Hoppa till huvudinnehåll

Saker man inte ser: Fem färder i det fördolda

Illustration av mörk energi.
Illustration av mörk energi. Illustration av mörk energi. Bild: Sam Barnes / Alamy/All Over Press Mörk energi

I Kvanthopp funderar vi den här veckan kring det dolda universum. Saker vi inte kan se, och som vi inte ens alltid vet någonting om. Allt från våra egna gener till matematikens decimaldjungler, och rymdens ruskigt vida vidder.


Av alla saker som vi inte ser, är den här den största och den som vi vet minst om. Den absolut största delen av universum är fullständigt okänt för oss. Sådant som vi varken kan se eller vet vad det är.

Då avser jag den så kallade mörka materian, som utgör cirka 20 procent av universums massa, och den mörka energin som utgör hejdlösa 75 procent. Det lilla som vi kan se, stjärnor och planeter och diverse stoftmoln utgör bara runt fem procent av kakan. Vad är allt det här andra? Vad gör de? Vart leder de universum i framtiden?

1. Den kosmiska lakritsen? Nej!

Vi kan ju börja med det där som vi har valt att kalla mörk materia.
För ett antal år sen snackade jag om det här med Kari Enkvist, professor i teoretisk fysik och kosmologi vid Helsingfors universitet. Han tyckte att namnet är missvisande. Det här är inte något slags kosmisk lakrits. Kalla det hellre genomskinlig materia.

Kalla det hellre genomskinlig materia― Professor Kari Enkvist

Mörk materia är alltså inte mörk i ordets vanliga betydelse. Den är osynlig, helt enkelt. Genomskinlig. Den reagerar inte med ljus, lite som ett vältvättat fönster som dessutom inte ens reflekterar ljus. Vi vet att det finns där, men vi ser tvärs igenom det.

Jaha, nå men hur vet vi att det finns där då? Nå: tänk dig vår galax Vintergatan som en enorm gammal LP-skiva bestående av hundratals miljarder stjärnor. Vår sol är en av dem. Då är den bit som vi kan se, stjärnorna, bara den innersta delen av skivan. Den som den runda etiketten i mitten sitter på.

Och den svarta biten utanför, den som musikspåren sitter på – just det, den är den mörka materian i den här jämförelsen. Den här kransen av mörk materia är helt enkelt mycket större än den synliga delen i mitten. Den med solen och alla de andra stjärnorna och planeterna och dig och din katt.

Kransen av mörk materia är helt enkelt mycket större än den synliga delen i mitten.

Det här var något som man insåg redan på 30-talet: galaxerna roterar mycket fortare än vad de borde göra i förhållande till den mängd synlig materia som de innehåller. Galaxgrupper skulle inte heller kunna röra sig som de gör om det inte fanns någonting där ute som drar i dem med sin tyngdkraft.

Och det här någonting – vad består det av? Eller låt oss säga: vilken är den bästa gissning som vi har i dag?

Nå, den kallas WIMP. Weakly interacting massive particles. Svagt växelverkande massiva partiklar. Lite som neutrinerna, spökpartiklarna vars existens vi känner till med säkerhet.

Solen bombarderar oss hela tiden med neutriner, men de passerar glatt genom både oss och hela jorden, som om vi inte fanns här.

Om de föreslagna WIMP-partiklarna existerar och beter sig ungefär som neutriner, så borde man kunna upptäcka dem ungefär på samma sätt som man upptäcker neutriner. Just nu finns det flera underjordiska observatorier i världen vars syfte är just att spana efter sådana här träffar.

Underjordiska, eftersom man vill eliminera all sorts bakgrundsnojs som kosmisk strålning till exempel.

Underjordiska cisterner

Alltså: om du vill göra ett försök att observera mörk materia, då behöver du en gammal gruva eller något annat lämpligt hålrum djupt nere i berggrunden. Och du behöver en bytta full av något slags lämpligt ämne, flytande xenon eller argon till exempel. Och så behöver du tid. Boka dig rejält med den varan.

Är din bytta tillräckligt stor och du har tillräckligt med tid att vänta så kommer du förr eller senare att se den där pyttelilla blixten som skvallrar om att en supersällsynt krock mellan mörk materia och vår värld har ägt rum. Men ännu har inga sådana blixtar uppenbarat sig, vilket har fått många forskare att misströsta beträffande hela idén om WIMParna.

