Annons

Vart är universum på väg?

Långläsning med anledning av att detta är F&F nr 300 sedan starten!

Under en lönn någonstans på Uppsala gamla kyrkogård finns en liten namnlös grav utan sten. Det som ligger begravt är blott och bart en skalle. Ingen vet vem den tillhörde, men det var i varje fall inte Emanuel Swedenborg.

Emanuel Swedenborg (1688-1772) var en mångsidig man. Filosof, naturvetare, alkemist, profet, teolog och med tiden en av de svenskar som lämnat tydligast spår efter sig ute i världen. Hans tankar och idéer rörde sig obehindrat i de mest besynnerliga riktningar. Han inspirerades tidigt av Isaac Newton och tog djärvt till sig de nya idéerna. Men under de senare åren av sin levnad ägnade han sig i stället åt att fundera över sina egendomliga drömmar och Guds natur. I linje med detta sitt brokiga tänkande rönte efter hans död det kranium som burit denna kreativa hjärna ett märkligt öde. Swedenborg dog i London, men kroppen fick sent omsider sin sista vila i Uppsala domkyrka. Emellertid kom Swedenborgs kranium på villovägar, och år 1978 auktionerades det plötsligt ut av Sotheby's i London. Det visade sig alltså att det låg fel skalle i graven i Uppsala domkyrka. Men Swedenborgs skalle hamnade till slut ändå i Uppsala, och den felaktiga skallen, vems det nu kunde vara, begravdes på Uppsala gamla kyrkogård.

Johan Henric Kellgren buntade orättvist ihop Swedenborg med tidens alla möjliga charlataner då han skrev

Men fast man någon gång i Solen fläckar såg, Blir Månen likafullt, med sina fläckar, Måne. Fast Newton själf en dag i Andefeber låg, Blir Swedenborg ändå helt rätt och slätt - en fåne.

Men även Newton fuskade i det esoteriska (fast med mindre framgång och genomslag än Swedenborg), och vad gäller den övergripande bilden av naturen var Swedenborg närmast kusligt modern. Han berättar om hur solen och planeterna bildats ur virvlande gasmoln, om hur det med säkerhet finns världar kring andra stjärnor och hur universum kanske sprudlar av liv. Swedenborg viker heller inte för funderingar kring hur allt en gång skapades. Han skriver i sin egen Principia om hur världsalltet ska ha uppkommit genom en geometrisk och mekanisk rörelse. Om hur det första var något oändligt intigt, ur vilket universum uppstod genom rörelsen. En rörelse som utgick från punkten, som utan utsträckning är något på samma gång ändligt och oändligt. Det är uppenbart att Emanuel Swedenborg skulle ha känt sig hemma bland dagens kosmologer.

Det första ögonblicket

Vad är då denna början för något som Swedenborg liknar vid en oändligt intig punkt och som vi kallar big bang?

Vill du se världen, sådan den var i begynnelsen, före siffrornas ankomst?

undrar Bo Setterlind. Men är detta över huvud taget möjligt? Vad kom först, matematiken eller världen? Emanuel Swedenborg såg en gång i en dröm en lång rad siffror; det var änglar som talade med varandra på ett sedan länge utdött språk. Ty när änglar ser siffror uppfattar de inte blott något som berättar om ett antal, de uppfattar i stället en idé. Och det är väl på sätt och vis detta änglars språk som vetenskapen försöker använda för att förstå hur alltet en gång kan ha skapats.

När man i kvantkosmologi försöker förstå uppkomsten av universum utgår man från att naturlagarna fanns före världen. Om det inte vore så, hur skulle man då över huvud taget kunna säga något om en skapelse? Det är en vanlig tro, jag kan inte kalla det annat, bland fysiker och särskilt matematiker, att matematiken har en egen oberoende existens. Att världen förverkligar idéer som har sin ursprungliga existens någon annanstans. Man hör tydligt ekot av Platon med hans idévärld. Matematiken är det evigt perfekta medan vår värld endast är en otydlig skugga.

Många har förundrats över hur väl ordnade dessa matematiska naturlagar måste vara för att liv ska kunna uppkomma. En liten ändring av någon naturkonstant och inget liv är längre möjligt. Men kanske detta bara är ett slumpens verk? Vi måste ju per definition leva i just ett sådant välavvägt universum, annars skulle vi inte kunna finnas till och fundera över tillvaron. Detta är den antropiska principen. Många ryggar inför en sådan tanke och menar att varje referens till en antropisk princip innebär att man ger upp och riskerar att sluta söka en djupare förklaring som kanske trots allt finns. Men den antropiska principen är ändå vetenskaplig i den meningen att den gör en dramatisk förutsägelse: det måste finnas flera universum. Det gäller bara att finna vägar till kunskap om dessa andra världar.

Vad man hoppas på är att kvantmekaniken ska ge just sådana möjligheter. Man menar att den inte bara tillåter små partiklar att skapas ur tomma intet utan också hela världar. Med tomma intet avses då en intighet bortom tid och rum, kanske något i stil med den platonska idévärlden, där blott möjligheter existerar. Utmaningen blir då att finna de ekvationer som talar om hur de skapade, verkliga världarna kommer att se ut. Kanske det finns många olika möjligheter med vårt universum som blott en. De flesta universum är då sterila och öde utan vare sig stjärnor eller planeter. Andra flödar över av liv, åter andra innehåller små öar av liv i en annars öde rymd, som ju är fallet i vårt universum.

Inom fysikens strängteori hoppades man länge att man skulle hitta bara en möjlig värld. Att världen i minsta detalj bara kunde se ut på just det sätt den gör. Men på senare år har dessa förhoppningar kommit på skam. Den övergripande så kallade M-teorin må vara unik och allenarådande, men dess möjliga manifestationer tycks vara oändligt mångskiftande. Den antropiska principen har för många därför blivit alltmer naturlig. Och egentligen är det svårt att se hur det skulle kunna vara annorlunda. Att världen är oerhört väl inrättad, inte minst för att liv ska uppkomma, verkar vara ställt utom allt tvivel. Men hur kan detta vara möjligt om världen i minsta detalj är entydigt bestämd av matematisk nödvändighet? Varför skulle matematiken bry sig om att frambringa en levande värld? Är det inte troligare att matematiken i stället tilllåter flera olika möjligheter och att den antropiska principen sedan gör resten?

En dag kommer vi hur som helst att veta. Vi kommer att hitta de nödvändiga ekvationerna som besvarar dessa de djupaste av frågor. Vi kommer att finna de naturlagar som förbinder det minstas fysik, kvantmekaniken där allt är möjligt, med gravitationen som styr universums framtida öde. Det riktigt spännande är förstås att vi redan nu på ett meningsfullt sätt kan börja tala om sådana här frågor.

Skäl för en skapelse

Men varför måste universum ha en skapelse? Varför måste där ha funnits en Swedenborgs punkt? Kanske universum i stället har funnits i eviga tider? Termodynamikens andra huvudsats - "det var bättre förr" - ger en ledtråd till att det inte kan vara riktigt så. För om det nu var bättre förr, och det fortfarande är rätt hyfsat, kan universum rimligen inte ha existerat för evigt. I ett oändligt gammalt universum borde ju allt ha haft tid att förfalla, och allt vara betydligt mycket värre ställt än vad det trots allt är. Slutsatsen blir därför att det måste ha funnits ett skapelseögonblick - ett ögonblick av högsta ordning som blev startskottet för en resa mot förfallet. Argumentet låter kanske som ett skämt, men är mycket allvarligt menat och bland det starkaste man kan komma upp med.

Men dessa och andra ledtrådar var länge inte alls på modet. Man var övertygad om att universum är evigt. Inte ens Albert Einstein med sin nya teori för gravitationen, den allmänna relativitetsteorin, kunde slita sig loss från den förhärskande bilden av ett statiskt universum. Till sin förtret insåg Einstein emellertid att de ekvationer han funnit inte tillåter ett evigt existerande världsallt. Den allmänna relativitetsteorin säger att universum antingen måste utvidgas eller krympa, vilket alltså var något som Einstein inte alls gillade. Han såg sig därför tvungen att finna en utväg, ett sätt att förändra ekvationerna så att ett statiskt universum blev möjligt. Lösningen blev den kosmologiska konstanten. Vad Einstein gjorde var att tillåta själva tomheten att ha en massa eller, snarare, en energi. Något som han senare betecknade som sitt livs största misstag. De flesta människor kan nog påminna sig om att ha gjort betydligt större misstag än så. Men Einstein kan misstänkas ha haft även andra, mer grumliga, skäl för sitt tilltag. Ett expanderande universum leder ju osökt till tanken på ett ursprung, en skapelse, det som senare skulle ges namnet big bang. Och steget från en skapelse till en skapare är inte långt. Nog vore ett statiskt universum vetenskapligt tryggare? En sådan världsbild borde vara bättre rustad att stå emot religiösa spekulationer. I någon mening infördes kanske den kosmologiska konstanten som ett sätt att slippa en skapande gud.

Precis som Einstein hade Newton i sin mekanik långt tidigare funnit det svårt att åstadkomma ett statiskt universum. Till skillnad från Einstein sökte Newton emellertid tecken på en gudom bakom detta förhållande, och han föreställde sig Gud som upprätthållare av den jämvikt som fysiken inte förmådde upprätthålla. Ironin är påtaglig. Det av Einstein eftersträvade statiska universum hade inget behov av en skapare, medan Newton i det statiska universum såg Guds hjälpande hand. Det meningslösa i att argumentera för eller mot en gud via naturvetenskap torde vara uppenbart.

Båda hade hur som helst fel. Universum är inte statiskt, det utvecklas och expanderar. Den amerikanske astronomen Edwin Hubble upptäckte på 1920-talet att ljuset hos avlägsna galaxer är litet rödare än vad det borde vara. Den enda rimliga förklaringen till denna rödförskjutning är att galaxerna rusar bort från oss och att universum ständigt växer. En galax som avlägsnar sig borde nämligen bli just litet rödare, medan ljuset från en galax som närmar sig borde bli litet blåare. Precis som ljudet hos ett tåg på väg mot oss blir ljusare, och ljudet hos ett tåg som rör sig från oss mörkare. Senare tiders observationer av fenomen belägna allt längre bort, och därför allt längre tillbaka i tiden, visar otvetydigt en värld som åldras och utvecklas. Vad lär vi oss av detta? Naturen går sin egen väg oavsett våra fördomar och idéer om hur världen borde vara inrättad.

Dessutom har man nyligen, som en ödets ironi av stora mått, trots allt funnit en kosmologisk konstant. Även om den inte fyller den funktion som Einstein en gång hade hoppats på. Einstein hade tänkt sig en exakt balans där materiens gravitation vägs upp av en antigravitation från den kosmologiska konstanten och på så sätt tillåter ett statiskt universum. I vår värld har emellertid den kosmologiska konstanten tagit överhanden och ger expansionen en extra skjuts.

Upptäckten att universum har en kosmologisk konstant gjordes genom noggranna studier av exploderande stjärnor - supernovor - i avlägsna galaxer. Stjärnexplosionerna berättar om hur långt bort galaxerna befinner sig och därmed om hur långt tillbaka i tiden vi ser, och ljusets färg berättar om hur fort universum utvidgade sig. Då, för länge sedan. På detta sätt kan man räkna ut hur universums expansion förändrat sig över tidsåldrarna. Många kosmologer andas ut och välkomnar upptäckten. Mätningar med det stora rymdteleskopet Hubble hade tidigare indikerat att universum utvidgades "för fort". När man räknade tillbaka, syntes det vara alltför ungt, ynkliga 10 miljarder år gammalt. De äldsta stjärnorna, medlemmar av ålderdomliga stjärnhopar i galaxernas utkanter, bedömdes vara många årmiljarder äldre än så. Men ett accelererande universum måste ha utvidgats långsammare längre tillbaka i tiden och kan på så sätt vara äldre. Paradoxen är löst.

