Vårt vördnadsbjudande universum

Vad big bang-teorin förklarar — och vad den inte förklarar

VARJE morgon är ett mirakel. Djupt inne i solens inre omvandlas väte till helium vid temperaturer som uppgår till miljontals grader. Röntgenstrålar och gammastrålar tränger ut från solens kärna till de omgivande skikten. Om solen var genomskinlig, skulle dessa strålar nå solytan på några få sekunder. I stället börjar de knuffa sig fram från atom till atom i solens täta ”isolering” och förlorar gradvis energi. Dagar, veckor och sekler går. Tusentals år senare lämnar den en gång så farliga strålningen slutligen solens yta i form av en mild ström av gult ljus — som inte längre utgör något hot, utan är precis lagom för att ge jorden värme att bada i.

Varje natt är också ett mirakel. Andra solar blinkar mot oss från Vintergatans väldiga vidder. De finns i en mängd olika varianter av färg, storlek, temperatur och täthet. Somliga är verkliga jättar — så stora att om en av dem hade sin medelpunkt där vår sol befinner sig, skulle vår planet hamna innanför ytan på denna superstjärna. Andra solar, så kallade vita dvärgar, är mycket små — mindre än jorden, men ändå lika tunga som vår sol. Somliga kommer att fortsätta fridfullt i sina banor i miljarder år. Andra är nära att bli en supernova — stjärnan förintar sig själv i en gigantisk explosion och sänder under en kort tid ut mer ljus än hela galaxer.

Primitiva folk har talat om havsmonster och kämpande gudar, om drakar och sköldpaddor och elefanter, om lotusblommor och drömmande gudar. Längre fram, i det så kallade förnuftets tidsålder, kom gudarna att ersättas av den nya tidens ”magi” — matematiska beräkningar och Newtons lagar. I dag har vi lämnat diktens och legendernas värld. Atomålderns barn har som sin skapelsemodell valt, inte något urtidsmonster och inte heller Newtons ”maskin”, utan 1900-talets övergripande symbol — bomben. Deras ”skapare” är en explosion. De kallar sitt kosmiska eldklot för big bang — den stora smällen.

Vad big bang-teorin ”förklarar”

Den mest populära versionen av den här skapelsemodellen hävdar att för omkring 15—20 miljarder år sedan fanns universum inte till, och inte heller den tomma rymden. Det fanns ingen tid, ingen materia — ingenting utom en ”singularitet”, en oändligt liten kropp med oändligt stor täthet, som exploderade och bildade det nuvarande universum. Denna explosion inbegrep en oerhört kort period under den första bråkdelen av en sekund då det nybildade universum ”blåstes upp” eller expanderade mycket snabbare än ljushastigheten.

Under de första minuterna av big bang inträffade fusionsreaktioner i gigantisk skala, vilka gav upphov till de nuvarande koncentrationerna av väte och helium och åtminstone en del av det litium som finns i den interstellära rymden. Efter kanske 300.000 år hade temperaturen i detta eldklot som var hela universum sjunkit till lite lägre än solytans nuvarande temperatur, vilket gjorde att elektroner kunde börja kretsa kring atomkärnor och sända ut en kaskad av fotoner — ljus. Denna ursprungliga strålning kan registreras i dag — även om den nu har svalnat av betydligt — i form av kosmisk bakgrundsstrålning på mikrovågsfrekvenser som motsvarar en temperatur på 2,7 kelvin.a Det var faktiskt upptäckten av denna bakgrundsstrålning (1964—1965) som övertygade de flesta vetenskapsmän om att det låg någonting i big bang-teorin. Den skulle också kunna vara förklaringen till att universum tycks expandera i alla riktningar, så att galaxerna ser ut att avlägsna sig från oss och från varandra med hög hastighet.

Men om nu big bang-teorin tycks förklara så mycket, varför skulle man då tvivla på den? Därför att det också finns mycket som den inte förklarar. Låt oss belysa detta med ett exempel från historien: Den forntida astronomen Klaudios Ptolemaios hade en teori som gick ut på att solen och planeterna kretsade kring jorden i stora cirklar, samtidigt som de rörde sig i mindre cirklar, så kallade epicykler. Teorin tycktes ge en förklaring till planeternas rörelser. När astronomer under århundradenas lopp inhämtade mer upplysningar om universum, kunde de ptolemaiska kosmologerna alltid lägga till några extra epicykler för att ”förklara” dessa nya fakta. Men det betydde inte att teorin var korrekt. Till slut blev det helt enkelt för många data som inte gick att förklara, och andra teorier, till exempel Copernicus’ tes att jorden kretsar runt solen, förklarade himlakropparnas rörelser på ett bättre och enklare sätt. I dag är det svårt att hitta en astronom som tror på Ptolemaios’ teori!

Professor Fred Hoyle liknar de ptolemaiska kosmologernas försök att försvara sin bristfälliga teori trots nya upptäckter vid big bang-anhängarnas bemödanden att hålla liv i sin teori. Han skriver i sin bok The Intelligent Universe: ”Forskarnas främsta strävan har varit att skyla över inkonsekvenserna i big bang-teorin, att stötta en hypotes som har blivit alltmer komplicerad och otymplig.” Sedan Hoyle hänvisat till Ptolemaios’ fåfänga försök att rädda sin teori med hjälp av nya epicykler, fortsätter han: ”Jag tvekar inte att säga att allt detta har lett till att en mörk skugga nu vilar över big bang-teorin. Som jag tidigare nämnt visar erfarenheten att när ett mönster av fakta ställs mot en teori, går denna sällan att rädda.” — Sidan 186.

Tidskriften New Scientist (22/29 december 1990) ger uttryck åt en liknande tanke: ”Den ptolemaiska metoden har alltför ofta tillämpats på ... big bang-modellen.” Artikeln fortsätter: ”Hur skall vi kunna göra verkliga framsteg inom partikelfysiken och kosmologin? ... Vi måste bli ärligare och uppriktigare i fråga om de rent spekulativa dragen i några av våra mest omhuldade föreställningar.” Nya rön börjar nu strömma in.

Frågor som big bang-teorin inte besvarar

En allvarlig utmaning mot big bang-teorin har kommit från observatörer som använt det reparerade Hubbleteleskopet för att mäta avstånden till andra galaxer. De nya data som strömmat in har gett big bang-teorins anhängare stora skälvan!

Astronomen Wendy Freedman och andra använde sig nyligen av Hubbleteleskopet för att mäta avståndet till en galax i stjärnbilden Jungfrun (Virgo), och hennes mätningar tyder på att universum expanderar snabbare, och följaktligen är yngre, än man tidigare trott. De ger faktiskt ”belägg för att universums ålder kan vara så låg som åtta miljarder år”, skrev Scientific American så sent som i juni förra året. Även om åtta miljarder år låter som en lång tid, är det bara omkring hälften så lång tid som man tidigare beräknat. Detta skapar vissa problem, eftersom ”andra data tyder på att somliga stjärnor är minst 14 miljarder år gamla”, konstaterar tidskriften. Om Freedmans siffror stämmer, skulle dessa ålderstigna stjärnor vara äldre än självaste big bang!

Ett annat problem för big bang-anhängarna är att allt fler tecken nu tyder på att det finns väldiga ”bubblor” i universum, tomrum på 100 miljoner ljusår, omgivna av galaxer. Margaret Geller, John Huchra och andra forskare vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics har upptäckt något som de kallar Stora muren, en galaxkoncentration av omkring 500 miljoner ljusårs längd över norra hemisfären. En annan grupp astronomer, som har blivit känd som De sju samurajerna, har funnit bevis för en annan väldig kosmisk struktur, som de kallar Stora attraktorn, belägen i närheten av stjärnbilderna Vattenormen och Kentauren på södra stjärnhimlen. Astronomerna Marc Postman och Tod Lauer tror att det måste finnas något ännu större bortom stjärnbilden Orion, vilket får hundratals galaxer, däribland vår egen, att röra sig i den riktningen likt flottar på ett slags ”rymdflod”.

Dessa gigantiska strukturer förbryllar kosmologerna. Enligt dem måste kraften i big bang ha varit oerhört jämn och likformig, att döma av den bakgrundsstrålning som den sägs ha lämnat efter sig. Hur kan en sådan jämn start ha resulterat i så enorma och komplexa strukturer? ”Alla dessa nyupptäckta murar och attraktorer gör det till en ännu större gåta att så gigantiska strukturer har kunnat bildas under de 15 miljarder år som universum existerat”, erkänner tidskriften Scientific American — ett problem som inte blir lättare av att Freedman och andra nu menar att kosmos är ännu yngre.

”Vi förbiser någon viktig faktor”

Gellers tredimensionella kartor över tusentals galaxanhopningar i alla former och storlekar har förändrat forskarnas bild av universum. Hon gör inte anspråk på att förstå det hon ser. Enbart gravitationen tycks inte kunna förklara den av henne upptäckta Stora muren. ”Jag har ofta en känsla av att vi förbiser någon viktig faktor när vi försöker förstå denna struktur”, erkänner hon.

Geller utvecklar ämnet vidare och säger: ”Vi vet faktiskt inte hur man skall tolka storskaliga strukturer mot bakgrund av big bang.” De tolkningar som gjorts av universums uppbyggnad på grundval av den nuvarande bilden av kosmos är långt ifrån definitiva — det är ungefär som att försöka göra en världskarta efter att ha utforskat Rhode Island i USA. Geller fortsätter: ”En dag kanske vi kommer att finna att vi inte har satt ihop pusselbitarna på rätt sätt, och när vi gör det, kommer lösningen att vara så uppenbar att vi kommer att undra varför vi inte kommit att tänka på den mycket tidigare.”

Detta leder fram till den viktigaste frågan av alla: Vad var det som satte i gång big bang? Den kände kosmologen Andrei Linde, en av upphovsmännen till den populära teorin om ett uppsvällande universum, erkänner öppet att standardversionen av big bang-teorin inte besvarar denna väsentliga fråga. ”Det första och viktigaste problemet är själva förekomsten av big bang”, förklarar han och fortsätter: ”Man kan undra: Vad fanns dessförinnan? Om tid och rum inte existerade, hur kunde allting då plötsligt komma till av ingenting? ... Att förklara denna ursprungliga singularitet — var och när allting började — är fortfarande det mest svårlösta problemet inom den moderna kosmologin.”

I en artikel i tidskriften Discover kom man för en tid sedan fram till att ”ingen förnuftig kosmolog skulle vilja påstå att big bang-teorin är den slutgiltiga lösningen”.

Låt oss nu gå ut och betrakta den vackra och gåtfulla stjärnhimlen.

[Fotnoter]

[Ruta på sidan 5]

Ljusåret — en kosmisk mätsticka

Att mäta de ofantliga avstånden i universum i mil eller kilometer skulle vara ungefär som att försöka mäta avståndet mellan London och Tokyo med en mikrometer. En mer passande måttenhet är ljusåret — den sträcka som ljuset tillryggalägger på ett år, dvs. 9.460.000.000.000 kilometer. Eftersom ljuset är det snabbaste som finns i hela universum och bara behöver 1,3 sekunder på sig för att färdas från jorden till månen och omkring 8 minuter för att färdas till solen, måste ett ljusår vara en ofantlig sträcka!