektrosvage kræfters medfødte
symmetri bliver skjult eller, som fysikerne siger, "spontant
brydes," så vi opfatter elektromagnetisme og den svage kraft som uens.
Denne symmetribrydende proces udstyrer partikler som kvarker med masse. Weinberg bidrog også til en teori om en tredje naturkraft, den stærke
kernekraft. Sammen danner disse teorier den herskende forklaring på den
stoflige verden, partikelfysikkens Standardmodel. Siden da har Weinberg fortsat med at lodde naturens dybder, foreslået
teorier der går videre end Standardmodellen og giver håb om at skabe en helt
forenet teori - en, som ikke kun inkluderer elektromagnetisme og kernekræfter
men også gravitation. Weinberg udførte tidligt arbejde på den førende
kandidat til en forenet teori, strengteori. Han har også skrevet bøger for
almindelige læsere, senest Lake Views, en samling essays. Scientific American
bad fysikeren Amir D. Aczel fra Boston University om at tale med Weinberg om
disse teoriers muligheder, nu hvor Large Hadron Collider (LHC), mammut
partikelacceleratoren på CERN nær Geneve jager Higgs og andre partikler. Scientific
American: Large Hadron Collider har nu kørt i seks måneder og der er en masse
spænding om den. Nogle folk har endda sammenlignet dens forventede resultater
med kvante- og relativitetsrevolutionerne fra den første tredjedel af det 20.
århundrede. Hvad er Deres synspunkt? WEINBERG: Jeg mener, at det er spændende. Det kunne tænkes at frembringe
en revolution i vor tænkning om fysik, som kan sammenlignes med de store
revolutioner fra det tidlige 20. århundrede, men der er ingen grund til at
forvente det. En sådan revolution ville være gennem noget fuldstændig uventet
- og derfor kan jeg ikke forudsige det! I den nærmeste tid vil vi prøve at tage de næste trin ud over
Standardmodellen og også komme til det punkt, hvor vi med sikkerhed kan sige
noget om, hvad der foregik i det tidlige univers. Det vil tage et stykke tid.
Ud over det ser vi frem til at binde det hele sammen - at have en teori, der
redegør for alle partikler og kræfter. Vi ved ikke, hvordan den vil se ud. Jeg mener, at når vi har en virkelig omfattende forståelse af naturen på
det mest fundamentale niveau, vil den brede sig ud i samfundet generelt. Den
vil sandsynligvis være meget matematisk og det vil vare længe før den almene
offentlighed forstår den, ligesom det tog lang tid før selv videnskabsfolkene
forstod Newtons teori. Men med tiden fik det Newtonske billede af verden dog
en fremtrædende indflydelse på måden, som folk generelt tænkte over verden og meneskeligt liv. Det
havde virkninger på økonomi, biologi, politik og religion. Jeg mener, at
noget sådant kan ske, hvis vi kommer frem til en virkelig teori om naturen,
hvor alt er indbefattet. Jeg mener, at vort billede af naturen bliver mere og mere altfavnende og
ting, der tidligere forekom meget gådefulde, som naturen af de kræfter der
holder partikler sammen inde i atomet, er nu perfekt godt forstået - for blot at blive erstattet af andre
mysterier, som hvorfor partiklerne i Standardmodellen har de egenskaber, de
har. Og processen med at forklare ting, der tidligere har forekommet
gådefulde, mens man opdager nye gåder, vil fortsætte i lang tid. Det er blot
et gæt, men jeg tror, at vi vil komme til et punkt, hvor der ikke er gåder af
denne slags. Og det vil blive et virkelig bemærkelsesværdigt vendepunkt i den
menneskelige races intellektuelle historie. Higgs
partiklen beskrives ofte som LHCs første store mål, forudsat at Tevatron
collideren på Fermilab ikke finder den først. Hvor afhængig er den
elektrosvage forening og Standardmodellen af Higgs partiklen? Jeg ville sige, at den er fuldstændig afhængig af ideen, at der findes
en brudt elektrosvag symmetri. Men hvis man spørger, hvorfor er symmetrien
brudt, er det åbent for diskussion. Den symmetribrydende mekanisme, der
dukker op i Salams og min elektrosvage teori, kræver eksistensen af en ny
partikel, der er blevet kendt som Higgs partiklen. Vort enkle billede førte
til forudsigelse af forholdet mellem den svage bosons masser, hvilket ser ud
til at virke smukt. Men der findes også en anden mulighed, at symmetrien i stedet er brudt
af nye stærke kræfter og at der ikke er nogen Higgs partikel. Disse nye
kræfter skal være meget stærke, stærkere end den almindelige stærke kraft.
Lenny Suskind og jeg udarbejdede uafhængigt en ny teori, vi enedes om at
kalde Technicolor. Den ville give de samme forudsigelser for de svage
bosoners masse som den oprindelige elektrosvage teori, men den har problemer
med at forklare kvarkmasser. Nogle teoretikere fortsætter med at arbejde på
Technicolor og tror, der er en levedygtig teori. Og det kan være sandt. Hvis
den er, burde LHC finde den. Disse Technicolor kræfter fører til en hel zoo
af nye partikler. Så selv om LHC ikke finder Higgs, kan den finde noget, der spiller den
samme rolle som Technicolor. Man kan
faktisk vise, at uden nogen nye partikler kommer man ind i matematiske
inkonsistenser. Et andet
princip, som fysikerne håber at bekræfte på LHC er supersymmetri, ideen at
kraftpartikler, som de svage bosoner, og stofpartikler, som elektroner og
kvarker, er dybt forbundne. Nogle fysikere har så megen tiltro til
supersymmetri som Einstein havde til relativitet – så overbevisende, at det
må være sandt. Føler du på samme måde? Nej, det gør jeg ikke. Speciel relativitet passer så godt med det, man
allerede vidste teoretisk og eksperimentelt – med Maxwells teori for
elektricitet og magnetisme, med den kendsgerning at ingen kunne opdage
virkninger af ”æteren,” som folk havde troet fandtes. Hvis jeg var heldig nok
til at have opfundet speciel relativitet i 1905, ville jeg have følt, ligesom
Einstein gjorde, at den teori bare skulle være rigtig. Jeg har ikke den følelse omkring supersymmetri. Den har et antal mindre
successer. Den forbedrer forudsigelsen af en af Standardmodellens afgørende
parametre. Den giver en naturlig kandidat til det mørke stofs partikler. Den
har en smuk egenskab – at den er den eneste tænkelige symmetri, der kunne
forene partikler som svage bosoner med partikler som elektroner. Men intet af
dette gør nok indtryk til at overbevise en om, at den skal være rigtig.
JEFF WILSON Du har
arbejdet på det antropiske princip - ideen at sider af vort univers ikke har
nogen dybere forklaring end at vi lever i et særligt, beboeligt stykke af et
større domæne. Især har du hævdet, at det antropiske princip er vor bedste
forklaring på tætheden af den mørke energi, det mystiske stads der får
universets udvidelse til at accelerere. Kan du fortælle os om det? Vi spekulerer en masse over ting, vi betragter som fundamentale, som
partiklernes masser, de forskellige slags kræfter, den kendsgerning at vi
lever i tre rumdimensioner og en tidsdimension. Men måske er alt dette ikke
fundamentalt, men miljømæssigt. Universet er måske meget mere vidtstrakt, end
vi har forestillet os, med meget mere end blot det big bang vi ser omkring
os. Der kan måske være forskellige dele af universet - hvor "dele"
kunne betyde forskellige ting - der har meget forskellige egenskaber og i
hvilke det, vi normalt kalder naturens love, måske er forskellige og selv
rummets og tidens dimensionaliteter er forskellige. Der skal være en slags
underliggende lov, som beskriver det hele, men vi er måske meget længere væk
fra den, end vi forestiller os nu. Da jeg først skrev om dette i 1967 - og det gælder stadig - var jeg temmelig
åbent indstillet overfor de forskellige måder, hvorpå universet havde
forskellige dele, hvor egenskaber som den mørke energis tæthed varierede fra
en del til en anden. En måde er Andrei Lindes kaotiske inflation, i hvilken
der er mange big bangs, som sker kortvarigt her og der, hvor hver har
forskellige værdier for ting som den mørke energis tæthed. Som Stephen Hawking har beskrevet [se "The (Elusive) Theory of
Everything," af Stephen Hawking og Leonard Mlodinov; Scientific
American, Oktober 2010], [Den (flygtige) teori om
alting], kan universet måske være i en kvantemekanisk overlejring af
forskellige tilstande, som Schrödingers berømte kat. Ligesom det er muligt for
katten at være i to tilstande samtidigt, i en er han i live, i den anden er
han død, så er det muligt for universet. I tilstanden, hvor katten er i live,
ved katten, at den er i live og i den anden tilstand ved han ingenting. På
samme måde er der tilstande af universet, hvor der er forskere, som udforsker
det, der for dem ser ud til at være hele universet, og der er andre
tilstande, hvor universet måske er for lille eller gennemgår sin historie for
hurtigt, og der er ingen forskere og ingen til at bemærke, hvordan det er. Antropiske argumenter forudsiger, at den mørke energis tæthed vil være
lille nok til at tillade dannelsen af galakser, men ikke meget mindre, fordi
universer, i hvilke den er meget mindre, er sjældne. Gennem en beregning, jeg
foretog i 1998 med to astrofysikere på University of Texas at Austin, Hugo
Martel og Paul R. Shapiro, kom vi til konklusionen, at en hvilkensomhelst
mørk energi skulle være stor nok til snart at blive opdaget. Snart efter
opdagede astronomerne den. Du
forbinder to forskellige samfund af fysikere: dem som laver kosmologi og
almen relativitet og dem som laver partikelfysik og kvanteteori. Mener du, at
din dobbelte ekspertise hjælper dig med at se, hvordan man kan forene disse
to områder? Jeg ser endnu ingen retning for foreningen. Men jeg ville bestemt gerne.
Jeg har ideer om mulige stier til forening, der kommer fra erfaring i
elementær partikelfysik. Men om disse ideer har noget at gøre med den
virkelige verden, er det endnu for tidligt at sige. Strengteori antages ofte at være den eneste måde, hvorpå man kan
behandle uendeligheder i gravitationsteori, men der er et alternativ, som er
baseret på kvantefeltteorier af samme generelle slags, som bruges i
Standardmodellen og som jeg kalder asymptotisk sikkerhed. Kræfternes styrke
går til en endelig værdi ved høj energi. De bliver forhindret i - sikre fra -
at gå til uendeligt. I lang tid bevægede teorien sig ikke, fordi det er svært at vise, at
teorier er eller ikke er asymptotisk sikre. Jeg lavede nogle foreløbige
beregninger, som jeg mente var opmuntrende, men det blev for svært og jeg
arbejdede på andre ting. Så blev emnet, begyndende lidt før 2000, taget op af
et antal folk i Europa, som verificerede asymptotisk sikkerhed i forskellige
tilnærmelser og viste, at de matematisk er ligeså velfunderede som
Standardmodellen. Hvordan er
denne indfaldsvinkel forskellig fra strengteori? Den er det modsatte af strengteori. I strengteori opgiver man standard
kvantefeltteorien og man opfinder noget helt nyt. Strengteori er et stort
skridt i en ny retning. Asymptotisk sikkerhed siger, at god gammel
kvantefeltteori, af den slags vi har arbejdet med i 60 eller 70 år, er alt
man behøver. Jeg vil ikke gøre en stor indats for, at asymptotisk sikkerhed er den
vej, vi skal. Hvis det viste sig, at strengteori er sandheden, ville det ikke
overraske mig. Den er matematisk smuk og den kan virkelig være det rette
svar. Asymptotisk sikkerhed er blot en mulighed, der også er værd at udforske
seriøst. Indtil videre har ingen af indfaldsvinklerne ført til noget stort
gennembrud, som at beregne Standardteoriens matematiske parametre, de tal som
modellen tager for givne uden nogen virkelig forklaring. Det ville være den
virkelige prøve - for eksempel, at man forstår, hvorfor partikelmasserne har
de størrelsesforhold, de har. At se på disse masser har været lidt ligesom at
se på dokumenter i et gammelt skrift som Linear A. Vi har al denne tekst, men
vi ved ikke, hvad den fortæller os. Hvordan
finder du tid til at skrive om andre ting end fysik? Jeg elsker fysik - Jeg ønsker virkelig ikke at gå tilbage i tiden og
vælge enhver anden karriere, end den jeg har valgt. Men det er en temmelig
kold og ensom profession, især for en teoretiker som mig, der ikke arbejder
meget i samarbejder. Arbejdet jeg udfører, har intet at gøre med menneskelige
affærer; menneskelige interesser og følelser kommer ikke ind i det. Det kan
kun forstås af et begrænset antal medprofessionelle. For at komme ud af elfenbenstårnet kan jeg lide at tænke over andre ting
og skrive om dem. Som de fleste videnskabsfolk er jeg ivrigt opmærksom på, at
vort arbejde understøttes af offentligheden og at hvis vi ikke prøver at
forklare offentligheden, hvad vi laver og hvad vi håber at gøre, er det svært
at overbevise dem om, at vi fortjener deres støtte. Mere at udforske Dreams of a Final Theory. Steven Weinberg, Vintage, 1994. The Asymptotic Safety Scenario in Quantum Gravity. Max Niedermaier og Martin Reuter i Living Reviews in
Relativity, Vol. 9, No. 5, 2006. www.livingreviews.org/lrr-2006-5 Lake Views: This World and the Universe. Steven Weinberg, Bellknap Press, 2010. Present at the Creation: The Story of CERN and the Large
Hadron Collider. Amir D. Aczel. Crown, 2010.
Amir D. Aczel er forsker på Center for
Philosophy of Science på Boston University, Guggenheim Fellow og forfatter
til 17 bøger. Hans seneste, Present at
the Creation, The Story of CERN and the Large Hadron Collider, udkom
sidste måned. Fra Dr. Unification, Scientific
American, November 2010, siderne 44-47.
|
|
|
