Kosmologiskt toppmöte

Kosmologen Michael Turner från Chicago sammanfattar kunskapsläget efter det Nobelsymposium som hölls i Sigtuna på höstkanten. Företrädare för två frontlinjer inom modern fysikforskning – strängteoretiker och kosmologer – försökte under några dagar formulera utgångspunkter för att gemensamt gå vidare: att förena strängteori, som handlar om naturens allra minsta byggstenar, med kosmologi som tar sig an hela världsalltet.

Diskussionerna var bitvis rätt ettriga, men det är stora frågor det gäller – det handlar om hela vår existens. Hur startade universum? Vad fanns före? Vad kom först – kosmos eller naturlagarna?

– Självklart är det förmätet att tro att vi ska finna svaren, säger Michael Turner. Man borde å ena sidan kräva litet större ödmjukhet av båda grupperna. Å andra sidan, om vi inte tror att vi kan avslöja materiens, rymdens och tidens innersta hemligheter så kommer vi aldrig dithän.

Båda teorierna har sina standardversioner, och båda brister på väsentliga punkter. Enligt big bang-modellen, som är en gängse skapelseberättelse inom kosmologin, startade vårt universum i en ursmäll, i en oändligt tät och het punkt, och utvidgningen pågår alltsedan dess. Modellen har numera mer än sju årtionden på nacken, och den har både bekräftats av observationer och justerats en hel del. Så har man löst en del av problemen genom att lägga till en extremt snabb och häftig inflationsfas i begynnelsen då rymden blåstes upp miljardtals gånger på en bråkdel av en sekund.

Det största problemet med big bang-teorin är just själva ursmällen. Det var Stephen Hawking, en av de mest celebra gästerna på seminariet, som för ungefär trettio år sedan visade att det i begynnelsen måste ha funnits en singularitet, en punkt där naturens lagar bryter samman. Begrepp som tid och rum förlorar sin mening och undflyr därmed fysikernas inblick.

Teorier måste förenas

För att komma åt universums tidigaste barndom måste kvantmekaniken och Einsteins gravitationsteori – två av förra seklets mest lyckade teorier – knytas ihop till ett gemensamt teoribygge, något som redan Einstein försökte men misslyckades med. Och det är här som strängteorin träder in. Den handlar om världsalltets innersta uppbyggnad och är för närvarande fysikens enda hopp om att en kvantteori för gravitation kan vara möjlig.

– Strängteorin, vad den än är för något, har faktiskt lyckats eliminera singulariteterna, säger David Gross som leder Kavli Institute for Theoretical Physics i Santa Barbara, Kalifornien. Den har löst en del av paradoxerna kring de svarta hålen, även om de fortfarande är de mest bisarra kosmiska objekt vi känner till. Svarta hål ter sig dock barnsligt enkla jämfört med frågan om universums begynnelse – vi har absolut ingen aning om hur teorin skulle kunna beskriva den.

Ärligt talat finns det inte en strängteori, utan minst fem olika kandidater som gör anspråk på att bli den utvalda. Alla har egenskapen, något som de delar med kosmologin, att de beskriver en värld oerhört långt från våra vardagliga erfarenheter och som följaktligen är nästan omöjlig att testa. Hur ska man då välja vad som är rätt?

– Traditionellt har fysiken följt tätt i spåren på naturen, säger David Gross. Och naturen är mycket smartare än människan. Det är därför vi har lyckats så bra. Det är frustrerande att vi är så långt från att kunna experimentera. Det kan hända att kosmologiska observationer kan komma att hjälpa oss, men det är än så länge oklart på vilket sätt.

Om man ska bortse från experiment finns det gott om idéer kring hur vår värld kommit till. Som det rätt nyligen beskrivna cykliska universum, där en ändlös serie kosmiska epoker avlöser varandra med bubblor som växer och krymper under årtriljonerna.

Eller en äldre favorit – Andrei Lindes kaotiska inflation, den som säger att världsalltet ständigt bubblar av nya universum som blåses upp här och där och att vi råkar befinna oss i ett av dem. Vi finns alltså här inte för att alla andra världar inte existerar utan för att vår värld är den enda som passar oss. Det är en variant av den så kallade antropiska principen som fler än Linde omhuldar i dag som en förklaring till att just vi finns just här. Andra avskyr den.

– Många resonemang leder till den antropiska principen, och det tycker jag är katastrof, säger David Gross. Det måste finnas en enda princip som leder oss fram till dagens universum, annars blir det religion.

Idén om evigt fler universum har gjort det legitimt att tala om tiden före tidens början. Dock har man inte blivit kvitt frågan om hur allt har kunnat skapas ur intet.

– Förmodligen kommer det nya att vända upp och ner på alla våra begrepp och visa att tid och rum bara är illusioner. Men hur ska vi kunna förstå det? För rumsdimensionerna finns det möjligen något i strängteorin som beskriver vad som blir kvar när rymden krymper till noll, snörps åt och försvinner. Men tiden? Fysik är ju en beskrivning av utveckling i tiden. Hur det skulle se ut utan tid kan jag inte ens föreställa mig.

Så nu har alla, både kosmologer och strängteoretiker, lagt fram sina pusselbitar och hoppas att tillsammans få ihop universums tidigaste stunder, kortaste avstånd och högsta energier i en enda bild. Fördelen med att komma från olika forskningsområden är att man förhåller sig mer respektlöst till varandras älsklingskonstruktioner. Samtidigt är risken överhängande att ens favoriter inte alls är så vackra och eleganta i andras ögon eller rentav stryker med på vägen. Den ömsesidiga befruktningen kommer alldeles säkert att innebära stora omvälvningar för både strängteorin och kosmologin. Och för vår bild av hur allting hänger ihop.