Sir Martin Rees Multiversum

Universum är osannolikt. Mycket osannolikt. Ändå finns vi här.

Martin Rees slutar aldrig att förundras. Han är en av de främsta i världen inom kosmologin i dag, den brittiske astronomen Sir Martin Rees. Cambridge är hans viste sedan början av 1960-talet, då han kom dit som student. Där fick han också professorsstolen 1973, bara trettio år gammal. I dag undervisar Rees nya generationer kosmologer, som han hoppas ska få litet mer ordning på det numera så livaktiga forskningsfältet.

Enkla regler ger allt

Till det mest osannolika hör att vi lever i en värld där mycket komplexa former har kunnat växa fram. Astronomen Hugh Ross har jämfört detta med chansen att en Boeing 747 skulle sättas ihop av en tornado som blåser över en soptipp. Inte särskilt troligt alltså. Ändå är vi här.

Det kanske mest förvånande med vår värld är att den är begriplig, för att använda Einsteins ord en gång till. Ty även om de objekt som astronomerna studerar är enormt stora så är de, jämfört med livets rikedom på jorden relativt enkla. Liksom allting annat i den livlösa världen är i jämförelse med vad den biologiska evolutionen har åstadkommit.
– Det är inte storleken utan graden av komplexitet som gör saker svåra att förstå. Därför skulle det förvåna mig om vår hjärna kan matcha alla aspekter av världsalltet. Vissa av naturens fenomen kan det hända att vi aldrig kommer att kunna förklara eller förstå, säger Martin Rees.

Dock är det värt att försöka. I vårt universum har en invecklad komplexitet uppstått ur enkla naturlagar. Till grund för dessa lagar ligger vissa storheter, naturkonstanter, av vilka Martin Rees har valt sex stycken som tillsammans med naturlagarna utgör ett recept för världsalltet.

Konstanterna bestämmer

– Det häpnadsväckande är att det verkar som om konstanterna har finjusterats just för att vår värld ska bli som den är. Om de bara avvek det minsta från sina nuvarande värden, skulle det inte finnas några galaxer eller stjärnor, inget liv och inga människor heller.

Två av dessa konstanter, e (epsilon) och N, har att göra med de grundläggande naturkrafterna, två, ? (omega) och l (lambda), beskriver universums storlek och struktur och de två sista, Q och D, bestämmer egenskaperna hos själva rummet.

e = 0,007. Detta är styrkan hos den kraft som håller ihop atomkärnorna. Den bestämmer hur stjärnor omvandlar väte till helium och därefter vidare till alla andra grundämnen. Därför lyser stjärnorna. Med ett mindre värde på epsilon skulle världsalltet bestå av bara vätgas; ett större värde skulle innebära en mycket snabb förbränning – vätet skulle ha tagit slut alldeles för fort. Inga stjärnor, inget liv.

Hindrar att allt händer samtidigt

N = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Denna konstant anger styrkan hos de krafter som håller atomerna samman i förhållande till den tyngdkraft som verkar dem emellan. Det stora värdet innebär att tyngdkraften är så mycket mindre än de mellanatomära krafterna. Ett mindre N, alltså större gravitation, skulle få all materia att klumpas ihop, och det skulle i sin tur ge ett kortlivat miniatyruniversum. Tiden skulle inte räcka till för den biologiska evolutionen. Ingenting skulle hinna växa till sig tillräckligt, inga varelser skulle bli större än insekter. Och insekterna skulle behöva mycket starka ben för att orka hålla sig uppe. En svagare tyngdkraft däremot skulle göra det möjligt för ännu mer komplexa och långlivade strukturer att utvecklas.

? anger mängden materia i vårt universum och bestämmer därmed universums utvidgning. Om ? vore större än ett visst kritiskt värde skulle universum ha kollapsat för länge sedan. Hade ? varit för litet skulle inga galaxer eller stjärnor ha bildats. Universums expansionstakt verkar ha justerats noga redan vid födelseögonblicket för att vi skulle hinna bli till.

l är den kosmiska konstanten. Den blev en vetenskaplig sensation när den upptäcktes 1998 och beskriver den energi som finns förborgad i tomrummet. Den anger styrkan hos en tidigare oförutsedd kraft, en sorts antigravitation, som styr universums utvidgning. Den är oerhört liten och påverkar bara strukturer som är större än en miljard ljusår i utsträckning. Om l hade varit större skulle inte stjärnor och galaxer ha kunnat bildas.

Q = 1/100 000. Den beskriver de oregelbundenheter i den kosmiska väven som utgör fröna till kosmiska strukturer, stjärnor, galaxer och galaxhopar. Vore Q mindre skulle världsalltet blivit ett slätt och kallt moln av gas. Ett större värde skulle innebära ett våldsamt universum fyllt av massiva svarta hål.

D = 3 är antalet rumsdimensioner i vårt universum: höjd, bredd och längd. Enligt Rees skulle liv inte ha kunnat finnas om D vore 4 eller 2. Tiden är en fjärde dimension men den skiljer sig från de tre andra, eftersom den har en riktning, en pil som envetet pekar från det förflutna mot framtiden och ”hindrar att allt skulle hända på en gång”.

Rörigt och oelegant

– Vi vet inte om konstanterna är unika eller inte. Det kan hända att det finns ett samband mellan dem, och jag kunde naturligtvis ha valt annorlunda. Men poängen kvarstår: i dag kan vi inte härleda storleken på någon av dem utifrån vad vi vet om de andra. Kanske kommer vi någon gång att finna en elegant formel ur vilken alla konstanter kan härledas. Eller så visar det sig att det inte är något särskilt med dem utöver just det faktum att vore de annorlunda, skulle vi inte ha funnits här för att grubbla.

Martin Rees drar gärna paralleller till de debatter som ägde rum på 1600-talet. Johannes Kepler upptäckte att planeterna inte rör sig runt solen i cirkulära banor utan att banorna är elliptiska. Dessutom misslyckades han att med enkel geometri härleda storleken på planetbanorna.

Varken Kepler eller Galileo Galilei kunde förlika sig med att skönheten hos de perfekta geometriska formerna inte går att tillämpa på kosmos. I dag vet vi att det inte är något speciellt med jordens bana kring solen förutom att den håller vårt hem på lagom avstånd från den heta stjärnan: inte för nära så att vattnet börjar koka och inte för långt bort så det fryser till is. Inte heller ellipserna är mystiska längre – redan Isaac Newton visade att alla planetbanorna kan förklaras med en förenad teori för tyngdkraften.

– Kanhända att det vi kallar naturens konstanter och lagar är en konsekvens av djupare kosmiska samband. Att de är givna av exakta matematiska formler som ger dem deras unika värden. Eller så är de inte mer speciella än vad som är speciellt med jordens bana kring solen. Vi vet inte.

Nej, tänk på de mönster som kristaller bildar på en frusen vattenyta, om man ska ta ett annat av Martin Rees favoritexempel. Man skulle kunna tro att de är sprungna ur vattnets egenskaper, medan de egentligen bara är slumpens verk. Så måhända förhåller det sig med våra naturkonstanter – de kanske bara är detaljer som saknar djupare mening i det stora kosmos.

De flesta formler ger inget

Hur kommer det sig då att vi lever i en värld som är så exakt anpassad för intelligent liv?
– Vi verkar ha tre möjliga sätt att förklara den skenbara finjusteringen: antingen avfärdar vi receptet som en ren tillfällighet, en slump. Eller så tror vi på att universum kom till genom en skapelseakt, ett ingripande av en gudomlig försyn. Min favoritgissning är dock att vårt universum är en del, ett mycket speciellt område, inom ett ofantligt stort multiversum.

Det är inte lätt att förlikas med tanken att hela den vackra världen bara är slumpens verk. Möjligen finner kosmologerna en dag receptet, den ekvation som ger all den komplexitet vi kan se runt om, en matematisk lag som tillåter den utveckling som har lett till att vi finns här.

Fast de flesta matematiska formler leder inte alls till större komplexitet, tvärtom – många ger enahanda och sterila världar. Och frågan kvarstår: Var kommer i så fall det livgivande receptet ifrån? Ett pragmatiskt svar är att om receptet för världsalltet vore annorlunda skulle vi inte ha funnits här.

Men Martin Rees nöjer sig inte med ett sådant svar. Han tar ett exempel från den kanadensiske filosofen John Leslie: Antag att du står inför en exekutionspluton. Femtio män tar sikte och alla missar. Om de inte hade missat hade du inte överlevt och kunnat grubbla över hur stor tur du haft.
– Ändå skulle jag personligen velat söka efter ett djupare svar till hur det kom sig att just jag överlevde. På samma sätt söker jag efter en djupare orsak till att ett unikt recept för världsalltet skulle få så oerhört intressanta följder.

Guds försyn är den förklaring som många tar till i stället. En välvillig Skapare som utformade världsalltet med den speciella avsikten att låta evolutionen få ha sin gång, förespråkas av bl a John Polkinghorne, Martin Rees fysiklärare i Cambridge som senare blev teolog. Han tolkar vårt kosmiska hem som inte ”bara ’vilken värld som helst’ utan en speciell och finjusterad värld för liv, därför att den är en skapelse av en Skapare som vill att det ska vara så”.

Polkinghorne fortsätter tanketraditionen från den brittiske 1700-talsteologen William Paley som hävdade att universum förutsätter en skapare på samma sätt som ett ur förutsätter en urmakare.

Om man dock avfärdar tanken på Guds försyn eller att allt är slumpens verk och fortfarande söker efter en förklaring till finjusteringen av naturkonstanterna, kan man ta till ett svindlande perspektiv som är mycket spekulativt, det erkänner Martin Rees.

Multiversum inte extravagant

– Vårt är kanske bara ett bland många andra universum som har en oändlig historia. Vart och ett uppstod i en Big Bang och utvecklades sedan på eget sätt, med en egen uppsättning naturlagar. I så fall bor vi i en liten isolerad hörna av denna världarnas mångfald där evolutionen har varit möjlig. På så sätt kan vi förklara det osannolika i att vi finns till.

Det här låter ju knappast som fysik längre, snarare metafysik.
– Nej, inte alls. Det är vetenskapens utmarker, du kan kalla det spekulativ vetenskap, det är dock vetenskap.

Dessutom strider idén om världarnas mångfald mot en princip som härskar i naturvetenskapen sedan många århundraden- den som kallas Ockhams rakkniv: vetenskapliga hypoteser ska inte krånglas till mer än nödvändigt.

– Ja, multiversum låter väl både oekonomiskt och extravagant med alla dessa världar som kanske inte leder någon vart. Men det ger ett nytt perspektiv på vår plats i världsalltet. Och jag anser att hypotesen ryms inom den moderna kosmologins ramar.

De flesta är olika oss

Hur ser de övriga världarna ut då? Är de bara kopior på vår egen eller styrs de av helt andra naturlagar?
– Om våra naturlagar är de enda möjliga, ja då finns det anledning till förundran. Alla de andra kopiorna skulle då ha varit ett lika stort mysterium som vårt universum ter sig. Om man däremot föreställer sig en mångfald världar där naturkonstanterna antar alla möjliga värden, så är det inget överraskande med att just vi har hamnat i en värld där livet och mänskligt medvetande har kunnat spira.

I så fall kan naturkonstanterna variera på samma sätt som när olika mönster uppstår då vatten fryser till is: de inpräntas mycket tidigt i varje universums historia och präglar sedan utvecklingen. Det kan finnas sådana universum där naturlagarna tillåter komplexitet som vida överskrider vår. Och i så fall överskrider de även vår hjärnas förmåga att begripa dem.

Medan andra universum är enklare, de flesta rymmer nog inte liv. Långt ifrån alla utvecklas till ett lika intressant universum som vårt, tvärtom – många blir kanske bara trista och sterila kosmiska öknar.

Vissa universum kanske är för små och för enkla för att ge utrymme för någon större komplexitet. Exempelvis kan tyngdkraften råka bli större än hos oss. Då blir kanske stjärnorna för små för att tändas eller så lever de alldeles för kort tid för att fotosyntes och evolution ska hinna utvecklas på de eventuella planeterna kring dem.

Vissa universum kanske har fler, andra färre dimensioner än vårt. Och även om de har tre dimensioner som vi, så kanske resten av naturkonstanterna råkar anta annorlunda värden. De utvidgas kanske så fort (stort l) att de inte hinner frambringa några galaxer eller stjärnor. Eller så kollapsar de snabbt på nytt. Storleken på kärnkrafterna (e) kan förhindra att nya grundämnen skapas i stjärnor – då skulle det bara finnas väte och ingen kemi alls.

Ur den eviga inflationen

De alternativa världarna kan tänkas ha kommit till på olika sätt. Kanske smäller nya världar upp inuti de svarta hålen och blåses upp till ny rymd och tid som vi inte kan nå. Eller så finns det en fjärde dimension som härbärgerar andra universum kanske bara någon millimeter ifrån oss utan att vi har en chans att få syn på dem, eftersom vi är fångna i vår tredimensionella värld. Kanske påverkar de olika världarna varandra med sin gravitation, kanske har de ingen effekt alls på varandra.

En variant på andra universum är idén om parallella världar som dök upp i samband med tolkningar av kvantfysikens paradoxer på 1950-talet. Närhelst kvantfysiken erbjuder alternativa lösningar i sina ekvationer så skulle verkligheten, enligt denna tankegång, klyvas och alla alternativ förverkligas samtidigt. Fast vart och ett i sin egen värld.

Också den s k eviga inflationen kan ge upphov till Rees multiversum. Idén har sitt ursprung i inflationsteorin som beskriver en tidig fas i vårt universums utveckling, en fas som ägde rum inom 10-35 sekunder efter Big Bang. Då, när hela världsalltet bara var ett mycket tätt och hett embryo av mikroskopisk storlek, satte en kosmisk uppblåsning i gång. Inom bråkdelar av en sekund utvidgades universum tillräckligt mycket för att omfatta allt vi ser nu. Sedan dess har utvidgningen fortsatt i makligare takt.

Inflationsteorin har livligt debatterats sedan den först föreslogs för tjugo år sedan. Men den är den enda teori som för närvarande kan förklara vissa annars obegripliga fenomen, som att universum är så stort och så likformigt, dvs ser likadant ut åt vilket håll vi än tittar.

Men inflationen kan ha fortsatt långt bortom den horisont på kanske tio miljarder ljusår som vi i dag kan nå med våra teleskop. Även om det inte är oändligt, sträcker sig vårt område av rum och tid långt bortom det vi kan se. Det skulle behövas miljoner nollor för att skriva ner antalet år som ljuset måste färdas för att nå oss därifrån. Och fortfarande är inte det allt som finns.

För tänk om inflationen inom vissa områden inte tar slut, att den fläckvis ger upphov till nya smällar och nya universum; så kan ett multiversum bli till.

Både evig och inte evig

Tanken på multiversum väver elegant samman två gamla idéer om världens ursprung – den om att allting har en början och den om att kosmos alltid har funnits.
– När jag började var kosmologin i första hand bara teori, i princip fanns det inte några empiriska data alls. Det var först på 1960-talet som nya observationer strömmade in, och numera vet vi oerhört mycket mer utöver att universum expanderar, något som varit känt ända sedan 1929.
– Och jag tror bestämt att vi inom de närmaste tjugo åren kommer att finna en vetenskaplig grund som stöder idén om multiversum. Eller avfärdar den. Vårt universum blir då ensamt om att finnas till, hur osannolikt det än låter.