Universets bestanddeler

Målinger fra WMAP og senere Planck har gitt oss mulighet til å beregne universets alder og bestanddeler. WMAP gjorde at vi beregnet universet til å være 13,7 milliarder år gammelt, og Planck viser det er 13,82 milliarder år. Ut fra Planck ser det ut til at universet består av 68,3% mørk energi, 26,8% mørk materie og 4,9 % ”vanlig” materie. Den vanlige materien er hva vi kjenner til som grunnstoff, planeter, stjerner og oss selv for den saks skyld.

Vi fant ut at det udelelige atomet ikke var grunnbestanddelen likevel. Først fikk vi en ny forståelse av at atomet består av elektrisk nøytrale nøytroner i kjernen samt protoner. Rundt hadde vi elektroner. Siden så vi på 1960-tallet at også protoner og nøytroner kunne deles videre opp i kvarker hvor oppkvark og nedkvark er de kvarkene som er byggesteiner i vanlige protoner og nøytroner hvor et proton eller nøytron består av en kombinasjon av tre av disse. I tillegg regner en med at vi har topp og bunnkvark, sjarmkvark og særkvark. Navnene sier ingenting om kvarkenes egenskaper egentlig. En fant også måter å beskrive naturkreftene via partikkelfysikk med W- og Z-boson, gluoner, ect. Kvantefysikk viser hvor mystisk den vanlige fysikken kan være, men de andre komponentene er om mulig enda mer mystiske.

Mørk materie og dens alternative forklaringer

Det ser ut til at det meste av universets stoff består av mørk materie. Faktisk mer enn 5 ganger så mye mørk som vanlig observerbar materie. Mørk materie er stoff som hverken gir fra seg eller reflekterer elektromagnetisk stråling som vi kan observere direkte. Vi vet ikke i det hele tatt hva denne mørke materien er. En stund var det en del som jaktet på såkalte «machos» som var store objekt av vanlig materie som kjempeplaneter ect. En så altså etter forklaringer i baryonsk stoff, altså materie bygget opp fra kvarker til protoner og nøytroner. Men vi har ikke funnet nok slik materie til at dette nå regnes som en særlig sannsynlig kandidat. De fleste mener nå at svaret antakelig ligger i «WIMPs» som er massive svaktinteraktive partikler som bare påvirkes av gravitasjonskraften og den svake kraften. Da vi ikke finner nok planeter, brune dverger med mer, heller de fleste til at mørk materie hovedsaklig består av ikke-baryonske partikler. Dette kan være nøytrioner eller teoretiske partikler som aksioner, magnetiske monopoler eller kosmiske strenger.

Vi tror det finnes mørk materie blant annet ut fra hvor fort galaksene spinner rundt seg selv. Det er gravitasjonen som avgjør hastigheten på farten, og gravitasjonen avgjøres av hvor mye masse en galakse har. Galaksene spinner rett og slett for fort til at det kan forklares ut fra den synlige materien alene. En annen viktig indikator på mørk materie har vi ut fra hvordan ”noe” i tillegg til den vanlige materien bøyer av lyset (gjennom gravitasjonskraften).

Det vi i dag kaller mørk materie ble først oppdaget av Jan Oort i 1932 da han observerte omløpshastigheten til stjerner i Melkeveien og så at synlig stoff ikke var nok til å holde stjernene bundet til galaksen med gravitasjonskreftene. Altså han så ikke nok materie til å forklare hvorfor stjernene oppfører seg slik de gjør. Året etter fant Fritz Zwicky ut det samme da han studerte galaksehopen Comahopen og hvorfor galaksene der holdt sammen slik de gjør.Tre tiår senere så Vera Rubin at rotasjonshastigheten til forskjellige galakser. Hun så som Oort at hastigheten var så stor at galaksene ikke skulle kunne klare holde på stjernene ut fra den synlige materien i galaksene. Gravitasjonslinsing, altså hvordan vi ser massivt stoff bøyer lyset som passerer, er også en metode som har vist at galaksene ser ut til å ha mye mer stoff enn hva vi kan observere.

En alternativ teori til mørk materie er at det vi kaller mørk materie kan ha med egenskaper til vakuumenergien å gjøre. En tredje teori er om vi ser påvirkning fra stoff i en fjerde dimensjon som bare påvirker våre dimensjoner gjennom gravitasjonen. En fjerde går ut på at mørk materie kanskje er en defekt fra universets begynnelse i kvantefeltenes topologi som da har energi igjen som igjen gir utslag på gravitasjon. En femte teori er at vi ikke forstår riktig gravitasjonskreftene i veldig stor målestokk. Denne kalles MOND som står for modifisert Newtonsk dynamikk.

Mørk energi og universets utvidelseshastighet

Mørk energi vet vi enda mindre om enn mørk materie. Vi opererer med dette fordi målinger viser at universet stadig øker sin ekspansjonshastighet. Det er antakelig såkalt mørk energi som gjør at universet eser ut fortere og fortere. Denne energien finner vi overalt, og den er anslått til å være ¾ av universets ”innhold”. Mørk energi gjør altså at universet ekspanderer mer og mer. Men mørk energi er ikke antigravitasjon. Gravitasjon er tiltrekkende i sin natur, særlig tydeliggjort i Einsteins beskrivelse av den. Og for ordens skyld: Vi snakker heller ikke om negativ energi: Energi er evnen til å flytte på noe og kan ikke være under null.

Ifølge kvanteteori kan vi ikke fjerne all energi fra et område. Selv etter at all materie, stråling og kraftfelt er fjernet vil det være igjen en vakuumenergi. Her vil det være flukturerende felter og virtuelle partikkelpar med partikler og antipartikler som oppstår i par og øyeblikket etter annihilerer hverandre igjen. Denne vakuumenergien skaper antigravitasjon. I 1998 viste et studie av supernova at universets ekspansjon øker. Ut fra beregninger viste en at om vakuumenergien er over 73% av universets krefter så vil denne energien dominere og forklare at ekspansjonen øker hastigheten.

Ekspansjonsraten til universet er 0,000000007% utvidelse i året. Altså vil to objekt med en meter mellomrom være 1,000000007 meter fra hverandre året etter. Et annet mål for ekspansjonsraten er at 1 Megaparsec utvider seg 67,15 km i sekundet. En megaparsec er 3.261.636,26 lysår. Er det altså 2 Mpc mellom oss og et objekt så vil det bli 136,3 km mer avstand mellom oss og det objektet per sekund. Kunne vi sett noe som er 4286 Mpc unna så vil det altså se ut til at det flytter seg fortere unna oss enn lysets hastighet. Men dette vil være 13,9 milliarder lysår unna oss og altså være utenfor vårt observerbare univers som er 13,82 miliarder.

Til slutt vil jeg nevne en variant av kvintessemodell rundt mørk energi da den forårsaket en del skriverier og er sentrall i modellen the big rip som omtalt over. Mørk energi som vakumenergi med noen spesielle egenskaper og en stor nok tetthet som igjen gir økende mengde frastøtingsenergi kalles fantomenergi. Denne teoretiske energien ville åpnet for å lage ormehull og den ville kunne føre til at vi får negativ kinetisk energi. Den vil også bare aksellerere mer og mer etter som universet utvider seg.