Ing-1-14_low

FÄRGSTARK. Bilden av hur en stjärna föds i spiralgalaxenMessier 83 används i ett projekt där amatörforskare med hjälp avfärgerna i bilden ska försöka fastställa 3 000 stjärnhopars ålder.har bevisat matematiskt att det förhåller sig så mende flesta fysiker tror att det stämmer, och det tycksinte finnas några utsikter till att isolerade kvarkareller gluoner någonsin kommer att påträffas.Nu har vi alltså en standardmodell för elementarpartiklar.Dess beståndsdelar är kvantfält och deelementarpartiklar som är dessa områdens kvanta:fotonen, partiklarna W+, W- och Z0, åtta gluoner, sextyper av kvarkar, elektronen och två typer av liknandepartiklar samt tre slags partiklar nästan utan massasom kallas neutriner. Denna teoris ekvationer är integodtyckliga. De är starkt reglerade av olika symmetriprinciperoch av villkoret att oändligheter upphävs.Ändå är standardmodellen uppenbarligen inteden slutgiltiga teorin. Dess ekvationer innehållertjugo tal, liksom kvarkarnas massa, som måstehämtas från experiment utan att vi förstår varförde är vad de är. Om standardmodellen berättadehela historien skulle den kräva att neutrinernainte har någon massa alls. I själva verket har demassa men bara en mycket liten, mindre än enmiljondel av en elektrons massa. Vidare omfattarstandardmodellen inte den kraft som vi har känt tilllängst och är mest välbekanta med, tyngdkraften.Vi brukar beskriva gravitationen med en fältteori,den allmänna relativitetsteorin, men den är inte enkvantfältteori där oändligheter upphäver varandraså som de gör i standardmodellen.Sedan 1980-talet har en väldig mängd matematisktsofistikerad forskning ägnats åt att ta fram enkvantteori vars grundläggande beståndsdelar inteär partiklar eller fält utan små ”snören”, vilkas olikavibrationssätt vi observerar som de olika slagen avelementarpartiklar. Ett sådant sätt stämmer medgravitonen, gravitationsfältets kvant. Om strängteorinär sann kullkastar den inte fältteorier somfoto: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)standard modellen eller den allmänna relativitetsteorin.De degraderas bara till ”effektiva fältteorier”,approximationer som gäller på de skalor av avståndoch energi som vi har kunnat utforska.Strängteorin är tilltalande därför att den inlemmargravitationen, inte innehåller några oändligheteroch har en struktur som är hårt reglerad avvillkoren för matematisk konsistens, så det tycksbara finnas en enda strängteori. Även om vi ännuinte känner till de exakta ekvationer som liggerbakom strängteorin finns det tyvärr anledningatt tro att de har en mängd lösningar, vilka dessaekvationer nu är. Jag har varit en ivrig anhängare avsträngteorin, men det är en besvikelse att ingen änså länge har lyckats hitta en lösning som överensstämmermed den värld vi iakttar.IIIElementarpartikelfysikens och kosmologins problemhar löpt samman alltmer. Kosmologin har ettklassiskt problem: Varför är universum praktiskttaget enhetligt? Under de 13,8 miljarder år somhar gått sedan universum blev genomskinligt hardet inte funnits tid för något fysikaliskt inflytandeatt binda samman delar av universum som vi ser imotsatta riktningar, och att ha bringat dem till denhomogenitet av densitet och temperatur som vikonstaterar att de har. I början av 1980-talet fannforskarna att det enligt diverse kvantfältteoriermåste ha funnits en tidigare period av ”inflation”,innan atomkärnor bildades, under vilken universumutvidgades exponentiellt. Starkt enhetliga regionersom var mycket små under inflationen expanderadeså att de blev större än det universum vi kan iakttaför närvarande, men de förblev i stort sett enhetliga.Detta är starkt spekulativt, men det har varitimponerande framgångsrikt. Beräkningar visar attkvant fluktuationer under inflation skulle utlösajust sådana kaotiska ljudvågor några hundra tusenår senare, vilkas avtryck vi nu ser i den kosmiskabakgrundsstrålningen.Inflation är till sin natur kaotisk. Bubblor bildas i detexpanderande universum och var och en utvecklas tillen stor eller liten ”bang”, kanske med var sina värdenför vad vi brukar kalla naturens konstanter. Invånarna(om det finns några) i en bubbla kan inte iaktta andrabubblor, så för dem ter sig deras egen bubbla som helauniversum. Hela samlingen av alla dessa universumhar kommit att kallas ”multiversum”.Dessa bubblor kanske kommer att förverkligaalla de olika lösningarna av strängteorins ekvationer.I så fall är hoppet ute om att finna en rationellförklaring till de exakta värdena av kvarkmassoroch andra konstanter i standardmodellen som viobserverar i vår egen Big Bang, för deras värdenskulle vara en olycka för den del av multiversumsom vi bor i. Vi skulle få nöja oss med en grov antropiskförklaring till några aspekter av det universumvi ser: eventuella varelser liknande oss själva som ärkapabla att studera universum måste befinna sig ien del av universum där naturens konstanter tillåterliv och intelligens att utvecklas. Människan kansannerligen vara alla tings mått, men inte riktigt iden mening som Protagoras avsåg.Än så länge är denna antropiska spekulationden enda förklaringen till det observerade värdetav den mörka energin. I standardmodellen ochandra kända kvantfältteorier är den mörka energinbara en naturens konstant. Den kan ha vilketvärde som helst. Om vi inte visste bättre skulle vikanske vänta oss att den mörka energins densitetliknade de energidensiteter som är typiska förelementarpartikel fysiken, till exempel energidensiteteni en atomkärna. Men då skulle universumha expanderat så snabbt att inga galaxer ellerstjärnor eller planeter hade hunnit bildas. För attlivet ska utvecklas kan den mörka energin inte varamycket större än det värde vi iakttar, och det finnsingen anledning för den att vara mindre.Sådana grova antropiska förklaringar är inte vadvi har hoppats på i fysiken, men vi får kanske nöjaoss med dem. Historiskt har fysiken gått framåt intebara genom att man har funnit exakta förklaringartill naturfenomen utan också genom att man harupptäckt vilka företeelser som kan förklaras exakt.De kan vara färre än vi har trott.Översättning: Margareta EklöfOriginaltexten Physics: What We Do and Don’t Know avSteven Weinberg publicerades i The New York Review ofBooks, vol 60, nummer 17. Copyright Steven Weinberg.Alla rättigheter förbehålls.foto: matt valentineDen amerikanske fysikernSteven Weinberg är verksamvid University of Texas i Austin.Tillsammans med sina kollegerAbdus Salam och Sheldon Glashowfick Steven Weinberg Nobelpriseti fysik 1979 för sina insatser inom”teorin för förenad svag ochelektromagnetisk växelverkanmellan elementarpartiklar”.58 ingenjören 1 • 2014 ingenjören 1 • 201459