Gradvis og lagvis viten i kosmologien del 1

Guds strukturer og kosmologi – forståelsen av naturkreftene og universets byggestener

Gradvis og lagvis viten i kosmologien

Mennesket har nok til alle tider kikket opp på stjernene og månen og undret seg på hvordan ting henger sammen. 400 år før Kristus fremla Aristoteles en modell om universet hvor han tegnet opp alt i perfekte sirkler og kuler. Himmellegemene kretset rundt jorda og de var «perfekte» kuler. Noen hundre år senere kom kom det en modell som beskrev planetenes bevegelser.

På 1500-tallet kom det store paradigmeskiftet og vi fikk det heliosentriske verdensbilde hvor sola og ikke jorda ble midtpunktet.  Det var diakonen Kopernikus som fremla denne teorien. Dermed fjernet man de komplekse banene til planetene man tidligere måtte ha for å få teori til å stemme med observasjoner. Kopernikus beskrev også hvordan jorda kretser rundt seg selv i 24-timers sykluser. Det er ikke stjernene som beveger seg over himmelen om natta, men jorda som kretser rundt sola. Kepler tok noen år senere opp tanken igjen og så at planetene ikke beveger seg i sirkelbaner, men i ellipser. Kepler hadde også data i forhold til at planetene øker farten når de er nærmere sola. Han forstod ikke hva som lå bak dette, men det kombinert med den heliosentriske modellen gjorde at vi nå fikk et verdensbilde som forutså planetenes bevegelse mye bedre enn den gamle modellen.

På 1700-tallet fikk vi teleskop og katolikken Gallileo som gjennom nitidige observasjoner bekrefter Keplers modell. Vi kan si at Kopernikus lagde en teori for å forenkle av «estetiske» grunner, Kepler forbedret dette gjennom data og matematikk og Gallileo bekreftet det hele gjennom observasjoner. Først aksepterte den katolske kirke Gallileos skrifter og ressonement, men han begynte etter hvert også og å komme med egne skrifttolkninger av Bibelen og i 1633 ble han innkalt til kirkelig tribunal anklaget for kjetteri. Han levde etter dette i husarrest de siste 9 årene av sitt liv. Hans siste bok handlet om egenskapene til fallende objekt, og denne gav grobunn for senere forståelse av gravitasjonskreftene av Isaac Newton.

Newton forente Keplers observasjon om planeters raskere bevegelse nærmere sola med Gallileos observasjoner. Han arbeidet videre matematisk med dette. Newton skapte på mange måter den moderne fysikken. Hans modell, selv om den ikke forklarer hva gravitasjon er og hvorfor det virker slik det gjør, stod støtt helt fram til Albert Einstein revolusjonerte vår forståelse både av gravitasjon og av kosmos i seg selv. Einstein tok ikke konklusjonene helt ut på sin banebrytende modell da han rent filosofisk, som mange andre i sin samtid, tenkte universet som statisk. Han skrev blant annet inn en kosmologisk konstant som skulle oppheve gravitasjonskreftene på en slik måte at ikke alt klumpet seg sammen.

Det var den katolske presten Georges Lemaître som foreslo at universet hadde en begynnelse. Han foreslo også på 1920-tallet at universet utvider seg den dag i dag. Noen få år senere bekrefter Hubble synet til Lemaître om universets utvidelse. Det var faktisk først i 1917 vi fant ut at vårt eget solsystem ikke var universets navle, men heller er tvert i mot langt ute i den ene spiralarmen til vår galakse. På begynnelsen av 1900-tallet tenkte man Melkeveien var hele universet og hadde ingen måte å beregne avstand til stjerner langt borte. Hubble fant en modell hvor en beregner dette ut fra hvor sterkt en type stjerner vi kjenner godt egenskapene til skinner – jamfør en bil langt vekke med svakt lys som blir sterkere jo nærmere bilen kommer. Gjennom dette fant Hubble ut at Andromedatåken er langt utenfor vår egen galakse. Neste store observasjon Hubble så gjorde var at galaksene beveger seg vekk fra hverandre. Han så at for det første er det bare noen få galakser i nærområdet vårt som kommer mot vår egen galakse. Han så og at jo lenger vekk en galakse er, jo raskere beveger den seg vekk fra vår egen galakse. Hubble beregnte så ut fra målinger av ekspansjonen hvor gammelt universet måtte være. Han regnet på riktig måte, men hadde dessverre unøyaktige målinger så han endte med et resultat på 2 milliarder år. Da man fra geologien visste at jorda var eldre enn dette, gjorde dette resultatet modellen om big bang vanskeligere å akseptere og den hadde mye motstand i det vitenskaplige miljø. Men kirken var begeistret over denne modellen som de så som godt svarende til den bibelske skapelsesberetningen.

Det var en alternativ teori kalt ”steady state” som ble formulert av Fred Hoyle. Hoyle kom for øvrig også med den mer vellykkede teorien at de forskjellige grunnstoffene dannes inni stjernene. Alt tyngre enn helium kommer fra stjernene. Hoyle mente at helium og hydrogen alltid hadde eksistert i universet, og tenkte seg kosmos som noe som alltid har eksistert. Men da Hubble nå hadde vist at universet ekspanderte, kom det fort et problem i forhold til at vi har den massetettheten vi har nå. Dette løste Hoyle med å si at et sted i universets midte produseres hele tiden ny materie. Men denne ”magiske” løsningen ble møtt med stor skepsis.

Litt senere kunne fysikere vise beregninger om at hvis universets grunnstoff ble dannet i big bang så ville vi ha ca 10 ganger så mye hydrogen som helium, og dette stemmer med hva vi senere har observert. George Gamow og hans student Alpher forutså i 1949 at du etter big bang skulle kunne måle en bakgrunnsstråling, men vi hadde ikke måleapparat til dette da. Samtidig fikk steady state teorien mye medieoppmerksomhet og den var populær blant folk flest. På 60-tallet fikk vi mer korrigerte beregninger om universets alder. Så i 1965 kom det etterlengtede beviset – ”the smoking gun” – som knuste steady state: Bakgrunnstråling fra overalt i universet ble oppdaget. Men fra Hoyles teorier tok vi hvert fall med modellen om hvordan stjernene produserer alle de tyngre elementene.