Feature
Læsetid: 5 min.

Garrett Lisis »geometrisk naturlige« teori vakte mere opsigt uden for end inden for forskerkredse

En amerikansk surfer-fysiker skabte medieoverskrifter i 2007, da han ud af det blå præsenterede en ny teori om alting efter otte års eksil på Hawaii. Han arbejder stadig på at file den til
Moderne Tider
18. juli 2020
En amerikansk surfer-fysiker skabte medieoverskrifter i 2007, da han ud af det blå præsenterede en ny teori om alting efter otte års eksil på Hawaii. Han arbejder stadig på at file den til

Jesse Jacob

Det gav et betydeligt skvulp i medier og i fysikkredse, da den 39-årige Antony Garrett Lisi i november 2007 uploadede sit manuskript med titlen An Exceptionally Simple Theory of Everything til fortrykarkivet arXiv.org.

Et fortrykarkiv (engelsk: preprint) er det sted, hvor forskere kan offentliggøre deres arbejde, før det bliver antaget af et anerkendt tidsskrift. Det fungerer som en slags markedsplads for videnskabelige ideer. Her ligger meget, som ikke efterfølgende slipper gennem fagfællebedømmelsens nåleøje. Lisis manuskript blev da heller aldrig offentliggjort i et anerkendt tidsskrift.

Ikke desto mindre vakte det opsigt, at den ukendte, lidt generte surferentusiast Garrett Lisi havde formuleret en simpel teori om alting. Titlen på Lisis bidrag er provokerende, men i virkeligheden er det bare et ordspil på den matematiske grundstruktur, Lisi tager udgangspunkt i. Den kaldes E8 og omtales ofte som den største af de simple, exceptionelle Lie-grupper.

En Lie-gruppe er en slags matematisk kort over et givet objekts forskellige symmetrier. Men ikke nødvendigvis et objekt, vi kan forestille os – endsige afbilde.

Hvis man roterer en cirkel omkring midtpunktet, forbliver den en identisk cirkel, uanset hvor lidt eller hvor meget man roterer den. Cirklen har, hvad man kalder en kontinuert symmetri. Det er i modsætning til for eksempel et kvadrat, som skal roteres præcis ¼, ½ eller ¾ af en hel omgang for at forblive et identisk kvadrat.

Cirklen og kvadratet er todimensionelle figurer begrænset af det flade papir. I tre dimensioner bliver det mere kompliceret med krumme flader, som både kan roteres og spejles i mange retninger. Men en symmetri er stadig en måde at omarrangere figuren på uden at ødelægge dens struktur.

Lie-gruppen E8 er et symmetrikort for et abstrakt objekt i 57 dimensioner med 248 generatorer. Hver generator repræsenterer én kontinuert symmetri ligesom rotationen af cirklen. Det er umuligt at forestille sig selve objektet, men vi kan tegne kortet som et komplekst, T-shirtvenligt mønster.

Standardmodellen

Det lykkedes i 1970’erne at samle de tre naturkræfter, som vedrører partikelfysikken, i én samlet teori. Nemlig den elektromagnetiske kraft, der er ansvarlig for stoffers kemiske egenskaber, den svage kernekraft, der gør sig gældende ved radioaktivt henfald, og den stærke kernekraft, der holder sammen på atomernernes indre bestanddele, kvarkerne. Den fik det noget underspillede navn Standardmodellen. Modellen fungerer som et slags periodisk system – ikke for grundstoffer, men for de endnu mere fundamentale byggeklodser: elementarpartiklerne.

Elementarpartiklerne optræder i to hovedgrupper: Fermioner, som er partikelfysikkens individualister. De optræder ikke gerne i samme energitilstand. Det er derfor, elektroner fordeler sig i forskellige energibaner omkring atomkernerne og bliver ophav til stoffernes kemiske egenskaber.

Det er i modsætning til den anden gruppe partikler, bosonerne, som gladelig går i takt. Det ser vi blandt andet i en laserstråle, hvor alle fotonerne (lyspartiklerne) har samme farve og fase.

Fermionerne kan yderligere inddeles i to undergrupper: Kvarker, som er de mindste bestanddele af atomkerner, og leptoner, som blandt andet omfatter elektronen.

Det er velkendt, at de forskellige undergrupper af elementarpartikler følger forskellige symmetriregler. Lisis idé er at finde en symmetristruktur, der kan rumme alle disse forskelligheder under én hat.

Her kommer E8 ind i billedet. Med sine 248 forskellige generatorer er den stor nok til at rumme alle de kendte elementarpartikler i Standardmodellen og tilmed strukturer, der kan modellere et tyngdekraftfelt.

Fortællingen om E8 bliver så en fortælling om, hvordan de fire kendte naturkræfter udskilles én for én ved at bryde en af symmetrierne i det oprindelige supersymmetriske, unge univers.

Surferen, der gik sine egne veje

Garrett Lisi er uddannet i fysik ved University of California med en bachelor fra UC Los Angeles og ph.d. ved UC San Diego i 1999, men han forlod kort efter den akademiske verden. Efter eget udsagn var han utilfreds med det snævre fokus på strengteori.

I næsten et årti flyttede Lisi frem og tilbage mellem en surfertilværelse på Maui, Hawaii, og snowboarding i Sierra Nevada-bjergene. I 2004 ombyggede han en gammel skibus, fik den sendt til Maui og parkerede den på stranden. Her boede han så med sin kæreste, surfede og arbejdede fra tid til anden, sommetider som snowboardinstruktør, en gang kortvarigt som konsulent i en vens softwarefirma, handlede med aktier, men mest af alt forsøgte han at tænke på fysik.

Det var med den baggrund, han dukkede op med sin nye teori på en international konference om kvantegravitation i Mexico i 2007. Hans første konference i otte år.

Hvis medierne var begejstrede for fortællingen om den tilbagelænede outsiderfysiker med den asketiske livsstil, var hans fagfæller mere forbeholdne.

Lisis arbejde bryder med en læresætning i fysikken, der fastslår, at man ikke kan blande rumtid og hermed tyngdekraftfeltet vilkårligt med de andre symmetrigrupper, der repræsenterer de andre tre naturkræfter. Læresætningen er baseret på et matematisk bevis, men der er smuthuller. Hvis tyngdekraften og dermed rumtiden er udskilt fra den oprindelige supersymmetriske struktur efter de andre kræfter eller symmetrigrupper, er læresætningen overholdt. Det mener Lisi er tilfældet her.

Der er dog problemer med modellen. De dele af E8, som repræsenterer fermioner, har i visse tilfælde helt forkerte ladninger. Desuden kræver E8 tillige, at der findes et slags spejlbillede af hver eneste af de velkendte elementarpartikler. Disse spejlbilleder er der ingen eksperimentel evidens for, skønt de skulle befinde sig i det energiområde, man har gennemført forsøg i.

Garrett Lisi har siden opdateret sit arbejde med en modificeret E8, som angiveligt slipper af med spejlproblemet. Teorien foreskriver stadig partikler, som vi endnu ikke har set, men det betyder til gengæld, at fremtidige forsøg for eksempel ved partikelacceleratoren i CERN måske kan afgøre, om E8 kan være grundlaget for universets eksistens. Det har dog ikke ført til, at andre for alvor har taget Lisis idé op. E8 bliver benyttet som arbejdsredskab i både superstrengteori og kvantegravitation, men ikke sådan som Lisi anvender den.

I 2014 stiftede Lisi The Pacific Science Institut på Maui. Det er en slags kollegium eller refugium for forskere, hvor de kan tage ophold i kortere eller længere tid langt væk fra de institutionelle bånd og mikse deres forskningsarbejde med udendørs­aktiviteter som surfing, kiteboard og paraglidning.

Lisi er en stærk fortaler for, hvad man kunne kalde æstetiske kriterier i den teoretiske fysik: At de love, der styrer universet, skal være smukke og symmetriske. Han kalder det ’geometrisk naturlige strukturer’. Det er et synspunkt, han deler med superstrengteoretikerne. De er bare meget uenige om, hvad der er smukt.

Serie

Teorien om alting: Den teoretiske fysiks avantgarde

Der findes teorier om alting, og så findes der teorier om alting.

Mennesket har længe stræbt efter et universelt princip, en samlet teori for alle fysiske fænomener. De seneste 50 år er det superstrengteorien, der er løbet med opmærksomheden og pengene, men ude i videnskabens randområder findes folk, der sætter karrieren på spil for at komme med alternative bud på altings sammenhæng. I denne serie får de ordet.

Seneste artikler

Følg disse emner på mail

Vores abonnenter kalder os kritisk,
seriøs og troværdig.

Få ubegrænset adgang med et digitalt abonnement.
Prøv en måned gratis.

Prøv nu

Er du abonnent? Log ind her