Också för partikelfysiken, som länge brottats med den kosmologiska konstantens problem, är detta en viktig upptäckt. Tomheten i partikelfysiken är i själva verket en sjudande soppa av födelse och förintelse. Detta ständiga bubblande ger upphov till en allestädes närvarande bakgrundsenergi som fungerar precis som en kosmologisk konstant. I partikelacceleratorer världen över kan man mäta och studera effekterna. Men det naturliga värdet på denna bakgrundsenergi är skyhögt över de värden som nu uppmätts av astronomerna, eller de övre gränser som man tidigare kunnat sluta sig till från observationer. Inte ens strängteorin och supersymmetrin lyckas egentligen få ordning på problemet. Något är fel, mycket fel. Tidigare försökte man i partikelfysiken hitta något slags symmetri som skulle göra en kosmologisk konstant onödig. Men eftersom den nu trots allt finns där. får problemet ytterligare en dimension. Inte nog med att man måste hitta den där mystiska symmetrin, det måste också finnas en effekt som gör att symmetrin bryts litet litet grand och lämnar kvar en rest som man nu lyckats observera. Man har också spekulerat om att den kosmologiska konstanten kanske inte är konstant utan i stället varierar med tiden. Kanske kan den liknas vid något slags mörk energi som har sitt ursprung i ett partikelfält som finns överallt. Denna nya form av materia har till och med fått ett namn: kvintessensen. Men hur det egentligen hänger ihop är det ingen som vet.

Därför är det mörkt om natten!

Men det finns fler sätt att förvissa sig om att världen inte är evig. Det enda man behöver göra är att hålla sig vaken tillräckligt länge för att kunna konstatera att det är mörkt om natten. Som vanligt med sådana här till synes självklara iakttagelser, upphör de gärna att vara så självklara om man bara tänker efter litet grand. Låt oss på lek föreställa oss ett oändligt universum utan slut, där stjärna följer på stjärna. Vi tänker oss vidare att det är evigt och statiskt. I det långa loppet ser allt därför likadant ut. En sådan här syn på världen var populär på 1800-talet, och visst ser det nästan ut så? Med blotta ögat ser vi ett par tusen stjärnor, med teleskop åtskilligt fler, och dessutom anar vi allt avlägsnare galaxer. Kanske i all oändlighet. Vidare verkar inte speciellt mycket hända med tiden; himlen ser ungefär likadan ut i dag som den gjorde förra året. Men i själva verket stämmer detta inte alls. I ett oändligt universum som alltid existerat måste synlinjen nämligen nå ytan av en stjärna om man blickar tillräckligt långt. Himlen borde därför vara lika ljus som ytan på solen! Uppenbarligen är verkligheten en annan, och man kan fråga sig varför. Detta är Olbers paradox, uppkallad efter den tyske astronomen Wilhelm Olbers som diskuterade den år 1823. Fast som i så många andra fall finns där alltid någon som långt tidigare resonerat på liknande sätt men glömts bort. Mer än två hundra år tidigare funderade sålunda Johannes Kepler över orimligheten av ett oändligt och evigt universum fyllt av stjärnor.

Lösningen på gåtan ligger i universums ändliga ålder och anades först av ingen annan än Edgar Allan Poe (1809-49) i poemet Eureka. Vore stjärnornas rad oändlig, då skulle himlens bakgrund uppvisa ett heltäckande ljussken, liksom det Vintergatan uppvisar - eftersom det inte skulle finnas någon som helst punkt på hela himlen, där inte någon stjärna fanns. Det enda sätt vi kan förstå det tomrum som våra teleskop finner i oräkneliga riktningar är därför att antaga att den osynliga bakgrundens avstånd är så enormt att ingen av dess strålar ännu har haft möjlighet att nå oss. Med andra ord kan vi inte se hur långt bort som helst eftersom ljuset bara har hunnit röra sig en begränsad sträcka under den tid som förflutit sedan skapelsen. Vår synlinje bryts därför av, i allmänhet långt innan den når ytan på en stjärna, och slutar i mörker. På många sätt kan man säga att det mest intressanta med natthimlen är mörkret mellan stjärnorna där vi ser nödvändigheten av en skapelse - en skapelse vid mörkrets gräns. Tänk på det nästa gång du stannar uppe litet för sent.

Återskenet från skapelsen

När vi ser stjärnorna på himlen ser vi också bakåt i tiden; många av de för ögat synliga stjärnorna ligger tusen och fler ljusår bort. Med teleskop kan man se åtskilliga miljarder år bakåt i tiden. Om nu universum har en ändlig ålder, borde man då inte kunna se ända tillbaka till skapelsen? Den gigantiska urexplosionen kanske kan anas om vi bara ser tillräckligt långt bort och tillräckligt långt tillbaka i tiden? År 1948 förutsade den ukrainsk-amerikanske fysikern George Gamow just precis detta. Han menade att det måste finnas ett synligt återsken av ljus från skapelsen i alla riktningar. Eftersom ljus från fjärran galaxer skiftar mot rött måste ursmällens sken också skifta mot det röda.

De amerikanska fysikerna Arno Penzias och Robert Wilson letade inte alls efter något återsken från skapelsen utan var i stället ute efter att studera Vintergatan. När de så i mitten av 1960-talet fann en oväntad strålning som tycktes komma från alla håll, var de helt oförberedda. De använde lång tid för att isolera möjliga felkällor, och misstänkte bland annat att det kunde vara störningar orsakade av några duvor som byggt bo i antennen. Till slut - efter att bland annat ha städat upp efter duvorna - måste de emellertid acceptera att strålningen verkligen kom från rymden. Ett annat forskarlag lett av Robert Dicke vid Princeton University i USA hade under en längre tid förgäves försökt finna strålningen. När Wilson slutligen ringde Dicke för att diskutera vad de upptäckt insåg Dicke snabbt att de blivit slagna. Han lär ha utbrustit: Well boys, we've been scooped! Penzias och Wilson fick självklart Nobelpris för upptäckten som är det bästa stödet för big bang-teorin som vi känner. Ironiskt nog var Wilson vid tiden för upptäckten inte alls någon tillskyndare av big bang. Det tog, enligt egen utsago, något år innan han slutligen lät sig övertygas om att observationerna har något med big bang att göra.

Bakgrundsstrålningen sändes ut när universum var blott några få hundra tusen år gammalt och världsalltet plötsligt blev genomskinligt. Dessförinnan bestod världen av en dimmig soppa av fria elektroner och protoner (vätekärnor) med en alltför hög temperatur för att några atomer eller molekyler skulle kunna existera. Eftersom ljus växelverkar med laddade partiklar kunde ingen foton färdas ostört särskilt långt. En bra jämförelse är en metall. Blankheten hos en metall beror nämligen på alla de fria elektroner i metallen som också är ansvariga för ledningsförmågan, både för elektrisk ström och för värme. Ljuset studsar med lätthet mot elektronerna och metallen ser blank ut. Vad som hände när universum blev genomskinligt var att elektronerna och protonerna fann varandra och bildade elektriskt neutrala väteatomer. Temperaturen när denna viktiga händelse ägde rum var några tusen grader. Ljuset har sedan dess färdats ostört genom universum även om våglängden dragits ut i takt med att universum växt sig större. Strålningen har därför skiftat från det synliga till mikrovågsstrålning och svarar i våra dagar mot en temperatur på knappt tre grader över den absoluta nollpunkten.

En gång berättade jag för en grupp barn om universums historia och inte minst om denna strålning från ursmällen. Tanken var att de skulle rita teckningar inspirerade av vad de hört. När jag senare fick se vad barnen åstadkommit fann jag en teckning som överträffade allt: den visade en mikrovågsugn fylld med stjärnor. Bättre kan det inte bli.

Om de frön som ska växa till galaxer

Bakgrundsstrålningen är oerhört jämn - det kommer nästan precis lika mycket strålning från alla riktningar. Den enda riktigt tydliga skillnaden är att strålningen är litet blåare åt ena hållet och rödare åt det motsatta. Förklaringen ges av vår rörelse genom universum. Solen rör sig ju runt i Vintergatan i riktning mot stjärnbilden Svanen, och Vintergatan rör sig i sin tur tillsammans med den Lokala galaxhopen i riktning mot Kentaurens stjärnbild, där man misstänker att det gömmer sig en gigantisk samling av galaxer, den stora attraktorn. Sedan rör sig jorden förstås runt solen, vilket gör att det blå och röda i bakgrundsstrålningen skiftar litet grand beroende på årstiden.

Men bakgrundsstrålningen kan inte vara hur jämn som helst. Det var ju oregelbundenheterna då för länge sedan som utvecklades till dagens galaxer. I återskenet från skapelsen borde man kunna ana de frön som sedan skulle växa till allt det vi ser i dag. Men det dröjde länge innan forskarna fann någon annan effekt än den man kunde förklara med hjälp av jordens rörelse. I själva verket började situationen bli riktigt knepig mot slutet av 1980-talet då strålningen envist fortsatte att vägra avslöja någon struktur. Till slut, år 1992, upptäckte emellertid den amerikanska satelliten Cobe de efterlängtade oregelbundenheterna. Upprymda astronomer, måhända något litet anstrukna av hybris, utbrast att man nu sett Guds ansikte. Tydligen är det ett ansikte fullt av fräknar.

Det finns också nya observationer där man uppmätt oregelbundenheter i strålningen med hög noggrannhet. Särskild betydelse har den amerikanska satelliten WMAP haft som våren 2003 kunde leverera sina första resultat. Vad man studerar är hur gigantiska ljudvågor långsamt böljade genom det tidiga universum. Om man vet precis hur fort universum utvidgar sig, hur mycket materia som det innehåller och hur den är sammansatt, kan man räkna ut hur vågorna kommer att se ut. Sedan gäller det att mäta och jämföra. På detta sätt hoppas man få kläm på hur vårt universum är sammansatt.

Men trots att man funnit de ojämnheter som man förväntat sig, är allt ändå inte riktigt gott och väl. Bakgrundsstrålningen är trots sina galaxfrön så oerhört osannolikt jämn. Hur kan det ha blivit så? Varför är inte vårt universum ett tumultartad, virvlande kaos? Genom att räkna på hur universum utvidgar sig har man kommit fram till att bakgrundsstrålning med ursprung i punkter separerade med mer än någon grad på himlen, inte kan ha varit i kontakt och samverkat sedan tidernas begynnelse. Det har helt enkelt inte funnits tid för de olika regionerna att kommunicera. Gåtan blir då hur strålningen kan se så likadan ut. Hur kan de olika delarna veta vilken temperatur de ska ha?

Det finns en besynnerlig idé som verkar kunna förklara gåtan. Den går ut på att det i det tidiga universum under ett försvinnande kort ögonblick inträffade en ofantlig expansion där universum plötsligt blåstes upp till enorm storlek innan den vanliga beskedliga expansionen åter tog vid. På detta sätt kunde eventuella ojämnheter suddas ut och vårt jämna fina universum bli kvar som resultat. Alla de olika delarna av bakgrundsstrålningen har enligt denna teori verkligen varit i kontakt med varandra. Ljussignaler har surfat på det snabbt expanderade rummet och lyckats sammanbinda gigantiska områden. Teorin kallas för inflation.

Inflationen kan möjligen vara resultatet av en fasövergång någon gång strax efter skapelsen när världen blev kallare. Ungefär som när vatten fryser till is. Men likt ett underkylt regn där vattnet blir kallare än det borde, dröjde sig universum kvar ett ögonblick för länge i sitt spädbarnsstadium. Detta yttrade sig genom att tomheten hade extra energi som kunde agera som en kosmologisk konstant och därigenom accelerera universum till en frenetisk utvidgning. Precis som det underkylda vattnet till slut finner sin vila som is, fann också universum sig till rätta i en ny fas. Inflationen tog slut och den överblivna energin tog gestalt i form av vanlig materia. Som du och jag.

