Om mørk energi

(Fra: 'Det usynlige universet', Humanist forlag)

Bakgrunn Kommentar Evt. bilde

En tror universet består av ca. 5% vanlig materie, 25% mørk materie (lenke) og ca. 70% mørk energi.

Mørk materie objekter er ikke bare usynlige, men kan også falle gjennom jorda uten å stanse, likefullt har det materie.

Mørk energi på sin side, virker med frastøtende tyngdekrefter.

 

Kan oppdages ved å studere universets historie. Universet er ikke i ro, slik Einstein hadde foretrukket, men synes stadig å utvide seg (ut fra vårt ståsted). Gjennombrudd kom da E. Hubble i 1929 målte avstander og rødforskyvninger til 24 galakser. Stjerner med kjent lysstyrke, og gasser med ulike fingeravtrykk, vist i spektrallinjer. En fant at desto lengre unna en galakse er, desto raskere beveger den seg bort fra oss.

Lysbølger strekker seg ut og blir lengre, når de reiser gjennom et ekspanderende univers. En kan tenke på en bølge som tegnes på en ballong. Bølgen strekker seg ut, når ballongen blåses opp. En får en bølgeforskyvning som kalles kosmisk rødforskyvning. Kosmisk rødforskyvning øker med avstanden.

 

Et problem på 1990-tallet var at det så ut som noen av de eldste stjernene i universet var eldre enn universet. √Čn løsning på dette paradokset var å innføre frastøtende tyngdekrefter, slik ville universets alder bli større og paradokset forsvinne.

Ekstraordinære påstander krever ekstraordinære bevis, og det er enda strid hvorvidt mørk energi er det som kan få 'virkeligheten til å henge i hop'. Målinger av eksplosjoner hos fjerne supernovaer, var med å bringe mørk energi på banen.

Bilde: Andromeda galaksen

I starten av universet da kosmisk bakgrunnsstråling ble dannet, var nesten alle atomer i universet H(ydrogen) eller He(helium) Alle andre grunnstoffer kommer fra kjernereaksjoner i stjerner. Oksygen og Carbon, som livet på jorda avhenger av, kommer opprinnelig fra et kosmisk samspill. Supernovaer av samme type (I A), lyser nesten akkurat like kraftig, dermed kan en måle avstanden til dem ved å måle hvor mye lys en mottar fra dem.

Når stjerner har slukket og dødd, har disse stoffene blitt spredd utover rommet og dannet f.eks. vårt solsystem, ut fra f.eks. at gravitasjonskrefter virker på materien. Vi er støv (fra stjerner), Sal.8, samtidig som vi er noe mye mer.

Bilde. Bakgrunnsstråling via fargenyanser

Gjennombrudd for mørk enerig i 1998, møte i Amerkanske astronomi selskap, da en fant at universet utvidet seg med akselerende hastighet, noe som en tolket som et univers med store mengder frastøtende tyngdekrefter. Det ble bekreftet ved observasjoner fra 2 uavhengige grupper, med observasjoner fra andre supernovaer, med nesten identiske resultater.

De opprinnelige observasjonene var svært gamle, kan vi stole på at de supernovaene oppfører seg likedan som senere? Er det helt sikker at supernovaer er standardlyskilder? Vi skal se på den kosmologiske konstant, som Albert Einstein ble 'presset' til å ta inn i sine feltligninger i den generelle relativitetsteorien.

 

Det har i 100 år vært snakk om en kosmologisk konstant, som Einstein kalte Lambda. Om en skal lage en teori for frastøtende tyngdekrefter, er Lambda den enkleste løsning en kan tenke seg. Lambda er den eldste spesifikke teoretiske modellen for mørk energi. Den spesielle relativitetsteorien innbefattet imidlertid ikke tyndekrefter, og i følge Newtons teori ville tyndekrefter spre seg utover med uendelig stor hastighet. Men ifølge relativitetsteorien kan de ikke bevege seg raskere enn c.

Einsteins spesielle relativitetsteori bygde på at Einstein forkastet et absolutt rom. I stedet mente han at bevegelser bare gir mening, om de måles relativt til en observatør. Samtidig som lyshastigheten i vakum, ble forutsatt konstant (c= ca. 300.000 km/s). En får spørsmål om tidens absolutte gyldighet, én begivenhet kan bare inntreffe på én bestemt tid.

