Universums undergång

- hur kommer allt att sluta?

Värmedöden, den stora kraschen eller sönderslitet ner till minsta partikel? Stjärnorna slocknar och all rörelse upphör?
Ingen vet idag exakt hur universums framtid ser ut, men en sak är säker: inget av alternativen ser särskilt ljust ut.



Just nu expanderar universum. Det märks visserligen inte här på jorden, i vårt solsystem eller ens i vår galax Vintergatan. Här hålls allting samman av den starka gravitationen. Men på större avstånd dras galaxer och grupper av galaxer bort från varandra, i en allt snabbare takt dessutom. Expansionen började vid det som kallas Big Bang, den stora smällen, då universum skapades, men ingen vet hur länge den kommer fortsätta.

Enligt vissa teorier vänder expansionen till slut och all materia dras återigen ihop i en slags omvänd Big Bang. Det mest troliga är dock att expansionen fortsätter i all oändlighet, och att den går allt snabbare. Nils Bergvall, docent och universitetslektor vid institutionen för astronomi och rymdfysik vid Uppsala universitet, beskriver hur en sådan framtid ser ut:

– Det kommer bli mörkt och det kommer troligen byggas upp stora svarta hål här och där i universum. Men de är inte helt svarta, det kommer finnas partiklar som tar sig ut. De svarta hålen kokar därmed bort. En stor del av partiklarna är fotoner, och jag skulle tro att ett sannolikt slutstadium är ett hav dominerat av fotoner. De sträcks ut med expansionen och blir energisvagare.

Värmedöden

Detta kallas värmedöden. All materia i universum hamnar förr eller senare i ett svart hål, som senare kokar bort. Det sker dock snarare senare än förr. Innan alla himlakroppar brutits ner till fotoner, protoner, elektroner och andra partiklar kan det ha gått 10260 år.

Men det är alltså inte den enda möjligheten. Det finns i princip fyra huvudalternativ för universums fram­tida utveckling: expansionen kan fortsätta med ökande hastighet, med minskande hastighet eller med en hastighet som till slut blir konstant. Det fjärde alternativet är att expansionen helt upphör och istället går över i en kontraktion, som i slutändan leder till en nästan omvänd Big Bang.

Universums framtid beror i hög grad på vad det består av. Med teleskopens hjälp har vi skaffat oss information om solsystemet, Vintergatan och även betydligt mer avlägsna galaxer. Men det rör sig bara om vanlig materia. Universum är dessutom fyllt av mörk materia och mörk energi, och dem vet vi inte särskilt mycket om, vi vet nätt och jämnt hur mycket det finns.

– Som det ser ut nu så domineras universum av mörk energi, 73 procent är de färskaste siffrorna. Resten är mörk materia och baryoner (”vanlig” materia). Den mörka energin vet man inte varför den finns, om det kanske är en kosmologisk konstant. Det kan man tolka som att vakuum har energi, säger Nils Bergvall.


Mörk energi

Att universum startade med Big Bang tror de flesta. Till exempel tilldelades årets nobelpris i fysik två forskare som tagit den första bilden av universums barndom. Men vad händer i framtiden? Frågan är ännu obesvarad, men flera teorier finns.

Att universum startade med Big Bang tror de flesta. Till exempel tilldelades årets nobelpris i fysik två forskare som tagit den första bilden av universums barndom. Men vad händer i framtiden? Frågan är ännu obesvarad, men flera teorier finns.

Denna så kallade mörka energi kan komma från fluktuationer på kvantnivå. Detta betyder att små partiklar hela tiden bildas och förstörs i det som vi kallar för tomrum. Det bildas egentligen ingen ny materia i tomrum, eftersom de partiklar som uppkommer försvinner i nästa stund. Men det kan bli energi över, och denna energi kan utöva ett slags tryck som får universum att expandera.

Den mörka energin kan också tolkas som något som kallas för kvintessens. Den består av kvantfält som har olika energitätheter i olika delar av universum, vilka långsamt kan förändras.

Den mörka energin är alltså ungefär­ så mystisk som den låter. Det är osäkert vad den består av, hur mycket som finns av den och vad dess existens innebär. Dessutom verkar dess andel i universum inte förändras.

Både den vanliga och den mörka materian motverkar expansionen genom gravitation. Den mörka energin däremot trycker på expansionen. Nils Bergvall berättar att detta tryck verkar vara konstant, vilket innebär att det måste tillkomma mörk energi, eftersom universum blir större.

– När universum expanderar blir den vanliga materien tunnare och tunnare, medeltätheten minskar med tiden. Men den mörka energin har konstant energitäthet, säger han.

Balans mellan materia och energi

Balansen mellan å ena sidan materia och å andra sidan mörk energi är det som avgör universums framtid. Den ena gör att expansionen avtar eller till och med upphör, den andra gör att expansionen accelererar.

– Den enklaste modellen börjar med att Big Bang bara har materia. Då kommer expansionen bromsas in. Det följer en enkel lag, att universums radie är proportionell mot kvadratroten ur tiden.

