Symmetri har varit en av de vägledande principerna i fysikers sökande efter grundläggande naturlagar. Vad betyder det att naturlagar har symmetri? Det betyder att lagar ser likadana ut före och efter en operation, liknande en spegelreflektion, samma men höger är nu kvar i reflektionen.

Fysiker har letat efter lagar som förklarar både den mikroskopiska världen av elementära partiklar och den makroskopiska världen av universum och Big Bang i början, förväntar sig att sådana grundläggande lagar ska ha symmetri under alla omständigheter. Dock, förra året, två fysiker hittade ett teoretiskt bevis på att, på den mest grundläggande nivån, naturen respekterar inte symmetri.

Hur gjorde de det? Tyngdkraft och hologram

Det finns fyra grundläggande krafter i den fysiska världen:elektromagnetism, stark kraft, svag kraft, och gravitationen. Tyngdkraften är den enda kraft som fortfarande är oförklarlig på kvantnivå. Dess effekter på stora föremål, som planeter eller stjärnor, är relativt lätta att se, men saker blir komplicerade när man försöker förstå gravitationen i den lilla världen av elementära partiklar.

För att försöka förstå gravitationen på kvantnivå, Hirosi Ooguri, direktören för Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe i Tokyo, och Daniel Harlow, en biträdande professor vid Massachusetts Institute of Technology, började med den holografiska principen. Denna princip förklarar tredimensionella fenomen som påverkas av gravitationen på ett tvådimensionellt plant utrymme som inte påverkas av gravitationen. Detta är inte en verklig representation av vårt universum, men det är tillräckligt nära för att hjälpa forskare att studera dess grundläggande aspekter.

Paret visade sedan hur kvantfelkorrigeringskoder, som förklarar hur tredimensionella gravitationella fenomen dyker upp från två dimensioner, som hologram, är inte kompatibla med någon symmetri; vilket betyder att sådan symmetri inte kan vara möjlig i kvantgravitation.

De publicerade sin slutsats 2019, fick stort beröm från tidningsredaktörer och betydande uppmärksamhet i media. Men hur kom en sådan idé till?

Det började för drygt fyra år sedan, när Ooguri stötte på ett papper om holografi och dess relation till kvantfelkorrigerande koder av Harlow, som då var postdoc vid Harvard University. Strax efter, de två träffades vid Institute for Advanced Study i Princeton när Ooguri var där på sabbatsdagen och Harlow kom för att hålla ett seminarium.

"Jag gick till hans seminarium förberett med frågor, "Ooguri säger." Vi diskuterade mycket efteråt, och sedan började vi tänka att den här tanken han hade kan användas för att förklara en av de grundläggande egenskaperna hos kvantgravitation, om bristen på symmetri. "

Nya forskningssamarbeten och idéer kommer ofta från sådana samtal, säger Ooguri, som också är professor vid California Institute of Technology i U.S .. Ooguri reser minst en gång var fjortonde dag för att hålla föreläsningar, delta i konferenser, workshops och andra evenemang. Vissa kanske undrar om allt resande försämrar att koncentrera sig på forskning, Ooguri tror tvärtom.

"Vetenskapliga framsteg är allvarliga, "säger han." Det händer ofta på ett sätt som du inte förväntar dig. Den typen av utveckling är fortfarande mycket svår att uppnå med fjärrbyte.

"Ja, numera är det enklare med e-post och videokonferenser, " han fortsätter, "men när du skriver ett e-postmeddelande måste du ha något att skriva om. När någon är i samma byggnad, Jag kan gå över korridoren och ställa dumma frågor. "

Dessa dumma frågor är nyckeln till framsteg inom grundvetenskap. Till skillnad från andra fält, till exempel tillämpad vetenskap där forskare arbetar mot ett specifikt mål, den första frågan eller idén som en teoretisk fysiker kommer med är vanligtvis inte den rätta, Säger Ooguri. Men, genom diskussion, andra forskare ställer frågor som härrör från deras nyfikenhet, tar forskningen i en ny riktning, landar på en mycket intressant fråga, som har ett ännu mer intressant svar.