Astrofysikern: ”I alla scenarier tar vårt universum slut” 

2021-01-14 06:00  

Hur kommer allting att sluta, alltså hela vårt universum? Astrofysikern Katie Mack har rett ut fem av de mest sannolika scenarierna enligt vetenskapen. 

Ania Obminska

Den amerikanska astrofysikern Katie Mack var runt tio år gammal när hon började läsa Stephen Hawkings böcker. Det fick henne att fundera kring Big bang, svarta hål och kosmos i stort. 

Men det var först när hon gick på college som hon började bli intresserad av universums slut. Det var då hon började inse vilka ”verkligt stora, läskiga saker” som har hänt i universum tidigare och hur mycket vi fortfarande inte förstår. Inte minst om vårt universums sista kapitel.

– Det gjorde mig väldigt fascinerad över vilka möjligheter som fanns och hur vi kunde lista ut vilka de var, berättar hon för Ny Teknik över ett videosamtal på Teams.

Hon är normalt baserad vid North Carolina State University, men på grund av pandemin befinner hon sig vid intervjutillfället mer norrut på den amerikanska östkusten, i Massachusetts. 

Läs mer: Andrea Ghez har spanat efter svarta hål i 30 år

Katie Mack har likt giganter som Stephen Hawking lyckats kombinera sitt intresse och sin forskning med förmågan att kommunicera ut den på ett begripligt och engagerat sätt till en bredare allmänhet, fått oss att haja till och fundera kring vår egen existens. Det har hon bland annat gjort med artiklar i tidningar som The Guardian, Scientific American och Slate men också via sitt populära Twitter-konto @AstroKatie.

Det är universums slut som är temat för hennes första bok ”The End of Everything: (Astrophysically Speaking)” som gavs ut 2020. Titeln knyter an till Stephen Hawkings banbrytande bok “The Theory of Everything: The origin and fate of the universe” från 2002. 

Att forskare studerar universums slut, eller vilken aspekt som helst av teoretisk kosmologi, beror inte på att det kommer att ge några direkta praktiska fördelar i våra liv. Det beror enkelt på att vi är nyfikna varelser, menar Katie Mack.

Astrofysikern Katie Mack. Foto: Nerissa Escanlar

– Vi vill ha svar på de här stora frågorna. Vi vill veta hur vi passar in i kosmos, vad syftet är med att vi är här, vilket slags perspektiv vi bör ha, vad vi bör förvänta oss av framtiden och av vår arts arv, säger hon.

I boken dyker hon ner i fem idéer som har diskuterats flitigt i den vetenskapliga litteraturen, men som inte riktigt verkar ha nått en bredare allmänhet. De här scenarierna representerar bredden av vad som kan hända, sammanfattar Katie Mack, som själv är teoretiker och alltså tar sig an frågor om universum med hjälp av ekvationer och programmering, snarare än teleskop och experiment. 

De fem scenarierna är: Stora krossen, Värmedöden, Vakuumförfall, Stora rivet och Studsen.  

Stora krossen 

– Stora krossen sågs som det mest sannolika scenariet runt 1960-talet. Det är idén om att universums expansion, den som pågår just nu, kanske tar en vändning och får allt att kollapsa igen, berättar Katie Mack.

Allt skulle alltså börja komma närmare varandra, och universum skulle bli varmare och tätare. Det skulle sluta med en väldigt dramatisk kompression, där allt kokas.

– Det är ett ganska otrevligt sätt att sluta på, men vi tror inte att det är sannolikt att det är så det kommer att bli, baserat på befintlig data. Universums expansion tycks inte avstanna, inte gå tillbaka utan snarare expandera allt snabbare, säger Katie Mack.

Värmedöden 

Om universum fortsätter att expandera, vilket tycks vara fallet utifrån vad vi vet i dag, då är värmedöden också det mest sannolika slutet av de fem Katie Mack beskriver.

Läs mer: Maten i rymden – en besvärlig historia

Hon berättar att mörk energi får hastigheten på universums expansion att öka, vilket i slutändan leder till att kosmos töms.

– Allt kommer längre ifrån varandra. Allt blir mer utspritt. Stjärnor brinner ut och nya stjärnor kan inte längre bildas. Då får du ett universum där stjärnor dör, partiklar förfaller, svarta hål ”dunstar bort”. Universum blir bara väldigt, väldigt kallt, tomt och mörkt, förklarar Katie Mack.

Universum förfaller till ren, oordnad energi. Väldigt lite strålning finns kvar, därav namnet ”värmedöden”. 

Vakuumförfall 

Vakuumförfall bygger på en instabilitet som finns i universum, en slumpmässig variation i det energifält som kallas Higgsfältet.

– Det är ett slags energifält som fyller hela universum och som är förknippat med en särskild energi. Det finns en subatomär process som kan ske någon gång i det här energifältet, som kan få det att förändras. Det skulle vara dåligt eftersom Higgsfältet på sätt och viss avgör hur fysiken fungerar i vårt universum, säger Katie Mack.

Illustration av det tidigt expanderande universum. Vårt universum tros ha startat för 13,7 miljarder år sedan med en explosion kallad Big Bang. Foto: Science Photo Library

Det skulle kunna leda till att atomer inte längre håller ihop och att partiklar inte interagerar som de brukar. Det skulle förstöra fysiken så som vi känner den, förändra hur universum fungerar och göra att strukturer, som exempelvis människor, blir omöjliga.

– Det skulle orsaka en bubbla av en annan slags rymd att expandera genom universum med ljusets hastighet. Det skulle förstöra allt. Varenda gång jag pratar om det här känner jag att jag måste tillägga att det här inte är något vi behöver oroa oss för.

Att allt slutar med vakuumförfall är ganska osannolikt. Men om det kan ske så skulle det kunna hända ”nästan närsomhelst”. Katie Mack tycker att vi ska se på det här som ”en väldigt cool, spännande idé”. 

Stora rivet 

”Stora rivet” går att relatera till ”Värmedöden”. Mystisk mörk energi gör att universum expanderar allt snabbare. Kanske kan denna mörka energi också ha inneboende energifält, en ”fantom, mörk energi”, som orsakar expansionen. 

Mängden mörk energi i universum ökar här över tid och på ett sådant sätt att expansionen sker allt snabbare och blir allt mer kraftfull, förklarar Katie Mack.  

Galaxer rör sig allt längre bort från varandra. Det skapas mer rymd. Men det skulle också dra isär sådant som redan sitter ihop, som galaxer, stjärnor och solsystem. Det skulle bli så kraftfullt att hela universum till slut skulle dras isär – ”det stora rivet”. 

Om det här skulle hända, så skulle det ske minst 200 miljarder år från i dag, berättar Katie Mack. Och det finns skäl att tro att det här scenariet ändå inte är så sannolikt.

– I grunden handlar det om att det inkluderar ett slags energifält som nog inte kan existera, men det är spännande eftersom det inte går att utesluta baserat på datan och konsekvensen är så väldigt dramatisk, säger hon.

Studsen 

Den femte och sista möjligheten som Katie Mack tar upp i sin bok är ”Studsen”. Här går universum igenom en cykel. Det skulle alltså kunna finnas en början (till exempel Big bang) ett slut (där universum komprimeras och kollapsar) och sedan en ny början (en ny Big Bang), där ett nytt universum uppstår.

– Det här är ett område där det finns mycket ny forskning och det är väldigt preliminärt, men det finns coola idéer och möjligheter för ett framtida universum, efter vårt, säger Katie Mack.

Nasa har planer för ett nytt rymdteleskop, som ska belysa Big bang. Det tvååriga uppdraget kan inledas mellan juni 2024 och april 2025. Foto: Cover Images/Zuma Press

Forskare talar om att vissa saker skulle kunna överleva övergången, så det skulle kunna finnas spår från det tidigare universumet inbyggda i det nya.

– I alla dessa scenarier tar vårt universum slut. Vi kommer inte att få fortsätta, men vissa finner tröst i att något fortsätter efter oss, säger Katie Mack.

Hur man forskar på universums slut

Ett problem med alla hypoteser om universums slut är att de inte går att pröva. Forskare måste använda sig av extrapoleringar, alltså utgå från sådant man redan vet och se vilka idéer som är förenliga med det, berättar Katie Mack. 

Ett sätt att lära sig mer om universums slut är att studera universums början. Kan man förstå exakt vad som hände i universums födelse kan man också ta reda på mer om sådant som kosmos övergripande struktur, vilka regler som styr kosmos utveckling och kanske om det kanske funnits ett annat universum tidigare, vilket skulle kunna föreslå att det blir en till efter vår. 

Ett annat sätt att studera universums slut är genom att titta på hur universum utvecklas och förändras nu, till exempel genom att studera avlägsna galaxer, på hur snabbt de rör sig ifrån oss, mäta kosmos expansionshastighet och titta på hur den har förändrats över tid.  

Teknik är förstås viktigt i det här arbetet. Till exempel kan nya teleskop göra det möjligt att se många fler avlägsna galaxer och supernovor. 

Katie Mack hoppas att forskningen snart ska kunna ge fördjupade kunskaper om mörk materia och mörk energi, som vi vet väldigt lite om i dag.  

Mörk energi är något som får universum att expandera snabbare. Det är det enda vi vet om det. 

Mörk materia är en osynlig materia, som har gravitation och håller ihop. Majoriteten av all materia i universum, uppåt 85 procent, består av detta osynliga som påverkar hur stjärnor rör sig i galaxer och hur galaxer rör sig i universum. Det kan ha varit det som format de första strukturerna i universum, men forskarna vet inte vad det är.

– Om vi hittar svaren på vad detta, om vad mörk materia och mörk energi är, kommer vi att få en mer komplett syn på hur fysik fungerar. Det kan också besvara en massa andra frågor, om universums struktur som helhet, säger Katie Mack.

Vad Big Bang inte var

Är det något forskningen redan rett ut i dag, men som allmänheten kanske inte har förstått? Katie Mack nämner Big bang. Många verkar fortfarande tro att det var en explosion av något från en punkt som resulterade i en större rymd. Så var det inte. Det finns inget centrum av universum, ingen punkt från vilket allt kom. 

Vad man egentligen menar med The Big Bang är att universum var betydligt varmare och tätare och ”på ett sätt mindre” förr. Men Big Bang ”hände överallt”. Universum kan ha varit väldigt stort redan från början.

– Allt var närmare varandra då och nu är det mer isär. Allt var varmare då och nu är det kallare. Det är vad vi kan säga om Big Bang. Men det rör sig inte från en punkt. Allt rör sig från allt annat för att hela rymden växer, säger Katie Mack.

Mer om Katie Mack 

Katherine ”Katie” Mack (född 1981) är teoretisk kosmolog och biträdande professor vid North Carolina State University. Hon har skrivit artiklar för bland annat Scientific American, Time och Cosmos och har ett populärt Twitter-konto under namnet @AstroKatie. 

Katie Mack är utbildad vid California Institute of Technology och Princeton University. Hennes doktorsavhandling från 2009 handlar om tidiga universum. Den heter ”Tests of early universe physics from observational astronomy”. 

Hennes första bok ”The End of Everything: (Astrophysically Speaking) gavs ut I augusti 2020 av förlaget Simon & Schuster.  

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer