Daniel Persson

​På jakt efter universums ursprung med hjälp av svarta hål och matematik

Daniel PerssonMålet med Daniel Perssons forskning är att finna en enhetlig beskrivning av universums fundamentala lagar. Forskningen rör sig i gränslandet mellan matematik och teoretisk fysik och använder svarta hål som ett laboratorium.
 
− Min forskning går ut på att försöka förstå universums lagar på den mest fundamentala nivån. Vi har två separata spår: dels lagarna som styr det mikroskopiska, där vi har en väl fungerande teori i kvantmekaniken med de tre krafter som styr mikrokosmos: elektromagnetiken, den starka kärnkraften och den svaga kärnkraften. Sedan har vi Einsteins gravitationsteori som förklarar makrokosmos med planeter och galaxer. Men om vi vill veta mer om universums ursprung så smälter krafterna ihop. Det är inte längre hållbart att ha två parallella teorier, och ett mål med teoretisk fysik är att försöka förena de två beskrivningarna till en enhetlig teori för hela universum. 
 
Universums ursprung är som vi vet väldigt långt borta och svårt att ha som observationsmaterial för att pröva teorier, men det finns något som är mycket närmare, nämligen svarta hål som finns så nära som i Vintergatans centrum. Ett svart hål kan bildas när en tillräckligt tung stjärna slocknar och kollapsar under sin egen gravitationskraft. I denna dramatiska händelse trycks så mycket materia ihop inom en oerhört liten volym att själva rumtiden trasas sönder och ett svart hål bildas. På grund av den stora massan har det svarta hålet en väldigt stor gravitationskraft inom en mikroskopisk volym. En komplett beskrivning av ett svart hål kan endast ges genom att förena kvantmekaniken med Einsteins gravitationsteori. Svarta hål kan därför ses som ”laboratorier” för att testa nya teorier. Daniel arbetar med att förstå kvantmekaniska egenskaper av svarta hål inom ramen för strängteori, vilket är en av de ledande kandidaterna för en enhetlig teori för universum. Enligt strängteori är universum uppbyggt av små vibrerande strängar som vi på håll uppfattar som olika punktformiga elementarpartiklar. Detta synsätt har lett till helt nya matematiska verktyg för att angripa naturens djupaste frågor.
 
− Jag ville ursprungligen bli astronom och läste mycket populärvetenskap om astronomi och fysik på gymnasiet. Under min masterutbildning på Göteborgs universitets Fysikprogram fokuserade jag först på astronomi och astrofysik, men jag upptäckte snart att jag var mycket intresserad av matematiken som låg bakom och läste därför ytterligare en masterutbildning i teoretisk fysik. Under mitt examensarbete undersökte jag hur så kallade kosmologiska singulariteter, såsom big bang, kan beskrivas inom strängteori. Jag fann det otroligt fascinerande att man på detta sätt kunde förstå universum och dess lagar med hjälp av matematik.
 
Den kvantmekaniska beskrivningen av svarta hål i strängteori involverar en mängd olika områden av matematiken, från geometri och gruppteori till talteori. I Daniels forskning analyserar han bland annat så kallade ”modulära former”, vilka är oerhört vackra och sofistikerade matematiska objekt som på ett överraskande sätt ger viktig information om svarta hål. På lång sikt hoppas Daniel även kunna använda dessa kraftfulla matematiska tekniker för att undersöka kvanteffekter vid universums skapelse.
 
Utöver det rent forskningsmässiga så är den stora utmaningen i arbetet att få ett fast jobb och säkerställa finansiering genom externa forskningsanslag som kan bekosta doktorander, utrustning och forskningsresor. Tvärvetenskap är idag ett populärt begrepp, men i praktiken innebär det stora utmaningar när det gäller forskningsfinansiering eftersom tvärvetenskapliga ansökningar riskerar att hamna ”mellan stolarna” i ett ingenmansland mellan olika väldefinierade forskningsområden. Nyligen fick Daniel ett väldigt positivt besked om att en stor tvärvetenskaplig ansökan blivit beviljad, där han i samarbete med tre matematiker och två fysiker skall organisera ett sex veckor långt forskningsprogram på Simons Center, som är ett forskningscentrum för matematik och teoretisk fysik vid Stony Brook University. Syftet är att samla matematiker och fysiker för att utbyta idéer och så frön till nya banbrytande forskningsprojekt. 
 
− Många av de problem jag sysslar med nu tror jag kommer att vara lösta inom fem år, men det finns även en del riktigt långsiktiga projekt som kan ta betydligt längre tid att slutföra. Om 10−20 år kommer vi även ha kommit mycket längre när det gäller observationer om universums utveckling, speciellt den så kallade bakgrundsstrålningen som innehåller otroligt detaljerad information om det tidiga universum. Denna typ av experimentella resultat driver även den teoretiska forskningen framåt.
 
För att samhället skall vara rustat för att tackla framtida problem menar Daniel att det behövs ett oerhört starkt fundament av grundläggande forskning i Sverige. Många av dagens stora teknologiska innovationer är spinoffer från en grundforskning som haft ett helt annat fokus. Exempelvis är dagens noggranna GPS-teknologi en direkt tillämpning av Einsteins gravitationsteori, vilket knappast kunde har förutspåtts i början av 1900-talet. Idag är det populärt med forskningsfinansiering som direkt riktar sig mot kända samhällsutmaningar, såsom förnybara energikällor och bioteknik. Det är givetvis oerhört viktigt att vi satsar på denna typ av tillämpad forskning, men Daniel tycker att det är riskabelt om den riktade forskningen sker på bekostnad av grundforskningen, eftersom vi inte vad de stora samhällsproblemen kommer vara i framtiden. En stabil och omfattande grundforskning ger på lång sikt nya innovationer och leder till en bred kunskapsbas från vilken nya idéer och tekniker kan utvecklas. Från detta perspektiv spelar universiteten en viktig roll som oberoende forskningskällor som tänjer gränserna för vår kunskap om världen. Det är vår uppgift som forskare att se till att läroböckerna skrivs om då vi allteftersom får svar på de ”stora frågorna” om universum.
 
− Jag skulle vilja se någon form av bastrygghet för svensk grundforskning, eftersom det i den rådande situationen är få som vågar satsa långsiktigt och man riskerar då att missa så mycket. Det är inte bra om den kortsiktiga fokuseringen på tillämpningar och produkter tränger undan grundforskningen. Det måste finnas en balans mellan tillämpad forskning och grundforskning; det är som ett hjul med alla sina ekrar, du kan inte plocka bort hälften och tro att hjulet fortfarande ska rulla bra.

Publicerad: ti 17 mar 2015. Ändrad: on 10 feb 2016