'Overordnet set er det en kompliceret forretning at opdage verden,' siger den teoretiske fysiker Carlo Rovelli. 'Og det går langsomt. Det er altid gået langsomt. Og det går stadig langsomt nu, tror jeg.'
Rovelli siger det enkelt, men det er så meget desto bedre for os andre: Han har specialiseret sig i kvantetyngdekraften, en måde at beskrive tyngdekraften ved hjælp af kvantemekanikkens principper. I sin nyligt oversatte bog ' Virkeligheden er ikke, hvad den ser ud til: Rejsen til kvantetyngdekraften ', kalder han kvantetyngdekraften 'det største åbne problem i fundamental fysik.'
Hvad gør kvantetyngdekraften så tornet? Den forener to grundlæggende teorier, der beskriver universets adfærd: Kvantemekanik og Albert Einsteins generelle relativitetsteori.
'Vi har kvantemekanik, der fungerer ekstraordinært godt, og vi bruger den til at beskrive stof, til at lave computere, til at beskrive partikelfysik, atomerne, kernekræfterne og alt det der,' siger Rovelli. 'Og så har vi den generelle relativitetsteori. Det fungerer også meget godt og beskriver galakser og stjerner, og hvordan ting falder og gravitationsbølgerne.'
Problemet er, at teorierne beskriver forskellige ting godt. Faktisk virker 'disse to teorier, i det mindste ved første øjekast, uforenelige med hinanden,' forklarer han
'Det er ligesom studerende i fysik, der går for at lytte til undervisning på fysikuniversitetet. Om morgenen får de en professor, der siger: 'Se, verden er sådan og sådan og så.' Og om eftermiddagen får de en anden professor, der siger: 'Verden er sådan og sådan.' … De kan ikke være begge dele rigtigt. Den ene af de to eller begge skal tilpasses til den anden. Så bestemt har vi et hul, jeg tror ikke, vi forstår virkelighedens struktur.'
At forene de to teorier har optaget fysikere i mere end et århundrede, i blot ét eksempel på opdagelsens langsomme fremskridt, siger Rovelli. Indtil videre har det været mislykket, idet der ikke er blevet bevist nogen forenende teorier.
'Der er et papir af Einstein i 1916 - så for et århundrede og et år siden - hvori han siger: 'Se, der er et problem, og vi skal finde ud af, hvordan tyngdekraften forbliver sammen med kvantemekanikken.' Og ingen i øjeblikket. har løst det problem. Eller måske ikke - måske har jeg løst problemet. Måske en anden har løst problemet. Der er teorier rundt omkring, der er tentative teorier omkring … men vi har ikke eksperimenter, der understøtter dem, og vi er ikke enige med hinanden.”
Rovelli siger, at hovedproblemet mellem kvantemekanik og generel relativitetsteori opstår, når vi undersøger rummet i meget lille skala. Han hjalp med at finde en teori om kvantetyngdekraft, kaldet loop-kvantetyngdekraft, som tilbyder en måde at nærme sig puslespillet på. Løkkekvantetyngdekraften indikerer, at selvom vi er nedsænket i rummet, er rummet ikke kontinuerligt, forklarer Rovelli. I stedet har rummet en atomstruktur: 'Så der er korn af rum, kvanta [af] rum.'
'Forestil dig, at vi ikke er fordybet i en kontinuerlig tredimensionel ting, men vi er fordybet i en granulær ting. Så der er en minimal mulig smule plads, og det er, hvad loop-kvantetyngdekraften beskriver: Måden disse bidder af rummet interagerer med hinanden, deres størrelse, deres form ... og hvordan de danner netværk til hinanden. De danner en slags net, der er knyttet til hinanden i disse netløkker. Det er der, navnet 'loop quantum gravity' kommer fra.'
Eller for at se det på en anden måde, opdagede Einstein, at rummet er som en gummiplade, der kan bøjes og strækkes. 'Og hvis du folder kvanteteorien ind, har denne gummiplade ... faktisk en tekstur, som en T-shirt,' siger Rovelli. 'Det er lavet af små små slags partikler, undtagen forsigtig - disse partikler er ikke i rummet. De er selv rummet.”
Løkkekvantetyngdekraftsteorien er ikke blevet testet endnu. Men hvis rummet faktisk er granulært, ville det betyde 'at ændre forestillinger som energi og alt det der,' siger Rovelli. Det ville også tælle plads blandt andre grundlæggende ting, som stof og lys, som vi nu ved består af partikler.
'Vi troede, at stof var kontinuerlig, og det tog ret lang tid at indse, at stof ikke er kontinuerlig,' forklarer han. »Det er atomært, det er lavet af atomer og molekyler, af partikler. Dette blev først forstået omkring begyndelsen af det 20. århundrede, ikke før det. Det er en af de ideer, der er meget gammel. Det blev foreslået i oldtiden. Men det blev indset for nylig.'
'Så stof er diskret, og lys er diskret, det er lavet af fotoner. En lysbølge er faktisk en sky af fotoner. Og det er trods alt ikke overraskende, at rummet i sig selv er en slags sky af små småting.'
Dermed ikke sagt, at Rovelli ikke forventer, at pladsen bliver ved med at overraske os. I 'Reality Is Not What It Seems' nærmer han sig kompleksiteten - og mysteriet - af kvantetyngdekraften frontalt.
'Verden er mere kompliceret end vores intuition,' siger han. »Det er der ingen tvivl om. Vores intuition er, at Jorden er flad og rund ... at vi ikke bevæger os. Men faktisk bevæger Jorden sig, og så videre og så videre.'
'Så videnskaben er ved at indse, at vores intuitioner ofte er naive. Tingene er mere komplicerede, de er smukkere, og de er meget overraskende, når man går ind i dem.'
— Julia Franz (oprindeligt offentliggjort på PRI.org )