Einstein ønsket å utarbeide en teori som ikke var avhengig av Newtons absolutte rom, og som var konsistent med spesiell realtivitetsteori. Slik kom den generelle relativitetsteorien til. Her tar han konsekvensen av å forkaste tid og rom som absolutte størrelser. En tar utgangspunkt i et 4-dim rom-tidsrommet, der tid er én dimensjon på linje med de 3 romlige.

Dette tidsrommet kan krumme seg.I generell relativitetsteori, vil et objekt som faller fritt alltid ta den korteste vei mellom to punkter i tidsrommet. En stein som faller mot jorden, følger en rett linje gjennom et krumt tidsrom. . En krum bane i vårt 3-dim. rom, tilsvarer en rett linje i tidsrommet. Det viktige er at den gir forutsigelser som stemmer med målinger.

Bilde. 3 hovedalternativer for rom-krumning

Einsteins feltligninger: Bokstavene my og n kan ha 4 ulike verdier hver (tilsvarende de 4 dimensjonene i tidsrommet). Tilsammen blir det 4*4=16 slike, hvorav noen blir like, slik at en gjenstår med 10 likninger.

Høyre side beskriver innholdet av tidsrommet: hvor mye materie, enerig eller ståling det er der. Alt dette er pakket inn i T-symbolet.

Venstre side inneholder geometriske størrelser, som forteller hvordan tidsrommet krummer seg. Innholdet i universet bestemmer hvordan krumningen til tidsrommet skal se ut. Og krumningen til tidsrommet bestemmer hvordan objekter skal bevege seg.

Den kosmologiske konstanten (Lambda): Einstein gjorde en stor forenklende antagelse. At universet er jevnt/uniformt fordelt over alt. Det stemmer ikke, men om en ser stort nok på det, er antagelsen god nok for de resultater en trenger. Vi skal se på siste ledd på venstre side i ligningen. Einsteins tolkning ved å sette den på venstre side, var at den var et bidrag til hvordan tidsrommet krummet seg.

I dag er det vanligst å flytte Lamba-leddet over til høyre side. Da blir tolkningen av Lambda -noe universet inneholder, et stoff som finnes der ute i universet. Det som er konstant er tettheten av Lambda-stoffet. Det er like tett med Lambda-stoff, selv om universet utvider seg. Når en regner med ca. 70% mørk energi, så er det i våre dager. Tidligere var det mindre andel, og i framtiden vil det være mer -om teorien er riktig. Det som er viktig er at en slik kosmologisk konstant ser ut til å passe svært godt i forhold til observasjoner. Hvis mørk energi er noe annet enn en kosmologisk konstant, 'bør det være noe som ligner'.

Hadde den kosmologiske konstant vært større, ville universet begynt å akselerere utover lenge før det ble dannet stjerner og planeter. Det ville aldri vært tid til noen sammenklumpning til planeter, som opphav til liv og sivilisasjoner.

Vi vet ikke hvordan den kosmologiske konstant kan regnes ut, men i og med at den gir rom for intelligente vesener, kan det skje i framtiden at en kommer fram til dette.

Eksakt hvor fint dette er innstilt, kan en se mer av her og her. Om en skal lete etter andre modeller med tilsvarende effekt som mørk energi, må en også begrunne hvorfor den kosmologiske konstanten ikke finnes. Noen fysikere søker en annen form for mørk energi og frastøtende tyngdekrefter,som ikke er vakumfluktuasjoner.

Det har vært reist forklaringer ut fra kvintessens, og DGP-modell. Framtidige målinger f.eks. i form av Euclid-prosjektet, gjør det mulig å håpe på avklaringer angående dette etter år 2020, men en kan risikere at mørk energi forblir en uløst gåte lenge framover.

Universets skjebne: Det mest trolige scenariet, fysisk sett, er at universet vil fortsette å utvide seg, etter at stjernene er sloknet, og universet er blitt mørkt. Et annet scenario, foreslått av noen før en oppdaget at universet utvidet seg, er at utviklingen kan snu, og det vil føre til et Big Crunch. Det sykliske univers ble foreslått av den russiske fysiker A. Friedmann (1922). Uten en omforent teori for alle naturkrefter, kan ikke fysikken si hva som vil skje i en evt. kollaps.

Hva som er utenfor universet vet man ikke. Lys fra universets yttergrense er enda ikke nådd fram til oss. Målinger viser et relativt flatt univers. Dersom det krummes utover (lik jordkloden), så vil det være et lukke -og ikke evig univers. Om det er en ørliten krumning innover, kan det tenkes -men som sagt er ikke signaler fra yttergrensene nådd jorda, og vi må si som mye nyere teorier, vi vet enda ikke.

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund