Monica Guica tar emot i dörren till Nordita, Nordiska institutet för teoretisk fysik, som håller till i ett gult stenhus i AlbaNova i Stockholm. Här forskar hon om de mest fundamentala lagarna inom fysiken. Målet är att förstå hur gravitation kan beskrivas på kvantnivå och vägen dit går via teoretiska studier av snabbt roterande svarta hål och holografi.

– Det handlar om att förstå hur allt hänger ihop i universum.

Inramningen för intervjun kunde knappast vara bättre. Ett bit bort, i en aula på Stockholms universitet, pågår samtidigt 2017 års Nobelföreläsning om upptäckten av gravitationsvågor, som uppstått i en kollision mellan två svarta hål 1,3 miljarder ljusår bort i rymden. En upptäckt som bevisade existensen av svarta hål, något Einstein förutspådde i sin allmänna relativitetsteori.

För att hitta gravitationsvågorna i allt brus från rymden krävdes en oerhört känslig detektor. Monica Guica använder papper och penna i sin forskning.

– När jag berättar för folk att jag arbetar med svarta hål så undrar de om jag använder data eller bilder från teleskop. Då förklarar jag att mitt arbete består helt av ekvationer, det är väldigt teoretiskt. Men gravitationsexperimenten är extremt viktiga, så jag har inkluderat ett extra avsnitt om gravitationsvågor när jag undervisar i allmänna relativitetsteorin för mina studenter.

Inspirerande fysiklärare

Intresset för fysik startade redan i tolvårsåldern, i hemlandet Rumänien.

– Jag hade en fantastisk matematik- och fysiklärare, hon förklarade allt på ett så roligt sätt.

Tack vare framgångarna i internationella fysikolympiader fick Monica Guica stipendium för att studera på universitet i USA. Några år senare, efter hon avslutat sina doktorandstudier vid Harvard University, fick Monica Guica postdoktortjänster i Frankrike och USA, och 2014 flyttade hon till Sverige.

Anslaget hon fått som Wallenberg Academy Fellow har skapat möjligheter att bygga upp en egen forskargrupp här. Arbetstiden delas mellan Nordita och Uppsala universitet.

– Här på Nordita kan jag koncentrera mig på forskningen. Det är en mycket dynamisk miljö som passar mig. Nya idéer kan starta under en diskussion på en fikarast, eller när jag läser en kollegas artikel.

Svårlöst paradox

Svarta hål bildas när mycket stora massiva stjärnor dör och kollapsar inåt. Gravitationen blir då så stark att ingenting kan lämna det svarta hålet, inte en ljuset. Även om man nu vet att svarta hål existerar, så saknas det pusselbitar i den teoretiska förståelsen. I den allmänna relativitetsteorin beskrivs gravitation, och hur den påverkar tid och rum, men den täcker inte allt.

– Gravitationsteorin används för att beräkna vad som händer i större skalor, det vi kan se, men för mycket små avstånd och partiklar är det kvantmekaniken och kvantfältsteorin som gäller, förklarar Monica Guica.

Problemet som många fysiker vill hitta en lösning på är att de här två var för sig väl testade teorierna krockar med varandra, vilket blir tydligt när man studerar svarta hål. Samtidigt kan de svarta hålen i sig själva också öka förståelsen för hur den allmänna relativitetsteorin och kvantmekaniken kan förenas.

Som stöd i sin forskning använder Monica Guica strängteori, den matematiska modell som för närvarande bäst kan beskriva kvantgravitation. I strängteorin ses elementarpartiklar som kvarkar och leptoner inte som punktformiga, utan som vibrerande subatomära strängar.

– Studierna av svarta hål i strängteori har lett till enorma framsteg i förståelsen av kvantgravitation i en särskild rumtid-bakgrund som kallas anti-de Sitter-rum. Det enda problemet är att vårt universum inte alls ser ut som anti-de Sitter.

Monica Guicas forskning fokuserar på att utveckla kvantgravitationsteorier för rumtider som existerar i den verkliga världen. Det är ett väldigt svårt problem att lösa, men hon har funnit att genom att koncentrera sig på regionen nära horisonten av snabbt roterande svarta hål kan det vara möjligt att lösa det.

”Anslaget jag får som Wallenberg Academy Fellow gör att jag kan ha större fokus på forskningen, och kan utveckla mina idéer för att förstå gravitation och holografi på en grundläggande nivå.”

Holografi och svarta hål

Gravitationen tros vara holografisk, förklarar Monica Guica, som använder den matematiska verktygslådan för holografi i strängteori för att vidareutveckla sina teorier.

Hon reser sig upp och ritar pilar och linjer på den vita tavlan, och beskriver holografi som att man har tillgång till all data i den tredimensionella bild man ser, men den är kodad på en tvådimensionell yta.

– I min forskning försöker jag förstå hur gravitationen i vår värld uppstår som en hologrameffekt från realistiska och maximalt roterande svarta hål. Arbetet handlar om att sätta lite matematiskt kött på de teoretiska idéer som jag har.

Text Susanne Rosén
Bild Magnus Bergström