Galaxkluster med mörk materia
hypertexter.se
webbtidskrift för kultur och historia

Publicerad 20-12-02

Du är här: >> Avdelning Livåskådning >> Kosmologi

Ett självorganiserande universum?


Diskussion om en gåta

Av Sören G Lindgren

Inflationsteorin beskriver en oerhört dramatisk händelse på gränsen till det mirakulösa – hetare än vad vi kan föreställa oss, snabbare än vad vi kan tänka oss. Någonting mycket stort uppstod, större än vad vi riktigt kan förstå. Det är den största händelsen i universums historia och äger vi intresse att tänka på den, egentligen den största händelsen i vårt liv!
E

n amerikansk fysiker vid namn Alan Guth förvandlade Big Bang-hypotesen till en kosmisk inflation i en artikel publicerad år 1981. Guth menade bl a att den förstnämnda hypotesen aldrig beskrev banget, alltså explosionen, utan vad som hände efteråt. Guth hävdade däremot att han beskrev själva explosionen och påvisade att den inte var en explosion utan en inflation, d v s en horisontell expansion av energi under oerhörd hetta och extrem snabbhet. Den resulterade i uppkomsten av vårt materiella universum.

I en artikel från år 2002 sade Guth att ”i inflationsteorin började universum som någonting otroligt litet, kanske så litet som 1024, hundra miljarder gånger mindre än en proton” (Gruth 2002: 34; min översättning).

Hur oerhört liten denna koncentration av energi var, framgår av att den innehöll all den energi och materia som vårt universum sedan bestått av. Eftersom inflationen var en flat och horisontell händelse, kan vi gissa att den ursprungliga koncentrationen liknade en ishockeypuck, men ofantlig mycket mindre. Denna puck av energi skulle strax före inflationen ha genomgått ett plötslig temperaturfall. Det åstadkom ett falskt vakuum. Det i sin tur utlöste en positiv gravitation, en bortstötande kraft, som fick energin att börja expandera. Det skedde sedan med en extrem snabbhet, som drev upp en enormt hög temperatur som i sin tur utlöste en mycket omfattande strålning.

Det sistnämnda är universums bakgrundsstrålning, som fortfarande finns kvar. Du kan se den på din TV varje gång där uppträder vad som kallas ”myrornas krig”. Det är i vår tid det synliga ekot av det mer än blixtsnabba inflationsögonblicket för ungefär 13,7 miljarder år sedan.

Jag har alltid grubblat över vad Guth kan ha menat med den extremt lilla pucken av energi. Den grekiska filosofen Demokritos (460–370 f Kr) hävdade som bekant att ingenting kan komma ur ingenting. Men Guth behagar utmana Demokritos.

Vad Guth inte verkar att ha tänkt på är att med den kosmiska inflationen uppstod vårt universum som en avgränsning till någonting annat. Den extremt lilla energipucken existerade någonstans som inte var vårt universum. Vi kan kalla det för kosmos, det välordnade, som egentligen var grekernas ord för universum. I detta kosmos råder inte våra lagar, inte ens kvantfysikens bud. Så Guths påstående att någonting så litet som nästan ingenting kan vara ett perspektivfel. Den stora mängden av energi var kanske samlad i en skiva av anmärkningsvärd omfattning. Kanske skivan rentav roterade, vilket skulle ha bidragit till temperaturfallet och uppkomsten av det falska vakuumet. Men uppträder sådana kvantfysiska fenomen utanför vårt universum?

Det avgörande ögonblicket

I dagens kunskapsläge kan vi inte gå längre bakåt i tiden än till det ögonblick när inflationen inleddes. Men det är ett högintressant ögonblick. Då avgjordes hur det universum som höll på att skapas skulle se ut. Av någon lycklig anledning blev det gynnsamt för liv (det ska vi strax återkomma till). Men också något annat inträffade. Allt som följde på inflationsskedet var sedan förutbestämt av det. Vårt universum blev determinerat.

