Speciel rapport: Fire nøgler til kosmologi
Big bang teorien virker bedre end nogensinde. Hvis bare kosmologerne kunne regne den mystiske acceleration ud....
George Musser, stabsredaktør
|
|
|
NASA/WMAP SCIENCE TEAM
Lynskud af universet i en alder af 380.000 år blev taget af Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Jorden befinder sig i centrum af denne himmelkugle. Rød svarer til varme områder, blå til køligere.
|
For kosmologerne var det som at træde på bremserne og føle bilen sætte farten op, en opmuntrende, men forlegen, følelse af, at noget ikke virkede helt som det skulle. Det blev vidt og bredt betragtet som den vigtigste videnskabelige opdagelse i 1998, forskerne vendte deres teleskoper for at måle hastigheden, med hvilken den kosmiske ekspansion decelererede, og så istedet, at den accelererede. De har haft et fast tag i rattet lige siden.
Selv om accelerationen er dybt mystisk, løser den alle slags problemer, hvis man bare accepterer den uden at prøve at fatte dens årsag. Før 1998 var kosmologerne bekymrede over uoverensstemmelser i universets alder, tæthed og klumpethed. Accelerationen fik alting til at falde på plads. Den er en af de begrebsmæssige nøgler, sammen med andre observationer af høj præcision og fornyende teorier, der har låst op for big bang teoriens næste niveau.
Big bang beskrives ofte som en hændelse, der skete for længe siden, en mægtig eksplosion, der skabte universet. I virkeligheden siger teorien intet om skabelsens øjeblik, hvilket er et job for kvantefysik (eller metafysik). Den erklærer simpelthen, at så langt tilbage, som vi kan ekstrapolere, er kosmos ekspanderet, tyndet ud og kølet ned. Man forestiller sig bedst big bang som værende ikke en enkelt begivenhed men en løbende proces, en gradvis formning af orden ud fra kaos. De nylige observationer har givet dette billede en sammenhæng, det aldrig havde før.
Ud fra perspektivet af livet på Jorden startede den kosmiske historie med inflation - en stjernegenopstart, der udslettede alt der kom før og efterlod kosmos som et sted uden egenskaber. Universet var uden form og tomt. Så fyldte inflationen det med en næsten fuldstændigt ensartet bryg af stråling. Strålingen varierede fra sted til sted på en yderst tilfældig måde; matematisk var det så tilfældigt som tilfældigt kan blive.
Gradvist påtrykte universet sig selv orden. Stoffets velkendte partikler. som elektroner og protoner, fortættedes ud af strålingen som små vanddråber i en dampsky. Lydbølger rullede gennem den formløse blanding og gav den form. Stof vristede til stadighed kontrol over kosmos væk fra strålingen. Adskillige hundrede tusinde år efter inflationen erklærede stoffet endelig sejr og løsnede sig fra strålingen. Denne æra og dens dramatiske coda (selvstændig afslutning på musikstykke, o.a.) er nu blevet sonderet af højpræcisionsobservationer af den fossile stråling [se "Den kosmiske symfoni"].
I løbet af de følgende æoner organiserede stoffet sig i legemer af voksende stor størrelse: undergalaktiske bidder, majestætiske galakser, galaksehobe, store vægge af galakser. Det univers, vi kender - et sæt distinkte legemer adskilt af enorme strækninger af essentielt tomt rum - er en temmelig nylig udvikling, kosmologisk talt. Dette arrangement er nu blevet systematisk kortlagt [se "Læsning af skabelsens blåtryk"]. Begyndende for adskillige milliarder år siden har stoffet mistet kontrollen til kosmisk acceleration. Tilsyneladen har big bang fået et nyt frisk pust, hvilket er godt for det, men vil være slemt for os. Den hurtigere og hurtigere ekspansion har allerede standset dannelsen af store strukturer og hvis den fortsætter kunne den flå galakser og selv vores planet fra hinanden. [se "Fra opbremsning til hastighedsøgning"].
Gennem udviklingen af en sammenhængende og eksperimentelt succesfuld redegørelse for den kosmiske historie har kosmologerne afgjort de diskussioner, der engang tegnede deres felt, som de gamle debatter mellem big bang teorien og stabil tilstand teorien og mellem inflation og dens alternativer. Intet i videnskab er absolut sikkert, men forskerne føler nu, at deres tid bruges bedst på dybere spørgsmål, begyndende med årsagen til den kosmiske acceleration.
Skønt opdagelsen af accelerationen var en revolution, var kosmologernes første reaktion temmelig konservativ. De støvede en af Einsteins ideer af, den såkaldte kosmologiske konstant, som repræsenterer en ny type energi - et eksempel på det, der mere generelt kaldes mørk energi. Men mange fysikere mener, at en revolutionær opdagelse kræver et revolutionært svar. Måske virker gravitationsloven anderledes på gigantiske skalaer, end den gør på beskedne, dagligdags. [se "Ud af mørket"].
Ligesom et kernevåben ikke kan affyres medmindre to nøgler drejes samtidigt, har de eksplosive fremskridt i kosmologi været afhængige af, at mangfoldige observations- og teoretiske nøgler blev drejet samtidigt. Vil de nye ideers stormløb føre til kaos? Vil orden dukke op igen? Skal kosmos være "fuldkommen absurd" som en af forfatterne til denne særlige rapport engang udtrykte det? Eller vil det begynde at give mening igen?
Fra Four Keys to Cosmology, Scientific American, februar 2004, side 43.
15. februar, 2008.
2. Læsning af skabelsens blåtryk
3. Fra opbremsning til hastighedsøgning
4. Ud af mørket