Lisa Randall vertelt me dat ze misschien een idee heeft van het volgende grote mysterie in de kosmologie.
gerelateerde inhoud
- Strange Portals in Physics openen
We lunchen in een restaurant in het Charles Hotel, niet ver van Harvard, waar ze theoretische fysica onderwijst, met specialiteiten in deeltjesfysica, snaartheorie, wiskunde, astrofysica en kosmologie. Randall, een slanke vrouw, nu 50, doet denken aan een jongere Joan Didion - lichtjaren bewustzijn achter haar ogen.
Ze is een sterrenprofessor van de sterren, een kosmologische beroemdheid, en slechts gedeeltelijk omdat ze de eerste vrouwelijke theoretische fysicus is die in Harvard werkt. Het was echt haar vermoeden in de late jaren '90 over de 'extra dimensies' van de snaartheorie die haar bekendheid verwierf in het veld. Ze kreeg meer aandacht voor haar verklaring van de Higgs boson-zoektocht, en voor haar daaropvolgende geschriften die aan de rest van ons proberen uit te leggen wat ze doet en hoe opwindend het is om het te doen, het meest recent Kloppen op de deur van de hemel .
En nu denkt ze dat zij en haar collega's in de fysica van Harvard iets nieuws hebben gevonden. Waar ze enthousiast over is, is 'donkere materie', die - samen met 'donkere energie' de overgrote meerderheid van het bekende universum vormt. De huidige schatting is dat 70 procent van het universum donkere energie is en 26 procent donkere materie. Dat komt neer op 96 procent. Dit betekent dat wat we zien en weten neerkomt op een miezerige 4 procent.
Vier procent! De onzichtbare 96 procent houdt het universum blijkbaar in zwaartekrachtevenwicht, waardoor het niet in zichzelf kan instorten of in het virtuele niets verdwijnt. Maar we weten er bijna niets anders over. Het probleem is dat de donkere dingen geen interactie lijken te hebben met de 4 procent die we kennen op een manier die ons een idee geeft van de aard ervan.
Maar Randall gelooft dat ze misschien een aanwijzing heeft gevonden. De dag voordat we elkaar ontmoetten, hield ze zelfs een lezing op een conferentie van de American Association voor de Advancement of Science in Boston, waarin ze aankondigde dat ze mogelijk bewijs had gevonden voor de interactie van donkere materie met onze materie. Een potentieel sensationele ontwikkeling voor kosmologen die zich net in de onmetelijke uitgestrektheid van het universum van de donkere materie begeven.
Het begon, zegt ze, omdat "er een signaal was dat ik wilde begrijpen."
"Een signaal vanuit de ruimte?" Vroeg ik haar.
"Een signaal van een satelliet die in het centrum van een melkwegstelsel kon kijken." Ver, ver weg, in de buurt van het hart van de Melkweg, hadden twee oneindig kleine deeltjes van donkere materie met elkaar in botsing kunnen komen en "vernietigd". Maar in plaats van geen sporen na te laten, reisden signalen van de vernietiging door de uitgestrekte ruimte om te worden gedetecteerd door de Fermi-satelliet die rond de aarde draait. Als die signalen worden gevalideerd, zegt Randall, kunnen ze het bewijs zijn van interacties tussen donkere materie - misschien de eerste leesbare vingerafdrukken van donkere materie die zijn opgepikt in ons bescheiden rijk van 4 procent.
“Ik weet heel goed dat het signaal vals kan zijn, ” zegt ze, maar wat belangrijk is, is het proces van proberen een model te maken dat het voorspelt. Ik overwoog een model waarbij er interactie was voor de donkere materie en besefte toen dat dit eigenlijk een heel ander scenario is dat op zichzelf interessant is, en in feite beter werkt en kan leiden tot afkoeling van een component van donkere materie, waardoor het op de schijf zou instorten zoals baryons doen. "
Op dit punt, waar "de baryons in de schijf vallen", ben ik helemaal verloren, maar "het belangrijkste", vervolgt ze, "is dat het slechts een scenario is dat vreemd genoeg niemand heeft overwogen. Mensen dachten aan interactie tussen donkere materie, maar alle donkere materie had interactie. En [in dit model] is het erg beperkt. ”Het is een uiterst klein deel van de 96 procent die verwaardigt om te communiceren met onze arme, zielige 4 procent.
