Universet
Fejlvurdering

Endast fem procent av universum består av synlig materia – resten är okända mörka materia, anser forskarna sedan länge. Men kanske är det så att det mörka i universum inte alls existerar.

© Shutterstock

95 procent av universum existerar kanske inte

Under lång tid har fysiker ansett att största delen av universum består av mörk materia och mörk energi. Men nya teorier indikerar att den mystiska mörka materian är rent påhitt.

10 december 2017 av Rolf Haugaard Nielsen

Fem procent synlig materia, 27 procent mörk materia och 68 procent mörk energi. Så lyder receptet på universum enligt traditionell kosmologi.

Ingen vet dock vad mörk materia och mörk energi egentligen är. Därför har fysiker under de seneste tio åren bedrivit en intensiv jakt med tekniskt komplicerad utrustning för att hitta universums hemliga ingredienser: De har byggt finkänsliga detektorer för att fånga mörkrets partiklar; de har försökt skapa partiklarna på egen hand i underjordiska acceleratorer; och de har spanat långt ut i rymden i hopp om att hitta tecken på de mörka beståndsdelarna – allt utan framgång.

De resultatlösa ansträngningarna gör att kosmologin är på väg in i en existentiell kris – det finns nämligen ett behov av mörk materia och mörk energi för att få universums ekvationer att stämma. Därför frågar sig nu flera forskare om den mörka materialen ens existerar.

Mörkret räddar Einstein

Begreppen mörk materia och mörk energi uppfanns och tillfördes kosmologin för att rädda Albert Einsteins allmänna relativitets­teori.

Einsteins komplicerade teoretiska arbete från år 1915 beskriver hur massan i rymden i kombination med tyngdkraften har skapat dagens universum. Teorin omfattar utvecklingen från stora smällen, som startade universums utvidgning, till vår tid. Relativitetsteorin har till och med bekräftats genom åtskilliga astronomiska observationer av hur universum fungerar. Därför förkastar forskarna inte Einsteins omfattande arbete bara för att nya observationer skapar ett problem med hur det kan förklaras.

Det skedde första gången år 1933. Då upptäckte den schweiziske astronomen Fritz Zwicky upptäckte att galaxhopen Coma inte uppförde sig enligt tyngdlagen.

Enligt Newton har kroppar en ömsesidig dragningskraft som bestäms utifrån kroppens massa: Ju större massa, desto större kraft. Dessutom avtar en stor kropps dragningskraft på mindre, kretsande kroppar starkt över avstånd. 

Zwicky hade observerat att galaxhopen Coma roterar så snabbt att tyngdkraften från enbart de synliga stjärnorna och gaserna i galaxerna omöjligt kan hålla samman hopen – den snabba rotationen borde slunga ut galaxerna åt alla håll. Han trodde därför att det måste finnas en osynlig massa i galaxhopen.

Läs mer om universums mörka gåtor i Illustrerad Vetenskap.

På 1970-talet visade flera observationer att samma problem gäller för de enskilda stjärnorna i individuella galaxer: Systemen roterar för snabbt för att kunna hålla kvar de yttersta stjärnorna i sina banor utan hjälp från tyngdkraften från en okänd massa. Därför uppfann forskarna en mystisk mörk materia som kunde lösa problemet.

Universum utvidgar sig snabbare

Med införandet av mörk materia fungerade relativitetsteorin igen – åtminstone fram till år 1998.Då upptäckte nämligen astronomerna att universums utvidgning accelererar.

Dessförinnan hade forskarna trott att utvidgningens tempo antingen var konstant eller avtagande eftersom drivkraften bakom härstammar från explosionen vid Stora smällen. De astro­nomiska observationerna visade att avlägsna exploderande stjärnor lyste oväntat svagt jämfört med supernovor som ­befann sig nära jorden.

Den rimligaste förklaringen till det var att de avlägsna supernovorna befinner sig längre bort från jorden än vad forskarna trott, eftersom universums utvidgning har ökat farten. Forskarna förklarade den allt snabbare utvidgningen med en mörk repellerande energi – och då fungerade ekvationen igen.

Einstein var i framkant – utan att veta om det

Införandet av mörk energi är förenlig med relativitetsteorin. Faktum är att Albert Einstein själv införde en form av repellerande energi i sitt arbete.

När teorin offentliggjordes år 1915 trodde astronomerna fortfarande att universum var statiskt och att galaxerna stod stilla. Därför införde Einstein en teoretisk repellerande kraft som stod emot tyngdkraftens försök att dra galaxerna mot varandra, så att jämvikt uppnåddes. 

När Edwin Hubble år 1929 bevisade att universum inte är statiskt, utan utvidgas i alla riktningar sa Einstein dock att uppfinningen av den repellerande kraften var den största blundern i hans karriär.

