Universet
Feilvurdering

Bare fem prosent av universet består av synlig materie – resten er ukjente mørke materialer, har forskerne lenge ment. Men universets mørke eksisterer kanskje ikke likevel. 

© Shutterstock

95 prosent av universet eksisterer kanskje ikke

I flere tiår har fysikere ment at mesteparten av universet består av mørk materie og mørk energi. Men nye teorier tyder på at det mystiske mørke materialet er rent oppspinn.

10. desember 2017 av Rolf Haugaard Nielsen

Fem prosent synlig materie, 27 prosent mørk materie og 68 prosent mørk energi. Det er oppskriften på universet ifølge den tradisjonelle kosmologien.

Ingen vet imidlertid hva mørk materie og mørk energi egentlig er. Derfor har fysikere de siste ti årene vært på en intens jakt med høyteknologisk utstyr etter universets hemmelige ingredienser. De har bygget fintfølende detektorer til å fange opp mørkets partikler; de har forsøkt å skape partiklene selv i underjordiske akseleratorer; og de har sett langt ut i rommet i håp om å se tegn på de mørke bestanddelene. Alt sammen uten hell.

De resultatløse anstrengelsene holder på å kaste kosmologien ut i en eksistensiell krise – det er nemlig behov for mørk materie og mørk energi for å få universets ligninger til å gå opp. Derfor setter flere forskere nå spørsmålstegn ved om de mørke materialene i det hele tatt eksisterer. 

Mørket redder Einstein

Mørk materie og mørk energi er begreper som forskere i sin tid innførte i kosmologien for å redde Albert Einsteins generelle relativitetsteori.

Einsteins kompliserte teoretiske arbeid fra 1915 inkluderer også Newtons tyngdelov og beskriver hvordan masse skapte dagens univers sammen med tyngdekraften. Teorien kan forklare utviklingen hele veien fra Big Bang til vår tid og har dessuten blitt bekreftet av mange astronomiske observasjoner. Derfor forkaster ikke forskerne Einsteins arbeid bare fordi nye observasjoner av universets oppførsel skaper et forklaringsproblem.

Det skjedde første gang i 1933. Den gangen oppdaget den sveitsiske astronomen Fritz Zwicky at galaksehopen Coma ikke oppførte seg i overensstemmelse med tyngdeloven.

Ifølge Newton har legemer en gjensidig tiltrekningskraft som avgjøres av massen: Jo større masse, desto større tiltrekningskraft. Dessuten avtar et stort legemes tiltrekningskraft på mindre legemer som går i bane rundt den kraftig over avstand.

Zwicky hadde observert at Comahopen roterer så raskt at tyngdekraften fra de synlige stjernene og gassene i galaksene umulig kunne holde sammen hopen alene – den raske rotasjonen burde slynge galaksene ut i alle retninger. Han mente derfor at det må være en usynlig masse i galaksehopen.

Les mer om universets mørke gåter i Illustrert Vitenskap.

På 1970-tallet viste flere observasjoner at samme problem gjelder for de enkelte stjernene i individuelle galakser: Systemene roterer for raskt til å kunne holde på de ytterste stjernene uten hjelp fra tyngdekraften fra en ukjent masse. Derfor fant forskerne opp en mystisk mørk materie som kunne løse problemet. 

Universet utvider seg raskere

Med den mørke materien fungerte relativitetsteorien igjen – fram til 1998. Da oppdaget astronomer at universets utvidelse akselererer.

Inntil da hadde forskerne ment at farten på utvidelsen måtte være konstant eller synkende med tiden, fordi drivkraften stammer fra Big Bang-eksplosjonen. De nye astronomiske observasjonene viste imidlertid at fjerne, eksploderende stjerner lyste uventet svakt sammenlignet med nære supernovaer.

Den beste forklaringen på fenomenet var at de fjerne supernovaene var lenger unna jorda enn forskerne regnet med fordi universets utvidelse hadde satt opp farten. Forskerne forklarte den stadig raskere utvidelsen med en ukjent mørk, frastøtende energi som skyver universets grenser utover – og da passet ligningene for universet igjen. 

Einstein var i forkant – uten å vite det

Den mørke energien i kosmologien passet fint med relativitetsteorien – faktisk hadde Einstein selv innført en form for frastøtende energi i arbeidet sitt.

Da relativitetsteorien ble offentliggjort i 1915, mente astronomene at universet var statisk, slik at galaksene sto stille. Derfor innførte Einstein en teoretisk frastøtende kraft som kunne motstå tyngdekraftens forsøk på å trekke galaksene mot hverandre.

Da astronomen Edwin Hubble i 1929 beviste at universet ikke er statisk, men utvider seg i alle retninger, kalte Einstein den frastøtende kraften for den største tabben i karrieren sin.