De verslaggever in mij voelt plotseling dat dit een enorme primeur kan zijn, een kosmische primeur - gisteren is het gordijn misschien opgeheven op een groot deel van de 96 procent van het universum waar we geen idee van hebben. Maar het wiskundeprogramma laat de wanhoop in me achter om echt te begrijpen wat ze me vertelt.
Gelukkig laat ze me een kopie van haar aantekeningen zien voor haar AAAS-toespraak, getiteld "What Is Dark Matter?" Hoewel het veel dingen voor mij onduidelijk maakt, geeft het een geweldig gevoel aan haar stem wanneer ze tegen haar collega's praat - voorzichtig maar soms uitbundig .
Hier zijn een paar voorbeelden:
—Het is niet donker — het is effectief transparant!
- Hij hoopt het te zien omdat het een beetje ondoorzichtig is.
- Praat vandaag ... alternatieven voor standaard WIMP-paradigma.
WIMP, zegt Randall, staat voor 'Weakly Interactive Massive Particles', het dominante paradigma over donkere materie tot nu toe.
- Waarom zou alles zijn zoals onze zaak?
- Wat mysterieus is, is dat energie opgeslagen in donkere materie en gewone materie zo veel op elkaar lijkt.
—Experimentele lantaarnpalen: LHC.
(De LHC is de Large Hadron Collider, de deeltjesversneller van miljarden dollars aan de Zwitserse grens die bewijs heeft gevonden van een Higgs-deeltje - of 'iets uitgebreider', zoals ze zegt in het nieuwe voorwoord van Heaven's Door, omdat ze gelooft dat er enkele dubbelzinnigheden in het bewijs dat de Big Discovery eigenlijk een Higgs-deeltje was. De LHC is nu in de winkel, om later te worden aangepast om nog meer verbazingwekkend energieke botsingen van deeltjes te produceren, die, vertelde ze me, misschien meer anomalieën zou ontdekken die iets aangeven over donkere materie.
—Wachten op hogere energieën, meer intensiteit.
(Zijn we niet allemaal?)
- Ik weet nog niet of deze lantaarnpaal in de juiste regio staat.
(Dit betekent niet Zwitserland maar super-subatomaire oneindigheid.)
Nu is hier haar signaal:
—Donker materiedeeltje raakt een ander donker materiedeeltje en vernietigt.
—Annihilatie produceert standaardmodeldeeltjes [heeft het type 4 procent al ontdekt].
-Niet donker!
Daarna is er een pagina met de kop, in bijna centimeters hoge letters:
- Dit verandert alles!
Ze besluit met deze wrange lijnen:
- Ik weet wat iedereen wil weten wanneer we donkere materie zullen zien.
- Antwoord kan vroeger of later zijn dan we denken!
Het lijkt redelijk zeker dat Lisa Randall als een van de eersten het weet als het gebeurt.
(Recente rapporten verschijnen sinds ons gesprek op andere mogelijke waarnemingen van donkere materie, maar Randall gelooft dat haar gedeeltelijke interactiescenario nog steeds saillant is.)
***
Hoewel het werk van Randall haar gedachten meeneemt naar de ruimte, is het een vraag over een andere dimensie, de innerlijke ruimte, waarop ze tijdens onze lunch het meest uitgebreide antwoord geeft. Het onderwerp komt aan het einde aan de orde, terwijl ze vorkjes van mijn bosbessenschoenmaker speert. Ik vraag haar over het menselijk bewustzijn - de donkere materie in ons - namelijk of ze heeft nagedacht over de kwestie van de geest / hersenen: is de geest het product van de hersenen, al onze gedachten neurochemisch bepaald (zoals de 'materialisten' zeggen), of is de geest niet een slaaf van het fysieke brein, op de een of andere manier in staat tot vrije wil (zoals de 'dualisten' geloven)? Of kunnen we die vraag nooit beantwoorden? De filosoof Colin McGinn noemt zichzelf een 'Mysterian' als een eerbetoon aan de 'one-hit wonderband' uit de jaren '60 ('96 Tears') Question Mark & The Mysterians omdat hij denkt dat ons bewustzijn misschien nooit het mysterie van zijn eigen aard kan bevatten .
Randall lijkt het argument van McGinn als een uitdaging te beschouwen: 'Ten eerste denk ik dat het altijd een vergissing is om' nooit 'te zeggen, omdat we er waarschijnlijk veel meer over kunnen begrijpen, zelfs als we het uiteindelijk niet begrijpen. Ten tweede proberen we deze vraag al heel lang niet te beantwoorden. We begrijpen veel dingen die we eerder niet begrepen. En het is verschrikkelijk moeilijk, omdat we niet eens weten wat we bedoelen met bewustzijn. '
Waar Randall het over heeft als ze het over bewustzijn heeft, is een continuüm.
“Ik denk dat een fout die we vaak maken is dat we het als een binair ding beschouwen, alsof we bewust of niet bewust zijn. Ik denk dat er een spectrum van bewustzijn is en ik vind het interessant om dat te bestuderen - het verschil tussen een plant en een hond, het verschil tussen een hond en een baby, tussen een baby en een iets oudere mens ... Ik denk dat het soort een continuüm. "Op die manier bekeken, zegt ze, " zou een goed begin zijn. "
"Ik zou heel graag zien dat je dat aanneemt, " zeg ik.
"Ja, misschien neem ik dat daarna wel aan, " antwoordt ze lachend - daarna na het oplossen van de vraag over de 96 procent van het universum die we niet kennen.
Haar idee van een continuüm van bewustzijn doet me denken aan een observatie van de grote Shakespeare-regisseur Peter Brook. "Om te zeggen dat iemand leeft is niet genoeg, " zei Brook. “Je kunt één procent in leven zijn, je kunt twintig procent in leven zijn. Met Shakespeare heeft iemand iets heel bijzonders - een man die niet alleen honderd procent leeft, maar misschien wel duizend, zelfs tienduizend, een miljoen procent. '
Dit is wat we zo fascinerend, zo ontzagwekkend vinden over kosmologen, astrofysici, wiskundige genieën. Hoeveel levendiger voor de aard van het bestaan - voor de enorme rijken van extra dimensies - lijken ze te zijn. Hoe moet dat zijn? Spannend, beangstigend, misschien isolerend, omdat er zo weinig mensen op aarde zijn die het kunnen begrijpen, laat staan delen.
Ik vraag Randall naar de vraag hoe inspiratie in haar werk past. Ze heeft de grote Russische dichter Pushkin geciteerd: "Inspiratie is net zo nodig in de geometrie als in poëzie." De inspiratie voor haar carrière-idee van "extra dimensies", vertelt ze me toen, kwam op een wandeling die ze maakte over de oude stenen boogbrug over de Charles River.
'Heb je het idee voor extra dimensies op die brug?' Vraag ik haar.
Ze weigert de anekdote te verbranden - er zijn al veel beroemde eureka-momentverhalen in de annalen van de natuurkunde - en zegt alleen: "Wel, het was een inzicht", waarbij ze het laatste woord op een zelfverwijderende manier uitsprak. Een inzicht betekent niet noodzakelijk een nieuwe waarheid. Soms is het gewoon een nieuwe manier om naar dingen te kijken. "Veel van de tijd dat we ons werk doen, zijn we [binnenshuis], formules samen te stellen, en soms denk je er niet aan als de wereld waarin je leeft.", "Het was gewoon leuk om te denken dat er misschien extra dimensies zijn."
Extra dimensies betekenen wiskundige rijken voorbij de drie (of vier als je tijd telt - en dat zou je ook moeten doen) waar we bekend mee zijn. Snaartheorie telt nu ten minste 11 dimensies. Naarmate het complexer werd, werd het steeds controversiëler. In een van haar zeldzame uitingen van emotie tijdens onze lunch vertelde Randall me zelfs dat ze 'mensen beu was om te vragen wat Lee Smolin zegt' over snaartheorie. Smolin is een gerespecteerde als tegengestelde theoretische fysicus die beweert dat snaartheorieën te ver zijn gegaan in het bouwen van kastelen in de lucht. Randall beschermt haar extra dimensies.
Ondanks haar genegenheid voor het citaat van Pushkin, vertelt ze me dat ze haar werk niet graag ziet als puur ontslagen door "inspiratie". Ze noemt dat "top-down" denken - eerst een hoog concept bedenken en dan proberen om structuren te vinden om het te ondersteunen. Ze geeft de voorkeur aan bottom-up denken. Inderdaad, ze beschrijft haar methode, met enige nederigheid, als louter "puzzels oplossen" en vindt de beste metafoor ervoor in haar favoriete sport, rotsklimmen.
