(pixelparticle/Getty Images) I de sidste årtier af sit liv, Albert Einstein håbede at forene hans beskrivelse af tyngdekraften med eksisterende modeller for elektromagnetisme under en enkelt mesterteori.
Det er en søgen, der fortsætter med at irritere teoretiske fysikere den dag i dag. To af vores bedste modeller af virkeligheden – Einsteins generel relativitetsteori og kvantemekanikkens love - er lige så ublandbare som olie og vand.
Uanset hvordan en kombination af de to ser ud, vil den næsten helt sikkert afsløre fundamenter til universet, der er helt ulig noget, vi kan visualisere.
En nyligt offentliggjort matematisk opdagelse beskriver fremkomsten af tyngdekraften i en såkaldt 'holografisk' model af universet; det blev fundet af et hold forskere fra Chalmers Tekniske Universitet i Sverige og MIT i USA.
Hvor mærkeligt det end kan lyde, er det det bedste sted for os at starte i vores søgen efter en komplet forståelse af, hvordan rum, tid og stof alle opstår fra dybere love.
'Når vi søger svar på spørgsmål i fysik, bliver vi ofte også ført til nye opdagelser i matematikken' siger Chalmers Universitets matematiker, Daniel Persson.
'Denne interaktion er især fremtrædende i søgen efter kvantetyngdekraften - hvor det er ekstremt vanskeligt at udføre eksperimenter.'
På trods af deres diskrete evne til at forudsige adfærden af alt fra elektronspring til sort hul bump med uhyggelig præcision, kvantefysik og generel relativitetsteori opstår ud af to vidt forskellige tankesystemer.
Kvanteuniverset er blokeret, men alligevel diset, når det ses tæt på, som pixels, der sløres til et forvirrende rod af farver, når du trykker dit ansigt mod skærmen.
Generel relativitetsteori er afhængig af et sømløst kontinuum af rum og tid, der krummer sig som svar på masse med klar overbevisning, selv når det ses på den mindste skala.
Der er andre metaforer, vi kan bruge til at beskrive, hvordan universet kan fungere, hver med deres egne matematiske rammer, hver især lidt mere obskure end de sidste.
Nogle involverer tilføjelse af usynlige dimensioner pakket ind i tankevækkende geometrier. Det holografiske princip, som forskerne bruger her, er et mærkeligt eksempel, der involverer at tage dimensioner væk .
Du kan tænke på det sådan her: Al information, der fortæller, hvordan partikler skubber og trækker sig sammen, er kodet på noget, der ligner en flad overflade, der ligner det 3D-rum, vi tror, vi lever i, ikke ulig hvordan en følelse af dybde opstår, når du ser på et fladt, holografisk klistermærke.
Der er en god grund til at tænke på fysik på denne måde. Kvanteversioner af tyngdekraften indlejret i 4D rumtid bliver hurtigt ekstremt komplicerede og ubrugelige.
Hvis vores rumtid skulle bue langt nok tilbage på sig selv til at skabe en slags cylinder, ville den nødvendigvis have en 'flad' grænse. Det sker også, at disse uhåndterlige teorier om kvantetyngdekraft ville have tilsvarende teorier på denne grænse, teorier, der er meget enklere at arbejde med.
Dette nye papir blander effektivt forskellige modeller, der styrer partikler og deres bølger, og hvordan de transformerer sig i felter inden for en holografisk indstilling, for at lande på den matematiske ækvivalent af tyngdekraft, der fungerer som en naturlig konsekvens af disse interaktioner.
'Udfordringen er at beskrive, hvordan tyngdekraften opstår som en 'emergent' fænomen . Ligesom hverdagsfænomener – såsom strømmen af en væske – opstår fra individuelle dråbers kaotiske bevægelser, ønsker vi at beskrive, hvordan tyngdekraften opstår fra et kvantemekanisk system på mikroskopisk niveau,' siger matematiker Robert Berman, også Chalmers Universitet.
Som en bonus kunne dette nye arbejde også vise vej til forklaringer på andre storstilede fænomener, såsom det univers-udvidende brændstof, vi i øjeblikket omtaler som mørk energi .
Hvor elegant matematikken end måtte være, har teoretikere den luksus at fylde deres arbejde med forbehold og antagelser for at finde spændende nye mønstre. For eksempel, om vores univers kurver tilbage på sig selv nok til at have den form for grænse, der er nødvendig for det holografiske princip, er et åbent spørgsmål i sig selv, et få kosmologer er overbevist om.
Alligevel, når du forsøger at finde ud af et problem, selv Einstein ikke kunne løse, er det ikke en dårlig måde at begynde på at starte med det utænkelige.
Denne forskning blev offentliggjort i Naturkommunikation .