Nobelpriset i fysik 2023 blev tilldelat Anne L’Huillier, Pierre Agostini och Ferenc Krausz. De har utvecklat experimentella metoder för att generera attosekundspulser av ljus i studier av snabba processer på en tidsskala där elektroner ändrar energi. År 1997 utsågs Anne L’Huillier till professor i fysik vid Lunds universitet. För tolv år sedan uppmärksammades hon för att ha utvecklat världens snabbaste kamera. Den registerar händelser mätta i attosekunder. En attosekund är en miljarddels miljarddels sekund, eller 1/1 000 000 000 000 000 000 sekunder. Jämförelsevis är universums ålder cirka 1 000 000 000 000 000 000 sekunder och ett hjärtslag handlar om storleksordningen 1 sekund.

Foto: Kennet Ruona (Källa: LTH, Lunds Tekniska Högskola) 

I en vågmodell för elektroner bestämmer deras massa m_e och Plancks konstant h en våglängd lika med h/m_ev (vid en hastighet v som är låg jämfört med ljusets hastighet c) samt en vågperiod lika med h/m_ec² (mindre än 1/1 000 000 000 000 000 000 sekund och för kort för att bekräftas ens av världens snabbaste kamera). Den vågmodellen lanserades av Louis de Broglie som tilldelades Nobelpriset i fysik år 1929.

Elektronens vågperiod är, med ett mer kompakt skrivsätt, av storleksordningen 10^-20 s. En motsvarande elementarpartikel bakom tyngdkraften har en beräknad vågperiod av storleksordningen 10²⁰ s. Förhållandet mellan dessa vågperioder är av storleksordningen 10⁴⁰. Detta stora tal är känt som kvadratroten ur en allmänt accepterad uppskattning av antalet protoner i universum och som förhållandet mellan makrokosmiska och mikrokosmiska rumsskalor och även mellan den elektromagnetiska kraften och tyngdkraften. Vetenskapliga förklaringar av denna så kallade talkoincidens har inte vunnit ännu över så kallade antropiska resonemang vilket är också fallet för det uppmätta värdet på den kosmologiska konstanten i studier av den kosmiska expansionens förlopp.

Attosekundfysik handlar om att studera mikrokosmiska processer. Bortom Nobelpriset i fysik 2023 kan steg tas just där mot den allomfattande teori som var Albert Einsteins livsmål och som numera kallas ToE (Theory of Everything). Ett annat försök till ett steg mot ToE representeras av den vågteori för tidsflödet som blev publicerad av Svenska Matematikersamfundet i oktober under det internationella astronomiska året 2009 och som förklarar den ovannämnda talkoincidensen samt det uppmätta värdet på den kosmologiska konstanten.

Tre tidigare Nobelpris i fysik kommer här att beskrivas för att klaragöra raderna ovan. När Albert Einstein dog 1955 hade han revolutionerat vår förståelse av rum och tid. Men vad förutsåg han om sådana koncept som svarta hål, mörk materia och mörk energi för vilka forskare har blivit belönade med Nobelpriset i fysik 2020, 2019 respektive 2011?

Roger Penrose tilldelades ena halvan av Nobelpriset i fysik 2020 för sina forskningsresultat om svarta hål. Han visade att deras existens är en realistisk förväntan på basis av Einsteins gravitationsteori. Även Isaac Newtons teori om universell gravitation hade tidigare använts för att diskutera den möjliga existensen av osynliga supermassiva objekt där flykthastigheten skulle vara högre än ljusets hastighet i vakuum. Men Einstein trodde aldrig på fysisk existens av sådana objekt.

Reinhard Genzel och Andrea Ghez delade den andra halvan av Nobelpriset i fysik 2020 för upptäckten att ett osynligt och extremt tungt objekt styr stjärnornas omloppsbanor kring centrum av vår egen galax, Vintergatan. Den enda logiska tolkningen är att objektet utgörs av ett supermassivt svart hål.

örDet var välförtjänt att Penrose delade Nobelpriset med de andra två fysikerna. Han gjorde sitt banbrytande bidrag 1965 och fortsatte fram till 2020 i samarbete med yngre kollegor, bl  a den världsberömde kosmologen Stephen Hawking som gick bort 2018.

Nobelpriset i fysik 2020 har gjort teorin om ett svart hål i centrum av vår galax avsevärt enklare att diskutera än teorier om mörk materia för att tolka hur gravitationen håller ihop alla galaxer och om mörk energi för tolkning av mätdata som indikerar att galaxerna flyr från varandra i en allt snabbare takt.

Nobelprisen i fysik 2019 respektive 2011 ger stöd för existensen av dessa fenomen, men en allmänt accepterad tolkning av deras natur saknas även om mörk energi ofta relateras till den kosmologiska konstanten som Einstein först såg som nödvändig och sedan som sitt livs misstag. I ett halvt dussin texter publicerade från 2009 till 2019 av Svenska Matematikersamfundet blev de kända tolkningarna av båda fenomenen utmanade av mig.

Einstein tilldelades Nobelpriset i fysik 1921 för sitt bidrag till kvantfysiken. Han hade fram till sin död fokus på att utveckla en enhetlig fältteori för elektromagnetism och gravitation så i mina ögon borde hans berömda förmåga att göra tankeexperiment ha lett honom till att förutsäga existensen av mörk materia som en ansamling av elementarpartiklar bakom gravitationskraften motsvarande elementarladdningarna bakom den elektromagnetiska kraften. Min utgångspunkt i de ovannämnda texterna är ett förslag till en vågteori för tidsflödet, WTT. Där länkas styrkeförhållandet mellan den elektromagnetiska kraften och gravitationskraften till en kvot mellan de bakomliggande elementarpartiklarnas respektive vilomassor.

WTT presenterar en kontinuerlig vågmodell för tidsflödet där ett första tidsmått varierar med en period i storleksordningen 10²⁰ sekunder och bestämmer gravitationskraften såsom beskriven av krökt rumtid och där ett andra  tidsmått varierar med en period i storleksordningen 10^-20 sekunder och bestämmer den elektromagnetiska kraften. Den vågmodellen gör det möjligt att beskriva hastigheten på den kosmiska expansionen antingen som tilltagande när tiden mäts med atomklockor och stabiliteten baseras på elementarladdningen eller som avtagande när tiden mäts med en alternativ klocka. Dess stabilitet är baserad på ljusets hastighet i vakuum och har blivit kallad Einsteins klocka.

Det var hans starka tro på ett hållbart statiskt universum som 1917 motiverade Einsteins lansering av en kosmologisk konstant. Den antogs representera en repulsiv kraft som motverkar den sammanhållande gravitationskraften. Upptäckten i slutet av 1920-talet att universum expanderar fick honom att se det antagandet som ett misstag. Men upptäckten 1998 att hastigheten på universums expansion ökar fick kosmologer att snabbt hävda att Einstein hade rätt när han trodde på en kraft som motverkar den sammanhållande gravitationskraften och som representeras av den kosmologiska konstanten. Den senare har en storlek som är kopplad till den ökande hastigheten på den kosmiska expansionen beräknad med atomklockor som tidsmått. Men hastigheten på den kosmiska expansionen ökar inte om den beräknas med Einsteins klocka som tidsmått. Då blir den kosmologiska konstanten noll och mysteriet med mörk energi försvinner.

Jorden gav en felaktig rumsreferens för att tolka planeternas omloppsbanor i solsystemet, och atomklockor ger oss fel tidsreferens för att tolka den kosmiska expansionens förlopp. I ett tankeexperiment med en kosmologisk modell där den ovannämnda elementarpartikeln bakom gravitationen inte har sällskap av elementarladdningen och där Einsteins klocka är den enda tillgängliga referensen för att beskriva det kosmiska expansionsförloppet erbjuder WTT slutsatsen att fysisk existens av mörk energi är ett onödigt antagande.