Vad är en supersträng? Hur uppkommer svarta hål? Och vad är egentligen tid? Om detta och mycket annat handlar den forskning vid Karlstads universitet som nyligen beviljades medel från Vetenskapsrådet.
Institutionen för ingenjörsvetenskap, fysik och matematik fick nyligen glädjebeskedet att tre projekt inom ämnena fysik och matematik har fått drygt 4,5 miljoner kronor från Vetenskapsrådet för en treårsperiod.
Claes Uggla, professor i fysik, får drygt 500 000 kronor per år i tre år för projektet "Allmän relativitetsteori och kvantkosmologi".
– Einsteins relativitetsteori är kanske mest känd för sin tillämpning inom kosmologin och teorierna kring Big Bang, och för sina förutsägelser om existensen av svarta hål. Men idag behövs relativitetsteorin även för att kunna utveckla tekniker inom satellitnavigering och det globala positioneringssystemet GPS, berättar Claes Uggla.
Han betonar också att allmän relativitetsteori i allt högre grad kan kopplas till annan fysik, till exempel astrofysik. Forskningsprojektet har som mål att skapa en bättre förståelse för vad allmän relativitetsteori har att säga om naturen. Ett annat viktigt mål är att förbättra kopplingen mellan allmän relativitetsteori och andra grenar inom fysiken.
Det forskningsprogram som Claes Uggla leder har bland annat lett fram till resultat om hur svarta hål bildas. Svarta hål kan beskrivas som rester av stjärnor som krympt ihop och nu fungerar som rymdens egna dammsugare. Claes Ugglas forskning rör även neutronstjärnor, en av de möjliga slutprodukterna när en stjärna dör. Dessa neutronstjärnor består av neutroner som är så tätt packade att de vidrör varandra, vilket gör dem till extremt massiva objekt. En fingerborg full av neutronstjärnematerial skulle väga 100 miljoner ton på jordytan.
Ett av Claes Ugglas forskningsområden berör också så kallad kvantkosmologi. Här handlar det om att försöka förklara olika fenomen där begreppen rum och tid inte längre existerar. Kanske kan forskarna då belysa frågan "vad är tid?”.
Professor Jürgen Fuchs har liksom Claes Uggla beviljats medel för sin forskning inom ämnet fysik. Han får drygt 490 000 kronor per år i tre år för projektet "Konform kvantfältteori och dess tillämpning i strängteori".
– Idag vet vi att det existerar fyra fundamentala krafter i naturen, nämligen gravitation, den elektromagnetiska kraften samt de starka och svaga kärnkrafterna. Ett genomgående tema för forskningen är att försöka förena alla naturkrafter, helst till en enda kraft, förklarar Jürgen Fuchs.
Den mest lovande kandidaten för en sådan förening av naturkrafterna är den så kallade sträng- och supersträngteorin. En supersträng kan beskrivas som alltings absolut minsta beståndsdel. Egenskaperna som strängarna har är viktiga för att vi ska kunna förstå hur vårt universum utvecklades efter Big Bang och varför universum ser ut som det gör. För att kunna genomföra beräkningar inom supersträngteorin behöver man något som kallas CFT, Conformal Field Theory.
– Ett viktigt mål med min forskning är att kunna formulera sådana konforma fältteorier med hjälp av avancerade och kraftfulla matematiska metoder. Många av dessa generella matematiska strukturer är ganska abstrakta, men kan användas för att förutsäga konkreta fysikaliska effekter. Nyttan av denna forskning ligger framför allt i utvecklingen av teoretiska kunskaper om naturens grundläggande strukturer, säger Jürgen Fuchs.
Den tredje forskaren som beviljats medel från Vetenskapsrådet är Alexander Bobylev, professor i matematik vid Karlstads universitet. Han får 513 000 kronor per år i tre år för projektet "Matematiska problem och metoder i icke-linjär kinetisk teori".
Kinetisk teori handlar om ett system som består av ett enormt stort antal växelverkande enheter. Teorin kan användas inom en mängd olika områden, från galaxformationer till trafikflöden på motorvägar. Forskningsprojektet baseras på nya idéer som kan relateras till några mycket komplicerade kinetiska ekvationer. Det är till exempel mycket som forskarna ännu inte vet om den mystiska Boltzmannekvationen, som lades fram för mer än 100 år sedan.
– Att arbeta med detta projekt är inte minst en utmärkt träning för unga forskare. Det är väldigt viktigt, speciellt för yngre personer, att vårt arbete är erkänt av och får stöd från Vetenskapsrådet. För närvarande har vi en grupp på fyra doktorander som arbetar tillsammans med mig inom projektet. Vi planerar också att ta in ytterligare en person i gruppen, Eva Mossberg, för att fylla den del av projektet som handlar om datorsimulation av processer i gaser och plasman, säger Alexander Bobylev.
De doktorander som är involverade i projektet är Niclas Bernhoff, Mirela Vinerean, Mikael Fjällborg och Niclas Petersson, alla verksamma vid Karlstads universitet.
