23) Debattforum i Forskning och Framsteg angående professor Ulf Danielssons
bok Vart är universum på väg?
23.01 Ur Vart är universum på väg? av Ulf Danielsson
Citatet är något begränsat i sin inledande del
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 Mteorin 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 1920talet 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.
Överallt och på samma gång i den oändligt stora världen.
Att väga universum
Men hur mycket materia finns det, vilket värde har W? Vilken av de möjligheter som
jag berättat om är den riktiga? För att kunna svara på den frågan, måste man kunna
väga universum. Detta har man också försökt att göra. Man har räknat alla de
stjärnor och gasmoln som man kan se och ur detta uppskattat hur mycket materia
som finns. Svaret blir något i stil med några procent av det kritiska värdet, och
slutsatsen tycks given: ett oändligt, evigt expanderande universum. Men kanske finns
det materia som inte syns?
Genom studier av galaxers rörelser har man länge vetat att det finns mer materia i
universum än vad som är synligt som stjärnor. Ett okänt något måste gömma sig i
mörkret och slita och vrida på galaxer och stjärnor genom sin gravitationskraft: den
mörka materien. Man har kommit till denna slutsats genom att studera hur stjärnorna
rör sig i Vintergatan och även i andra galaxer. Redan Kepler visste ju att planeterna i
solsystemet rör sig allt långsammare kring solen ju längre bort de befinner sig, och
på liknande sätt borde det förhålla sig med stjärnor i Vintergatans utkanter.
Stjärnornas hastighet runt Vintergatan borde med andra ord bli allt lägre ju längre
bort de befinner sig och ju svagare tyngdkraften från resten av Vintergatan blir. Men
märkligt nog är detta inte alls vad observationerna visar. I stället har man funnit att
rotationshastigheten är i stort sett konstant, och den enda rimliga slutsatsen blir att
det måste finnas extra materia som hjälper till att ge stjärnorna fart. Men det finns
ännu fler argument som pekar mot att W måste ha just det kritiska värdet och att det
därmed måste finnas mer materia än vad man ser.
När materien glesar ut i ett öppet universum, blir den alltmer oförmögen att bromsa
expansionen. Följden blir att W minskar med tiden och raskt närmar sig noll. Det är
därför mycket svårt att konstruera ett universum där ett W på några procent
upprätthålls särskilt länge. Att det ändå ser ut som att vi lever just under en sådan
period har satt myror i huvudet på många astronomer.
En lösning på problemet vore förstås att tillgripa den antropiska principen. Vi måste ju
leva under en epok i universums historia lagom långt efter big bang då det hunnit
skapas galaxer och stjärnor med gästvänliga jordar. Men i ett öppet universum kan vi
heller inte vara alltför sent ute, emedan stjärnorna då skulle ha hunnit slockna och allt
ha blivit mörkt och kallt. Kanske detta är förklaringen? Kanske, men vi bör inte
tillgripa en sådan förklaring annat än som en sista utväg. Annars är det möjligt att vi
missar det riktiga svaret.
En annan möjlighet vore att universum har ett W med ett värde precis lika med 1;
detta innebär nämligen att W alltid kommer att förbli 1. Vi lever därför inte i någon
speciell epok av historien, men å andra sidan krävs oupptäckt materia som tar oss
från de observerade få procenten upp till det magiska värdet. Detta är förstås den
mörka materien. Ett kvarvarande problem är fortfarande varför W har detta
välavvägda värde. Möjligen finns där någon djupsinnig symmetri eller princip som
naturen fattat tycke för, och faktum är att inflationen, åtminstone i sin mest
ursprungliga skepnad, kan åstadkomma just detta. En ballong som blåses upp
tillräckligt mycket kommer ju att te sig ganska platt för ett litet kryp som krälar
omkring på dess yta.
Men vad kan nu den mörka materien vara för något? En ganska naturlig möjlighet är
att det handlar om misslyckade, dödfödda stjärnor. En stjärna måste ha en massa på
ungefär 8 procent av solens för att den kärnfysikaliska elden ska tändas i dess inre.
En kropp som Jupiter, med en massa runt en tusendel av solens, är alltför liten och
får finna sig i att lysa med lånat ljus. Man har givit dessa objekt namnet macho -
massive compact halo objects, eller massiva kompakta haloobjekt. Halo kommer sig
av att man tänker sig att de finns företrädesvis ute i Vintergatans utkanter, i halon.
För att testa denna idé har man använt fenomenet mikrolinsning, vilket
utnyttjar ljusets avböjning enligt den allmänna relativitetsteorin. Samma effekt
som den brittiske astronomen Arthur Eddington använde år 1919 för att en
gång för alla säkra Einstein en plats i historien. Men medan Eddington bara
kunde notera hur stjärnors skenbara positioner nästan omärkligt försköts litet
grand, går mikrolinsningen ett steg längre. Gravitationens inverkan på ljuset
ger nämligen ett gravitationsfält möjligheten att fungera som ett slags teleskop.
Ljuset från en stjärna som ligger precis bakom ett osynligt men tungt objekt kröks på
ett sådant sätt att man ser en liten ring, Einsteinringen. Om man tittar från rätt ställe.
Dessutom blir resultatet också en fokusering av ljuset som gör att det blir starkare.
Vad man har gjort är att tålmodigt studera ljuset hos miljoner stjärnor i de
Magellanska molnen för att se om något händer. Förhoppningen är att annars
osynliga objekt i Vintergatan ska röja sin existens när de passerar mellan oss och de
avlägsna stjärnorna. Inte på det sättet att stjärnan förvandlas till en ring - även om det
verkligen blir en ring är den alltför liten för att kunna ses - utan genom fokuseringen
av ljuset som gör att stjärnan blir märkbart starkare. Och man har verkligen lyckats
hitta sådana här märkliga händelser. Än här, än där lyser en stjärna litet starkare
under några veckor och berättar genom detta om de osynliga kroppar som rör sig ute
i mörkret.
Emellertid verkar det trots allt inte att röra sig om tillräckligt många för att kunna
förklara all den mörka materien. Och det är egentligen lika bra det. Om man via
mikrolinsning funnit all den mörka materien, och den visat sig vara just dödfödda
stjärnor, hade man fått ett nytt riktigt knepigt problem på halsen. Det mesta av det
helium som finns i universum bildades ungefär tre minuter efter skapelsen, och för att
man ska förutsäga de rätta mängderna får det inte finnas särskilt mycket mer vanlig
materia i universum än vad man redan känner till. Den mörka materien kan därför
inte bestå av enbart dödfödda stjärnor, den måste vara något annat, något som inte
påverkar receptet för den tre minuter gamla kärnfysikaliska ursoppan. Jag ska nu
berätta litet om vad detta andra kan vara.
Om hur speciella vi är
Om det finns machos är det rimligt att det också finns wimps, det vill säga weakly
interacting massive particles eller svagt interagerande massiva partiklar. Detta är ett
samlingsnamn på möjliga kandidater till mörk materia som kan undgå att trassla till
den tidiga kärnfysiken. För att reda ut vad det kan röra sig om måste vi leta bland
mer exotiska möjligheter än misslyckade stjärnor. Vi måste vända oss till
partikelfysikens mikroskopiska partiklar.
Den partikel som ligger närmast till hands är neutrinon. Neutrinon är en partikel som
omärkligt kan färdas tvärs igenom ljusår av bly, och det är lätt att föreställa sig att den
kan finnas i oerhörda mängder utan att göra särskilt mycket väsen av sig. Man kan
faktiskt räkna ut hur många neutriner det finns, eftersom det borde existera ett slags
bakgrundsstrålning av neutriner inte helt olik den vanliga bakgrundsstrålningen av
mikrovågor. Även om man länge trodde att de saknade massa, har observatorier
djupt nere i japanska grottor nyligen lyckats mäta egenskaperna hos neutrinerna och
funnit att de trots allt väger något litet grand. Tyvärr är nog denna massa alltför liten
för att neutrinerna, trots de otroliga antal som förmodligen rusar runt i rymden sedan
tidernas begynnelse, ska kunna ha något avgörande inflytande på galaxernas
rörelser. Troligare är att det finns något helt nytt därute, kanske någon annan av de
exotiska partiklar som fysiken för materiens innersta förutsäger.
Favoriten i detta sammanhang är de supersymmetriska partiklarna som man hoppas
ska göra så mycket gott inom partikelfysiken. Kanske kosmologin har ytterligare en
betydelsefull roll i beredskap? Till skillnad från de lätta neutrinerna som rusar runt
med farter närmare ljushastigheten, är de supersymmetriska partiklarna tunga
åbäken som, om de utgör den mörka materien, rör sig betydligt makligare. Man
brukar karakterisera neutrinerna som het mörk materia och de supersymmetriska
partiklarna som kall mörk materia. Hur ska man då kunna avgöra om man är på rätt
spår? Hur kan man hitta de supersymmetriska partiklarna ute i mörkret mellan
stjärnorna? Just beroende på att de är så tunga och slöa, de väger många hundra
gånger mer än en proton, är de också relativt lätt fångade. De borde till exempel trilla
in och samlas i större mängder inuti stjärnor. Även om en ensam supersymmetrisk
partikel är en partikel som i princip är för evigt, för de en osäkrare existens när de är
flera stycken tillsammans. Supersymmetriska partiklar kan nämligen omvandlas till
vanlig materia om det sker parvis. Två och två kan de mötas för att omvandlas till ljus
och neutriner. Sannolikheten för att de finner varandra är förstås större där de finns i
högre antal. Som inuti solen. Eller kanske inuti jorden. På sydpolen djupt i den eviga
inlandsisen väntar elektroniska ögon på ljusblixtar orsakade av dessa neutriner från
sönderfallande supersymmetriska partiklar i solens inre. Ingen vet om man kommer
att se några. Kanske kommer man i stället att se något helt annat, något ingen har
kunnat föreställa sig. Amanda är ett internationellt projekt som syftar till att skapa ett
fungerande neutrinoteleskop.
Det verkar alltså som om det mesta av energin och materien här i världen är av helt
annat slag än det vi i vardagslag känner. Dels i form av den gåtfulla kosmologiska
konstanten, dels i form av den mörka materien. Kanske detta är nästa steg i den
kopernikanska revolutionen? Inte nog med att jorden inte är i världsalltets mitt och att
solen bara är en ordinär stjärna i utkanten av en galax bland miljarder, vi själva och
allt det vi ser är dessutom blott en liten krusning, en anomali, på ytan av något helt
annat och dominerande. Världen är inte vad vi trodde den vara. Om nu någon på
allvar trott något annat?
Inflationen innehåller också ett frö till en teori för att beskriva hur hela universum kan
uppkomma ur intet och nya världsbubblor blåsas upp och födas som knoppar på de
gamla. En evig rad av världar som pärlor på ett oändligt pärlband. Vår värld har
kanske en modervärld i det förflutna som i sin tur leder tillbaka till ett obegränsat
förflutet utan början. Måhända skiljer sig världarna åt från varandra, kanske bär vi på
ett arv från den tidigare existensen kryddat med något litet nytt, och kanske några av
pärlorna är vackare än de andra. Vårt universum må expandera och bli kallare i all
evighet, men detta behöver inte betyda ett oundvikligt slut för den levande och
tänkande materien. Kanske målet är att kunna behärska naturkrafterna så väl att vi
en dag kan fly vår åldrande värld in i en nyutsprungen världsknopp som kommer att
slå ut i ett nytt och kanske bättre universum. Hoyles eviga världsallt blir på detta sätt
en reell möjlighet.
Det är alltid farligt när något blir en dogm, när man inte längre tillåts tvivla.
Inom kosmologin har det länge handlat mycket om tro, för man har inte haft
tillräckligt noggranna observationer för att kunna dra säkra slutsatser.
Lyckligtvis håller situationen på att förbättras. Möjligheterna att studera skapelsen på
ett förutsättningslöst sätt blir allt bättre. Genom historien har världsbilden färgats av
förutfattade meningar från religionen eller filosofin. Vi kanske inbillar oss att vi är
immuna mot detta och att vi på ett objektivt och vetenskapligt vis förmått ta oss an
gåtorna. Men jag måste erkänna en smygande misstanke om att det är något alltför
välanpassat i den moderna synen på ett universum i utveckling från en unik skapelse
i relation till det västerländska tankearvet, där en skapelse följt av en linjär utveckling
och historia också är central. Men jag borde kanske inte yttra dessa tvivel.
Hur som helst kommer inte svaret att bero av dylika funderingar. Vetenskapen har en
inbyggd mekanism som till slut slår hål på de mest efterhängsna vanföreställningar.
En dag kommer vi verkligen att veta. Och kanske kommer vi att finna att det finns en
evighet bortom Swedenborgs punkt.
23.02 Kommentarer till ”Vart är universum på väg?”
Ulf vann! 2004-12-30
Av de två huvudkombattanterna Ove Tedenstig och Ulf Danielsson ter sig ställningen
just nu som följer:
Gren 1 : Ödmjukhet - Ove 0, Ulf 1
Gren 2 : Agg - Ove 1, Ulf 0
Gren 3 : Insinuans Ove - 1, Ulf 0
Gren 4 : Trovärdighet - Ove 0, Ulf 1
Preliminärt resultat - Ove 2, Ulf 2 - dvs lika-lika.
Då särskiljning sker i rättstavning anses dock Ulf Danielsson ha vunnit bataljen.
Av Benny Jansson
Svar till Ulfs senaste inlägg 2004-09-17
Ulf,
tack för ditt senaste svar
alltid roligt med professionella forskare som vill och vågar bemöta kritiska synpunkter.
Jag återkommer här med några ytterligare kommentarer, med hänvisning till de
punkter som tidigare diskuterats
1) Att "dopplereffekten" kan användas som ett motiv för färgförändring hos ljus är en
seglivad myt tydligen.
Effekten ifråga fungerar endast där ett medium förekommer för energitransporten.
Och något medium för ljus har varken Einstein eller den nu etablerade vetenskapen
erkänt existera. Så, om effekten finns för ljus så måste denna effekt, om rörelse
åberopas som orsak, bero på något annat. I så fall på vad då?
Den enda orsak (utöver ett expanderande universum) som kan åberopas är att
ljusets hastighet är beroende på ljuskällans rörelse, men detta strider mot den
speciella relativistetsteorin, och då blir det givetvis problem, eller hur ?
Jag vidhåller sålunda, på logisk grund, att rödförskjutning av ljus från stjrärnor och
galaxer ej kan refereras till en dopplereffekt.
2) Om nu BigBang skulle vara mängder av explosioner som förekommit ungefär
samtidigt i hela universum, verkar detta föga sannolikt. Varför skulle dessa
explosioner ha startat just då, då ingen kommunkation förekommit mellan universums
olka delar. Verkar långsökt minst sagt.
3) Att man uppmätt egenskaperna hos bakgrundstrålningen med stor noggrannhet
och med väl dokumnterade data innebär ju inte att man vet dess ursprung. Om det är
gammalt ljus som tröttnat eller om det härrör från någon skapelseprocess av materia
i universum kan man ju inte veta något om. Bara gissningar.
Givetvis måste all den energi och strålning som universum i alla tider utstrålat finnas
kvar någonstans i den fria rymden mellan all synlig och osynlig materia.