Men Einstein var inne på noe. Han hadde riktignok tenkt på den frastøtende kraften på feil måte – som en motvekt til tyngdekraften – men oppfinnelsen hans har mange likheter med den mørke energien.

Ifølge relativitetsteorien inneholder et tomrom av en gitt størrelse alltid den samme mengden frastøtende energi. I takt med universets utvidelse har tomrommet vokst, og derfor har den mørke energien fått mer styrke. Den moderne kosmologien mener at frastøtingen for seks milliarder år siden ble så sterk at den mørke energien overvant tyngdekraftens forsøk på å trekke universet sammen. Dette fikk utvidelsen til å akselerere.

GÅ PÅ OPPDAGELSESFERD I UNIVERSET med et abonnement på Illustrert Vitenskap

Universets mørke er teoretisk nødløsning

Innføringen av mørk masse og mørk energi var enorme korreksjoner av kosmologien: til sammen utgjør de 95 prosent av universet. En så omfattende påstand krever beviser.

Verken astronomer eller fysikere har imidlertid klart å kaste lys over universets mørke side. Derfor er det nå flere forskerne som forkaster ideen som et teoretisk villspor. De forsøker i stedet med andre forklaringsmodeller.

Den mest radikale av de nye teoriene er MOND, som kommer fra den israelske forskeren Mordehai Milgrom. Han mener at universets ikke inneholder en ukjent mørk masse.

Han mener problemet med galaksenes raske rotasjon skyldes en feil i Newtons tyngdelov. Milgrom mener at tyngdekraftens styrke ikke faller like mye over store avstander som teorien forutsier.

Ifølge MOND gjelder teorien i små systemer, som for eksempel solsystemet, men i store strukturer som en galakse, med en utstrekning på 100.000 lysår, gjelder Newtons tyngdelov bare ut til et bestemt punkt. Herfra faller ikke tyngdekraftens styrke like raskt som Newton forutsa, og derfor er tyngdekraften fra den store mengden stjerner og gasskyene i galaksenes sentrum likevel nok til å holde på de ytterste stjernene.

Mange forskere avviste først Milgroms teori fordi den ikke forklarer hvorfor tyngdekraften oppfører seg annerledes enn de trodde, og hans versjon av tyngdeloven inneholder ikke en beskrivelse av universets utvikling hele veien fra Big Bang.

Men nå har den amerikanske astronomen Stacy McGaughs observasjoner av 153 galakser gitt MOND vind i seilene: Teorien passer perfekt på galaksenes oppførsel og kan forklare rotasjonen uten behov for mørk materie. 

Mørk energi er en regnefeil

Også universets største bestanddel – mørk energi – er utsatt når fysikere og astronomer reviderer den moderne kosmologien. En av de spirene teorier sier at behovet for mørk energi til å drive universets utvidelse skyldes enkle regnefeil.

Relativitetsteoriens ligninger er så kompliserte at forskerne må å bruke forenklinger. Men forenklingene kan skape store avvik i resultatene når beregningene føres tilstrekkelig langt ut.

Forskere fra Eötvös Loránd-universitetet mener at den mørke energien er en teoretisk nødløsning som er et resultat av disse forenklingene. De har selv arbeidet med en ny forenkling som får universets akselererende utvidelse til å fungere uten bruk av mørk energi. Derfor mener de at kraften er rent oppspinn. 

Avgjørelsens time kommer 

I dag tror de fleste kosmologer, astronomer og fysikere fortsatt på teoriene om mørk materie og mørk energi, og de arbeider for fullt for å påvise dem.

Men hvis ikke forskerne har resultater innen de neste årene, må de til slutt innse at de har brukt tiår på å jakte på noe som slett ikke finnes.

Da må de i stedet kaste seg over de mange spirende, alternative teorier for å forklare universets mystiske oppførsel. 

Kast et blikk på det ukjente

Du kan ikke se universets utvidelse med en kikkert, men derimot kan du få et mye bedre bilde av for eksempel månenMånen, Saturns ringer og Jupiters måner. Og akkurat nå kan du investere i den perfekte startpakke til den spirende amatørastronom. Du får:

  • En kraftig kikkert som kan brukes til å utforske i solsystemet.
  • En guide til stjernehimmelen i 2018, slik at du vet hvor du skal se og når.
  • To utgaver av Illustrert Vitenskap som gir deg informasjon om hva du kan holde øye med.

Du kan evt. rette kikkerten mot stjernebildet Svanen, der to stjerner støter sammen og eksploderer i en rød nova omkring år 2022 – et fenomen du kan se med kikkerten fra Mitilux.

LØS INN DITT TILBUD HER

Les også

Kanskje du er interessert i...

FÅ ILLUSTRERT VITENSKAPS NYHETSBREV

Du får ditt gratis spesialtillegg, Vår Ekstreme Hjerne, til nedlasting straks du har meldt deg på nyhetsbrevet.

Fant du ikke det du lette etter? Søk her: