Det er ikke så længe siden, at jeg læste Da livet opstod af Emil Laust Kristoffersen. I den forbindelse blev jeg introduceret til Aarhus Universitets ScienceFaction-serie, og her faldt jeg over Universets mørke side af Sofie Marie Koksbang.
Det er himmelråbende, så lidt vi ved om universet. Ganske almindelige jordbundne partikler udgør blot en brøkdel af den natsorte himmel over os. Ved hjælp af AI, satellitter og teleskoper forsøger kosmologer at kaste lys over mørke huller i universets udviklingshistorie. For det vrimler med mystiske partikler derude. Nogle opstår ud af ingenting og forsvinder igen. Andre bombarderer os, helt uden vi bemærker dem. Det er en astronomisk opgave at få styr på mørkt stof og mørk energi, og en kosmologisk krise truer i horisonten. Måske er vores model for verdensrummet ved at krakelere. Der er dog intet nyt under solen, for modstridende målinger har længe peget i den retning, og det står stjerneklart, at der mangler en masse, før vi kender det ydre rum fra ende til anden.
Sofie Marie Koksbang fra Syddansk Universitet forsker i det sene univers. (Forlagets beskrivelse)
Jeg har længe været fascineret af historien om vores univers, og her sammenfatter Sofie Marie Koksbang på knap 100 sider dets historie. Koksbang er dygtig til at forklare svært stof med eksempler det er lettere at forstå, så selvom jeg ikke forstod alt, var Universets mørke side virkelig spændende læsning.
Steady State-teorien vs. Big Bang
Bogen indledes med en beskrivelse af det kendte univers med en introduktion til allerede kendte og benyttede teorier, som Einsteins relativitetsteorier (ja, der er to) og Big Bang teorien. Big Bang teorien fik i øvrigt sin navn af en modstander, nemlig den britiske astronomen Fred Hoyle der var tilhænger af Steady State-teorien.
Ifølge Hoyle brugte han betegnelsen for at fremhæve forskellen på de to teorier. Hvor Steady State-teorien beskriver et univers, der altid har eksisteret i sin nuværende udformning, imens Big Bang tegner et billede af et univers, der opstod som en “eksplosion” ud af ingenting for straks at udvide sig […] i dag er teorien om Big Bang ikke blot den førende, men også den eneste seriøse teori for det tidlige univers. Navnet har dog den uheldige virkning, at mange af os netop forestiller os en form for eksplosion, når vi tænker på universets oprindelse. (Side 30)
Da universet blev gennemsigtigt
Sofie Marie Koksbang fortæller, hvordan det tidlige univers ikke var gennemsigtigt. Her var det så varmt, at atomkernerne ikke kunne holde fast i elektronerne, som derfor var frie og gode til at absorbere fotoner. Først da universet var omkring 380.000 år, var det koldt nok til, at elektronerne blev bundet til atomkernerne. Bundne elektroner er dårligere til at absorbere fotoner, så nu blev universet gennemsigtigt. Koksbang sammenligner det med, at universet havde været badet i tæt tåge, der pludselig lettede.
Lyset strømmede nu ud igennem universet. Men universet ejer ikke et centrum, og derfor strålede lyset ikke fra et enkelt punkt. I stedet begyndte lyset at suse af sted fra alle steder og i alle retninger. Noget af lyset ender i dag i vores teleskoper og danner et billede af en lysende mur langt ude i universet. Uanset hvilken galakse vi befinder os i, vil vi kunne gribe fat i et teleskop og betragte sådan en lysende mur. (Side 35)
Den lysende mur kaldes den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, og den blev opdaget i 1964, da fysikerne Penzias og Wilson ved et tilfælde observerede efterglimtet af Big Bang. Det er jo helt vildt, at man kan se så langt tilbage i tiden.
Mørkt stof
Allerede i 1920’erne antydede målinger, at der måtte være en ukendt masse i universet. Det tog dog 50 år, før observationerne var præcise nok til at bekræfte det. Astronomerne kaldte massen for mørkt stof og regnede egentlig med, at det bare var planeter og stjerner, som ikke udsendte lys nok til, at vi kunne detektere dem. Men ved at udregne den totale koncentration af atomer i universet har man fundet ud af, at der ikke er nok almindelige atomer til at holde sammen på galakserne. Det mørke stof må således være nogle andre partikler, end dem vi kender.
Mange partikelforskere overvejer også, om ukendte naturkræfter kan være på spil mellem partiklerne, der udgør det mørke stof. Måske findes der en femte – eller endnu flere – naturkræfter, som de kendte elementarpartikler ikke kan vekselvirke med. Måske eksisterer der endda parallelle verdener med deres egne udgaver af stjerner, planeter og levende væsner. Verdener, som er opbygget af forskellige typer partikler og eksisterer oven i hinanden i tid og rum, men som ikke har adgang til hinanden, fordi deres partikler kommunikerer via forskellige naturkræfter. (Side 50)
Tanken om flere universer oven i hinanden synes jeg er både fascinerende og skræmmende.
Hvad er tomhed?
Koksbang forklarer, at det almindelige stof i universet udgør 5%, Dertil kommer mørkt stof, som udgør 25%. Så hvad er de sidste 70%?
Man har i flere år vidst, at universet udvidede sig, og at det går hurtigere og hurtigere. Det passer dog ikke med den generelle relativitetsteori. Den siger, at universet enten kan udvide sig langsommere og langsommere, eller trække sig sammen hurtigere og hurtigere. Så for at få ligningerne til at passe har man indført en hypotetisk substans, som indtil videre kaldes mørk energi.
Virtuelle partikler opstår alle vegne, også i et vakuum, som dermed slet ikke er helt tomt alligevel, men fyldt med virtuelle partikler, der til stadighed opstår ud af ingenting og forsvinder igen. Partiklerne har alle en vis mængde energi, og det er denne energi, der udgør vakuumenergien. Vakuumenergien har den fantastiske egenskab, at den i Einsteins ligning fører til accelereret ekspansion af universet. Det skyldes at vakuumenergien har konstant energitæthed, selvom universets volumen hele tiden ændres. (Side 59)
Dog, påpeger Koksbang, er der stadigvæk problemer med at få astronomernes observationer til at passe med forskernes ligninger.
Men måske er mørk energi ikke en rigtig substans. Måske er behovet for mørk energi bare et udtryk for, at der er noget grundlæggende galt med vores forståelse af universet. Måske er der slet ikke brug for mørk energi for at forklare, hvorfor universet ser ud til at udvide sig hurtigere og hurtigere. (Side 67)
Kosmisk tilbagevirkning
Koksbang skrev bachelorprojekt om kosmisk tilbagevirkning, der arbejder med, at det ikke kun er universets dynamik, der påvirker strukturdannelsen. Strukturerne virker også tilbage på universets dynamik.
Den kosmiske tilbagevirkning kan på samme måde få det til at se ud, som om universet udvider sig hurtigere og hurtigere på store skalaer – eller i gennemsnittet – selv om alle områder i universet, set på mindre skalaer, udvider sig langsommere og langsommere. (Side 71)
For at afstandsbestemme objekter i universet bruger forskerne den såkaldte rødforskydning. I et simuleret univers fandt Koksbang frem til, at kosmisk tilbagevirkning påvirker rødforskydning og afstandsmål på samme måde som mørk energi. Dermed var det ikke muligt at afsløre forskellen mellem kosmisk tilbagevirkning og mørk energi.
Men så fandt Koksbang på at udregne drivningen af rødforskydning, dvs. den ændring i rødforskydningen der opstår hvis man måler lyset fra en stjerne med to ugers mellemrum. Med udvidelsen af universet vil værdien af rødforskydningen ændres. Endnu kan man dog ikke måle rødforskydningen, men forventningen er, at man med moderne teleskoper om 50 år kan måle drivningen.
Fremtidens univers
Det sidste kapitel i Universets mørke side kommer Koksbang ind på
- at nye billeder fra James Webb teleskopet måske stiller spørgsmålstegn ved universets alder
- at vi måske lever i et lommeunivers i et endnu større multivers
- at forskere arbejder på at måle Hubble-konstanten ved hjælp af tyngdebølger
Fysikere er så småt i gang med at forsøge at komme med teoretiske svar på disse spørgsmål. Men vi skal først udvikle en teori, som tager højde for generel relativitetsteori og kvantemekanikken samtidig. En sådan teori hedder kvantetyngdekraft og findes i dag ikke i en færdig udgave. Kvantetyngdekraft er ikke noget, vi normalt behøver at tage højde for, fordi tyngdekraften kun er vigtig på store skalaer, hvor vi fx kan se æbler og planeter med det blotte øje. Kvantemekanikken er derimod kun vigtig på mikroskopiske skalaer, det vil sige meget små skalaer, hvor vores blotte øje ikke kan være med. Men det helt tidlige univers afhænger af både kvantemekanik og tyngdekraften. (Side 94)
Universets mørke side slutter af med at konstatere, at vi lever i kosmologiens århundrede, som de næste 75 år formentlig vil medføre et væld af nye præcise observationer og nye typer data, som kan forklare mørk energi og mørk stof.
Indtil da husker Koksbang os på, “at det er godt at minde sig selv om, at de klogeste er de, der ved, hvad de ikke ved.”
Om Universets mørke side:
Udgivelsesår: 08.04.2025
Forlag: Aarhus Universitetsforlag, 96 sider
Forsideillustration: Mikkel Henssel
ScienceFaction-serien:
Kunstig intelligens bagfra af Anders Søgaard (2022)
Celler deler os af Lotte Bjergbæk (2022)
Livets naturlige drejning af Karl Anker Jørgensen (2024)
Da livet opstod af Emil Laust Kristoffersen (2024)
Mavefornemmelser og mikrobiologi af Tine Rask Licht (2024)
Sund som en bjørn af Ole Frøbert (2024)
Universets mørke side af Sofie Marie Koksbang (2025)
Læs også:
En lille bog om universet af Anja C. Andersen
Af stjernestøv er du kommet af Bo Karl Christensen
Nordlys af Tina Ibsen
Fjerne kloder af Gunver Lystbæk Vestergård