Man kan också försöka skrämma fram mörk materia i laboratoriet, så som man har gjort på CERN, i den väldiga partikelkollideraren LHC. Men också där har man hittills dragit idel nitlotter.

Men om nu mörk materia i princip finns överallt, så borde det finnas någonting i stil med en partikel per kubikmeter i rummet där vi befinner oss just nu. En sådan svävar kanske genom ditt huvud just nu utan att du vare sig märker det eller vet om det.

Den kosmiska ballongen

Sedan har vi den mörka energin som alltså utgör tre fjärdedelar av universum. Den mörka energin. Vad är den? Som sagt, ingen vet.

Det enda vi vet med säkerhet är att vårt universum expanderar. Fjärran galaxer flyger bortåt från oss, eller vi från dem, och inte bara det, alltsammans accelererar. Fort! Det här upptäckte man i slutet av 90-talet. Och det är den mörka energin som blåser upp universums ballong. Tror vi.

Upptäckten av universums accelererande expansion gav herrarna Perlmutter, Schmidt och Riess från USA 2011 års Nobelpris i fysik. De kom till sin fantastiska slutsats då de studerade fjärran supernovor, exploderande jättestjärnor.

Det existerar nån sorts energifält som genomtränger själva rymden

Den nästan desperata förklaringen i all sin enkelhet är att det existerar nån sorts energifält som genomtränger själva rymden. Det som vi kallar mörk energi eller vakuumenergi, i brist på bättre ord. Vill du kalla det “the force”, varsågod bara (fast Lucasfilm kan komma och kräva dig på royalties).

Något som agerar som en spegelbild av gravitationen är det hur som helst, fast starkare än gravitationen. Men vad det är, och hur det fungerar – ingen aning! Förklara nu sen den mörka energin för din mamma eller kusin Bjarne, när inte våra skarpaste fysiker fattar ett jota!

Självaste Albert Einstein förundrade sig i tiderna över att vår galax Vintergatan inte kollapsar och knycklar ihop sig under sin egen tyngdkraft. Så Einstein skrev in ett slags fuskparagraf i sin allmänna relativitetsteori, den kosmologiska konstanten, Lambda.

Den kosmologiska konstanten var enligt Einstein en form av anti-gravitation som balanserar upp gravitationen och hindrar att allting kollapsar. Einstein skulle senare kalla det här sin största tabbe, men det skulle ju visa sig att han var inne på rätt spår. Det är ju exakt det här som den mörka energin gör, vad den nu än må vara.

2. Vilka hemligheter ruvar talet pi på?

De flesta minns säkert det här från skolans mattelektioner. Talet pi. 3,14 och så vidare. Pi är inte bara nyttigt för astronomernas beräkningar av omloppsbanor. Sambandet mellan en cirkels omkrets och diameter, som det alltså representerar, kan användas inom flera områden, allt från biologi till bildbehandling.

Min personbeteckning till exempel finns i pi. Mitt telefonnummer finns också där.

Pi är ett så kallat irrationellt tal vars decimaler bara fortsätter och fortsätter, bokstavligen i all oändlighet. Så långt man orkar räkna. Och om man orkar ta sig genom tillräckligt med decimaler så kommer det förr eller senare sifferkombinationer emot som verkar bekanta.

Min personbeteckning till exempel finns i pi. Mitt telefonnummer finns också där. Pi är uselt på det här med dataintegritet. Det finns sökmotorer på webben som man kan leta efter allt det här med. Mitt telefonnummer dyker upp i pis decimalflöde något tag efter 60 miljoner decimaler.

Men varför begränsa sig till telefonnummer på tio siffror eller så? Jag menar, om pi är oändligt, och det inte börjar upprepa sig i något skede - typ 123412341234, vilket man inte tror det gör - så finns i princip varenda en enskild ändlig sekvens av siffror där. Bara man rotar tillräckligt länge. Det här går inte att bevisa, men det är inte värst långsökt att anta.

Talet pi och några av dess decimaler.
Talet pi och några av dess decimaler. Bild: imago images / blickwinkel/ All Over Press matematik,Pi

Det här skulle i så fall innebära att siffrorna i pi innehåller, till exempel, en komplett binär representation av ditt DNA, och en jpeg-kodad bild av din farmor som jonglerar kokosnötter på en enhjuling.

Miljoner miljarder decimaler

Just nu har vi koll på de första 31 miljonerna miljarder decimaler i pi, ungefär. Att räkna så långt tog ett par veckor för en av de hävare superdatorerna i världen. Att lagra den mängden decimaler krävde 170 terabyte hårddiskkapacitet. Som jämförelse, 200 000 digitala musikspår tar bara upp ungefär en terabyte.

När man analyserar pi på djupet finner man att siffrorna verkar vara statistiskt slumpmässiga. Då menar jag på det viset att var varje siffra förekommer verkar vara oberoende av vilka siffror som kom precis före den.

Dessutom verkar varje siffra (0 till 9) förekomma grovt sett en tiondel av tiden. Något som man kan förvänta sig om vi snackar om slumpmässigt genererade siffror.

Redan efter 762 decimaler dyker siffran nio upp sex gånger efter varandra

Det här betyder hur som helst inte att samma siffra inte kan förekomma flera gånger i rad. Redan efter 762 decimaler dyker siffran nio upp sex gånger efter varandra, ett faktum som har fått vissa att misstänka att pi kan vara rationellt trots allt. Men så är nog inte fallet.

"Och så vidare"

De sex niorna i rad brukar för övrigt kallas Feynman-punkten, efter Nobelpristagaren Richard Feynman. Han skämtade en gång att om han var tvungen att memorera pis decimaler så skulle han räkna upp dem fram till det här stället och sedan säga “och så vidare”.

Bland andra intressanta sifferkombinationer som återkommer i pi kan vi ju nämna en som uppträder efter 17 miljarder 387 miljoner 594 tusen 880 decimaler: 0123456789. Samma sifferserie, fast inte i den ordningen, uppträder faktiskt redan efter bara 60 decimaler.

Nå, vi vet ju hur som helst att siffrorna i pi har sina givna platser. Pi är bevisligen inte en slumpgenerator, eftersom alltid är samma ordning på decimalerna när vi genererar pi med en dator. Pi vet bara inte om att den där siffersekvensen som är en binär representation av ditt DNA motsvarar en människa kallad Lasse som bor i Vasa. Det är du som är slumpmässig, Lasse, inte pi. Så det så.

Och vi är som sagt tämligen säkra på att pi inte har en logisk ändpunkt i något skede. En som vi bara inte har haft tålamodet att räkna oss fram till.

En som har mer tålamod än de flesta är japanen Akira Haraguchi. Han är den regerande mästaren på att memorera decimalerna i pi. 2006 räknade han inför publik upp inte mindre än 100 000 decimaler. Den bedriften tog honom 16 och en halv timme. Huruvida hans eget telefonnummer ingick i den decimalsatsen vet jag inte. Men det hade ju säkert underlättat saken en aning.

3. Vi ses senare i den stora attraktorn

Coronakarantänen har säkert fått en och annan att sucka över att inte får man resa någonstans numera. "Förr, innan reserestriktionerna, skulle vi ha varit på två södernresor och en alpsemester vid det här laget".

Och vad kan jag säga, annat än att “var inte sån där nu!”

Du har aldrig tidigare varit på den punkt i rymden där du befinner dig just nu

Vi är alla hela tiden på en lång resa i ett jättelikt rymdskepp. Vi reser hela tiden genom rymden med en hiskelig hastighet. Du har aldrig tidigare varit på den punkt i rymden där du befinner dig just nu, och för varje sekund lägger du tiotusentals kilometer till på trippmätaren. Det handlar inte heller om att trampa runt i samma spår, trots att jorden roterar runt i sin bana om och om igen.

Att det ser ut som att du inte rör dig ur fläcken beror bara på att din soffa, ditt hus och din katt - och hela jorden och till och med alla stjärnor du ser på himlen - rör sig åt samma håll med samma hastighet.

Din destination, för du har en sådan också om du inte vet om det, är en mystisk punkt som ligger dold för våra blickar. På andra sidan av vår galax. Den stora attraktorn kallas den.

Vår galax Vintergatan med allt vad den innehåller, inklusive oss, flyger som en jättelik frisbee eller kanske en UFO genom rymden. Den har en hastighet på 2,2 miljoner kilometer i timmen. Så fort rör du dig alltså just nu, medan du sitter stilla. Det är 2500 gånger fortare än marschfarten för en Airbus 330.

Kolla in pelargonen som står i sin kruka på fönsterbrädan. Det är en attans snabb pelargon du har! Ta och måla några fartränder på krukan.

En siluett av en person som tittar på stjärnor.
En siluett av en person som tittar på stjärnor. stjärnor

Vartåt är du och din pelargon och hela Vintergatans galax på väg då? Jo vi färdas som sagt mot en mystisk punkt i universum som ligger cirka 350 miljoner ljusår härifrån, i vår galax färdriktning. Den kallas som sagt den stora attraktorn. Det här är någonting som vi har varit medvetna om i fyrtio år eller så.

Men vad finns det då där som drar i Vintergatan och de övriga galaxerna i den lokala gruppen? Den enda vettiga förklaringen är att där borde finnas en enorm koncentration av materia där, vars gravitation rycker i oss.

Och hittills har det varit svårt att ta en titt på vad det är som egentligen finns där, eftersom den stora attraktorn från vår synvinkel ligger dold bakom Vintergatans centrum. Vår utsikt mot kosmos här från jorden riktar sig bakåt, genom Vintergata-UFOts bakfönster, liksom.

Framåt ligger det en mängd kosmiska dammoln runt galaxens centrum. De blockerar utsikten åt det hållet, så utsikten mot färdriktningen är inte den bästa.

Men genom att använda radioteleskop som spanar på röntgenbandet kan man se igenom dammolnen. Observationer från de senaste åren har visat att det ligger någon sorts massansamling där på flera tusen gånger Vintergatans massa. En större mängd galaxer helt enkelt. Och den hopen drar alltså i de omgivande galaxgrupperna med sin massiva gravitation.

Sedan ses vi i Shapley!

Inte nog med det här: den stora attraktorn, vad den än är, rör sig i sin tur mot det så kallade Shapley-superklustret på 650 miljoner ljusårs avstånd från oss. Shapley är den största ansamlingen av materia i den här delen av universum.

Men innan vi alla ses i Shapley så kommer den stora attraktorn att sluka alla galaxer i sin omgivning, många miljarder år i framtiden. Kollisioner mellan galaxer kommer att ske, stora galaxer kommer att äta mindre.

Nya, ännu större stjärnhopar kommer att bildas. Det är så det funkar i rymden, precis som i havet: stora fiskar sväljer mindre fiskar.

Ett gigantiskt klot med all universums massa samlad på nytt

Den här sortens stjärnkannibalism sker naturligtvis inte bara i närområdet utan runtom i hela universum. Galaxerna bakar ihop sig i klumpar som blir bara större och tätare. Vad blir kvar till slut? Ett gigantiskt klot med all universums massa samlad på nytt. Som knycklar i sin tur ihop sig, på väg mot ännu en singularitet. Kanske startar historien från början med ett nytt big bang…

Eller så inte

Nej, det kommer inte att ske, för vi vet ju att universum samtidigt flyger i sär med en accelererande hastighet. De här sammanslagningarna är relativt lokala företeelser. I det stora hela utvidgas universum, allt fortare dessutom. Allting kommer sannolikt att sluta med en enorm, tom, svart och kall rymd enligt big chill-teorin. De enskilda galaxerna och galaxhoparna kommer till slut att ligga så långt ifrån varandra att de förlora varandra ur sikte totalt.

Men det förändrar ju inte det faktum att vi är på väg mot den stora attraktorn. Vad tror ni att döljer sig där? Den som lever om flera miljarder år får väl se. Till dess: lycklig resa!

4. Det bor en grottmänniska i dina gener

I den här listan över saker som ligger dolda för oss har vi kommit till oss själva. Våra gener är en riktig skattkammare med en hel del sådant som vi inte kan identifiera ännu.

Vi hoppade inte från primater till människor i ett steg

Det vet vi att i varje levande varelses genom finns inte bara instruktionerna till att bygga individen i fråga, utan till alla tidigare versioner också. Instruktionerna till dig finns i dina gener, men där finns dolda instruktioner till en massa Australopithecus- och Homo erectus-stuff också. Kanske inte helt kompletta ritningar, men en hel del hur som helst.

Vi ryggradsdjur är av evolutionen funtade som så att vi ändras väldigt långsamt. Följande generation är i stort sett likadan som den förra. Vi hoppade inte från primater till människor i ett steg. Det har gått långsamt.

