Pris for oppblåst univers

I universets begynnelse skjedde det sannsynligvis noe helt usannsynlig: I løpet av et øyeblikk blåste verdensrommet seg opp som et turbo-popkorn. Nå mottar tre fysikere Kavliprisen for ideen om denne voldsomme inflasjonen.

Publisert
NASA har illustrert universets begynnelse og utvikling slik. Størrelsen økte voldsomt i begynnelsen. Etterpå fortsatte det å utvide seg, men i et mye mer avslappet tempo. (Foto: (Illustrasjon: NASA))
NASA har illustrert universets begynnelse og utvikling slik. Størrelsen økte voldsomt i begynnelsen. Etterpå fortsatte det å utvide seg, men i et mye mer avslappet tempo. (Foto: (Illustrasjon: NASA))

Om Kavliprisene:

Utmerkelse til forskere innenfor astrofysikk, nanovitenskap og nevrovitenskap.

Innenfor hvert felt deles det ut diplom, en medalje og et kontantbeløp på 1 million dollar.

Utdelt annethvert år siden 2008

Mottakerne velges av tre priskomiteer med internasjonale forskere anbefalt av det kinesiske, franske, amerikanske og engelske vitenskapsakademi samt Max Planck Society

Det Norske Videnskaps-Akademi, Kavli Foundation i USA og Kunnskapsdepartementet står bak prisen, som er initiert av og oppkalt etter Fred Kavli.

Den norsk-amerikanske fysikeren, oppfinneren og filantropen Fred Kavli (1927-2013) var grunnlegger og styreleder i Kavli Foundation. Stiftelsen arbeider for å fremme vitenskapen til gode for menneskeheten, øke allmennhetens forståelse av vitenskapelig forskning, og støtte forskere og deres arbeid.

(Kilde: Det Norske Videnskaps-Akademi)

Joda. Hele universets historie handler egentlig om utvidelse.

Selv i dag er alt på vei utover i svimlende hastighet. Det var nettopp denne bevegelsen utover som satte forskerne på sporet av dagens svært godt etablerte teori om Big Bang.

På begynnelsen av 1900-tallet oppdaget forskerne at fargen på lyset fra galaksene i verdensrommet var brukket litt mot rødt. Og det forteller oss noe om galaksenes bevegelse:

De er på vei bort fra oss i stor fart.

Og når noe har fart i en viss retning, går det plutselig an å regne ut hvor det kom fra i utgangspunktet. Det er slike og andre regnestykker som har fortalt oss at alt vi kan se i universet må ha kommet fra et område som var nesten uendelig lite.

Tre gåter

Det er ingen som vet hva som skjedde da verden begynte. Men det må altså ha begynt å utvide seg og fortsatt med det til det ble til verdensrommet vi kjenner. Men det er noen egenskaper ved dette universet som forvirrer forskerne.

Hvorfor er alle ender av verdensrommet så like? Det burde være større variasjon.

Hvorfor er universet tilsynelatende flatt? Alt tilsier at det skulle vært buet, for eksempel som en boble.

Og til slutt, hvorfor finnes det ingen magnetiske mono-poler – altså partikler som bare er en nordpol eller en sørpol? Fysikken antyder at det burde ha blitt skapt fantasilioner av dem i universets begynnelse. Hvorfor finner vi ingen?

Det var disse gåtene som fikk Alexei A. Starobinsky, Alan H. Guth og Andrei D. Linde til å komme opp med en ny ide:

Hypotesen om inflasjon.

Alexei A. Starobinsky, Andrei D. Linde og Alan H. Guth tildeles Kavliprisen i astrofysikk for 2014. (Foto: Kavliprisen)
Alexei A. Starobinsky, Andrei D. Linde og Alan H. Guth tildeles Kavliprisen i astrofysikk for 2014. (Foto: Kavliprisen)

Den sier at universet i løpet av sine aller første øyeblikk ikke bare hadde en utvidelse, men en oppblåsning som var helt vanvittig: Alle avstander ble rundt 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 ganger større på under en trilliondel av et sekund.

En slik inflasjon løser nemlig på mirakuløst vis alle de tre problemene over.

I dag er ideen om inflasjon en viktig del av teorien om Big Bang. Og akkurat disse dager er kanskje de mest spennende i hypotesens historie.

Nå driver nemlig flere forskerteam og søker etter gravitasjonsbølger som kan bevise at inflasjonen faktisk skjedde.

Trilliondel av et sekund

Inflasjonen som Guth, Linde og Starobinsky tenkte seg får altså store følger for hvordan universet utviklet seg. Og dette kan altså forklare flere ting, for eksempel hvorfor universet er så ensformig.

- Når vi ser langt utover i rommet i alle retninger, ser vi at ulike deler av universet som ligger ekstremt langt fra hverandre ligner hverandre og har omtrent lik temperatur, forklarer astrofysiker Jostein Riiser Kristiansen fra Høgskolen i Oslo og Akershus.

Og når områder er så like, forventer vi at de har hatt kontakt med hverandre og slik utviklet felles trekk. Kristiansen forklarer med et eksempel:

- Legger du en varm klump med jern inntil en kald jernklump, vil det overføres varme fra den varme til den kalde klumpen, og de to blir etter hvert i likevekt.

Men avstanden mellom områdene i universet er for stor til at de kunne ha utvekslet egenskaper på denne måten. Så hvorfor er de da så like?

Her kommer inflasjonen inn:

I begynnelsen, da universet var ørlite, utvekslet det egenskaper, slik at det var likt tvers igjennom.

- Da inflasjonen så skjedde, utvidet universet seg så fort at to ulike områder som var i likevekt før inflasjonen ble skilt kjempelangt fra hverandre. Så langt at det i dag ikke er mulig å tenke seg at de kan ha vært i kontakt – med mindre inflasjonen har skjedd, sier Kristiansen.

Krumt univers

Den første voldsomme utvidelsen kan også forklare mysteriet med det flate universet.

Forskerne har gjort målinger i rommet for å finne ut om rommet krummer seg, for eksempel som en ballong.

En slik krumming vil bety at universet ikke er uendelig stort, og at det er lukket: Dersom du reiser langt nok ut i rommet så vil du altså til slutt komme tilbake til stedet der du startet.

All fysikk tilsier at rommet skal ha en krumning. For vi vet at krumningen øker med tida. Bare en ørliten tendens til krumning i begynnelsen ville altså gi store utslag i dag. Så skal universet være flatt i dag må innstillingene i begynnelsen ha vært helt usannsynlig nøyaktige.

Og likevel: Målingene peker mot at vi lever i nettopp et slikt flatt univers.

Men inflasjonen kan igjen løse problemet.

På grunn av inflasjonen er universet blitt ufattelig stort - mye større enn det ellers ville ha vært. Dette betyr at det ligger enorme områder utenfor den delen av verdensrommet som vi kan observere.

Du kan tenke deg vårt synlige verdensrom som en bitte liten del av overflata på en kjempestor ballong, kanskje tusener, millioner eller milliarder ganger større enn det vi kan se. Da vil vi ikke oppdage krumningen i universet fordi alt er strukket ut.

- Når vi gjør målinger vil det se ut som om rommet er flatt, på samme måte som et menneske vil oppfatte jordoverflata som flat, selv om den i virkeligheten krummer seg, forklarer Kristiansen.

Ukjente områder

På spørsmål om hva som befinner seg i dette enorme, ukjente verdensrommet utenfor vitenskapens lille sirkel av lys, trekker han inn inflasjonen nok en gang:

Antageligvis er universet likt i alle retninger, og likt de områdene vi kjenner, med galakser og stjerner.

- Vi har ingen indikasjoner på at det er annerledes.

- Dersom vi etter hvert finner ut mer om inflasjonen, vil vi kanskje kunne si noe mer, for eksempel om hvor stort universet virkelig er og hvor fort det utvidet seg under inflasjonen, sier Kristansen.

- Dessuten er det veldig spennende å forsøke å forstå akkurat hvilke fysiske prosesser som gjorde seg gjeldende under inflasjonen.

- Vi snakker om fysikk som skjedde ved energier som er omtrent 10 000 milliarder ganger høyere enn det som er undersøkt på CERN, så inflasjon kan være et viktig vindu inn mot fundamental fysikk i en helt annen liga enn det vi har studert tidligere.

På den annen side vil vi aldri kunne undersøke de ukjente delene av universet direkte, siden de per definisjon ligger utenfor området vi kan observere. Ingen informasjon slipper over horisonten til vår del av verdensrommet.

Men dersom vi kunne sett hele dette enorme universet, ville vi kanskje også ha funnet igjen de forsvunne magnetiske mono-polene som ingen har sett snurten av.

For hvis inflasjonen har ført til at universet er stort, er det ikke noe rart at slike partikler glimrer med sitt fravær.

Riktignok ble det skapt hauger av dem i verdens begynnelse. Men sprer du dem ut over det gigantiske rommet, blir de så tynt fordelt at de i praksis blir borte.

- Det vil bare finnes noen få av dem i hele det observerbare universet, og oddsen for at en mono-pol faktisk skulle passere igjennom ditt laboratorium er forsvinnende liten.

Og slik løser altså inflasjonen denne gåten også.

Inflasjonen er ikke bevist

Det er forståelig at inflasjonshypotesen har fått en viktig plass i teorien om verdens begynnelse. Men vi skal heller ikke glemme at den fortsatt ikke er bevist.

Mens Peter Higgs og François Englert fikk sin Nobelpris etter funnet av den lenge ettersøkte Higgspartikkelen, får Guth, Linde og Starobinsky sin Kavlipris i innspurten av leitinga etter bevis for inflasjonsteorien.

For dersom det faktisk skjedde en slik kjempeoppblåsning, bør den ha etterlatt seg avtrykk etter gravitasjonsbølger. Og disse skal det være mulig å finne.

I mars i år annonserte forskergruppa bak instrumentet BICEP2 at de trodde de hadde observert slike signaler. Men resultatene er ikke ferdig vurdert eller bekreftet av andre, og for bare noen uker siden begynte det å svirre rykter om at resultatene skyltes en feil.

Allerede i november venter vi imidlertid resultatene fra en annen og mer omfattende undersøkelse, med satellitten Planck.

De kan sette prisvinnernes hypotese i et nytt lys.

Enten får vi den første virkelige bekreftelsen på at inflasjonen skjedde, og en ny indikasjon på hvor viktig de tre forskernes ideer har vært for forståelsen av vår egen verden.

Ellers så fortsetter jakta.

For selv et negativt resultat vil neppe være nok til å knekke en hypotese som er så etablert som inflasjonshypotesen.