Sin­gu­la­ri­te­ter

Stephen Hawking - Et sinn uten grenser - - Innhold - AV MARCUS CHOWN

En sin­gu­la­ri­tet er noe uhyr­lig. Hvis en slik duk­ker opp i en ma­te­ma­tisk lig­ning, vil stør­rel­sen den re­pre­sen­te­rer, gå rett mot uen­de­lig, og da blir lig­nin­gen me­nings­løs. Pro­ble­met er at det duk­ker opp en sin­gu­la­ri­tet i lig­nin­ge­ne som be­skri­ver uni­ver­sets fød­sel, nem­lig Ein­steins teori om tyngde­kraf­ten.

Tid­lig på 1960-tal­let tenk­te en ung Cam­brid­ge­dok­tor ved navn Step­hen Haw­king på det­te, og det uro­et ham dypt. Haw­king var blitt fa­sci­nert av kos­mo­lo­gi, læ­ren om uni­ver­sets opp­rin­nel­se, ut­vik­ling og skjeb­ne. Al­bert Ein­stein var ald­ri den som tenk­te smått, og i 1917 an­vend­te han den nye tynge­kraft­te­ori­en sin – den ge­ne­rel­le re­la­ti­vi­tets­te­ori­en – på det største tyngde­kraft­sys­te­met han kun­ne ten­ke seg, nem­lig uni­ver­set i sin hel­het. I lik­het med for­gjen­ge­ren Isaac New­ton var han ulø­se­lig knyt­tet til tan­ken om et sta­tisk uni­vers hvor stjer­ne­ne og ga­lak­se­ne hang i rom­met til evig tid uten å end­re seg. Der­for over­så Ein­stein bud­ska­pet i sine egne lig­nin­ger – at uni­ver­set i sin na­tur var hvile­løst og måt­te være i be­ve­gel­se.

FRA EIN­STEIN TIL HAW­KING

I 1920- åre­ne opp­da­get to per­soner det­te helt uav­hen­gig av hver­and­re. Det var den rus­sis­ke fy­si­ke­ren Alek­sandr Fried­mann og den bel­gis­ke fy­si­ke­ren og ka­tols­ke pa­te­ren Ge­or­ge Ab­bé Le­maît­re. De for­an­der­li­ge uni­ver­se­ne dis­se to men­ne­ne opp­da­get i Ein­steins lig­nin­ger ble døpt Fried­mann-le­maît­re-uni­ver­ser. Men i dag blir de nes­ten all­tid kalt Big Bang-uni­ver­ser. I 1929 fikk vi ob­ser­va­sjons­be­vis på at vi vir­ke­lig lev­de i et uni­vers i ut­vik­ling. Ved hjelp av Hook­er-te­le­sko­pet på Mount Wil­son uten­for

Når en sin­gu­la­ri­tet duk­ker opp i en lig­ning, har vi et pro­blem. Men da Haw­king som ung så på pro­ble­met med sin­gu­la­ri­te­ten i Ein­steins lig­nin­ger, før­te det til noen for­bløf­fen­de gjen­nom­brudd.

Los An­ge­les, som med en lys­åp­ning på 2,5 me­ter var da­ti­dens største te­le­skop, opp­da­get den ame­ri­kans­ke ast­ro­no­men Ed­win Hubb­le at uni­ver­set eks­pan­der­te. Be­stand­de­le­ne – ga­lak­ser som vår egen Melke­vei­en – fløy vekk fra hver­and­re som gra­nat­splin­ter etter en gi­gan­tisk eks­plo­sjon.

Hvis en tenk­te seg at uni­ver­sets eks­pan­sjon gikk bak­lengs som en film un­der til­bakes­po­ling, kom en til et tids­punkt – nå vet vi at det var for 13,82 mil­li­ar­der år si­den – da all ma­te­rie var pres­set sam­men i et ør­lite vo­lum. Det er øye­blik­ket da uni­ver­set ble født. Det er Big Bang.

Et uni­vers som sim­pelt­hen spratt fram en vak­ker dag, det var en svært lite at­trak­tiv tan­ke, og tid­lig på 1960-tal­let var det få vi­ten­skaps­folk som trod­de på Big Bang-teori­en. Hel­dig­vis fan­tes det en måte å unn­gå den på. Hvis ny ma­te­rie spru­ter ut av va­ku­umet mens ga­lak­se­ne flyr bort fra hver­and­re, kan den ma­te­ri­en sam­le seg i nye ga­lak­ser som fyl­ler åp­nin­ge­ne. Tross eks­pan­sjo­nen kan uni­ver­set ta seg li­ke­dan ut til en­hver tid og føl­ge­lig være uen­de­lig gam­melt, slik at vi unn­går det leie spørs­må­let om hva som skjed­de før Big Bang. Men den­ne «ste­ady sta­te»-teori­en, som den bri­tis­ke ast­ro­no­men Sir Fred Hoy­le støt­tet, skul­le få et knu­sen­de slag da den kos­mis­ke mikro­bølge­bak­grun­nen ble opp­da­get i 1965. Den­ne strå­lin­gen er sim­pelt­hen res­ter av Big Bangs ild­kule.

Slik var alt­så den vi­ten­ska­pe­li­ge bak­grun­nen da Haw­king had­de tatt dok­tor­gra­den og be­gyn­te å fors­ke. I tan­ke­ne så han for seg at uni­ver­sets eks­pan­sjon gikk bak­lengs. Etter hvert som uni­ver­set krym­per og krym­per, pak­kes ma­te­ri­en tet­te­re og tet­te­re sam­men. Og da var­mes den opp, det vet alle som har klemt sam­men luf­ta i en syk­kel­pum­pe. Big Bang var alt­så en het eks­plo­sjon, noe også and­re had­de inn­sett. Men i hen­hold til Ein­steins teori har den­ne pro­ses­sen in­gen gren­ser. Etter hvert som uni­ver­set krym­per til et punkt, flyr tem­pe­ra­tu­ren og tett­he­ten mot uen­de­lig. Si­den Ein­steins teori for­ut­si­er en slik sin­gu­la­ri­tet, har den ikke noe me­nings­fylt å for­tel­le oss om uni­ver­sets en­de­li­ge skjeb­ne. Det­te var pro­ble­met. Spørs­må­let var om det gikk an å unn­gå den ka­ta­stro­fa­le sin­gu­la­ri­te­ten ved ti­dens be­gyn­nel­se. Det fan­tes én mu­lig­het: Hvis uni­ver­sets ma­te­rie spred­te seg ujevnt, vil­le den ujevn­he­ten til­ta etter hvert som det til­bake­spol­te uni­ver­set krym­pet. For­skjel­li­ge de­ler av det krym­pen­de uni­ver­set be­høv­de ikke mø­tes i ett og sam­me punkt, de kun­ne unn­gå hver­and­re slik at de ikke dan­net noen sin­gu­la­ri­tet.

Si­den Ein­steins tyngde­kraft­te­ori ikke brøt sam­men, vil­le det være mu­lig å føl­ge uni­ver­set til

«Spørs­må­let var om det gikk an å unn­gå den ka­ta­stro­fa­le sin­gu­la­ri­te­ten ved ti­dens be­gyn­nel­se. Det fan­tes én mu­lig­het ...»

ti­den før Big Bang. Kan­skje uni­ver­set for ek­sem­pel had­de truk­ket seg sam­men i en kjempes­kvis før det spratt ut igjen i Big Bang? Un­der ar­bei­det med sli­ke spørs­mål kom Haw­kings kol­le­ga Bran­don Car­ter til å nev­ne et fore­drag han had­de hørt av den unge ma­te­ma­ti­ke­ren Ro­ger Pen­ro­se i Lon­don. Pen­ro­se bruk­te visst­nok nye to­po­lo­gis­ke me­to­der til å stu­de­re dan­nel­sen av en an­nen type sin­gu­la­ri­tet, en som opp­sto i hjer­tet av et svart hull – om­rå­det med al­vor­lig for­dreid rom­tid som blir igjen når en stjer­ne dør og syn­ker ka­ta­stro­falt sam­men på grunn av sin egen tyngde­kraft. Sin­gu­la­ri­te­ten i et svart hul var en sin­gu­la­ri­tet i rom, ikke i tid, men den had­de mye til fel­les med sin­gu­la­ri­te­ten i Big Bang.

Haw­king kon­tak­tet Pen­ro­se. Det ble star­ten på et av de mest frukt­ba­re sam­ar­bei­de­ne i det 20. år­hund­res fy­sikk. Mel­lom 1965 og 1970 be­vis­te de to en rek­ke ster­ke sin­gu­la­ri­tets­teo­re­mer. Det vik­tigs­te var at Big Bangs sin­gu­la­ri­tet un­der en rek­ke svært plau­sib­le for­hold vil­le være uunn­gåe­lig. De vis­te at den vil­le dan­ne seg uan­sett hvor­dan til­bakes­po­lin­gen av uni­ver­set forløp. Si­den en sin­gu­la­ri­tet er me­nings­løs, had­de Haw­king og Pen­ro­se vist at Ein­steins teori inne­hol­der ki­men til sin egen de­struk­sjon. På sam­me måte som New­tons tyngde­kraft­te­ori vis­te seg å være en til­nær­ming til en dy­pe­re teori, nem­lig Ein­steins, er Ein­steins tyngde­kraft­te­ori i sin tur en til­nær­ming til en en­da dy­pe­re teori. Den­ne dy­pe­re teori­en, som vi kal­ler kvan­te­gra­vi­ta­sjon, har fy­si­ker­ne ennå ikke fun­net fram til. Først når den er på plass, vil vi kun­ne be­sva­re det al­ler største spørs­må­let: Hvor kom­mer det fra, det­te uni­ver­set som vi alle sam­men le­ver i?

OVER: På 1920-tal­let bruk­te Ed­win Hubb­le det­te 2,5 me­ters Hook­er-te­le­sko­pet i Ca­li­for­nia til å vise at uni­ver­set eks­pan­der­te. OVENFOR T.H.: Ro­ger Pen­ro­se, den bri­tis­ke ma­te­ma­ti­ke­ren som sam­ar­bei­det med Haw­king om noen av de vik­tigs­te opp­da­gel­se­ne hans. T.V.: Den rus­sis­ke fy­si­ke­ren Alek­sandr Fried­mann ar­bei­det med noen av de sam­me tan­ke­ne som Le­maît­re på om­trent sam­me tid.

Newspapers in Norwegian

Newspapers from Norway

© PressReader. All rights reserved.