Det stora kosmiska mörkret

Varför är det mörkt på natten? Det är ju för att solen har gått ner, svarar ni kanske. Stjärnorna lyser ju visserligen, men de lyser så svagt att det blir mörkt. Men saken är faktiskt betydligt mer komplicerad än så.

När vi tittar upp mot natthimlen ser vi stjärnorna som små lysande prickar med mörker emellan. Men om nu universum är oändligt stort, vilket är ett rimligt antagande, borde det alltid finnas stjärnor i alla riktningar, även i de mörka partierna. Somliga närmare jorden och somliga oerhört långt borta. Det borde göra att hela himlen skulle lysa lika starkt som solskivan. Men det gör den inte. Varför inte det?

Frågan om mörkret ute i rymden ställdes redan av Kepler i början av 1600-talet, men den brukar kallas Olbers paradox efter den tyske 1800-talsläkaren och privatastronomen Heinrich Wilhelm Olbers.

Anledningen till att rymden inte är ljus är att universum har en början och att ljuset har en begränsad hastighet, skriver fysikern, Göran Gustafssonpristagaren och författaren Ulf Danielsson i sin nya bok Mörkret vid tidens ände. Rymden i sig må vara oändlig, men vi kan inte se oändligt långt. Därför finns inte stjärnor i alla punkter på himlavalvet.

När vi tittar ut i rymden tittar vi också tillbaka i tiden. Betraktar vi exempelvis solen ser vi den som den såg ut för åtta minuter sedan, för så lång tid tar det för ljuset att nå jorden från solytan. Betraktar vi stjärnorna ser vi dem för många år sedan – de närmaste stjärnorna ligger ju på flera ljusårs avstånd. Och betraktar vi Andromedagalaxen ser vi den som den såg ut för 2,5 miljoner år sedan.

Miljardtals år

Men det finns ännu mer avlägsna objekt att se på himlavalvet. Med Hubble­teleskopet kan astronomerna se ljus från fjärran galaxer och galaxhopar som tagit miljardtals år för att nå oss, ljus från himlakroppar som förmodligen vid det här laget för länge sedan har brunnit ut eller exploderat och inte längre finns.

År 1929 upptäckte den amerikanske astronomen Edwin Hubble att själva rymden expanderar som en ballong som någon blåser upp. Detta gör att avstånden mellan galaxerna och galaxhoparna blir allt större. Det gör också att ljuset från fjärran objekt av dopplereffekten blir mer och mer rödförskjutet ju längre bort de befinner sig (det är lite som när ljudet från ambulanssirener sjunker i tonhöjd när ambulansen passerar oss). Genom att mäta rödförskjutningen kan vi se hur långt bort galaxerna ligger. Eller snarare låg, för universums expansion gör att de objekt vi tittar på i dag ligger på ännu längre avstånd än när ljuset sändes ut från dem till oss.

Till sist finns det en gräns. Tittar vi så långt vi kan se ut i rymden ser vi universum som det var för dryga 13,7 miljarder år sedan, när det först blev genomskinligt. Längre tillbaka i tiden kan vi inte se, för då bestod rymden av några tusen grader hett ogenomskinligt plasma av kärnpartiklar och elektroner. Det gula ljuset från plasmat vid tidens början har rödförskjutits ända ner till mikrovågsområdet och motsvarar i dag en svartkroppsstrålning på futtiga 3 grader Kelvin. Den kosmiska bakgrundsstrålningen upptäcktes 1964 av amerikanerna Arno Penzias och Robert Wilson. De belönades med Nobelpriset i fysik år 1978.

Redan på 1930-talet upptäckte astro­nomer att galaxerna verkar innehålla för lite massa för att hålla ihop av gravitationen. Observationer tyder på att det finns en sorts osynlig mörk materia som håller ihop dem.

Det är inga dåliga mängder massa det handlar om. Beräkningar tyder på att det borde finnas fem gånger så mycket mörk materia som vanlig. Frågan är vad den mörka materien består av?

Nya hypotetiska artiklar

Det finns en rad kandidater. Det kan vara stora mängder neutrinos, mörka stjärnor, svarta hål, hittills oupptäckta supersymmetriska partiklar som förutsagts av partikelfysikerna eller nya hypotetiska partiklar kallade axioner (döpta efter ett populärt rengöringsmedel, eftersom forskarna ville städa upp bland teorierna). Kanske kan experiment vid Cern ge svar på en del av frågorna? Vi får väl se.

Men inte nog med det. Det har också visat sig att universums expansion sedan fem miljarder år accelererar alltmer. Det är som om vi rullar nedför en allt brantare nedförsbacke. En mörk energi pressar isär materien. Det kommer att bli allt glesare mellan galaxerna, och till sist kommer materien att slitas sönder och det stora mörkret att sänka sig över ett döende universum.

Men till dess är det lyckligtvis fortfarande minst hundratals miljarder år.

Ulf Danielsson forskar till vardags om supersträngar, en verksamhet som syftar till att finna en ”teori om allting” som beskriver världen och alla dess elementarpartiklar och krafter med matematikens hjälp. Hoppet är att finna en naturlig förklaring till varför naturkonstanterna, som exempelvis värdet på elektronens laddning, är precis som de är. Men kanske är detta en futil tanke.

Det finns nämligen hypoteser, som bland annat förts fram av den svenske kosmologen Max Tegmark på MIT-universitetet i Massachusetts i USA, som säger att vårt universum inte är det enda, utan att det i själva verket finns oändligt många universum med olika fysikaliska lagar. Är det så finns det inget ”naturligt” värde på elektronens laddning, utan det kan variera mellan olika universum. Tyvärr kan vi aldrig ge oss iväg till ett parallelluniversum för att undersöka saken.

Men i ett universum där värdena på naturkonstanterna är sådana att atomer och molekyler överhuvudtaget inte kan bildas finns naturligtvis ingen materia sådan som vi känner den. Och där kan knappast liv uppstå heller. Sådana universum, och det borde vara så gott som allihopa, är för evigt tomma och döda och upphör att existera.

– Men Ulf, utropar jag.

– Menar du att världsalltet består av en oändlig mängd olika universum, men att vi människor har dragit den stora kosmiska bingolottovinsten och fötts i ett som är beboeligt?

– Ja, kanske det. Men det kan finnas andra och större vinnare. För vad är det som säger att just vårt universum skulle vara det bästa?

– Du menar att det kan finnas andra universum som är bättre lämpade för liv än vårt?

– Javisst. Världen är oändligt mycket större och mer mångfacetterad än vi ens kan ana.