Men när mörk energi förs in i modellen ändras scenariet: den motverkar gravitationen. Exakt vad det innebär beror på hur stor andel av universums innehåll som är mörk energi, och om den andelen ökar, minskar eller är konstant i vårt expanderande universum.

Just nu verkar det som att trycket från den mörka energin är konstant. Tätheten hålls kvar på den nivå som behövs för att bibehålla trycket i en ökande volym. Det verkar också som att det trycket är precis det som krävs för ett så kallat plant universum.

– Det innebär att det är lätt att räkna ut vad som kommer att hända i framtiden, för när mörk energi tar över ökar expansionshastigheten mer och mer. Vi kommer fortfarande att kunna hålla kvar våra närmsta grannar, för gravitationen är så pass stark, säger Nils Bergvall.

Men en efter en kommer andra superhopar att dras ifrån vår superhop. Efter det kommer galaxerna längst ut att slitas bort. Om det får pågå tillräckligt länge är Vintergatan till slut ensam.

– Men innan dess kommer Andromedagalaxen kollidera med oss, om tre-fyra miljarder år ungefär. Det kommer bli en stor galax och några dvärggalaxer ramlar också in.

Sedan byggs så småningom en mängd svarta hål upp, och universum går värmedöden till mötes.

Tidens slut

Gravitationen från materian­ kan vara starkare än trycket från den mörka energin. Universums expansion kommer då att upphöra och vändas i en kontraktion. Slutmålet är “Den stora krossen­”, The Big Crunch, en omvänd motsvarighet till Big Bang. För att detta ska ske måste den mörka energin ha andra egenskaper än vad man tror idag.

Gravitationen från materian­ kan vara starkare än trycket från den mörka energin. Universums expansion kommer då att upphöra och vändas i en kontraktion. Slutmålet är “Den stora krossen­”, The Big Crunch, en omvänd motsvarighet till Big Bang. För att detta ska ske måste den mörka energin ha andra egenskaper än vad man tror idag.

Ett alternativt framtidsscenario är att den mörka energin sönderfaller­ till materia, framför allt fotoner. När mängden materia ökar bromsas expansionen in. Till slut upphör den nästan helt. Även i den här modellen är det värmedöden som väntar i den avlägsna framtiden.

– Efter sönderfallet kan det bli kvar en kritisk täthet hos universum. Man brukar mäta upp medeltätheten och jämföra. Om den är större än den kritiska tätheten kommer universum att vända och krascha i ”den stora krossen” (The Big Crunch). Just nu ligger vi precis på gränsen. Men om kvint­essensen sönderfaller kan det hända att vi ligger strax ovanför gränsen, vilket innebär att universums expansion kommer att vända – och så kraschar det, säger Nils Bergvall.

Kollapsen, den stora krossen, kan också komma om trycket från den mörka energin minskar. Det klarar då inte att upprätthålla expansionen.

The Big Crunch blir som en omvänd Big Bang. Gravitationen tar överhanden, galaxer närmar sig varandra igen och gravitationen blir ännu starkare. Till slut är tätheten enorm och den mörka energin har mer eller mindre spelat ut sin roll.

– Då kommer tiden ta slut. Det blir nästan som att man går bakåt i tiden jämfört med Big Bang. Men det finns en stor skillnad och det är att det bildas en massa svarta hål under tiden, och så kan man sätta en riktning på tidspilen. När man skapar irreversibla fenomen som svarta hål kan man definiera tiden. Men annars blir det ganska likt.


Ett studsande universum


Vad som händer efter den totala kollapsen vet man inte. Det finns spekulationer om att det kommer en ny Big Bang, följt av expansion och sammandragning och en ny Big Crunch. Att universum oscillerar.

En kanske ännu mer spektakulär möjlighet är det som kallas The Big Rip, den stora sönderslitningen.

– Det är om kvintessensen har en speciell egenskap som gör att energi­tätheten ökar med tiden och den fortfarande har negativt tryck. Då ökar tätheten hos den mörka energin­, och till slut blir den lika hög som hos atomkärnor. Kvarkar kommer frigöras och allt kommer sprängas sönder i småbitar. Det kommer pågå en begränsad tid och sedan kommer det att upphöra. Då slutar universum dramatiskt.

En soppa av fotoner, en omvänd Big Bang kryddat med svarta hål eller­ partiklar som slits sönder in till allra minsta beståndsdel. Inget av alternativen låter särskilt lockande. Men det finns inget som vi människor kan göra för att påverka utgången och förbättra universums framtidsutsikter. Bara vara glada att det dröjer flera miljarder år.

Nils Bergvall vet i alla fall vad han hoppas på:

– Ett ständigt föränderligt universum. Det ska hända saker hela tiden, det ska vara spännande nya konstellationer och nya partiklar, det vore kul.

Material från
Allt om Vetenskap nr 11 2006

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter