Australsk fysiker starter ny runde i forskerstrid om tyngdekraftens oprindelse

En ny teori om tyngdekraften og universets beskaffenhed bliver skudt ned af en australsk forsker. Men teoriens fader, Erik Verlinde, siger, at kritikerne har misforstået pointen.

(Dette er en uredigeret og lang version af et interview med Erik Verlinde. Læs en redigeret version med kommentarer på ing.dk. En engelsk version findes her.)


Her på siderne har vi forsøgt at følge lidt med i en af de mest fascinerende debatter inden for den teoretiske fysik på det seneste, nemlig diskussionerne om en helt ny teori af den hollandske fysiker Erik Verlinde. Den handler såmænd om, hvordan alting her i universet er opstået af sig selv, og om at Big Bang, rumtid, partikler samt tyngde- og andre kræfter måske slet ikke er det, de ser ud til at være.

Da Verlinde offentliggjorde sit paper på arxiv.org i begyndelsen af 2010, spidsede mange kosmologer og højenergi-fysikere deres ører (læs også Ingeniørens artikel på ing.dk/k#9dae eller på bloggen her på http://blog.robinengelhardt.info/2010/12/erik-verlindedet-store-brag-og-en-ny.html). Verlinde var kendt som en stærk strengteoretiker og havde ydet vigtige bidrag til udviklingen af kvantefeltteorierne. Pludselig kom han og sagde, at vi burde droppe vores intuitive måde at tænke universet på.

I stedet for at se universet som en stor teaterscene, hvor kræfter og partikler vekselvirker med hinanden, burde vi se universets geometri, dets partikler og kræfter som tre forskellige manifestationer af én og samme underliggende ‘ting’. Hvad denne underliggende ‘ting’ eller ‘grunddynamik’ er for en størrelse, er dog mindre klart. Den må operere på en meget hurtig tidsskala og skabe rummets form og indhold på en måde, der kan sammenlignes med termodynamikkens love om energibevarelse og entropiens forøgelse, sagde han. Grunddynamikken er ifølge Verlinde også skyld i, at objekters inerti og tyngdekraft er, som de er – hvilket er to former for kræfter, som fysikere længe har haft svært ved at give en egentlig forklaring på.

Forslaget har sidenhen medført et hav af tankebølger på tværs af fysikerstanden, og mange har kritiseret Verlinde for at være alt for vag i sine argumenter og for at have misforstået dette eller hint. For nylig udgav den australske fysiker Archil Kobakhidze fra University of Melbourne for eksempel et paper, der siger, at tyngdekraften umuligt kan opstå som et resultat af entropi, og at tyngdekraften derfor ikke kan være en statistisk effekt på samme måde som f.eks. tryk eller temperatur er det.

Ifølge Verlinde er det dog blot endnu en misforståelse af hele pointen med hans nye tilgang til universet. Tyngdekraft opstår ikke som et resultat af det statistiske gennemsnit af et stort antal ‘partikler’, siger han i et svar til Ingeniøren.


»Intet sted i mit paper skriver jeg, at den underliggende dynamik kan beskrives ved partikler. Problemet er, at der ikke er mange mennesker, som kan forestille sig, at det er noget andet. Det skyldes en mangel på fantasi. Jeg ændrer paradigmet, der bruger partikler og kræfter og rumtid til at starte med. Alle disse begreber er tilnærmelser og må udledes ud fra en mere fundamental formulering, hvor begreberne endnu ikke har nogen a priori mening,« siger han.

Den almindelige brug af begrebet ‘entropisk kraft’ opstår i en termodynamisk situation, hvor der rigtig nok er mange partikler, der opfører sig på en statistisk forudsigelig måde. Men når man som Verlinde slet ikke arbejder med partikler til at starte med, kan det kun bruges som en analogi. Som en metafor. Selvom Verlindes ideer måske stadig mangler et fuldt matematisk fundament, er han dog ikke i tvivl om, at han har fat i den lange ende:

»En afgørende ny erkendelse, som endnu ikke er kommet på tryk – selvom jeg nævner den, hver gang jeg taler om det – er at der må eksistere en separation af tidsskalaer,« siger Verlinde og mener dermed, at dynamikken på det fundamentale niveau, hvor man endnu ikke kan tale om partikler og kræfter, er meget hurtigere end dynamikken på det makroskopiske niveau, som vi kan måle og se.

»Analogien svarer i disse situationer til en Born-Oppenheimer-kraft, snarere end til en termodynamisk entropisk kraft. Born-Oppenheimer-kræfter er f.eks. ansvarlige for molekylære bindinger. I en Born-Oppenheimer-situation er det kendt, at kvantekohærens ikke bliver tabt i de tunge kerner, selvom kraften mellem kernerne stammer fra det faktum, at deres position (men ikke deres hastighed, red.) har indflydelse på de mange elektroner, som omkranser kernen. Det princip, der gør sig gældende her, er det samme som for en entropisk kraft.«

I den teoretiske fysik er det normalt at organisere fænomener i relation til deres energiniveau eller deres afstande i forhold til hinanden. Hele teorien om renormaliseringsgrupper er baseret på den mulighed. Den såkaldt ultraviolette fysik, der virker på korte afstande, påvirker derfor ikke direkte de kvalitative egenskaber ved den infrarøde – dvs. langdistance – fysik.

Man kan derfor løse ligningerne for elektroner uden at bekymre sig om de langsomme atomkerner, der bare ser ud som stationære ting, ligesom man kan løse ligningerne for atomkerner uden at bekymre sig om de hurtige elektroner, der bare ser ud som en diffus sky på himlen.

»Denne afklaring er nødvendig for at forstå forslaget i mit paper,« siger Verlinde.

»Jeg ser det dog ikke som en mangel eller en fejl ved artiklen. Jeg fremsatte en revolutionerende idé, som jeg er overbevist om, er korrekt. Så der er ikke nogen sag her, og jeg er ikke bekymret over ræsonnementet i Kobakhidzes artikel,« siger Erik Verlinde.

0 comments:

There was an error in this gadget