I detta vårt kulturskede, som betonar individualism och fri vilja, är tanken på att vårt universum är deteministiskt ett ideologiskt impopulärt, för att inte säga synnerligen obekvämt faktum, som måste avvisas eller tigas ihjäl. Men universum är så stort och komplicerat, så många krafter är inblandade, att vi sällan märker när någon fullständig styrning tycks bestämma över oss (exempel: jag halkar på en höstvåt rot på en stig i en skog och faller baklänges = orsakssammanhanget: gammal stig upptrampad av förfärder, tunt marklager på berg efter istiden, fuktig årstid, gått stigen så många gånger att den blivit invand, min felaktiga (hala) skosula, gravitationen). Ty på ett märkligt sätt skulle denna determinism vara förenad med en självorganisering. Kanske kan man säga så att vid utfallet av den kosmiska inflation blev vårt universum förutbestämt att vara självorganiserande, varvid den styrande faktorn var tidigare händelser, kanske långt tillbaka ti tiden.

Stanford Encyclopedia of Philosophy definierar ”kausal determinism” enligt följande: ”Världen är styrd eller behärskas av determinism om och endast om tingen är ordnade på ett specifikt sätt vid tidpunkten t, sättet som tingen därefter utvecklas är fixerade som ett faktum enligt den naturliga lagen” (Zalta 2008; min översättning).

När vi diskuterar universums tillkomst är tidpunkten t = 0. Den utsträckning som inflationspucken åstadkom var enorm, ja, vi vet inte hur omfattande den var. Vad vi vet är att där vi är i vår arm av Vintergatans galax passerade expansionen för 13,7 miljarder år sedan. Hur långt den fortsatte från oss är också okänt. Hastigheten var så stor att det rum, som skulle bli universum, och den energi, som skulle bli materia, passerade oss snabbare än ett öga blinkar, snabbare än en blixt slår ner. Guth talar om en hastighet på 10-37 sekunder (Guth 2008: 34); senare ändrat till 10-32. Det är så oerhört många delar av en sekund att det i (mänsklig) praktik gick åt ingen tid alls.

Inflationsteorin beskriver en oerhört dramatisk händelse på gränsen till det mirakulösa – hetare än vad vi kan föreställa oss, snabbare än vad vi kan tänka oss. Någonting mycket stort uppstod, större än vad vi riktigt kan förstå. Det är den största händelsen i universums historia och har vi intresse att tänka på den, är den egentligen den största händelsen i vårt liv!

Var är den mörka materian?

Det saknas i denna modell av universums början ett viktigt inslag. Det är mörk materia. Den består av 8o procent av all materia. Inflationsmodellen tar mörk energi med i beräkningen, men inte mörk materia. Men beaktande dess mängd – som sagt 80% – finns mörk materia sannolikt överallt. Den kan tänkas konstituera rymdens rum, ge upphov en sfär av mörk material runt alla föremål, troligen ingå i systemet av gravitation runt planeter, solar och galaxer. Vad kosmologin lyckats fastställa är att mörk materia bildar broar mellan galaxerna och ger struktur åt det universella systemet av galaxer, åt universum.

Det skulle alltså vara mörk materia som fungerar som en strukturerande faktor i universum, inte bara gravitationen som man tidigare trodde. Men den kan ha ytterligare en roll. Det går också att misstänka att den s k händelsehorisonten runt ett svart hål består till viktiga delar av svart materia. Kosmologerna hävdar att allt som faller in i det svarta hålet blir ihågkommet. Det kan innebära att det är den svarta materian som fångar upp och bevarar informationen. Den svarta materian skulle alltså inte bara vara universums organisatör utan också dess minnesfunktion. Enligt cybernetiken måste ett självstyrande system ha ett minne.

Den holländska fysikern Gerard 't Hooft – nobelpris 1999 – har också föreslagit att universum skulle vara en automaton, alltså ett slags självstyrande maskin ('t Hooft 2009) dock utan mål, d v s i avsaknad av finalism (något som är viktigt för människor). Problemet med denna hypotes är den mörka energin. Ett system kan inte styra sig självt när dess olika delar skjuts åt skilda håll av en oförklarlig kraft.

Ring av mörk materia runt galax

Det här är en bild som tagits 2019 av Hubble-teleskopet. Den visar en spökliknande ring av mörka materia flytande i galaxklustret ZwCl0024+1652. Enligt Live Sience är bilden ett av de mest vägande bevisen hittills för existensen av mörk materia. Ringen av mörk materia har uppstått genom att två gigantiska kluster kolliderat. Bild LiveScience/Nasa.

Dissipativa strukturer

Uppfinningen av ångmaskinen satte till en början myror i huvudet på 1700- och det tidiga 1800-talets vetenskapsmän. Men småningom insåg man att energi i form av hög värme överfördes till mekanisk rörelse. Det var början till termodynamiken, d v s värmeläran. Under 1800-talet formulerades termodynamikens fyra huvudsatser (enligt Wikipedia 2018):

  1. Termodynamikens nollte huvudsats, vilken utgör grunden för temperaturmätning.
  2. Termodynamikens första huvudsats (energiprincipen) vilken säger att energi varken kan skapas eller förstöras och att värme är en form av energitransport.
  3. Termodynamikens andra huvudsats, som säger att den totala entropin, oordningen, i universum ökar, vilket gör att naturliga processer bara kan ske spontant i en riktning.
  4. Termodynamikens tredje huvudsats, vilken säger att en perfekt kristall har sin lägsta entropi vid absoluta nollpunkten.

”Allmänt talat är det i princip möjligt att skilja mellan två typer av strukturer: strukturer i balans, som kan exister som isolerade system (t ex kristaller) och dissipativa system, som endast kan finnas till i symbios med sin omgivning. Dissipativa strukturer uppvisar två typer av beteende: nära till jämvikt tenderar deras ordning att brytas ner men långt från jämvikt kan deras ordning bibehållas och nya strukturer kan formas.” (Vetenskapsakademien 1977; min översättning från engelska).

Ett dissipativt system är ett system som utbyter energi med omgivningen. Tack vare sina studier av just dessa system fick belgiskryska professorn Ilya Prigogine (1917-2003) nobelpriset i kemi år 1977. Enligt honom skulle människan vara ett sådant dissipativt system, som inte är isolerat utan långt från jämvikt och existerar framgångsrikt i symbios med omgivningen.(Prigogine 2003)

Kraftiga klimatförändningar

Låt oss nu granska människans utveckling i dissipativt ljus. Viktigt i denna evolution är vad den framstående finländska paleontologen Björn Kurtén sade i ett brev till mig, nämligen att nya beteenden går före och följs sedan av genetiska förändringar (Kurtén 1984).

Den stora yttre förändringen i människans utveckling var att skogarna i Afrika gav vika och ersattes av savann. Den här förändringen började för omkring 3 miljoner år sedan. Under perioden 2,9-2,6 miljoner år tillbaka var uttorkningen särskilt kraftig (deMenocal 2011), vilket ledde till att förmänniskan Australopithecus afariensis dog ut. Den andra stora torra vågen kom för mellan 1,9-1,6 miljoner år tillbaka (ibid). Då dök upp en art av australopitecin som anpassat sig till markliv på savannen. Denna nyhet har sedermera indelats i tre olika raser: nämligen Paranthropus bosei, Paranthropus robustus och Paranthropus aethiopicus (Blaxland & Dorey 2019).

P_boisei(JohnGunch)

Det rekonstruerade huvudet på en Paranthropus boisei. Hon levde länge på svannen samtidigt med Homo erectus. Hon var ungefär 150 cm lång. Hon levde tror man i harem. När svannen förändrades hängde hon inte mera med. Hon hade en hjärnvolym på 400–600 cm³, Homo erectus hjärna blev dubbelt större. Rekonstruktion av John Gurche vid Smithsonian natural museum i Washington.

De omfttande klimatväxlingarna har upptäckts vid borrningar i Adenvikens botten. Det var oceanografen och maringeologen Peter deMenocal från Columbiauniversitet i New York som ledde arbetet kring millenieskiftet. Det var mer än ett geologiskt komplicerat företag. Besättningen på fartyget med den borrutrustningen fick hela tiden hålla utkik efter pirater. En borrning måste avbrytas för att deras fartyg kunde fly undan en svärm av pirater i småbåtar. År 2001 förbjöds de att fortsätta.

Vad deMenocals borrningar gett vid handen är att under de tre senaste miljoner år har klimatet i Afrika skiftat med 22 000 års mellanrum. Under regniga perioder på just 22 000 år växte skogarna, under samma period av torka drog sig skogarna tillbaka. Paranthroperna anpassade sig till svannens villkor och lärde sig äta gräsfrön, nötter, rotfrukter och t o m vanliga rötter. De använde käppar för att gräva fram mat från under jordytan. De segaste rötterna rostade de möjligen över eld (men därom grälar paleoantropologerna).

Andra australopiteciner lärde sig leva på savannen genom att stjäla kött från döda eller dödade djur i konkurrens med andra asätare. Andra åter sökte sig till kusterna och drygade ut födan med fångster från havet. En tredje grupp lärde sig pendla mellan savannen och kusten allt efter torka växlade med regn.

Australopitecinerna hade levt huvuddelen av sina liv i träd och alltså i symbios med skogsmiljö. När torkan kom lärde sig parantroperna att leva i symbios med savannen. Men de andra lärde sig att det fanns andra möjligheter: leva i symbios med havet vid torka och med svannen under regnperioder. Därmed började människan utvecklas till en självorganiserande varelse: förlorade pälsen, blev längre, hjärnan växte i volym och språkförmågan utvecklades mycket långsamt (omkring 1 miljon år). Länge levde hon som asätare/förtärare av havsfrukter, sedan övergick hon till att bli jägare/samlare. Slutligen började hon tämja växter och djur och blev fast bosatt. Därmed blev hon självorganiserare i en utsträckning som ingen annan art på jorden.

Även om människan uppvisar alla tecken på att kunna organisera sin utveckling efter egen vilja – något som ger oss orsak att vara optimistiska införa den kommande, problematiska utvecklingen – så tillåter det oss inte att dra slutsatsen att universum skulle vara självorganiserande. Visserligen har vår kunksap om universum vuxit dramatiskt under 1900-talet, men kunskapen om människan har utvecklats ännu snabbare under senare halvan av 1900-talet. Vi kan därför bara hoppas att den fortsatta rymdforskningen ger oss ett svar.

Referenser:

Blaxland & Dorey 2019: Beth Blaxland and Fran Dorey: Paranthropus genus. Australian museum homesite uppgraded 20/12/19. (https://australian.museum/learn/science/human-evolution/paranthropus-species/)
deMenocal 2011: Peter B. deMenocal: Climate and Human Evolution. Science, 4 february 2011, vol 331.
deMenocal 2014: Peter B. deMenocal: Klimatshocks. Scientific American, September 2014.
Guth 2002: Alan H. Guth: Inflation and the New Era of High-Precision Cosmology. MIT Physics Annual 2002.
't Hooft 2009: Gerard 't Hooft: Entangled quantum states in a local deterministic theory. ArXiv, 24 aug 2009.
Kurtén 1984: Björn Kurtén: Brev till Sören G Lindgren. Helsingfors 1984.
Prigogine 2003: Ilya Prigogine: Is Future Given? World Scientific Publishing Co Pte Ltd
Vetenskapsakademien 1977: Kungliga vetenskapsakademien: Pressmeddelande om att 1977 års Nobelpris i kemi tilldelats professor Ilya Prigogine, Université Libre de Bruxelles, Belgien. (https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1977/press-release/)
Wikipedia 2018: Wikipedia: Termodynamikens huvudsatser. Sidan uppdaterad 3 oktober 2018. (https://sv.wikipedia.org/wiki/Termodynamikens_huvudsatser)
Zalta 2008: Edward N. Zalta, redaktör för Stanford Encyclopedia of Philosophy: Uppslagsordet Causal Determinism, utlagd 2003, uppdaterad 2008. (https://plato.stanford.edu/archives/win2009/entries/determinism-causal/)

Välkommen att kommentera essän

Var snäll och skriv in i formen ditt namn, e-mailadress och kommentar. Tryck sedan på Submit för att sända din kommentar. För att tömma formen tryck Reset.







 

Läs även de andra artiklarna i avdelningen Livsåskådning.
Till Första sidan.




Schema; universums tidigaste år

En något förenklad version av Wikipedias illustration till universums första 380 000 år. Den borde egentligen avbilda en cirkel som expanderat från en nästan osynlig punkt. Orginalet har gjorts av DrbogdanVector: Yinweichen - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31825049.