Varför är universum så perfekt?

Är allting skapat bara för att vi ska kunna vara här och ställa frågan? En sådan uppfattning kallas för den antropiska principen – att hela vår kosmiska hemvist är inrättad så att den passar oss, för att vi ska kunna bo och leva här.

Den antropiska principen har i drygt tre decennier delat kosmologerna i två läger. En del anser att den innebär slutet på vetenskapens strävan att på djupet förstå varifrån vi kommer och vart vi är på väg. Andra hävdar att den antropiska principen är ett vettigt sätt att se på vårt universum. För det kanske inte går att finna några exakta fysikaliska lagar som kan beskriva världsalltets gåta. Det enda som återstår då är att bejaka slumpen och mångfalden – att vår värld är en av oerhört många andra universum som existerar samtidigt och som kan vara väldigt olika sinsemellan. De allra flesta är inte ens beboeliga. Då är det inte så konstigt att just vårt universum råkar vara just sådant att det passar för oss att bo i. För var skulle vi annars bo?

Ingen kan ännu komma med ett avgörande om hur det egentligen ligger till. För att diskutera frågan sammanförde vi Bengt Gustafsson, professor i teoretisk astrofysik, och Ulf Danielsson, professor i teoretisk fysik, båda vid Uppsala universitet. Medan Bengt Gustafsson är mer tveksam till det antropiska resonemanget, och tycker att det kanske är för tidigt att överge tanken på att finna fysiken bakom hela världsalltet, lutar Ulf Danielsson åt att den antropiska principen och världarnas mångfald kan vara en realistisk lösning.

Det är föga omstritt att livet på jorden kräver en häpnadsväckande finjustering av flera grundläggande naturkonstanter. Hade dessa varit bara en smula annorlunda så skulle vi aldrig ha kunnat finnas här. Hur stora konstanterna är går inte – åtminstone inte ännu – att sluta sig till utifrån några fysiklagar. De är som de är.

Ta exempelvis styrkan på tyngdkraften. Den är hela tio biljoner biljoners biljoner (en tia följd av 36 nollor, 10³⁷) gånger svagare än den elektromagnetiska kraften, som håller ihop partiklar som bildar atomer, molekyler och hela vår vardagsvärld. Om tyngdkraften bara vore några storleksordningar starkare skulle stjärnor pressas samman och dö så snabbt att evolutionen inte skulle hinna med att utveckla mer komplexa former. Tyngdkraften skulle krossa allt som är så stort som vi är.

Det är också svårt att föreställa sig mer avancerade livsformer med färre än tre dimensioner. I en platt tvådimensionell värld skulle till exempel matsmältningsorganen dela levande kroppar rakt igenom i två delar.

Listan på hur klurigt naturen är arrangerad kan göras mycket längre, och enligt vissa forskare kan denna finjustering av konstanterna bara förklaras med den antropiska principen: de är exakt sådana för att vi ska kunna leva här. Vårt universum är inrättat för liv.

– Egentligen är resonemangen inte alldeles övertygande ändå. Om vi tänker oss att vi hade sett vårt universum när det var en sekund gammalt och vore bekanta med alla dess naturlagar, skulle vi nog ha sagt att utifrån vetenskapens nuvarande ståndpunkt är det fullständigt chanslöst att åstadkomma galaxer, stjärnor, tunga grundämnen, planeter, för att inte tala om liv, säger Bengt Gustafsson.

– Så det är inte lätt att på allvar diskutera möjligheterna med andra tänkta världar, med andra naturlagar, fortsätter han. Dessutom kan den antropiska principen ibland utvecklas så att den når rent mystiska dimensioner. Också fysiker har levererat sådana svar som att naturlagarna måste vara just sådana för att liv ska kunna uppstå här. Skulle det kunna finnas annars? undrar de. Man kan ju också förstå detta, för folk undrar ju ibland – om man inte kan se palmen i öknen, finns palmen där då? Och om det inte finns en enda observatör i universum, finns universum då i någon mening? Så blir det filosofi av det hela.

Den avgörande frågan är dock vilket slags svar som kan anses tillfredsställande, menar Ulf Danielsson. Man kan mystifiera och filosofera och dra mycket långtgående slutsatser, men om man vill förstå någon grundläggande aspekt av världen då finns det i princip bara två typer av svar.

– Det ena säger att världen måste vara inrättad på ett visst sätt som bygger på fundamentala egenskaper hos naturlagarna. Det andra handlar om att det kan finnas andra aspekter av världen som inte alls låter sig förklaras på det viset, och då avgör i stället slumpen och miljön om vi kan existera.

På samma sätt som intrikata mönster av iskristaller i en vattenpöl kan bildas av en slump, snarare än som en följd av grundläggande egenskaper hos vattnet, så kan även tillfälligheter ligga bakom våra naturkonstanter, snarare än vara resultatet av underliggande matematik. Det finns alltså inte någon fundamental förklaring till varför iskristallerna bildar det vackra mönstret, utan det är slumpens verk.

– Svårigheten är att man inte från början vet vilken typ av svar som man kan hoppas på, även om man inom fysiken alltid förväntat sig en fundamental förklaring, det vill säga ett bestämt svar som fysiklagarna obönhörligen ska leda till. Men det är inte säkert att ens fysiken kommer fram till att det måste vara på ett visst sätt, utan förklaringen kan vara att det just är en miljöaspekt. Problemet är förstås att veta när den fundamentala förklaringen inte går att finna och sluta leta efter den.

Lösningen skulle då kunna vara ett multiversum, en jättesamling av olika universum som existerar samtidigt. Fysikerna talar om flera olika slags multiversum, parallella världar om man så vill, beroende på vilka mekanismer man föreställer sig leder till dem.

En sorts multiversum uppstår ur inflationsteorin, det vill säga en extrem uppblåsning av världsalltet, som leder till att vårt universum blir till. En utvidgning av denna modell, som den ryske kosmologen Andrei Linde utvecklade för drygt trettio år sedan, är en evig inflation som ständigt ger upphov till nya universum, även nu. En annan sorts multiversum presenteras i den så kallade strängteorin, som Ulf Danielsson arbetar med. Enligt den teorin finns det ett landskap med en ofantlig mängd olika universum; uppåt 10⁵⁰⁰ (tio följt av 500 nollor) talar strängteorin om.

Alla de olika varianterna av multiversum har en sak gemensam. Den innebär att världsalltet är mycket större än vi tidigare har trott och att det kan se olika ut på olika ställen. Så att det ser ut på ett visst sätt här hos oss, beror på att det är just här som vi kan bo – en antropisk förklaring, alltså.

En del kosmologer anser, som sagt, att den antropiska förklaringen sätter en onödig slutpunkt på en väg som bör leda till att finna mer fundamentala lagar för universum. Men tänk om det inte finns några sådana lagar som dikterar hur universum ska se ut, menar Ulf Danielsson.

Ett exempel på att det faktiskt kan vara på det viset kommer från 1600-talets vetenskapshistoria. Då frågade sig den tyske astronomen Johannes Kepler varför solsystemet ser ut som det gör, med planeterna i bestämda banor kring solen i centrum. Kepler sökte efter matematiska formler som skulle staka ut banorna exakt. Han talade om geometriska idealfigurer, polyhedrar, och om musik och sfärernas harmoni som skulle styra avstånden mellan planeterna. Allt detta var dock förgäves – med skön geometri kunde han ändå inte förklara solsystemets uppbyggnad.

– Nu vet vi varför, säger Ulf Danielsson. För Kepler var vårt solsystem hela universum. Men så är det ju inte – det finns otaliga solsystem därute, och även om det går att finna generella principer för deras uppbyggnad, så är det i grund och botten tillfälligheter som avgör att just vårt solsystem ser ut som det gör.

