fotbollskosmos.html
©J Westman 2003, 2004, 2005


   I ett fotbolls-universum.

   Ojämnheterna i den kosmiska bakgrundsstrålningen från den tid då Universum var ungt säjs kunna svara på frågan om världsalltet faktiskt är ändlöst eller inte - och en forskargrupp vill se tecken på att vi lever i ett Universum skapt som en fotboll!

  27.10.2003, 16.8.04 jw. Uppdat. 29.11.2005
   I oktober 2003 utkom ärevördiga vetenskaps-veckotidskriften "Nature" med en pärmbild som visade ett gitter av ytor som är sammansatt av fem-hörningar. De bildar en rymdfigur, iakttagaren är inne i en regelbunden tolvsiding - en dodekaeder, som gränsar till andra dokekaedrar. I vardagsvärlden känner vi till dodekaedrar från fotbollsplanen - läderkulan är sammansydd av 12 likadana femkanter.

Nu vill en grupp kosmologer, Jean-Pierre Luminet med tre andra franska kollegor och en amerikan med, de vill tro att en sådan här fotbollsmodell ska gälla för Universum. Och hur kommer de nu till det?

Jo, det handlar om att de småsmå ojämnheterna i bakgrundsstrålningen - den där strålningen som kom till bara några hundra tusen år efter den stora smällen då alltihop började - de ojämnheterna i strålningen tolkas som resultatet av täthetssvängningar - alltså lite som ljudvågor - i den materia som släppte lös strålningen. Detta skedde när atomkärnorna fångade in lösdrivande elektroner och världsalltet blev genomskinligt så strålningen blev fri. Områden med lite högre densistet spåras idag på att strålningen därifrån har en aningen högre temperatur än strålning från områdena som då hade lägre densitet.

Skillnaden i bakgrundsstrålningens intensitet är minimal - mindre än en tiotusendel av grundnivån, men den finns där som fossil av densitetsvågorna. Spåren har mätts med en mängd anordningar, senast men icke allendast av den amerikanska mikrovågs-mätsatelliten som kallas WMAP. Det visar sig att de är kraftiga nog för att förklara fördelningen av galaxhopar i dagens Universum, och bra så.

Densitetsvågorna förekommer i olika storlekar, och olika mängder i de olika storleksklasserna, precis som ekona i ett rum. Det är denna fördelning av amplituder och mängder som ger kosmologerna information om förhållandena i den gas som släppte lös bakgrundsstrålningen, och för det mesta är bilden rätt klar. När amplituderna växer, tilltar och växlar också mängden vågor av och till på ett sätt som svarar mot uppfattningar som astrofysikerna har kommit till med andra metoder. Men när man går mot de största våg-storlekarna blir det plötsligt stopp - i ett oändligt Universum borde en kurva över vågstorlekar plana ut på en viss nivå, vinkelstorlek över 60 grader på himlavalvet, men det planar inte ut. De franska forskarna tycker sig se är att kurvan i stället vänder brant ner till noll - precis som om nånting satte stopp - större svängningar än dehär finns inte.

Nå vad kan då sätta stopp för att svängningar blir större och större över alla gränser: jo om utrymmet är begränsat. Tänk er en gitarr- eller violinsträng, den kan vibrera i en mängd vågdimensioner så länge vågstorlekarna är jämna bråkdelar av strängens längd, men en våglängd större än sträng-längden är omöjlig. Alltså bör då analogt även världsalltet vara begränsat, det bör finnas väggar som stoppar - eller som stoppade - de här densitetsvågorna.

Vi får även en dimension på vårt Universums utsträckning idag: det bör vid det här laget ha utvidgat sig till nånting på 70 miljarder ljusår - det är alltså betydligt större än det Universum vi kan se, för Universums ålder är lite under 14 miljarder år och längre än 14 miljarder ljusår observerar vi överhuvudtaget inte eftersom bakgrundsstrålningen kommer emot där.

Men vilken utsträckning och vilken form Univerum har därutöver, därom avgör den mängd massa som i medeltal finns per volymenhet i Universum. Massdensiteten med andra ord. Massdensiteten avgör nämligen vilken geometri som gäller - om rymden i stort är krökt eller platt. Det handlar också om vilken form Universum kan ha - det som kallas "topologi". Olika former har olika geometriska egenskaper, skillnaden mellan tillexempel en boll eller en hål-munk eller donits är en topologisk skillnad, det där med topologi ska jag återkomma till nån gång.

Massdensiteten för ett platt Universum där Euklides klassiska geometri gäller brukar betecknas med ett - och i våras, när resultaten från WMAP offentliggjordes, så fick vi höra att mätningarna tydde på ett resultat som var mycket nära 1.

Nu är det stor skillnad på "mycket nära" och "exakt". I detta fallet anges Universums massdensitet 1,02 plus minus 0,02 - värdet ett precis faller inom mätnoggrannhetens gräns men som en ytterlighet. Det som faller mitt i fältet är emellertid ett topologiskt nånting som Luminet-gruppen kallar en Poincaré-dodekaeder, uppkallad efter matematikern Henri Poincaré som verkade för hundra år sedan. Om så är lever vi i ett fotbollsuniversum som har den egenskapen att när en ljusstråle når en av de begränsande väggarna, så kommer den ofelbart in tillbaks ur den motstående väggen. Det är den speglingen av oändligheter av 12-sidingar som pärmbilden på Nature försöker avbilda.

Det här är riktig vetenskap: det finns avgörande observationer som friar eller fäller teorin. Sådana här djärva idéer är bra för vetenskapen, de driver fram mer-forskning och för vetandet framåt oavsett om den eskilda tanken visar sig vara riktig eller inte. En är förståss Universums massdensitet: om den är mindre än en procent över den kritiska gränsen så spolas Luminets och kollegers tankebyggnad ner i vasken. Det kan bli klart när data från WMAP fingranskas, och det blir nästan säkert klart då ESAs kosmologi-satellit Planck sätts upp om några år. Och mycket riktigt: mindre än ett år efter att teorin lades fram verkar den redan ha spolats, och Universum har återgetts sin platta Euklides-geometriska form.
    Sista ordet är emellertid ännu inte sagt. Den andra mätningen gäller spår av speglingarna - i bilder av rymdens djup borde återspeglingarna synas som stora ringar över himlavalvet, mycket svagt visserligen, men som det har räknats ut, nära bortom gränsen, eller eventuellt med snudd på gränsen till vad som kan upptäckas med dagens instrument. Sökandet pågår redan. Fortsättning följer i kommande nummer.


Läs om WMAP i S&T: Mapping the Big Bang
Läs om galaxer i De största i Universum
om Universums utvidgning i Ökande expansion
om Universums utveckling i   När ljuset var ungt.
om den mörka massan och den mörka energin   Det osynliga i Universum.
om kosmiska konstanter i   Vårt underfundiga Universum
och om tidigare uppfattningar i På tal om ingenting.

Skicka kommentarer till  juhani.westman@welho.com
Tillbaka till första astro-sidan.
Tillbaka till paradsidan.