Underligt om man bara skulle kunna trolla bort all denna energi som icke existent.
Tilld sist en kommentar om standardteorin för de elemntära partiklarna. En av de
vanligaste partiklarna som uppträder i experiment är mu-onen en 207 gånger tung
elektronliknande partikel. Forskare frågar sig: mu-onen bör egentligen inte finnas,
den passar inte in i standardteorin. Men den finns och är mycket vanligt
förekommande.
Alltså måste teorin vara felaktig, en riktig teori måste inkludera förklaring till de de
mest frekvent förekommande partikelformerna
/Ove
http://www.newphys.se/teden/mu/MatterUnified
PS: Min uppfattning i dessa frågor är att :
a) ljusets hastighet från en rörlig ljuskälla är variant och därmed orsakar
färgförändringen trots frånvaro av en eter
b) Att gravitationen är en kontinuerlig skapelseprocess av ny materia i universu
genom ett inflöde. Massan fördubblas under tiden för Hubblekonstanten 13.7
miljarder år som således inte har någonting att göra med "universums ålder"
c) Mu-onen skapas av en resonanseffekt på samma sätt som en mängd övriga
partiklar, K-onen, protonen Tau-onen osv enligt sambamdet M= me.(n.pi.k)**3 där k=
+-1.06 och n= 1,2,3,4,...
Av Ove Tedenstig
Nytt svar till Ove 2004-09-16, 19:39.
Hej Ove!
1. När det gäller rödförskjutningen av ljus från avlägsna galaxer är det mest korrekta
att se det som en effekt av att rummet expanderar och ljusets våglängd med den.
Samtidigt ökar förstås avståndet mellan galaxerna. Men så länge man betraktar
galaxer som inte är alltför långt borta går det utmärkt att istället tolka
rödförskjutningen som en effekt av att galaxerna avlägsnar sig med en viss hastighet.
Det handlar då om en vanlig Dopplereffekt.
Om sedan galaxerna rör sig sinsemellan blir det ytterligare ett bidrag som förstås
måste läggas till. För närbelägna galaxer, vars hastighet från oss pga expansionen är
låg, kan denna effekt ta överhanden. Det gäller t ex Andromedagalaxen som, om jag
minns rätt, närmar sig Vintergatan. Det finns inget underligt i att man har flera olika
effekter som bidrar till det man verkligen observerar.
I dina inlägg förefaller det som att du ifrågasätter existensen av Dopplereffekter
beroende på hastighet överhuvudtaget. Dopplerffekten är emellertid en etablerad del
av såväl fysik som teknik. Den kan till och med användas för att komma åt fortkörare.
2. Det du återger är ett vanligt och begripligt missförstånd av hur man egentligen
tänker sig Big Bang. Vilket Fredrik också påpekar i sitt svar. Big Bang anses inte vara
en explosion som utgår från en punkt i ett annars stort och tomt rum. Liknelsen med
nyårsbomben är inte vad man har i tankarna. Istället menar man att explosionen
skedde överallt samtidigt utan något egentligt centrum. I min bok, och i min text från
det senaste numret av FoF som vi nu diskuterar, gör jag ett försök att förklara detta.
Att en sådan likformig explosion kunde ske över ett så oerhört stort område (i
praktiken oändligt vad våra nuvarande mätmetoder anbelangar) är precis vad
inflationen bereder vägen för.
3. Egenskaperna hos bakgrundsstrålningen har uppmätts med hög noggrannhet och
stämmer väl med de förutsägelser som Big Bang modellen ger. Bland annat visar
dessa mätningar att universums ålder bör vara ungefär 13.7 miljarder år. Det finns
mycket material att läsa i ämnet bland annat via satelliten WMAPs hemsida. I vad
mån alla resultat man fått fram verkligen kommer att stå sig kan diskuteras, men det
handlar i många fall om en mycket imponerande överensstämmelse mellan teori och
observationer.
Till sist, kommande partikelacceleratorers vid CERN uppgift är att dels bekräfta (eller
hitta felaktigheter i) den beskrivning av naturfenomenen som vi har i termer av
partikelfysikens standardmodell, men dels också att leta efter nya fenomen att
beskriva. Detta kan ge ledtrådar till nya och mer kraftfulla beskrivningar som
innehåller både det gamla och det nya.
Poängen med mitt resonemang vara att famhålla hur, för att ta ett exempel, Newtons
gravitationsteori fortfarande är lika användbar som när den först formulerades. Trots
att vi sedan dess funnit bättre beskrivningar som Einsteins relativitet med sin krökta
rumtid vilka har ett större tillämpningsområde och högre noggrannhet. Och i en
framtid kan något helt annat ersätta Einsteins modeller. Vad man har är en
kontinuerlig utveckling mot teorier som allt bättre beskriver det man kan mäta.
Hälsningar,
Av Ulf Danielsson
Svar till Fredrik 2004-09-15
Hej Fredrik,
Ulfs motivation till varför inflationsteorin skulle vara den bästa teorin var att motivera
den förhållandevis jämna spridningen av materia i Universum. Inflationen påbörjades
med en explosion (BigBang), i annat fall är jag fel informerad om detta. I sådant fall
bör materien vara utspridd koncentriskt och inte homogent såsom påstås, dvs en
väldigt ojämn fördelning. All massa i Universums massa skulle befinna sig ca 14
miljarder ljusår bort från oss med andra ord.
Visst kan man trixa med fakta lite hur som, ändra på villkor och antagande lite hur
som helst, med då är det inte längre naturvetenskap vi diskuterar, utan tro och icke
vetande.
Fråm början var den stora frågan, inte hur materien var fördelad, utan varför materien
ser likadan ut i hela Universum. En elektron eller atom 12 miljarder ljusår bort från
oss lär se likadan ut som hos oss, detta kan studeras ur spektra från det ljus som når
oss.
Och för att förklara detta behöver vi inte varken BigBang eller Inflation. En elektron
kan skapas i labb i CERN ur ren energi genom att kolldera 2 fotoner med varandra
och det finns ingen inbyggd kunskap i fotoenrna om hur en elektron skall se ut, vilken
massa den skall ha eller andra övriga egenskaper.
Det är sannolikt därför vakuumrummets egna egenskaper som bestämmer detta. Big
Bang och Inflation är helt onödiga och förklarar ingenting.
/Ove
http://www.newphys.se/teden/mu/MatterUnified
Av Ove Tedenstig
Svar på Oves påstående 2004-09-15
Hej Ove!
Under argument 2 skriver du att det finns en punkt i universum varifrån Big Bang
startade. Du nämner även att det borde vara ett koncentriskt sal med materia kring
kring explosionspunkten med vakumm däremellan. Detta påstående baserar sig på
den tanken att man kan tala om rumstid och verkliga fysika dimensioner vid tiden för
Big Bang. Det kan man inte. Det enda man kan tala om är singulariteten. Tid och rum
existerade inte. Dessa begrepp skapades i och med Big Bang. Expansionen utgår
inte från någon specifik punkt i universum. Alltså håller inflationsteorin!
Av Fredrik
Svar på Ulfs replik till Ove 2004-09-14
Hej Ulf
och tack för din replik på mitt första inlägg.
Jag vill här kort kommentera din replik på
detta inlägg:
1) angående rödförskjutningen i Universum.
Då du naturligtvis inser att rödförskjutningen inte kan förklaras med en "dopplereffekt"
eftersom ingen ljuseter existerar, tar du fram Universums förmodade expansion som
förklaringsmodell. En sådan modell kan givetvis motivera rödförskjutningen (mot
längre våglängd) men problemet med blåförskjutngen kvarstår dock. Det kan givetvis
inte vara så att rödförskjutningen av ljus motiveras av en orsak och blåförskjutningen
av en annan orsak. Blåförskjutningen skulle således fortfarande vara en effekt av en
dopplereffekt (effekt av rörelse) medan rödförskjutningen skulle vara en effekt av
expantion.
Argumentet håller inte.
2) Du säger att inflationsmodellen bäst skulle förklara fördelningen av materia i
Universum. Inflationsmodellen grundar sig på BigBang dvs en urexplosion och då
borde rimligtvis all materia i Universum vara samlat i ett koncentriskt skal kring
explotionspunkten. Innuit skalet skulle det vara tomrum från materia. Men så ser inte
Universum ut, materien är relativt jämnt fördelad. Jämför hur en nyårsbomb som
exploderar högt i skyn sprider ut sin strålglans, i ett koncentriskt skal kring
explotionspunkten.
Argumentet håller ej.
3) Steady State-teorierna tillbakavisas av orsak att spektrum hos Universums
bakgrundsstrålningen ej skulle samstämma med denna modell. Men detta argument
förutsätter ju att man i så fall skulle veta hur detta spektrum skulle se ut i sådana fall.
Det ver man ju inte. Därför är detta ett ofruktbart cirekelresonemang. Dessutom har
ingen sagt att Universum har en ålder (exempelvis 14 miljarder år). Om detta vet man
inget.
Argumentet håller ej.
Sist säger du att fysikens mening inte är att förklara saker och ting utan att enbart
beskriva HUR SAKER ÄR. Detta kan ju inte vara sannt, i så fall skulle man inte lägga
ned 200 muljarder kronor i CERN för att bekräfta dagens teorier om de elementära
partiklarna (Standardteorin). Man skulle nog vara mycket glad om man kunde förklara
fysikaliska fenomen bätttre än man gör idag. Denna falska blyfsamhet bottnar nog
enbart i oflörmågan att finna just de svar som man söker efter.
Av Ove Tedenstig
Tack för svaret 2004-08-31
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.
Hälsningar
Tomas Claesson
Svar till Ove Tedenstig 2004-08-30
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 av
att 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 hand
vill 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 att
förklara bakgrundsstrålningen. Problemet är att bakgrundsstrålningen har ett nästan
perfekt termiskt spektrum vilket är oerhört svårt att få till. Av dessa skäl
övergav 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
Av Ulf Danielsson
»
Svar till Tomas Claesson 2004-08-30
Hej Tomas!
Din idé 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
Newtons gravitationslag. Detta torde inte vara alldeles omöjligt. Om nu så är fallet,
vad betyder detta? Möjligen har vi då ett alternativt sätt att räkna med samma
innebörd 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 enkeltEtt 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 hörnet
Hälsningar,
Ulf Danielsson
Av Ulf Danielsson
»
Gravitation - mitt sista inlägg 2004-08-27
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.
Av Tomas Claesson
»
Vänta dig inget svar 2004-08-26
Till Tomas Claesson, kommentar
Jag 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.
/Ove
PS: 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.
»
Av Ove Tedenstig
Gravitation enligt den etablerade fysiken? 2004-08-26
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
Av Tomas Claesson
"GRAVITATION" 2004-08-22
Svar till Tomas Claesson,
Jag håller i stort sett med dig vad angår att
gravitationen är en "pushing" kraft, inte
primärt attraherande. Ett externt partikeltryck
skapar en skugga mellan massorna och
pressar dem tillsammans.
Se mera om detta på werbsidan:
http://www.newphys.se/teden/mu/MatterUnified
där denna process är beskriven i detalj.
/Ove
Av OVE TEDENSTIG
"Vart är universum på väg, kommentar" 2004-08-22
Kommentar till Ulf Danielssons artikel, "Var är Universum på väg, FoF6/04
1) 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 räddningsplanka 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 urexplosion "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 idén om
BigBang för att motivera denna bakgrundsstrålning, den är en naturlig del av det
existerande Universum.
Av Ove Tedenstig
Om gravitation 2004-08-16
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 materia
Då 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
