För att beskriva vägen fram till svarta hål behöver vi en ny teori för mötet mellan relativitetsteori och kvantmekaniken.
Hur designar vi experimenten i framkanten av den moderna partikelfysikforskningen?
Vi försöker skapa extrema tillstånd där vi kan vara säkra på att ingen av våra teorier fungerar. För det är just i kollapsen som sker i mötet mellan två kända teorier som vi letar efter ledtrådar om framtidens vetenskap.
Rumtiden kallas det mycket speciella koordinatsystem av rum och tid som vi befinner oss i. Ett koordinatsystem föreställer vi oss ofta som rätvinkligt. Det fantastiska med rumtiden är dock att massiva objekt orsakar en krökning av den. Likt en massiv mastiff som hoppar upp i en spänd hängmatta där någon lagt upp några sockerdrickor och får de upplagda flaskorna att kollidera med sig själv, får himlakroppar den närliggande rumtiden att krökas och förbipasserande kometer att vika av och träffa planeten.
Detta är ett mer sofistikerat och allmängiltigt sätt att beskriva gravitation, i motsats till den mer effektiva teori vi lär oss i grundskolan som förklarar gravitation med hjälp av krafter. Detta är Einsteins allmänna relativitetsteori.
En annan framgångsrik teori, som i stället beskriver universums allra minsta avstånd, är kvantmekaniken. I kvantmekanikens essens ligger sannolikheten och med den även osäkerheten. Kvantmekaniken säger oss att vi endast kan veta var en partikel befinner sig, eller hur den är beskaffad, med en viss sannolikhet. Dessutom finns det ett samband mellan hur väl vi kan bestämma dess position och dess energi, den så kallade osäkerhetsrelationen. Vill vi veta dess position med stor noggrannhet, måste vi göra avkall på noggrannheten i bestämningen av dess energi. Detta har alltså inget att göra med att vi skulle ha bristfällig mätteknik, utan är ett strikt teoretiskt förhållande.
Det intressanta är nu att även om dessa två teorier i sig är mycket framgångsrika har vi ännu inte lyckats att förena dem! I de flesta fall behöver vi bara använda oss av en av teorierna och kan med säkerhet bortse från den andra eftersom de beskriver vardagligtvis skilda världar. Vi behöver ju inte Kung Carl Gustaf för att navigera på bokmässan. Omvänt behöver vi inte Sara Danius för att göra kvalificerade gissningar om nästa kungabarns hertigdöme. Även om det säkert skulle höja underhållningsvärdet.
Med detta drar vi slutsatsen att vi måste hitta en ny teori som är mer komplett än både kvantmekaniken och Einsteins allmänna relativitetsteori. Och denna nya teori måste även kunna beskriva nya fenomen som kan uppkomma i sfären där de tidigare teorierna möts.
Och det är precis detta som merparten av alla experiment inom astropartikelfysik och partikelfysik är upptagna med. På partikelacceleratorn LHC i Cern kolliderar vi protoner med extremt hög, och allt högre, energi. Med den ökande energin kommer vi förutom att ta hänsyn till kvantmekanik, som är det vi normalt sett använder oss av för att beskriva partiklar, så småningom även att behöva ta gravitation i beaktning. Vi beger oss in på så pass små avstånd, och genom osäkerhetsrelationen då alltså även så höga energier och massor, att vi närmar oss gravitationens mest fatala och kända konsekvens: svarta hål.
Svarta hål är svåra att bortse från. Förhoppningen är att vi så snart som möjligt på vägen hit ska observera nya fenomen som ger oss nya ledtrådar om det okända.
Katarina Bendtz är forskarstuderande i experimentell partikelfysik vid Stockholms universitet, arbetar med atlas–
detektorn på LHC, Cern, och producerar vetenskapspodden Professor Magenta.
Detta är en text publicerad i #3 2016 av Magasinet Arena. Vid citering, referera till Magasinet Arena. Du kan köpa numret digitalt här.
Följ Dagens Arena på Facebook och Twitter, och prenumerera på vårt nyhetsbrev för att ta del av granskande journalistik, nyheter, opinion och fördjupning.
