Nobelpris til "mørkets kræfter"

Årets Nobelpris i fysik belønner en opsigtsvækkende astronomisk opdagelse, der viste os, hvor lidt vi ved.

Saul Perlmutter er en af tre modtagere af nobelprisen i fysik. Fold sammen
Læs mere
Foto: Lawrence Berkeley National Laboratory

I 1998 gjorde to benhårdt konkurrerende hold af astrofysikere den samme komplet overraskende opdagelse: Universet udvider sig hurtigere og hurtigere.

Den erkendelse vendte bunden i vejret på vores forståelse af universet, som vi ellers var blevet ret kæphøje omkring, og opdagelsen belønnes i dag med Nobelprisen i fysik. Den ene halvdel af prisen går til lederen af det ene team, Saul Pearlmutter fra Berkeley Universitetet i USA og den anden halvdel til deling af to fremtrædende forskere fra det andet team, Brian Schmidt fra Australian National University og Adam Riess fra John Hopkins Universitetet i USA.

Læs mere om modtagerne af fysikprisen (på engelsk) på Nobelprize.org

"De fortjener i høj grad at få prisen. Vi har længe diskuteret blandt kosmologer, hvornår de ville få  den, for opdagelsen har enorm betydning. Indtil da troede vi jo, at vi havde fået styr på det meste," siger astrofysiker Anja C. Andersen,  lektor ved Dark Cosmology Centeret ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, hvor man arbejder på at løse gåden, som Pearlman, Schmidt og Riess rejste i 1998.

Saul Pearlmutter fra Berkeley Universitetet var allerede i 1988 gået i gang Supernova Cosmology Project, der skulle lede efter de fjernest liggende og kraftigst lysende supernovaer i universet for at finde ud af, om de var begyndt at bremse op.

I 1994 samlede australske Schmidt, der dengang var på Harvard, et internationalt hold af astronomer, der ville måle præcis det samme ved at se på supernovaerne, bare på en lidt anden måde. Deres team hed High-z Supernova Search Team.

Egentlig ville begge teams bare være de første til at fastslå, hvor hurtigt universet udvider sig, og 90'erne gav pludselig nogle muligheder for at måle på de fjerne supernovaer med kraftigere teleskoper, bedre computere og digital CCD-teknologi til at optage billeder med (belønnet med Nobelprisen i 2009).

Når først hastigheden på udvidelsen blev kendt, ville det samtidig give svaret på det, der dengang virkede som det store ubesvarede spørgsmål for kosmologerne: Om universet ville blive ved med at udvide sig eller om det ville ende med at falde sammen.

Begge hold fandt til deres store overraskelse næsten samtidigt ud af, at universet ikke udvider sig med en bestemt hastighed, men at det går hurtigere og hurtigere og hurtigere. Og gåden rejses af, at et univers der udvider sig med accellererende hastighed, må indeholde en tiltagende mængde af energi.

"Ingenting kommer af ingenting, så som astrofysikere stod vi med det problem, at der måtte være "noget", der skubbede til det accellererende univers. Den ukendte faktor kalder vi for mørk energi, og det er en af fysikkens helt store opgaver i disse år at finde ud af, hvordan det skal forklares", siger Anja C. Andersen.

Op mod årtusindskiftet var fysikerne ret sikre på, at verden bestod af knap 80 procent stof, som vi kendte alt til, og en resterende femtedel af noget mørkt stof, som vi lige manglede at forklare ordentligt,

"Det viser sig så tværtimod, at 73 procent energien i universet aner vi intet om. Der er stadig 23 procent er mørkt stof, men tilbage er kun fire procent af det, som vi mente at have styr på,"  siger Anja C. Andersen, som kalder det en god ting at få væltet sit verdensbillede på den måde.

"Nu ved vi, hvor ignorante vi er. Vi kender størrelsen af vores uvidenhed. Det synes vi jo som forskere er helt fantastisk".
 
Dark Cosmology Centeret blev oprettet i 2005 som direkte konsekvens af den nobelprisbelønnede opdagelse, og Danmark er pænt med i opløbet om at finde svaret på gåden om den mørke energi,
 
Der er adskillige mulige forklaringer på, hvor den mørke energi kommer af. På Niels Bohr Institutet holder man mest af en forklaringen om vakuum-energi, der bruger kvantemekanikken til at beskrive, hvordan ingenting måske alligevel kan komme af ingenting.

Ifølge kvantemekanikken kan alting, også ingenting, nemlig have en lille bitte smule energi. Og i et voksende univers vil der blive stadig mere ingenting eller vakuum, fordi mængden af kendt stof (de fire procent vi kender til i dag) ikke vil ændre sig.

"Det kan blive til en hel del energi, og jeg hælder selv mest til at tro på, at det er forklaringen på den mørke energi. Men det er utroligt svært at skabe et perfekt vakuum, og kvantemekanikken taler om utroligt små ting, så det er svært at måle, om vi har ret," siger Anja C. Andersen, der mener det ville være skønt, hvis en kvantemekanisk forklaring kunne udvikles på Niels Bohr Instuitutet.

"Det er også en pæn teori, der passer godt ind i Niels Bohrs tankemåde. Den er symmetrisk og smuk, men vi undersøger selvfølgelig det hele, selvom vi har størst kærlighed til en teori," lover astrofysikeren, der skyder på, at gåden vil have fået sin forklaring inden for de næste 20 år.

En anden populær forklaring giver også point til Bohr. Den går nemlig på, at Einstein tog fejl med sin relativitetsteori, og at lyset har ikke endelig hastighed. Det kunne betyde, at målingerne på de fjerne galakser er forkerte, så opdagelsen i 1998 ikke er rigtig. Den forklaring vil blive støttet, hvis det viser sig at neutrinoer rent faktisk kan bevæge sig hurtigere end lyset, som italienske forskere har målt det, og nu beder resten af verden om at efterprøve sammen med dem.

En tredje forklaring kunne være, at vores forståelse af tyngdekraften er forkert, så den virker anderledes over meget store afstande. Tyngdekraften er den sidste del af fysikkens standardmodel om de fire procent af universet, som vi forstår, som vi måske ikke forstår helt 100 procent alligevel.

I løbet af halvandet år vil det store LHC-fysikforsøg i CERN resultere i et endeligt svar på, om der findes en tyngdekraft-partikel eller ej. Hvis den berømte Higgs-partikel viser sig ikke at findes, vil det være en lige så fantastisk omvæltende opdagelse, som da astronomerne i 1998 fandt ud af,  at universet udvider sig med accellererende hastighed.