METAKOSMOLOGI
Frågan om alltings ursprung upphör väl aldrig att fascinera människor. Tidigare var det främst ett slagsfält för teologer, filosofer och vitsmakare, men efter Newton och Einstein så har också fysikerna inmutat området. Alla torde ju åtminstone till namnet känna till Big Bang teorin (benämningen härstammar från astrofysikern Fred Hoyle som i ett radioprogram använde den som ett öknamn på teorin). (Big Bang Theory är pckså ett populärkulturellt fenomen genom att ha lånat namnet åt en amerikansk TV- serie lanserad 2007 som har två nördar-fysiker i huvudrollerna.) Edwin Hubbles galaxlodningar under 1920-talet visade att galaxerna tycks fjärma sig från varandra vilket kan tolkas som att universum expanderar. Extrapolerar man tillbaka i tiden några miljarder år betyder det omvänt att de strålar samman i en punkt vilken kan tolkas som ”urknallen”. Teoretiska undersökningar av Einsteins gravitationsteori tillämpad på universum av Alexander Friedman (1922) och Georges Lemaître (1927) visade också på möjligheten av ett expanderande universum (en möjlighet som undgick Einstein). Lemaître, som förutom astronom tillika var katolsk präst, gick ett steg längre och föreslog att det expanderande universum fötts ur ett ”kosmiskt ägg”
genom en ”explosion”. Denna idé har småningom utvecklats till dagens Big Bang teori (BB) som också innefattar en teori för grundelementens alstring under universums begynnelsefas och senare genom stjärnprocesser. Även om Big Bang teorin relativt tillfredsställande kunnat förklara universums utvecklingsförlopp så har förstås frågan kvarstått om hur BB överhuvudtaget uppkom. Här går åsikterna isär om huruvida en sådan fråga alls hör till fysiken. Den rysk-amerikanske fysikern Alex Vilenkin har hursomhelst ägnat en stor del av sin tid att probera denna fråga med fysikens metoder och dessa eskapader berättar han om i Kosmische Doppelgänger (Springer 2008; engelsk upplaga: Many worlds in one, Hill and Wang, 2006).
Enligt nuvarande kosmologiska standardmodell uppkom universum för sådär 14 miljarder år sedan. Man kan med gängse fysikaliska teorier modellera universums utveckling från några bråkdelssekunder efter BB framåt men det går inte att veva ända tillbaka till den exakta ”startpunkten” t = 0 då universum skulle sammanfalla med en punkt. Dessinnan får vi förmoda att kvantfysikaliska effekter kommer att ändra på spelets regler, men problemet är att ingen har tillsvidare kunnat förena kvantmekaniken och gravitationen i en invändningsfri helhetsteori (kvantgravitation).
(En ansats betecknad loop quantum cosmology med Martin Bojowald bland de främsta propagatörerna menar att BB skall tolkas som Big Bounce: universum har uppkommit ur ett tidigare universum som kollapsat och studsat tillbaka i en ny expansion som vi tolkar som Big Bang. Studsen förklaras genom att gravitationen blir repulsiv ifall rumtiden komprimeras tillräckligt mycket.) Detoaktat har det sedan 1960-talet utvecklas en gengre som kallas kvantkosmologi där bl a Stephen Hawking varit en av de tongivande figurerna. Metoden har varit att förenkla modellen av universum till en tredimensionell sfär som geometriskt beskrivs av en enda parameter, radien R. Tillämpas Einsteins ekvationer på en sådan förenklad modell så kan resultatet liknas vid en modell för en partikels rörelse R(t) längs en linje. Det är på denna analoga partikelmodell som man sedan i sin tur tillämpar kvantmekaniken
och på så sätt fabricerar kvantkosmologi. I brist på en äkta kvantgravitation så verkar kvantpartikelanalogin var det enda sättet att få ett grepp om pre-Bang frågan. Men alla extrapolationer baserad på denna analogi dras med en betydande
”kvantosäkerhet”. De flesta fysiker tänker dock pragmatiskt: det avgörande är hur väl teorins förutsägelser stämmer med observationer, inte hur logiskt perfekt teorin är uppbyggd (förstås föredrar man en elegant teori, ceteris paribus, om en sådan står till buds). Härvidlag har kvantkosmologin kammat hem endel poänger genom att bl a statistiskt förklara galaxernas fördelningar utgående från kvantfluktuationer från det skede då universum inte vara större än en atom. Emellertid Vilenkin skapade en viss sensation då han 1982 publicerade en artikel i Physical Review Letters där han presenterade en kvantkosmologisk modell där universum sades uppkomma genom kvanttunnel-effekten ur ”ingenting” (nothing). (Vilenkin nämner flere föregångare, bl a M G Albrow och E P Tyron vilka 1973 spekulerade om att universum uppkommer genom en sorts kvantfluktuation.)
Med ”ingenting” avser Vilenkin ej ”tomrum” utan ett tillstånd utan rumtid, vilket i modellen motsvarar ett universum med radien R = 0, en punkt alltså. Vilenkin har inte lyckats övertyga Hawking och hans skola om att universum uppkommer genom kvanttunnel-effekten ur ”ingenting” vilket kan kanske trösta dem som inte hakar på Vilenkins förklaringar. Hursomhelst menar sig Vilenkin ha bekräftat Augustinus' tes att universum inte skapats i tiden, utan att tiden uppkom med universum. Det finns inget ”före” universum eftersom tiden ”då” inte fanns (non erat tempus). Kan detta utläsas ur ekvationerna? Tyvärr finns ingen diskussion i Vilenkins bok om hur man går från matematiken till tolkningarna (för lite mera kött på benen se t ex Victor Stenger: The Comprehensible Cosmos, Prometheus Books 2006, som har förtydligande matematiska appendix). Vilenkin medger själv att han, med P J Steinhardts beteckning, här praktiserar metafysisk kosmologi (eller metakosmologi) vilket inte har någon direkt relevans för det som man s.a.s. kan mäta och väga. Han menar dock att hans exempel visar att det är möjligt att rationellt behandla pre-Bang frågan (genom att uppställa matematiskt formulerade modeller) även om det främst handlar om en sorts estetiskt behov. Vilenkin utamanar också sådana filosofer som menar att det är meningslöst att tala om existens bortom rumtiden. Utöver pre-Bang frågan diskuterar Vilenkin också möjligheten av ett multiversum som är fyllt av expanderande universum ungefär som kokande vatten fylls av gasbubblor. Härav tanken att ifall det sålunda existerar oändligt antal universum så bör varje fysikaliskt möjlig värld vara realiserad bland någon av de oändliga möjligheterna, däribland världar som är närapå identiskt lika som vår där en uppsättning våra gengångare lever, och går det dåligt för oss här kan vi trösta oss med att det finns ett annat universum där lyckans sol lyser över vår alter ego. Föreställningen om multiversum delar fysikerna i två läger: De som tar seriöst på idén och de som uppfattar den som överflödigt metafysiskt bagage (båda ståndpunkterna kommer till tals i Universe or Multiverse? red. B Carr, Cambridge UP 2007). En falang inom kosmologin (den ekpyrotiska modellen) antar t ex att multiversum består av fyrdimensionella universum (”branes”) i en fem-dimensionell rumtid där kollisioner mellan två braner ger upphov till det som vi kallar Big Bang.
Vilenkins bok är av intresse som ett dokument på kontroverserna (även om Vilenkin inte själv framhäver kontroverserna) inom den modärna fysiken som nyligen har accentuerats t ex genom Lee Smolins (The Trouble with Physics? Houghton Mifflin 2006) och Peter Woits (Not Even Wrong, Jonathan Cape 2006) angrepp på den (enligt dem) överhajpade strängteorin vars anhängare de anser sysslar med metafysik snarare än med fysik. Idag är emellertid begrepp som multiversum comme il faut i fysiken;
dvs, de accepteras i publikationer såsom Physical Review Letters. Jag minns från en fysikkonferens i slutet av 1980-talet hur en föreläsare fortfarande blev merellermindre utskrattad då han pratade om baby-universes. Ifall CERNs LHC- partikelaccelerator snart åter kommer igång som planerat kan vi förvänta oss att fokus för en tid återigen riktar sig på mer ”jordnära” experimentella resultat och deras konsekvenser. Samtidigt har astronomerna samlat på resultat, såsom rönen om mörk materia och mörk energi, vilka teoretikerna fortfarande inte har fått någon rätsida på.
Trots en mängd vilda spekulationer släpar teorin idag efter experimenten i den meningen att teoretikerna inte i nämnvärd grad har lyckats härleda några definitiva experimentella konsekvenser från de spekulativa teorierna. (Ett ”problem” är att den s.k. Standardmodellen inom partikelfysiken har varit så framgångsrik de senaste decennierna att det är svårt att se något kryphål som öppnar vägen till en mer omfattande teori.) Kanske man t.o.m. kan skönja en sorts utmattning bland kvantgravitationisterna efter decennier av tämligen modesta framgångar. En av de mera kända bland dem, John Baez, uppgav nyligen att han sadlat om och koncentrerar sig på andra frågor. Men säkert är att nya adepter träder istället. En vetenskap som inte undersöker sina egna gränser vore ju inte en vetenskap utan en samling dogmer.
Frank Borg
