Bor vi i universets sentrum?

En gruppe norske fysikere har vist at egenskapene til universet kan forklares uten hjelp av mystisk "mørk energi". Det innebærer i så fall at vi bor i universets sentrum.

Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.

Det hevder de er mulig - hvis det er slik at vi bor nær sentrum i et univers hvor den kosmiske ekspansjonen avtar med økende avstand fra sentrum.

Den gjengse oppfatningen i dag er at ekspansjonen skjer like raskt over alt i universet.

I 1998 ble det gjort detaljerte observasjoner av supernovaer som endret vår oppfatning av universet. Dersom universet er ensartet i stor skala, tydet observasjonene på at den kosmiske ekspansjonen er i ferd med å øke farten.

Siden gravitasjon er den eneste kraften som virker over kosmiske avstander, ble dette forklart som et resultat av en kosmisk frastøtende gravitasjonskraft.

Ifølge relativitetsteorien vil vakuumenergi forårsake en slik kraft. Konklusjonen ble derfor at universet er fylt av vakuumenergi. Problemet er at ingen vet hva slags energi dene vakuumenergien egentlig er.

Trenger ikke vakuumenergien

Håvard Alnes, Morad Amarzguioui og Øyvind Grøn har i sommer presentert en ny universmodell der de ikke behøver å trekke inn noen vakuumenergi for å forklare supernovaobservasjonene.

For å greie dette måtte de gi avkall på å beskrive universet som helt ensartet i stor skala.

Ifølge deres tolkning av observasjonene bor vi nær sentrum i et univers der den kosmiske ekspansjonen er litt større i vår del av universet enn i fjerne områder.

Forklaringen på at observasjonene kan tolkes på to så forskjellige måter er følgende. Når vi ser utover i universet, ser vi bakover i tid. Vi ser et objekt slik det var da det sendte ut det lyset vi mottar (Figur 1).

"Figur 1. Figuren viser den fortidige lyskjeglen (PAST LIGHT CONE), den fremtidige lyskjeglen (FUTURE LIGHT CONE) og det tredimensjonale rommet en observatør befinner seg i, representert ved det horisontale planet med to romakser. Lys som observatøren sender ut, beveger seg utover på den fremtidige lyskjeglen, og lys som observatøren mottar, beveger seg innover på den fortidige lyskjeglen. Observatøren ser et objekt slik det var da det sendte ut det mottatte lyset. Det betyr at de observerte objektene befinner seg på observatørens fortidige lyskjegle. Jo større avstand et objekt har fra observatøren desto lenger nede på lyskjeglen befinner det seg. Det svarer til at et objekt observeres slik det var på et tidligere tidspunkt jo større avstand det har fra observatøren."
"Figur 1. Figuren viser den fortidige lyskjeglen (PAST LIGHT CONE), den fremtidige lyskjeglen (FUTURE LIGHT CONE) og det tredimensjonale rommet en observatør befinner seg i, representert ved det horisontale planet med to romakser. Lys som observatøren sender ut, beveger seg utover på den fremtidige lyskjeglen, og lys som observatøren mottar, beveger seg innover på den fortidige lyskjeglen. Observatøren ser et objekt slik det var da det sendte ut det mottatte lyset. Det betyr at de observerte objektene befinner seg på observatørens fortidige lyskjegle. Jo større avstand et objekt har fra observatøren desto lenger nede på lyskjeglen befinner det seg. Det svarer til at et objekt observeres slik det var på et tidligere tidspunkt jo større avstand det har fra observatøren."

Nyttige supernovaobservasjoner

Universets ekspansjon ble oppdaget av den amerikanske astronomen Edwin Hubble.

Ekspansjonsbevegelsen beskrives av en størrelse som kalles skalafaktoren. Ekspansjonshastigheten til universet, v, kan settes lik skalafaktorens endring per sekund. Universet har ikke ekspandert like fort hele tiden.

Kosmologene regnet med at siden gravitasjonskraften er tiltrekkende har den bremset ned universets ekspansjon, det vil si at v var større før enn nå.

Ved hjelp av supernovaobservasjonene kan astronomene måle verdien av v for supernovaer i forskjellige avstander fra oss, de fjerneste i flere milliarders lysårs avstand. Dermed ble verdien av v målt ved ulike sendertidspunkter, tidligst for de fjerneste supernovaene.

Det som ble observert var høyst overraskende. Verdien av v var størst for de nærmeste supernovaene. Det betyr at v hadde størst verdi for de seneste sendertidspunktene.

Observasjonene viste med andre ord at universets ekspansjonsfart er i ferd med å øke.

"Supernovaer er fra før spektakulære hendelser, men nå har forskerne funnet en ny og enormt kraftig type. (Illustrasjon: NASA/Hubbleteleskopet)"
"Supernovaer er fra før spektakulære hendelser, men nå har forskerne funnet en ny og enormt kraftig type. (Illustrasjon: NASA/Hubbleteleskopet)"

Dette var standardtolkningen av observasjonene. I en universmodell der v har en verdi som er uavhengig av posisjonen - en såkalt homogen universmodell - kommer man ikke utenom dette resultatet, som altså krevde at man innførte vakuumenergi med frastøtende gravitasjon.

Men i en inhomogen universmodell der verdien av v avhenger av posisjonen, åpner det seg en annen mulighet.

Det ble observert at verdien av v avtar med økende avstand fra oss, det vil si at v er større jo tidligere sendertidspunktet er.

Hvis universet er inhomogent kan dette rett og slett bety at verdien av v bare øker med avstanden fra oss og ikke varierer med tiden i det hele tatt. Hvis avstandsøkningen er stor nok kan observasjonene forklares selv om v avtar med tiden.

Løsning med komplikasjoner

Dersom universet er inhomogent kan altså supernovaobservasjonene forklares selv om tiltrekkende gravitasjon bremser ned ekspansjonsfarten, og dermed er det ikke lenger nødvendig å innføre den mystiske mørke energien med dens frastøtende gravitasjon for å forklare disse observasjonene.

En innvending er at observasjoner av temperaturvariasjonene i den kosmiske bakgrunnsstrålingen har vist at universets geometri er euklidsk.

Det betyr at lyset følger rette linjer i rommet. Et slikt univers sies å være flatt. Den samlete tettheten av all materie og energi i et flatt univers kalles den kritiske tettheten.

Observasjoner av bevegelsene til galaksene i de store galaksehopene tyder imidlertid på at tettheten av all materie i universet bare er omtrent en tredjedel av den kritiske tettheten.

Så den mørke energien trengtes ikke bare for å forklare supernovaobservasjonene, men også for å fylle opp universet til den kritiske tettheten.

Håvard Alnes og Morad Amarzguioui har imidlertid undersøkt om de observerte temperaturvariasjonene kan forklares innenfor den samme inhomogene unversmodellen som kunne forklare supernovaobservasjonene.

I denne modellen er den samlete kosmiske tettheten av alle typer materie og energi omtrent en tredjedel av den kritiske tettheten.

De fant at dette faktisk er mulig for hovedtrekkene i de observerte temperaturvariasjonene. Når det gjelder de finere detaljene kreves mer utførlige studier, og de to forskerne arbeider med hver sin doktoravhandling der dette utforskes videre.

Er vi i universets sentrum?

Det ser ut til at de kosmiske observasjonene kan forklares uten å trekke inn vakuumenergi og dens frastøtende gravitasjon.

Siden Grøns doktoravhandling fra 1990 hadde tittelen “Repulsive gravity” og dreide seg om frastøtende vakuumgravitasjon, er ikke han udelt lykkelig over denne utviklingen.

Men den mulighet gjenstår at kanskje befinner vi oss i universet sentrum. For noen vil dette være helt fantastisk. For andre vil det være helt usannsynlig.

Saken er produsert og finansiert av Høgskolen i Oslo - Les mer

Powered by Labrador CMS