Så sprack bevisen för universums återfödelse

Inte den här gången heller. Men för en kort stund i höstas trodde en av världens mest kända kosmologer, sir Roger Penrose, 79, vid universitetet i Oxford, att hans nya teori om universum hade fått stöd i observationer. Teorin hävdar att universum kan ha startat om och om igen, att det är cykliskt. Big bang, som enligt den nu rådande modellen var startskottet för hela världsalltet, är enligt Penrose bara en sista i en oändligt lång serie eoner där världarna uppstår, utvecklas och dör för att ge plats åt en ny eon. Vår tidsålder föregicks alltså av en eon bortom big bang.

Avtrycken av den förra eonen trodde sig Roger Penrose ha fått syn på i en analys av radiostrålning från rymden, den så kallade bakgrundsstrålningen. Tillsammans med Vahe Gurzadyan vid universitetet i Jerevan, Armenien, fann han koncentriska ringar som skulle ha orsakats av kollisioner mellan supermassiva svarta hål som skedde i världen före vår.

Kollisionerna gav upphov till en storm av gravitationsvågor sfäriskt fördelade i rumtiden. De skulle ha lämnat spår som slank förbi big bang och in i vår värld. Här skulle de bre ut sig som ringar på vattnet i det hav av radiovågor som kommer till oss från alla håll i rymden. Men ringarna på bilden av universums bakgrundsstrålning fick inte mycket till stöd i forskarkretsar. Lars Bergström, professor i teoretisk fysik vid Stockholms universitet, skrev helt kort i ett mejl: ”Ingen tror på det.”

– Vi trodde ju inte på det heller, berättar Ingunn Wehus, teoretisk fysiker vid Oslos universitet. Så vi började räkna om. Det visade sig att ringarna faktiskt fanns där, men det var inget konstigt med dem. Vi kunde hitta liknande ringar överallt; de var bara slumpens verk.

Andra forskare visade att det gick lika bra att hitta trianglar i bilden av bakgrundsstrålningen. För att inte nämna de som letade efter Stephen Hawkings signatur på himlavalvet.

Det är en mycket speciell karta över himlen som forskarna betraktar, ett slags meddelande från tidernas begynnelse. Denna bakgrundsstrålning strömmar mot oss från alla håll i universum och är en rest från världsalltets allra tidigaste skeden. Sedan upptäckten 1964 är kartan över bakgrundsstrålningen ett av de främsta verktygen för att undersöka den gängse teorin om big bang.

Enligt big bang-scenariot uppstod vår värld i en explosion av tid och rum för nästan 14 miljarder år sedan. Då var universum inte större än 10–35 meter på tvären och vad som fanns före det är dolt för våra ögon.

Därför är big bang också ett av de största mysterierna som finns. Roger Penrose själv hade bidragit till detta mysterium när han tillsammans med Oxford-kollegan Stephen Hawking kom fram till att det i big bang måste ha rått en singularitet. Detta innebär att alla fysikaliska begrepp förlorar sin innebörd, det finns ingen tid, och inget rum, och det är meningslöst att fråga vad som fanns före.

Däremot finns det teorier om vad som hände strax efter själva starten: bara 10–32 sekunder senare inträdde inflationen, en kolossal uppblåsning då universum vidgades och sträcktes ut till kanske 1030 gånger sin storlek – eller ännu mer – på en bråkdel av en sekund. Sedan dess har utvidgningen pågått i mildare takt, och gör så än i dag.

Bakgrundsstrålningen har sitt ursprung vid tiden när universum efter den snabba inflationen kyldes av och glesnade så pass mycket att ljus kunde tränga igenom. Då var vår värld ungefär 380 000 år gammal och hade från det glödheta ursprunget kylts av till cirka 3 000 grader. Men utvidgningen har fortgått, som sagt, och med den kyldes rymden av. Så när vi nu, drygt 13 miljarder år senare, befinner oss i vår tideräkning har rymdens temperatur blivit ynka 2,7 grader över den absoluta nollpunkten. Det är den som bakgrundsstrålningen speglar i dag.

Från dagens karta över bakgrundsstrålningen kan man sluta sig till hur världsalltet var beskaffat när det bara var knappt 400 000 år gammalt. Det är länge sedan, och strålningens perfekt jämna fördelning över hela himlen väcker frågor.

Hur gick det egentligen till när det, ur den heta bollen där materien var extremt jämnt fördelad, så småningom uppstod galaxer fyllda med stjärnor? Deras ursprung hänförs till minimalt små ojämnheter i bakgrundsstrålningen, inte större än någon hundratusendels grad. Ojämnheterna blev frön som efter hand gav upphov till galaxer, stjärnor, planeter, liv och – oss själva.

I november 1989 firade big bang-scenariot en av sina största triumfer. Efter bara nio minuters observationer kom den amerikanska rymdsatelliten Cobe med den perfekta avbildningen av rymdens bakgrundsstrålning. Efter ytterligare några års studier syntes även de första tecknen på små variationer mellan minimalt varmare och kallare områden på den stora kartan. ”Det var som att se Guds ansikte”, utropade George Smoot som ledde observationerna och som skulle belönas med 2006 års Nobelpris. Mycket går tydligen att skåda i den kosmiska bakgrunden, inte bara ringarna.

Fler och noggrannare kartor av himlens bakgrundsstrålning skapades så småningom, och med markteleskop, ballonger och satelliter förfinas mätdata ständigt. Ingunn Wehus ägnar mycket av sin forskartid åt att studera bakgrundsstrålningens variationer och avtäcka hemligheter från galaxernas tidigaste barndom med hjälp av Quiet-teleskopet i Atacamaöknen i Chile.

– Det finns ännu inga direkta observationer som bekräftar inflationsmodellen, men ingenting kullkastar den heller och vi har många tecken på att modellen stämmer. Nu försöker vi hitta andra sätt att testa inflationen, men signalerna är tidsödande – mycket svaga och svåra att mäta. Fast jag är vid gott mod, någon gång får vi syn på dem tillräckligt noga för att kunna säga något mer bestämt om vår modell av världens uppkomst i big bang följd av en inflationsfas.

I dag finns det dock ett antal oklarheter med big bang- och inflationsmodellerna. Vad var det egentligen som startade denna ofantliga uppblåsning? Hur kunde den stoppas? Och den allt överskuggande frågan som big bang-scenariot inte rår på alls: Vad hände före big bang? Här finns det plats för spekulationer, filosoferande och alternativa teorier som då och då dyker upp. Som denna teori om ett cykliskt universum.

Nu är Roger Penrose, sir sedan han adlades 1994, inte vem som helst. Tillsammans med Stephen Hawking bevisade han existensen av svarta hål och anses vara en av världens främsta experter på relativitetsteori, kvantfysik och kosmologi. Hans lek med geometrin ledde bland annat till en omöjlig trappa – avbildad av M.C. Escher – som paradoxalt nog går upp och ner samtidigt. En rundgång utan början eller slut, något som även fängslade Penrose i det aktuella arbetet om cykliska världar.

I den cykliska världen är big bang bara en av många som inträffar med miljoner miljoners års mellanrum. Varje nytt universum startar i big bang, utvidgar sig och kyls av ända tills all materia slukas av de svarta hålen. Men de svarta hålen dunstar bort, som Stephen Hawking har visat, och materia löses upp. Fast hur det går till återstår för Roger Penrose att förklara. Strålning är det enda som blir kvar efter en nästan oöverskådligt lång tid på sådär en googol år (10100 år) är. Och i en sådan värld, tömd på allt, finns inte heller någon tid.

– Det är inte så svårt som det låter, säger Roger Penrose övertygande. Tänk dig att du ska bygga en klocka, då behöver du material att göra det med. Men finns det ingenting så blir det inget som kan ticka fram tiden.

Ur denna tomhet uppstår en ny big bang och en ny värld tar form. Det blir jämnt och smidigt. På så sätt löser Penrose i sin cykliska vision ett problem som big bang-modellen brottades med tidigare: Varför är universum så likformigt, och hur kommer det sig att materia är så jämnt fördelad överallt? Inflationen besvarar denna fråga: utvidgningen jämnar helt enkelt ut alla rynkor som kunde finnas där förut. Rymden blir slät som en uppblåst ballong.

Kärnan i det cykliska universum är termodynamikens andra lag, denna speciella regel som säger att allt går mot kaos och att vi bara kan röra oss från ordning mot oordning – inte tvärtom. Vi kan aldrig med tidens gång få tillbaka det ägg som äggröran gjorts av.

Om vi då tittar tillbaka i tiden måste ordningen ha varit störst i början, vilket för hela universum var big bang.

– Det var helt obegripligt välordnat. Avvikelse från ordningen i big bang får inte överskrida 1/10123 (10123 är en etta följd av 123 nollor). Det är en försvinnande liten bråkdel. Varför måste det initiala tillståndet hos universum vara just detta tillstånd av maximal ordning? Vi vet egentligen ingenting i dag som kan förklara detta, säger Roger Penrose.

Dessutom var det obegripligt hett i big bang-ögonblicket, vilket motsäger tanken på ett välordnat tillstånd – värme står snarare för rörelse och kaos än för höggradig ordning, menar Penrose. Så även om han har ägnat en stor del av sin karriär åt big bang-kosmologin ville han nu pröva något annat.

– Vetenskapen har den goda sidan att man kan byta åsikt när nya idéer som verkar vettigare kommer. För mig lät det cykliska universum tillräckligt galet för att testa.

Så kom tanken på ringarna i den kosmiska bakgrundsstrålningen, regelbundna områden där variationerna i temperatur var något mindre än i omgivningen.

– Det var Gurzadyan som kontaktade Penrose om ringarna. Tillsammans publicerade de en artikel på nätet, och bollen rullade i gång. Men sedan stannade den, berättar Ingunn Wehus, fysiker vid universitetet i Oslo.

Nu är detta kapitel avslutat. Roger Penrose när dock fortfarande ett hopp om att hitta kosmiska fossil från tiden före vår tid. Då gravitationsvågor en gång går att mäta i rymden kan hans excentriska idéer testas. Än så länge har ingen lyckats fånga en enda gravitationsvåg, så de finns bara i fysikens teorier.

– Vi vet ju inte alls vad som hände före big bang. Så det är lockande att kunna se igenom denna mystiska början på allting. Men allt vi hittills har sett bekräftar big bang-teorin. De alternativa och mer fantasifulla kosmologi-teorierna krånglar bara till det hela, säger Ingunn Wehus.