Det fraktale univers

Nogle forskere mener, at materien i universet ikke er jævnt fordelt. I så fald betyder det, at Einsteins ligninger ikke kan løses, og at de fleste kosmologiske modeller derfor må forkastes.


Af Robin Engelhardt

En lille gruppe astronomer laver ravage i de etablerede kredse. Deres undersøgelser sætter spørgsmålstegn ved den gamle visdom om, at himlens stjerner og galakser er ligeligt fordelte i hele universet. I stedet, siger de, er fordelingen af materien i det ydre rum meget bedre beskrevet ved en fraktal struktur. Galakserne ser nemlig ud til at klumpe sammen visse steder, mens der er helt tomt andre steder i rummet.

'Min påstand er, at universet er klumpet i selv dets største målestok,' siger Francesco Sylos Labini fra universitetet i Genève i den nyeste udgave af fagbladet New Scientist. 'Vores undersøgelser viser faktisk, at fordelingen af materien er fraktal, ligesom et træ eller en sky.'

Kosmologisk Princip
Hvis det viser sig at være rigtig, vil den mest centrale trossætning i kosmologien, det såkaldte Kosmologiske Princip, ikke længere kunne bruges. Dette kosmologiens første bud antager, at universet i det små måske godt kan være lidt klumpet, men at universet i dets store målestok ligner sig selv overalt og i alle retninger. Fagfolk udtrykker det ved at sige, at universet skal være homogent og isotropt.

Men hvis det Kosmologiske Princip ikke holder, er fundamentet for alle de kendte kosmologiske modeller for universets tilblivelse og udvikling forkerte. Einsteins ligninger, der i form af de såkaldte Friedmann-modeller bruges som udgangspunkt for big bang-teorien, vil ikke kunne løses, og mange kosmologiske love og universelle konstanter vil være meningsløse. For eksempel angiver Hubbles lov (se faktaboks) udvidelseshastigheden af vores univers, men hvis universets masse ikke er homogent fordelt, vil udvidelsen heller ikke være homogen, men i stedet være et irregulært mønster af meget forskellige hastigheder rundt omkring i universet.

Fraktal dimension
Striden mellem de ortodokse kosmologer og dissidenterne ligger i den måde de kigge på de samme data på. En af hovedpersonerne bag fraktalteorien er Lucian Pietronero fra universitetet i Rom, og han mener, at galakserne klumper sig hierarkisk sammen på alle længdeskalaer.

Denne egenskab, der får lignende mønstre til at gentage sig på alle skalaer, er et klart tegn på en fraktal struktur. 'Vores tests viser, at universet aldrig bliver homogent inden for de tilgængelige data,' siger Sylos Labini, der arbejder sammen med Pietronero.

De ortodokse fysikere bruger samme data, men de gør det forkert. 'Vi ser et artefakt af den måde at analysere galakse-kortene på,' siger Labini. Han påpeger nemlig, at man ikke kan bruge et koncept om en gennemsnitlig tæthed, når man taler om fraktaler, for hvis universet er en fraktal, findes der ikke nogen karakteristisk længdeskala, hvorpå man kan basere et gennemsnit. Konceptet om et gennemsnit er meningsløst, når man taler fraktaler.

For at undgå det, har Labini og Pietronero i stedet brugt de statistiske metoder, man har inden for fraktal geometri. Deres resultat var, at universet har en fraktal dimension på 2,1 (fraktale dimensioner har det med ikke at være heltallige). Det man gør, er at måle det gennemsnitlige antal af naboer til en given galakse inden for et volumen med radius R. Hvis antallet af naboer er proportional med R3, er det ikke en fraktal, men da det viste sig at være proportional med R2,1, betød det, at galakserne fordeles som i en fraktal).

'Og vi må ikke glemme den usynlige materie (på engelsk dark matter, red.), som man mener står for 90 procent af hele universets masse,' siger Labini. Hvis den viser sig at være distribueret på samme måde som den synlige materie, vil klumpetheden og dermed fraktalstrukturen være endnu mere udpræget.

Kun tiden vil vise
Flertallet af kosmologer mener dog, at universet vil blive mere homogent, jo længere ud man kommer med målingerne. Først når der er samlet tilpas mange data om stjerner og galakser, som er særdeles langt væk fra os, vil man kunne afveje, om den fraktale struktur fortsætter ud i det uendelige eller ej. Også variationerne i temperaturen af den såkaldte baggrundsstråling vil kunne give værdifulde oplysninger. Først derefter vil man vide, om fysikerne må i gang igen, og finde på helt nye teorier om universets begyndelse, eller om de kan læne sig tilbage for at beskue andet end deres komplicerede ligninger.



- Kosmologiens konstanter

De ligninger, som beskriver kosmologien, er komplicerede, men kan i princippet forklares ved hjælp af kun tre tal: Hubbles konstant H0, tæthedsparamereten Omega0 og den kosmologiske konstant Lambda. Alle hviler de på antagelsen om det Kosmologiske Princip.

Den mest berømte er nok Hubbles konstant, som findes i Hubbles lov: v=H0d, der kobler en galaksens hastighed v med dens afstand d til et vilkårligt sted i universet. Loven er baseret på antagelsen om, at universet udvider sig på en sådan måde, at afstanden mellem to vilkårlige galakser stadig forøges, og derfor er H0 et mål for universets udvidelseshastighed.

Tæthedsparameteren Omega0 er forholdet mellem den faktiske tæthed af stof i universet og den kritiske tæthed , der bestemmer om universet udvider sig for evigt ( Omega0 < 1). Tæthedsparameteren giver også et mål for rummets krumning. Hvis Omega0 > 1 er universet endelig og lukket som en kugle.

Det sidste vigtige tal er den kosmologiske konstant Lambda, en slags frastødningskraft på store afstande, som Einstein introducerede i sin generelle relativitetsteori i 1915. Einstein fortrød sit påfund senere hen, men kosmologer holder stadig fast i den, fordi den er den eneste metode man har til at forklare hvorfor universets udvidelseshastighed øges ­ hvis den gør det, for det er stadig meget omstridt.

0 comments:

There was an error in this gadget