'Je bent buiten. Het is mooi, 'zegt ze, ' het is gericht op een interessant probleem ... en je staat ergens op. 'Uitzoeken welk pad op een rotsklif vruchtbaar zal zijn en dat zal leiden tot een dood of gevaarlijk einde - en dan doen. Met alle risico's en gevaren van dien. (Ze had nog niet zo lang geleden een 'slechte val' in Griekenland geklommen, zegt ze.) Ze volgt dezelfde stapsgewijze aanpak in haar werk. Dientengevolge is ze minder dan verliefd op romantische termen uit de wetenschappelijke wereld zoals 'schoonheid' en 'elegantie'. 'Ik denk niet in termen van' waarheid is schoonheid 'of' schoonheid is waarheid ', zegt ze. "Ik geef de voorkeur aan wat werkt, niet zozeer elegant als economisch" - als niet de kortste afstand tussen twee punten, de eenvoudigste manier om er te komen.
Zelfs voor een buitenstaander is het duidelijk dat Randall niet alleen belangrijke wetenschap doet, maar ook iets heel moedigs doet in de wetenschapscultuur. In haar toespraak neemt ze het grootste mysterie van het universum over en vertelt ze de voornamelijk mannelijke wetenschappelijke gemeenschap, die het WIMP-model had begunstigd, dat ze misschien natuurlijk zijn. Men moet de neiging vermijden om het te beschouwen als Nancy Drew versus de Hardy Boys.
Je wist dat we op een gegeven moment over geslacht moesten praten, nietwaar?
Harvard was ground zero voor de gender- en wetenschapsoorlogen enkele jaren geleden toen Larry Summers, toenmalig president van de universiteit, de brandende suggestie deed dat de reden dat er zo weinig vrouwen aan de top staan van wiskunde en wetenschapberoepen zou kunnen zijn dat vrouwen zijn gewoon niet zo geschikt voor wetenschap en wiskunde. Met de implicatie dat het geen culturele conditionering was, maar genetische bedrading van de hersenen.
“Je hebt deze vraag waarschijnlijk een miljoen keer beantwoord, ” zeg ik tegen Randall, “maar laat me je het op een andere manier stellen: niet of vrouwen beter of slechter zijn, maar of er een verschil is in de manier waarop vrouwen wetenschappelijke vragen waarnemen. ”
"Wat ik zal zeggen is dat vrouwen waarschijnlijk cultureel worden behandeld, " zegt ze, "wat betekent dat ik denk dat je meer wordt bekritiseerd, dat je een beetje meer moet luisteren, je moet jezelf rechtvaardigen. Dus ik denk dat er manieren zijn waarop je waarschijnlijk harder moet werken. Ik kan een goede luisteraar zijn. Ik kan vaak de juiste vragen stellen. Vaak niet helemaal thuis, zie je de dingen een beetje anders.
“Het kan goed en slecht zijn, toch? Je ziet dingen als buitenlanders die naar een nieuw land komen, dingen een beetje anders zien. '
Hoor signalen die moeders niet ...
"En weet je, ik ben vrijwel in dezelfde wereld opgegroeid, ging vrijwel naar dezelfde klassen [als mannelijke leeftijdsgenoten], maar je hebt een iets andere ervaring ..."
De focus op wetenschap is misplaatst, zegt ze, in de genderbespreking. "Het maakt deel uit van een groter probleem over vrouwen in de samenleving en ik denk dat [de focus op wetenschap] is als proberen het probleem van een stervende boom op te lossen door ergens naar een klein minuscuul wortelje te kijken."
***
Van het einde van het universum tot het einde van het universum: in gesprek met Randall herinnerde ik me Woody Allen in Stardust Memories die klaagden over een rapport dat het universum zal eindigen als alle materie na triljoenen jaren "vervalt". Zijn sombere implicatie - een die een hedendaags onderwerp van debat blijft onder natuurkundigen en filosofen - was dat de kosmos geen ultiem doel heeft, geen 'teleologie', en dus wat is het nut van al ons streven om blijvende betekenis te creëren als er niets blijft. Cheery, toch?
Ik was blij dat ik de gelegenheid kreeg om een van 's werelds toonaangevende kosmologen haar mening hierover te vragen: "Hoe denk je dat het universum zal eindigen?" Vroeg ik haar.
"Gezien de energieën die we kennen, en de materie waarover we weten, " zegt ze, "zal het zich gewoon blijven uitbreiden en het spul dat er is zal uiteindelijk zwarte gaten vormen en het zal uiteindelijk wegstralen en uiteindelijk uitbreiden tot verdund niets. Dat is een gok. Het is interessant, "zegt ze, " dat is waar het lijkt alsof het nu gaat. "
Niet helemaal anders dan Woody's angsten - hoewel zonder een vleugje Woody Allen angst. Liever een soort kosmische gelijkmoedigheid. Maar dat wil niet zeggen dat Randall niet in staat is tot vreugde, om uit te drukken hoe het is om de sensatie van kosmisch bewustzijn te voelen. Als ik zeg dat ik ontzet ben door onze onwetendheid van 96 procent van het universum, na al die tijd het te hebben bestudeerd, heeft ze er een andere kijk op: 'Ik denk dat ik er anders over denk', zegt ze. “Ik denk dat ik het geweldig vind dat we net zoveel weten als wij. We zitten gewoon mensen vast op deze planeet in het midden van het zonnestelsel. Het is ongelooflijk hoeveel we hebben bedacht. En waarom zou alles zo op ons moeten lijken dat we erachter kunnen komen? Zelfs gewoon iets eenvoudigs, zoals weten hoe het plantenleven eruit zal zien in Afrika, het is moeilijk om te doen tenzij je er echt bent, dus we zijn op deze ene locatie en het is verbazingwekkend hoeveel we hebben bedacht ”over de plaatsen - diepe ruimte —We zijn niet geweest en zullen nooit gaan.
Het is dat gevoel van perspectief - van verschillende dimensies - dat zo indrukwekkend is bij iemand als Randall. Je kunt je dus de opwinding van (niet-wetenschappelijke) ontdekking voorstellen die ik voelde toen ik een nieuwe dimensie aan haar vond - in het libretto van een opera die ze had geschreven. Ja, Lisa Randall heeft een opera geschreven, Hypermusic: Prologue, op uitnodiging van Hèctor Parra, vervolgens professor in elektro-akoestische compositie aan het conservatorium voor muziek van Aragon in Spanje. De opera werd voor het eerst opgevoerd in het Centre Pompidou in Parijs en vervolgens in Barcelona en, in fragmenten, in het Guggenheim in New York City.
Het bevat passages uit haar boeken, evenals originele teksten en het is erg avant-gardish, maar tegelijkertijd bijna schokkend gepassioneerd op een zeer ouderwetse manier.
Hier zijn enkele momenten:
De sopraan, de figuur van Lisa Randall, komt binnen in "PLANE 1" en vraagt zich af:
—Dit landschap ...?
Deze fase voor ons wezen?
Waar is het?
Waar eindigt het
Structuren ondersteunen het bestaan
Kan ik ze vinden?
[of zijn ze]
Puzzels die ik hier nooit zal ontcijferen.
Wat wordt gevolgd door de naakte uitdrukking van:
-Angst
Vervorming.
Agony.
(Je moet je voorstellen dat deze woorden worden gedramatiseerd door een opera-sopraan.)
Maar in "PLANE III: FEAR AND HOPE" verandert het vermoeden over extra dimensies dingen:
—Deze stap — een nieuwe dimensie—
windt me op
boven alles wat ik ooit heb gevoeld.
Dan worden dingen in Plane IVA plotseling een beetje trippy als ...
—Ik ga de vijfde dimensie binnen ...
-Ruimte
en tijd
zijn in leven!
—Ik zie meer—
De volledige omvang van ons universum ... !!
Er is meer, maar ik zal de operatekst verlaten met haar twee uitroeptekens.
Ze eindigt PLANE V met:
- Hoe deel ik dit met u?
En in zekere zin heeft ze in de opera-vorm een middel gevonden om de opera-emoties te delen, haar gevoel van verwondering en ontzag voor het ervaren van de kosmos. De extra dimensies in haar hoofd. Randall kan ons niet naar haar visionaire niveau brengen, maar ze kan ons een gevoel geven van hoe opwindend en beangstigend en uiteindelijk het is om dergelijke visioenen te hebben. Laten we zeggen, duizend procent in leven.