Einstein var dock närmare Hubbles upptäckt än han förstod. Einstein såg på den repellerande kraften på fel sätt – som en motvikt till tyngdkraften – men hans teori har många likheter med den mörka energin.

Enligt relativitetsteorin innehåller vakuum av en viss storlek alltid samma mängd repellerande energi. I takt med universums utvidgning har vakuumet ökat och då har den mörka energin förstärkts. Enligt modern kosmologi blev repelleringen för sex miljarder år sedan så stark att den mörka energin övervann tyngdkraftens försök att dra ihop universum och fick utvidgningen att accelerera.

GÅ PÅ UPPTÄCKT I UNIVERSUM med en prenumeration på Illustrerad Vetenskap

Universums mörka är teoretiska nödlösningar

Uppfinningen av mörk massa och mörk energi innebar enorma korrigeringar av kosmologin: Tillsammans utgör de 95 procent av universum. Ett så omfattande påstående kräver bevis.

Men varken astronomerna eller fysikerna har lyckats sprida ljus över universums mörka sida. Därför förkastar nu flera forskare idén som ett teoretiskt villospår och förlitar sig nu på andra teorier.

Den mest radikala idén kallas Mond och lanserades av den israeliske fysikern Mordehai Milgrom. Han hävdar att universums okända massa inte existerar. 

Enligt honom beror förklaringsproblemet med ­galaxernas snabba rotation på ett fel i Newtons gravitationslag, som formulerades redan år 1666. Milgrom påstår att gravita­tionens styrka inte minskar lika mycket över stora avstånd som teorin förutsäger.

Enligt Mond gäller teorin i små system som exempelvis vårt solsystem, men i stora strukturer som en galax med en utsträckning av hundratusen ljusår gäller Newtons gravitationslag bara till en viss punkt beroende på systemets massa. Därifrån avtar gravitationen inte längre lika mycket som Newton hävdar. Därför är gravitationen från galaxens synliga materia ändå tillräckligt stor för att hålla fast de yttersta stjärnorna i sina banor.

Till en början avvisade de flesta forskare Milgroms teori. Han ger ingen förklaring till varför gravitationen fungerar annorlunda än man hittills har trott och hans förändrade gravitationslag beskriver inte universums utveckling ända från stora smällen. 

Men nu har den amerikanske astronomen Stacy McGaughs observationer av 153 galaxer gett Mond vind i seglen. Teorin stämmer bra med hur galaxernas beter sig och förklarar deras rotation även utan mörk materia.

Mörk energi är ett räknefel

Även universums största beståndsdel – mörk energi – är utsatt när fysiker och astronomer reviderar den moderna kosmologin. En av de framväxande teorierna säger att behovet av mörk energi som drivkraft för universums utvidgning beror på ett enkelt räknefel. 

Relativitetsteorins ekvationer är så avancerade att forskarna tvingas arbeta med förenklingar som kan skapa avvikelser i resultaten.

Forskare vid Loránd Eötvös-universitetet i Budapest, Ungern, anser att mörk energi är en nödlösning som är ett resultat av de förenklade beräkningarna. De har använt en ny förenkling som får universums accelererande utvidgning att fungera utan mörk energi. Därför anser de att kraften bara är ett rent påhitt.

Avgörandets stund är nära

De flesta kosmologer, astronomer och fysiker dock tror fortfarande på teorierna om mörk materia och mörk energi och arbetar hårt för att bevisa deras existens.

Men om inte forskarna får fram några resultat inom de närmaste åren tvingas de inse att de har jagat något som inte finns. 

Då får de istället kasta sig över de många framväxande alternativa teorierna för att förklara universums mystiska beteende.

Kasta en blick på det okända

Du kan inte se universums expansion med en vanlig kikare, men däremot kan du komma mycket närmare exempelvis månen, Saturnus ringar och Jupiters måne. Och just nu kan du investera i det perfekta startpaketet för en amatörastronom. Du får:

  • En kraftfull handkikare att på gå upptäcktsfärd med i solsystemet.
  • En guide till stjärnhimlen 2018 så att du vet vart du ska titta och när.
  • Två nummer av Illustrerad Vetenskap som berättar för dig vad du ska hålla koll på.

Du kan exempelvis rikta kikaren mot stjärnbilden Svanen där stjärnor kolliderar och exploderar i en röd nova omkring år 2022 – ett fenomen som du kan se med kikaren från Mitilux.

TA DEL AV DITT ERBJUDANDE HÄR

Läs också

PRENUMERERA PÅ ILLUSTRERAD VETENSKAPS NYHETSBREV

Du kan ladda ned ditt gratis specialnummer, Vår extrema hjärna, så snart du har beställt vårt nyhetsbrev.

Kanske är du intresserad av...

Hittade du inte vad du söker? Sök här: