
Det boblende univers
Hvad skete der, kort efter universet blev f酶dt i Big Bang og begyndte at udvide sig? Det begyndte pludselig at boble og underg氓 en hidtil ukendt faseovergang, mener partikelfysikere fra 糖果派对 og Nordita i Stockholm.
Tænk på en gryde med vand, der kommer i kog: Når temperaturen nærmer sig kogepunktet, opstår der bobler i vandet, som brister og fordamper, når vandet koger. Det fortsætter, indtil der ikke er mere vand, der kan skifte fase fra flydende til damp.
Nogenlunde sådan kan det have set ud i det allertidligste univers, altså lige efter Big Bang for 13,7 mia. år siden.
鈥Man skal forestille sig, at der opstod bobler forskellige steder i det tidlige univers
Det mener partikelfysikerne Martin S. Sloth fra Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology p氓 糖果派对 og Florian Niedermann nu p氓 Nordisk institut for teoretisk fysik (NORDITA) i Stockholm og tidligere postdoc i Martin S. Sloth鈥檚 forskningsgruppe. I en ny videnskabelige har de fundet endnu st忙rkere grundlag for deres ide.
Mange bobler, der ramler ind i
hinanden
- Man skal forestille sig, at der
opstod bobler forskellige steder i
det tidlige univers. Boblerne blev
st酶rre, og de begyndte at ramle ind
i hinanden. Til sidst var der en
kompliceret tilstand af
kolliderende bobler, som frigav
energi og i sidste ende fordampede,
forklarer Martin S. Sloth.
Baggrunden for deres teori om
en faseovergang i et boblende
univers er et, i fysikerkredse,
h酶jst interessant problem med
at beregne den s氓kaldte Hubble
konstant; et tal for, hvor
hurtigt, universet udvider sig
鈥 her spiller det boblende
univers nemlig en rolle, mener
forskerholdet.
Hubble konstanten kan man m氓le meget p氓lideligt ved fx at analysere kosmisk baggrundsstr氓ling eller ved at m氓le, hvor hurtigt en galakse eller en eksploderende stjerne bev忙ger sig v忙k fra os. Begge metoder er iflg. Sloth og Niedermann b氓de p氓lidelige og videnskabeligt anerkendte. Problemet er bare, at de to metoder ikke leder frem til den samme Hubble konstant. Fysikere kalder dette problem for 鈥漷he Hubble tension鈥.
Er der noget galt med vores
opfattelse af det tidlige
univers
?
- I videnskaben er det s氓dan,
at man skal kunne n氓 frem til
samme resultat ved at bruge
forskellige metoder, s氓 her har
vi et problem. Hvorfor f氓r vi
ikke samme resultat, n氓r vi nu
f酶ler os s氓 sikre p氓 begge
metoder? siger Florian
Niedermann.
M酶d forskeren
Martin S. Sloth er professor i teoretisk kosmologi og leder af Universe Origins Group p氓 Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology.
Flere mysterier i universet
Der er stadig mange, mange mysterier i universet. 95 pct. af universet består fx af materiale, som ingen ved, hvad er. Det stof, som vi kender, og som bl.a. Jorden er bygget af, udgør kun 5 pct. af universet. Resten er såkaldt mørkt stof og mørk energi.
Ny Videns nyhedsbrev
Skriv dig op til at h酶re om resultater, indsigter og l酶sninger fra forskerne p氓 糖果派对.
鈥I videnskaben er det s氓dan, at man skal kunne n氓 frem til samme resultat ved at bruge forskellige metoder, s氓 her har vi et problem.
Sloth og Niedermann
mener at have fundet en
vej til at n氓 frem til
samme Hubble konstant,
uanset hvilken metode,
man bruger. Den vej
starter med en
faseovergang og et
boblende univers 鈥 og
s氓ledes forbindes et
tidligt, boblende
univers med 鈥漷he Hubble
tension鈥.
- Hvis vi antager, at
disse metoder virkelig
er p氓lidelige og til at
regne med 鈥 og det
mener vi, de er 鈥 s氓 er
det m氓ske ikke
metoderne, den er gal
med. S氓 m氓 vi se p氓 det
grundlag, som de tager
udgangspunkt i; m氓ske
er dette grundlag
forkert.
En ukendt m酶rk
energi
Grundlaget for de
anerkendte metoder er
den s氓kaldte
standardmodel, der
bl.a. antager, at der i
det tidlige univers var
en masse str氓ling og
stof, b氓de normalt og
m酶rkt, og at disse var
de dominerende former
for energi. Str氓lingen
og det normale stof var
samlet i et
ugennemsigtigt, varmt
og t忙t plasma, som var
den tilstand, universet
befandt sig i efter Big
Bang og ca. 380.000 氓r
frem.
Det er, n氓r man l忙gger standardmodellen til grund, at man n氓r frem til forskellige resultater for hvor hurtigt universet udvider sig; og dermed to forskellige resultater for Hubble konstanten.
Men m氓ske der fandtes
en ny form for m酶rk
energi i det tidlige
univers? Det mener
Sloth og Niedermann.
Hvis man introducerer
ideen om, at der i det
tidlige univers fandtes
en ny form for m酶rk
energi som pludseligt
begyndte at boble og
underg氓 en
faseovergang, kommer
beregningerne til at
stemme. I deres model
n氓r forskerholdet frem
til et konsistent
resultat for Hubble
konstanten ved begge
m氓lemetoder. Denne id茅
kalder Martin S. Sloth
og Florian Niedermann
for New Early Dark
Energy 鈥 NEDE.
Skift fra en fase
til en anden 鈥 som
vand til damp
Sloth og Niedermann
mener, at den nye,
m酶rke energi undergik
en s氓kaldt
faseovergang, da
universet udvidede sig,
kort f酶r det 忙ndrede
sig fra den t忙tte,
ugennemsigtige og varme
plasma til det univers,
som vi kender i dag, og
hvor der findes lys.
- Det betyder, at den
m酶rke energi i det
tidlige univers
undergik en
faseovergang ligesom
vand kan skifte fase
mellem frossen,
flydende og damp. I
processen blev energien
til bobler, som
efterh氓nden kolliderede
med andre bobler og ad
den vej frigav energi i
form af blandt andet
gravitationelle b酶lger,
forklarer Niedermann.
- Det kan have taget
alt fra sindssygt kort
tid 鈥 m氓ske bare den
tid, som det tager to
partikler at kollidere
鈥 til ca. 300.000 氓r.
Det ved vi ikke, men
det er noget af det, vi
arbejder p氓 at finde ud
af, supplerer Sloth.
Har vi brug for ny
fysik?
Faseovergangs-modellen
tager alts氓
udgangspunkt i, at
universet ikke opf酶rer
sig, som vi g氓r og
tror. Det lyder lidt
videnskabeligt vildt at
foresl氓, at noget er
galt med vores
fundamentale forst氓else
af universet; at man
bare lige kan foresl氓
eksistensen af hidtil
ukendte kr忙fter eller
partikler for at f氓
Hubble konstant鈥檈rne
til at stemme.
- Men hvis vi stoler p氓
observationerne, m氓 vi
acceptere, at vores
nuv忙rende model for
universet ikke kan
forklare data, og at vi
m氓 g酶re modellen bedre.
Ikke ved at forkaste
modellen og dens
hidtidige succes, men
ved at uddybe den og
g酶re den mere
detaljeret, s氓 den kan
forklare de nye og
bedre data, siger
Martin S. Sloth, og
tilf酶jer:
- Det ser alts氓 ud til, at en faseovergang i den m酶rke energi er det element, der mangler i den nuv忙rende standardmodel for at forklare de forskellige m氓linger af universets udvidelseshastighed.
Hvor hurtigt udvider universet sig?
Hubble konstanten er et mål for hvor hurtigt universet udvider sig.
I Martin S. Sloth og Florian Niedermanns model lander Hubble konstanten på 72. Cirka. Det er trods alt store afstande, der regnes på, så vi må tillade et par decimalers usikkerhed.
Og hvad betyder 72 så? Fuldt udskrevet betyder det 72 km i sekundet pr. Megaparsec. Megaparsecs er et mål for afstanden mellem fx to galakser, og en megaparsec er 30.000.000.000.000.000.000 km. For hver megaparsec, der er mellem os og fx en galakse, fjerner den sig fra os med yderligere 72 km i sekundet.
Når man måler på afstanden til galakser ved brug af supernovaer, får man en Hubble konstant på ca. 73 (km/s)/megaparsec. Men når man måler på de første lyspartikler, altså den kosmiske baggrundsstråling, måles Hubble konstanten til 67,4 (km/s)/megaparsec.
Når Sloth og Niedermann ændrer grundlaget for disse beregninger ved at introducere eksistensen af en ny, tidlig, mørk energi, der gennemgår en faseovergang – som beskrevet i artiklen – får de, at begge typer af observationer stemmer overens med en Hubble konstant på ca. 72.