Evolutionen bygger ju på mutationer i kombination med det naturliga urvalet plus tid, och tumregeln här är att det gäller att ta det långsamt. För mycket mutationer på en gång och det blir sällan någonting värst livsdugligt.

En DNA -sekvens.
En DNA -sekvens. vetenskap,gener,DNA,RNA

Dinosaurien i hönans DNA

Och grejen är alltså att ritningarna läggs på hög i genomet. En hönas DNA till exempel, innehåller instruktionerna till en höna, men det innehåller mer än så. Där finns, de facto, instruktioner till att bygga en dinosaurie. Om man ids rota tillräckligt djupt i högen av ritningar.

Kanske inte den kompletta ritningen, men rätt mycket finns kvar som vi vet om. Där finns genetiska avbrytare för Tyrannosaurusliknande huggtänder och velociraptorlika svansar. Men de är i off-läge eftersom en höna inte behöver dem. Gudskelov för det!

På den molekylära utvecklingsnivån är skillnaden mellan en fågelnäbb och en dinosauries nos liten. Med lite fipplande kan man i princip koppla på huggtands-avbrytarna igen. Få det att växa ut små T-rex-liknande tänder i kycklingembryots gap. Det har gjorts, de facto.

Så det där med att skapa dinosaurier från blod man hittar i bärnsten, som i Jurassic Park, är helt onödigt komplicerat. Det är mycket enklare att göra det med ett hönsembryo och en CRISPR-gensax. Okej då, enkelt är det fortfarande inte direkt… Men som sagt, det har gjorts. Okej då, man har inte låtit embryona växa till fullvuxna djur, vilket kanske är lika så bra. Men det är sannolikt bara en fråga om tid. Det är det alltid med saker som inte verkar som värst goda idéer.

5. "Myrornas krig" och ekot av stora smällen

Långt före universums första soluppgång, innan de första stjärnorna tändes, inträffade det en falsk gryning. En glimt av ljuset från självaste big bang lyste upp världsalltet när temperaturen och trycket sjönk så mycket att ljuset kom åt att röra på sig utan att törna in i saker.

Den resulterande ljusglimten var flyktig men så intensiv att den etsade sig fast på universums ”näthinna” där den har dröjt kvar
ända till våra dagar. Den kosmiska bakgrundsstrålningen kallas den. Fast den är dold för våra ögon. Ljuset från big bang är efter alla dessa miljarder år uttänjt till mikrovågsstrålning.

Men vi kan snappa upp det ljuset eller bruset med våra antenner. Du kan faktiskt göra det själv om du råkar ha en gammal analog tv någonstans i dina gömmor. På farmors och farfars tid hade vi någonting kallat ”myrornas krig”, det där bruset på skärmen efter att sändningen tog slut.

En barn rör en tv med brus på skärmen.
Myrornas krig En barn rör en tv med brus på skärmen. Bild: Ken Blaze / Alamy/All Over Press Myrornas krig

Du kan också höra ljudversionen av samma fenomen då radion står på mellan två kanaler. En del av det bruset härstammar just från universums första ljusblixt.

Och det är tack vare det bruset som vi vet en hel del om universums uppkomst. Den kosmiska bakgrundsstrålningen, ekot från ursmällen, är det främsta beviset vi har för big bang-teorin.

... de hade rattat in ett besynnerligt och envist lågmält brusande ljud, som de trodde var störningar orsakade av duvbajs i maskineriet

Allt det här vet vi tack vare ett par amerikanska fysiker vid namn Arno Penzias och Robert Wilson. Året var 1964 då de trodde att de hade fått duvskit i antennen på sitt radioteleskop.

Saken var den att de hade rattat in ett besynnerligt och envist lågmält brusande ljud, som de trodde var störningar orsakade av duvbajs i maskineriet.

Men det störande ljudet försvann inte hur noga de än sopade lorten ur antennen. Och så gick det att Penzias och Wilson fick Nobelpriset i fysik för sin upptäckt 1978. Genom att studera bruset som de upptäckte kan vi studera inte bara universums ursprung, utan vägen som ledde fram till oss själva.

Det här kan du också höra i Kvanthopp i Yle Vega på lördag kl. 12.03 och på söndag kl. 8.05, eller när som helst på Arenan.

Nyligen publicerat - Vetenskap