Men lagom är bäst. Inflationen har till uppgift att skapa ett alldeles jämnt och slätt universum. Likadant överallt. Men riktigt så är det ju inte. Det finns galaxhopar, galaxer, stjärnor, planeter och liv. Någonstans, någon gång, måste frön ha såtts som naturen sedan arbetat vidare med för att skapa all den struktur som vi ser i dag. Inflationen innehåller också svaret på den gåtan. Kvantmekanikens slump gör att inget kan vara helt jämnt och lika. Det finns oundvikligen slumpmässiga fluktuationer, omöjliga att vare sig förhindra eller i detalj förutse. Normalt gömmer de sig i den mikroskopiska världen, även om de ibland ger sig till känna mer eller mindre direkt i vår värld. Vad inflationen gör är att förstora detta det allra minsta till det största du kan tänka dig. Det största av det största vi kan se på himlarna är alltså en uppförstoring av slumpmässiga fluktuationer i ett obetydligt något för länge, länge sedan.

Hur går det sedan?

En del spår världens slut i eld en del i is jag minns begärets tid och ställd i valet skulle jag tro eld men kan den dö på skilda vis så vet jag faktiskt nog om hat för tron att vid fördärv är is av gott format och värt sitt pris robert frost

Hur länge kommer universum att finnas? Kommer expansionen att vända? Svaret på frågan avgörs av hur fort universum utvidgar sig och hur mycket materia det innehåller. Precis som ett jämfotahopp på jorden blott tar dig några decimeter upp i luften innan du faller ner igen, medan du på en mindre asteroid kan hoppa rätt ut i rymden för att aldrig komma tillbaka. Den tunga jorden har gravitation nog att hålla dig tillbaka, medan den obetydliga asteroiden inte har en chans. Om det finns mycket materia kan gravitationen slutligen förmå det väldiga expanderande världsalltet att bromsa in och börja kollapsa igen, även om det skulle dröja många tiotal miljarder år till dess. Allt skulle sluta i ett gigantiskt världarnas fyrverkeri: the big crunch.

Om det däremot finns för litet materia, fortsätter expansionen för evigt. Allt blir glesare och kallare och tråkigare. Den sista stjärnan i universum kommer att slockna om 100 000 miljarder år, och den mesta materien kommer därefter att utgöras av för länge sedan slocknade vita dvärgar, neutronstjärnor och svarta hål. De döda solsystemen kommer att upplösas, till och med galaxerna kommer att förlora sina stjärnor ut i ödsligheten, allt medan de första 100 miljarder miljarder åren går till ända. Men allt är inte mörker. Ibland möts ett par bruna dvärgstjärnor och i kollisionen skapas en ny liten stjärna som kan börja lysa. I vad som återstår av Vintergatan kommer kanske ett hundratal sådana stjärnor att lysa vid en given tidpunkt, tillsammans inte ljusare än vår ensamma sol. Kanske det också bildas planeter kring dessa de sista av stjärnor. Kanske det kommer att finnas liv och civilisationer på någon av dem. Man kan undra hur det vore att leva i denna universums sista skymningstimme.

Men förfallet fortsätter. Termodynamikens andra huvudsats som säger att allt var bättre förr slår till. Efter 1037 år har alla protoner försvunnit och inget av den vanliga materien återstår. Det enda som blir kvar, förutom enstaka elektroner, positroner och fotoner, är svarta hål. Men inte ens svarta hål är för evigt. Den kvantmekaniska Hawkingstrålningen får nu äntligen leva ut. Långsamt kommer den att laka ur även det största av de svarta hålen. Svarta hål som väger som stjärnor kommer att försvinna efter 1065 år, medan de allra största behöver 1 gogol år, 10100 år, innan de dunstar bort. Därefter sänker sig det eviga mörkret och näst intill inget mer händer. Någonsin. Fast det finns heller ingen kvar som kan ha tråkigt.

För att karakterisera de olika möjligheterna har man infört ett tal som man brukar beteckna med den grekiska bokstaven omega, W. Talet anger hur mycket materia universum innehåller i förhållande till ett avgörande kritiskt värde. Om W är mindre än 1, kommer universum att utvidgas i all evighet. Om W är större än 1, kommer gravitationen en dag att vända expansionen till en kontraktion. Det är kanske passande att det grekiska alfabetets sista bokstav fått denna roll. Men när man nu funnit en kosmologisk konstant förändras spelreglerna litet grand. Den kosmologiska konstanten ger expansionen en extra skjuts vilket innebär att nästan oavsett vilket värde som W har kommer universum ändå att expandera i all evighet.

Värdet av W är emellertid intressant även ur en annan synvinkel. Enligt Einstein finns det nämligen ett samband mellan W och universums rumsliga utsträckning. Ett universum med W större än 1 kallas slutet och är ändligt stort. Ett universum med W mindre än 1, däremot, kallas öppet och är hur stort som helst. Om ett oändligt universum utan slut är knepigt att föreställa sig - hur kan något vara oändligt? - är kanske ett ändligt universum ännu mer svårgripbart. Vad finns bortom slutet? För att förstå hur det hänger ihop måste man skaffa sig en enkel modell, och det är då lämpligt att skala bort en dimension eller två. Så låt oss tänka oss en värld som består av de två rumsdimensionerna i ytan på ett klot. Låtsas nu att du är en alldeles platt skuggvarelse som lever i klotets yta. Någon föreställning om en extra tredje riktning har du inte. I en sådan värld kommer du aldrig fram till en kant hur långt du än färdas, och ändå är världen inte hur stor som helst. I stället kommer du tillbaka till samma punkt som du startade från. För att förstå hur ett sådant universum kan utvecklas, kan man utnyttja en liknelse där universum ses som en ballong som blåser sig allt större för att en dag i stället eventuellt börja bli allt mindre. Ytan på ballongen är emellertid alltid ändligt stor, och på samma sätt skulle vårt universum inte innehålla hur många galaxer som helst. Jag måste understryka att den uppblåsta ballongen bara är en liknelse som det gäller att handskas varsamt med. För att tydligt se vad det handlar om behöver vi ju rita den runda ytan i ett tredimensionellt rum där den kan kröka sig. Men detta är bara ett hjälpmedel för vår bristande fantasi. Den krökta ytan, eller det krökta rummet om vi lägger på en dimension för att beskriva vår värld, är sig själv nog och behöver egentligen inga extra dimensioner att krumbukta sig i.

Matematiken har alltså inga problem med att beskriva ändliga världar där det ändå inte finns någon kant. Vad som finns utanför blir meningslöst. Det är inte ens tomt, det finns ingen plats, ingen tid, verkligen ingenting. Redan Aristoteles kämpade mödosamt med liknande funderingar för att förstå sin världsbild. Plats för Aristoteles var något som definierades av den omgivande materien. Någon meningsfull tomhet existerade inte, och utan materia kunde man inte ens tala om tid och plats. Därför fanns det heller inget, i ordets starkaste mening, utanför den yttersta av stjärnesfärerna. Ingen plats, ingen tid, ingenting. Måhända har dessa idéer viss elegans; däremot blev det trassel när man ville tillordna världsalltet självt en plats. För om det nu var materien som talade om var någonting befann sig, hur kunde då något som inte omgavs av någonting alls sägas ligga vare sig här eller där? Se där en gåta att fundera över under tusentals år.

Men hur ska man då se på ett öppet, oändligt universum? Visst kan det vara knepigt att föreställa sig att universum alltid varit oändligt stort och att det till och med föddes oändligt stort. Men betydligt bättre än att direkt försöka greppa denna oändlighet är att försöka tolka vad det innebär i termer av observationer. Hur skulle det vara att leva i ett sådant universum?

Om universum är oändligt stort innebär det helt enkelt att vi kan resa hur långt som helst och ständigt finna nya galaxer utan att någonsin komma fram till ett slut. Märkligare än så är det inte. Men ett sådant universum kan ändå expandera, i den meningen att avstånden mellan alla galaxer ökar med tiden. Om universum är oändligt stort i dag kommer det fortfarande att vara oändligt stort i morgon, och det var också oändligt stort i går. Detta gäller också för tiden strax efter big bang, då det förstås var mycket tätt med materia. Överallt. Men sedan har det ständigt blivit allt glesare. Överal

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

16

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
11 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

När jag läste artikeln påmindes jag om en idé jag fick för något år sedan.Den olösta gravitationsgåtan har fått mig att fundera tvärt om.Kanske är inte gravitationen en attraherande kraft utan frånvaro av en repellerande?Jag tänker så här:De partiklar som får universum att expandera kanske till mycket liten del absorberas av materia. Då skulle det uppkomma en brist på knuffar från det håll där mycket materia finns i närheten.Detta skulle då upplevas som en attraherande kraft.Är den här idén ny, eller har den vederlagts för länge sedan?Jag baserar idén på några antaganden om de inblandade partiklarna: Om de kommer ständigt i mycket stor mängd från alla håll och Om de flesta passerar materia opåverkade och Om de som reflekteras gör det utan energiförlust och Om en mycket liten andel absorberas av materiaDå skulle det uppstå en brist på reflekterande knuffar på en liten massa från det håll där en stor massa finns i närheten. Lagen om rörelsemängdens bevarande skulle då medföra att den lilla massan får en liten hastighet mot den stora, vid kollisionen med överskottspartiklarna från andra hållet. Många sådana hastighetsökningar skulle uppfattas som en acceleration, orsakad av en kraft, som är proportionell mot både den lilla och den stora massan.Dessa partiklar-knuffar skulle också kunna förklara att universum utvidgas.Alternativt skulle rödförskjutningen kunna förklaras av att ljuset kanske också påverkas av partiklarna.Absorptionen och knuffarna skulle kanske värma upp all materia något.Den bakgrundsstrålning på några Kelvin som uppmätts, har ju förklarats med Big Bang-teorin.Finns det utrymme för ytterligare uppvärmning av andra orsaker inom den teorin?Tomas Claesson

Kommentar till Ulf Danielssons artikel, "Vasr är Universum på väg, FoF6/041) Ulf hänvisar till en "dopplereffekt" angående Universums förskjutning av ljus mot rött. En dopplereffekt kan endast uppstå om det finns en aktiv ljuseter som transporterar energin. Den officiella vetenskapen har emellertid för länge sedan avskaffat denna eter. En räddningsplnka brukar då vara att säga att Universum utvidgar sig, därav rödförskjutningen. Men tyvärr finns det galaxer som går mot blått och du fungerar inte denna förklaring heller. Alltså måste Universums rödförskjutning ha annan orsak.2) Tanken om en urexplotion "Big Bang" samt inflationsteorin väcktes från början av att Universum ser likadant ut överallt, dvs att det en gång suttit ihop i en enda klump. Denna tanke är emellertid helt onödig. En elektron exempelvis kan skapas ur energin från 2 kraftiga fotoner i laboratorium och dessa elektroner således skapade här på jorden har samma egenskaper och massa som alla andra elektroner. Dvs det finns något i vakuum som bestämmer elementarpartiklarnas egenskaper, massa form, laddning osv. Big Bamg-tanken är av denna anledning helt överflödig.3) Den bakgrundsstrålning man idag anser vara en rest från BigBang kan lika väl vara den strålning som härstammar från dagens existerande stjärnor och galaxer, nu levande eller slocknade. Denna strålning måste ju finnas någonstans i den tomma rymden även om den är utsmetad och förtunnad. Alltså behöver vi inte ide'en om BigBnag för att motivera denna bakgrundsstrålning, den är en naturlig del av det existerande Universum./Ove

Svar till Tomas Claesson,Jag håller i stort sett med dig vad angår attgravitationen är en "pushing " kraft, inte primärt attraherande. Ett externt partikeltryckskapar en skugga mellan massorna ochpressar dom tillsammans.Se mera om detta på werbsidan:http://www.newphys.se/teden/mu/MatterUnifieddär denna process är beskriven i detalj./Ove

Kommentar till Ove Tedenstigs svar:När jag skrev min ursprungliga kommentar hade jag inte klart för mig hur kontroversiell gravitationsfrågan är. Ove Tedenstig hänvisar till websidor publicerade av Organisationen för Ny Fysik.Det är säkert väldigt intressant läsning, men jag känner att jag inte har tillräcklig kompetens för att ta ställning i frågan.Det jag hade hoppats och fortfarande hoppas på är att någon representant för den etablerade fysiken skulle kunna ge ett kortfattat populärvetenskapligt svar.Vilket är huvudargumentet mot de idéer jag presenterade i mitt första inlägg?/Tomas

Hej Thomas.
Enligt Einstein själv,så faller allting dvs alla galaxer fritt i Universum. Och att gravitationen är enbart en geometrisk företeelse
Allt som faller utsättes för en acceleration. Det är kanske så att gravitationen som är en acceleration också är själva rumtiden ,att gravitationen själv sitter i rumtidens väv. Det är denna väv som är tänjbar. Tänjbarheten är då själva gravitationen.
Tror jag RR

Till Tomas Claesson, kommentarJag förstog av ditt inlägg att du ville ha ett svar på vad gravitationen beror på. Det svaret får du inte eftersom den moderna vetenskapen inte har det svaret.Och det gäller det mesta annat också inom modern fysikteori. Inte ens kvantmekaniken, elektromagnetismen, ljusets natur, elementarpartiklarna osv är förklarade på något som helst vettigt sätt. Gravitationen är dessutom en mycket komplex process och innan man kan ge en redig förklaring till denna måste man först uppnå klarhet i de enklare och mera basala processern i materien.Etablerade fysiker kommenterar sällan nya ide'er och ger sig sällan in i diskusioner med personer som har avvikande åsikter och som skiljer sig från deras egna. Detta trots att de själva står tomhänta och inte har något substantiellt att komma med. Jag har bl.a läst Stephen Hawkings böcker om Kosmos, och något mera meningslöst läsande får man väl leta efter. Folk flockar sig som flugor kring en sockerbit vid hans föreläsningar men går därifrån som besvikna frågetecken. Naturvetenskapen håller sig med ikoner och profeter som utger sig för att kunna förklara de stora frågorna, men har ingenting att komma med.Inte hellert Ulf Danielsson har något väsentlgt att komma med, det är i stort sett bara en upprapning av vad andra har tänkt, intre mycket är hans eget. Jag har skrivit en kort kommentar till hans artikel här i FoF men väntar mig inte någon kommentar. Men det spelar ingen större roll för mig personligen, eftersom min inställning är att den moderna fysiken har kört i väggen och inte kommer någon vart vidare.Så om du vill ha förklaringar till fysikens fenomen och mysterier från etablerat forskarhåll så måste du vänta några hundra år, on du har tålamodet förståss./OvePS: Min uppfattning om gravitationen är enkelt att gravitationen är skapelse av ny materia i Universum genom en inflödes och kondensationsprocess. Jorden växer till sin dubbla vikt på ca 15 miljarder år genom den s.k Hubbleperioder, med konstanten H. Det beräknade värdet på gravitationskonstent G blir härigenom 6.5E-11 ca.Jordens radie ökar därmed ca 0.1mm per år, vilket också stämmer bta med gjorda uppskattningar. Detta kan förklara kontinentalförflyttnar, jordnävningar mm.

Jag har ingen anledning att dela Ove Tegenstigs negativa bild av etablerade forskare. Jag läste Ulf Danielsson artikel med stort intresse. Detsamma gäller de böcker jag läst av Stephen Hawking. Visst lämnar de vissa frågor obesvarade, men jag tror inte att någon seriös forskare anser sig har svar på alla frågor.Tyvärr tror jag att Ove Tegenstigs inlägg, med inslag av personangrepp, minskar mina chanser att få svar. Jag skulle ha viss förståelse för om etablerade forskare drar sig för den här typen av diskussioner.Det jag sökte; ett enkelt svar, kommer jag nu att söka på annat sätt. Detta blir mitt sista inlägg i den här frågan.

Hej Tomas!Din ide är inte obekant -- jag har fått liknande frågor tidigare.Vad som behövs för att testa förslaget är att i detalj utarbeta vilka förutsägelser det egentligen ger. I första vändan måste man bekräfta att det förmår reproducera Newtonsgravitationslag. Detta torde inte vara alldeles omöjligt. Om nu så är fallet, vad betyder detta? Möjligen har vi då ett alternativt sätt att räkna med sammainnebörd som den normala teorin. Detta är inget ovanligt inom fysiken. Om det nya sättet är enklare är det förstås av praktisk betydelse, men jag tror inte detta gäller i detta fall.Men för att komma vidare måste vi också utröna om vi kan reproducera ALL känd gravitationsfysik. Dvs även den allmänna relativiteten. Eller åtminstone de effekter hos den som är experimentellt testade. Det blir en betydligt besvärligare uppgift. Man bör komma ihåg att Einstein kämpade i åratal för att få ihop gravitationen och den speciella relativiteten. Lösningen blev den allmänna relativiteten. Att hitta ytterligare ett sätt är inte alldeles enkelt Ett problem med ditt förslag är att det partikelinfall som du behöver kommer att te sig mycket olika beroende av observatörens hastighet. Med tanke på Jordens höga och varierande hastighet genom rymden borde detta rimligen ge en mätbar effekt.Om det nu ändå skulle gå att trixa till något som ger samma resultat som den allmänna relativiteten, kommer detta förmodligen att bli en ganska otymplig och oanvändbar konstruktion. Den stora insikten bakom den allmänna relativiteten är att gravitationen uppför sig SOM OM den är samma sak som krökt rumtid. Ger man upp detta missar man något väsentligt. I den allmänna relativitetens barndom fanns det också de som försökte reproducera alla resultat i platt rumtid. Och visst går det. I alla fall till en viss gräns. Men det blir vansinnigt opraktiskt! Enda skälet till att ge upp en enkel beskrivning och införa nya nivåer är om det finns nya fenomen som den nya teorin kan beskriva. Du har några förslag, men inget av detta kan egentligen testas förrän alla stegen ovan är genomförda. En ny teori måste först klara av att omfatta det gamla innan den kan ge sig i kast med det nya.Jag bör lägga till att man i kvantmekaniken kan betrakta krafter som en effekt av partikelutbyte. Men det handlar då om partiklar som skickas mellan de objekt som utsätts för kraften. Till sist, att vända upp och ner på resonemang och försöka tänka tvärtom är precis vad teoretiska fysiker gör hela dagarna. Ibland blir det något som fungerar, ibland inte! Men det gäller också att man har klart för sig vilket problem man vill lösa. Du nämner den olösta gravitationsgåtan. Vilken är det? Einsteins beskrivning av gravitationen som krökt rum har egentligen alla karakteristika som kännetecknar en slutgiltig beskrivning. Egentligen finns det inga frågetecken kvar. Så länge man inte blandar in kvantmekaniken förstås! Då börjar det gå snett igen, och nya upptäckter måste vänta runt hörnetHälsningar, Ulf Danielsson

Hej Ove!1) Rödförskjutningen anses bero av universums expansion, dvs att rummet utvidgar sig och avståndet till avlägsna galaxer ökar med tiden. Detta motsägs inte avatt det finns närbelägna galaxer som är blåförskjutna. Expansionen är en medelrörelse och utöver detta har galaxerna också egna rörelser.2) I vad mån naturlagarna ser ut på samma sätt på olika ställen i universum är en sak, som i sig är av stort intresse. Problemet som inflationen i första handvill lösa handlar dock om materiefördelningen. Hur kan den vara så likformig på ställen som, om universum expanderar på vanligt sätt, aldrig varit i kontakt med varandra? Den kraftiga expansion som inflationen innebär förändrar förutsättningarna och gör den nödvändiga kommunikationen möjlig. Många anser detta att föredra framför finjusterade begynnelsevillkor. Emellertid måste förstås en ide som inflationen göra ytterligare förutsägelser som kan bekräftas. Det är precis detta man hoppas komma åt via nya mätningar av bakgrundsstrålningen.3) I ett universum som inte är äldre än de knappa 14 miljarder år man nu håller för troligt, är mängden stjärnljus inte tillräcklig för att ge några större effekter. I alternativa modeller, som Fred Hoyles steady state, har universum alltid funnits och situationen är en annan. Här har man försökt hänvisa till gammalt stjärnljus för attförklara bakgrundsstrålningen. Problemet är att bakgrundsstrålningen har ett nästan perfekt termiskt spektrum vilket är oerhört svårt att få till. Av dessa skälövergav de flesta forskare steady state när bakgrundsstrålningen upptäcktes för 40 år sedan. När nu WMAP-satelliten med noggranna mätningar av strålningens struktur dessutom bekräftat detaljerade förutsägelser av de etablerade modellerna blir det allt svårare att hålla fast vid alternativen.Till sist:Fysiken försöker ge en så utförlig och enkel beskrivning av naturfenomenen som möjligt. Inte i första hand ge svar på hur något egentligen ÄR. Vad gäller gravitationen är vår bästa beskrivning den allmänna relativiteten. Detta innebär att gravitationen uppträder SOM OM den har med krökta rum att göra. Detta är allt, men redan det är ganska mycket. Även om det i en framtid kanske visar sig att detta bara är på ett ungefär, och att en annan beskrivning och ett annat SOM OM är bättre.Vi vet ju redan att den allmänna relativiteten har svårt med kvantmekaniken och att det av detta skäl måste till något nytt.Hälsningar, Ulf Danielsson

Jag vill börja med att tacka Ulf Danielsson för de tydliga svaren. Jag tror det är viktigt att på detta sätt göra populärvetenskap av ett svårt område. Lekmän har ofta en ganska träffsäker intuitiv bild av naturvetenskapliga fenomen. Många kan t ex förstå elektriska och magnetiska fenomen utan djupare kunskap i vare sig kvantmekanik eller Maxwells ekvationer. Det är viktigt att man på något sätt försöker hålla kvar vid enkelheten. Jag tycker att Ulf Danielsson lyckas med detta.På senare tid har glappet mellan förklaringsmodeller och intuition ökat. Lite vanvördigt kan man säga att ytterligare ett par dimensioner i strängteorin möjligen kan beskriva ett fenomen, men det tillför inget för lekmannen, som bara blir förvirrad. Det påminner om de gamla grekernas försök att förklara planetrörelser i den geocentriska världsbilden. Stämde inte teorin med observationerna var det bara att lägga till ytterligare några cirklar i förklaringsmodellen.När det gäller min idé om gravitation har jag aldrig haft målet att den ska vara en komplett teori. Jag insåg att idén, om den alls var rimlig, skulle behöva betydande arbetsinsatser innan den kunde klassas som teori. Mitt enda syfte med frågan var att förvissa mig om att idén var prövad.Naturligtvis har jag försökt att tänka lite längre kring de effekter man skulle få vid rörelse. Det är ju troligt att man skulle få ett fenomen där en kropps massa förefaller att växa med hastigheten. Det skulle inte alls vara otroligt att fenomenet skulle stämma väl med gjorda observationer. Det som fick mig att ge upp vidare spekulationer var att man troligen också skulle få en inbromsning av massor i rörelse, och någon sådan har väl inte observerats.Det kommer att bli intressant att följa försöken att förena kvantmekaniken med gravitationsteorin. Min förhoppning är att vi lekmän även i fortsättningen kan ges beskrivningar som känns enkla och intuitivt rätt.HälsningarTomas Claesson

Lägg till kommentar