Den fundamentala matematiska förklaringen gick alltså inte att hitta. I stället är den antropiska principen den korrekta motiveringen till att solsystemet har en planet som jorden, som ligger just på ett sådant avstånd från solen att den har betingelser lämpliga för liv.

Men redan före Kepler hade det spekulerats om att det faktiskt kan finnas andra världar, påpekar Bengt Gustafsson. Både från teologiskt håll: om Gud är allsmäktig så kan han göra andra världar – och som vetenskaplig övertygelse om att det finns andra solar, och även planeter, runt de andra solarna. Och i dag, några hundra år senare, kan vi faktiskt se dem. Frågan nu handlar om multiversum – kommer vi någonsin att kunna se de andra universumen?

– Anta att vi inte kan se dem, säger Ulf Danielsson. Betyder det att det är omöjligt att avgöra om den antropiska principen gäller? Tänk om alla de andra stjärnorna med sina planeter hade legat så långt borta att vi aldrig kunnat upptäcka dem. Även om vår forskning skulle ha blivit svårare då, så hade vi kanske ändå formulerat samma fysiklagar. Och dessutom skulle vi nog ha kommit fram till att det inte finns någon fundamental förklaring till varför jorden ligger där den ligger. Så skulle vi kanske ha börjat spekulera om de andra stjärnorna vi inte kunde se, och kommit fram till att de naturlagar som gäller här, gäller även där.

Bengt Gustafsson (BG): Det är ett förunderligt drag hos vårt universum att det är vävt i ett stycke till sina grundläggande principer, vilket gör att den typen av vetenskap är möjlig, att naturlagarna går att utvidga så pass långt att vi till och med kan säga trovärdiga saker om kvasarer tio miljarder ljusår bort. Men frågan är om det håller även för de andra världarna. Där kan till och med poängen vara att naturlagarna är väldigt olika. Vi har en kollega, Max Tegmark, som försöker övertala oss om att varenda rimlig och intressant matematik borde motsvara ett universum styrt av de matematiska principerna. I så fall är det en väldigt rik skala av världar.

Ulf Danielsson (UD): Jag skulle inte vilja gå så långt, utan jag kan tänka mig att alla dessa andra universum också är vävda i ett enda stycke och styrs av samma fysiklagar. Men naturkonstanterna kan skilja dem åt. Det skulle kunna liknas vid hur vår jord är i jämförelse med alla andra planeter – de ser väldigt olika ut, men bakom denna variation ligger samma grundläggande fysik och kemi. På samma sätt skulle hela den rikedomen av olika universum styras av samma grundläggande fysiklagar.

BG: Men då har du gått ifrån ambitionsnivån som fysiken länge har haft och som kanske varit överdriven – att kunna förstå allting utifrån vissa grundläggande principer – och säger nu att mycket av detta bara är tillfälligheter.

UD: Det behöver inte vara så, men det är en möjlighet, som det var med Kepler. Vi upptäcker att universum är allt större och möjligheterna fler och fler. Och rikedomen ökar.

BG: Det intressanta med Kepler är också att när han söker efter grundläggande principer, så snubblar han över de lagar som faktiskt gäller alla andra planetsystem därute också. Men han tillmäter inte lagarna den vikt som vi gör numera. Och när vi i dag ändå tvingas retirera, som jag tycker, till en antropisk princip, så snubblar vi kanske över sådana allmänna lagar som kan visa sig ha större förklaringskraft för att beskriva alla de andra världarna också. Strängteorin kan ju vara en sådan förklarande teori.

D: Tidigare hade strängteorin ambitionen att hitta den unika förklaringen – att världen måste vara på ett visst sätt. Då var man inne på den där vackra harmonin. Men nu lutar det åt att det i själva verket snarare är parallellen till Keplers lagar som den fundamentala teorin ska leverera. Fast det finns ju ingen enighet om det här.

BG: Många som reagerar mot den antropiska principen undrar om vi verkligen kan tillåta fysik som innehåller så mycket metafysik. Det är ju ändå vi människor som beskriver vår värld. Ska man verkligen behöva ta till så förfärligt många andra världar bara för att förstå vår egen? Är inte det slöseri?

UD: I så fall gäller slöseriet också vårt universum – tänk så många stjärnor och planeter helt i onödan, där det nog ändå inte finns något liv alls.

BG: Men vi ser dem åtminstone.

UD: Fast det gjorde man inte då, på Keplers tid. Jag måste erkänna att jag har svårt att på ett metafysiskt plan acceptera att universum i grund och botten är unikt bestämt på ett sådant sätt att liv blir en automatisk nödvändighet. Jag är mer tilltalad av att slumpen leder till naturkonstanterna. Det är mer problematiskt att tro att vårt universum är det enda som finns och att naturkonstanterna är just vad de är. I så fall – varför då?

Är frågan varför verkligen en fråga för fysiken? Att beskriva hur saker och ting hänger ihop låter sig nog förklaras vetenskapligt, men är inte frågan varför mycket svårare för fysiker att ta sig an?

– Frågan hur är mycket viktig, men visst ställer vi hela tiden frågan varför, säger Bengt Gustafsson. Det gör vi jämt, fast i konkreta situationer. Som: varför har solen fötts nästan 10 miljarder år efter universums födelse? Det finns ett svar som är av antropisk natur – det är därför att det behövs så lång tid för att producera de olika grundämnen, som kol och järn, som kan ge upphov till sådana som vi. Jag tycker inte om att göra den här kraftiga uppdelningen mellan varför och hur. All forskning som jag tycker är intressant ligger på randen till metafysik.

Den antropiska principen ligger mycket nära den religiösa uppfattningen om att allting är skapat, designat av en gudomlig makt. Det är dock ingenting som vetenskapen bekräftar. Ändå finns det en fara i att de vetenskapliga argumenten för den antropiska principen inkorporeras i de fanatiska bokstavstroendes teologi.

– När naturvetenskapen låter sig skräddarsys för andra ändamål, så kan man fundera på hur detta påverkar vetenskapen, säger Bengt Gustafsson. Jag, som har närmare förankring i kristen tradition än Ulf har, ser ändå en poäng i Ulfs resonemang. Och jag har också ägnat en hel del tid åt att förklara att den antropiska principen inte är någonting för en troende människa att hålla i handen. Det är jag beredd att slåss för, jag känner mig inte alls hemma i det kreationistiska lägret.

– De viktigaste argumenten mot den antropiska principen och idén om multiversum är att dessa – än så länge – inte har levererat särskilt mycket ordentlig fysik, utan bara filosofisk metafysik, fortsätter han. Jag är också tveksam till att de leder till att man skruvar ner ambitionsnivån på vetenskapliga förklaringar, som i stället blir ett slags ”just-så-historier”, för att hänvisa till Rudyard Kipling: ser vi ett naturfenomen räcker det till slut med att komma på varför det behövdes för att vi ska finnas här. Då säger vi att vi förstår det. Visst, det kan vara på det viset, men trist blir det att vara fysiker. Och bättre har vi kunnat, och kan vi nog.

 – Jag tror att vi egentligen bara har två val när vi ska förklara varför världsalltet verkar så gästvänligt för liv. Det ena är designargumentet. Det andra är den antropiska principen med en mängd universum som följer med, säger Ulf Danielsson.

Men frågan om varför det är på det viset återstår, fast den har flyttats längre bort: varför multiversum då?

– Fysiken och dess lagar är verktyg som vi konstruerat för att beskriva vår värld, säger Ulf Danielsson. Det kan mycket väl finnas frågor som fysiken inte har svar på, som den om varför det finns något över huvud taget.