Kosmologi

Hvordan bygge et univers

2004-10-12
Lykketreff førte til univers med riktig antall dimensjoner.
Kvanteteori beskriver universet på den absolutt minste skalaen, omtrent 10^-35 meter. Denne størrelsen er vanskelig å visualisere, selv med eksempler, men her er et forsøk. Universet har kanskje en radius på 13 milliarder lysår og ett lysår er cirka 9 millioner milliarder meter. Lengden 10^-35 meter i forhold til universet er 1 milliarddel av en millimeter! Et proton på denne skalaen ville være nesten 20.000 kilometer i diameter. Vi har med andre ord kommet et lite stykke forbi stadiet der man kan beskrive størrelser i universet med epler og appelsiner...

Ble du klokere?

På denne skalaen (10^-35 meter) sier kvanteteorien at strukturen på universet går fra å være jevn til å blir et slag skum hvor koblinger mellom forskjellige punkter oppstår og forsvinner. Det er på en måte likt med å ta et stort digitalt bilde og zoome inn helt til du ser pikslene. Her er bildet hele universet, og pikselene er ufattelig små.

Fysikere har lenge prøvd å finne ut hvordan dette kvanteskummet kan gi opphav til universet vi ser rundt oss. En modell går ut på å lage en slags 4-dimensjonale trekanter, tre hjørner med romlige dimensjoner og ett hjørne med en tidsdimensjon. Disse trekantene er på en måte legoklosser som man kan sette sammen til et univers. Siden kvanteskummet fluktuerer mellom alle mulige konfigurasjoner må legoklossene settes sammen på samme måte. Enkelt og greit. Problemet er bare at selv om legoklossene har riktig antall dimensjoner (3+1) blir resultatet et univers med enten 2 eller uendelig dimensjoner!

Renate Loll fra Utrecht Universitet i Nederland har nå funnet en måte å sette sammen legoklossene på en måte slik at man ender opp med et univer med 3+1 dimensjoner. Istedetfor å dekke alle mulige konfigurasjoner med legoklossene (som egentlig er 4-dimensjonale trekanter, ikke sant?) setter de to krav:
  • Relativitetsteorien må gjelde for hver enkelt legokloss så ikke noe kan reise raskere enn lyset.
  • Bevaring av kausalitet. Dette betyr at legoklossene ikke kan bygges slik at en hendelse skjer før årsaken til hendelsen.

Når de satte disse kravene fikk man et univers med 3+1 dimensjoner automatisk! De fant også ut at et slikt univers er lite i utgangspunktet og vokser med tiden, akkurat som vårt eget univers har gjort siden Big Bang. Dette var helt uventet - ingenting i reglene for konstruksjonsreglene forutså dette, "vi ble totalt overasket", sier Loll.

Denne oppdagelsen var et lykketreff. Det er ingen a priori grunn til å tvinge kvanteskummet til å bevare kausalitet - forskerne satte inn begrensningene for hånd men det ser ut til at dette er eneste måten å få et riktig univers på.

VitNytt: det er slike oppdagelser som gjorde at jeg bestemte meg for å bli astrofysiker, denne nyheten har alt! Man opererer med størrelser som er så fantastisk små det er helt uvirkelig og går nesten universet i sømmen. Man prøver å konstruere et modellunivers med 4-dimensjonale trekanter men fikk feil resultat. Man setter inn en vill ide og får riktig resultat! Det kan umulig bli morsommere enn dette.