Kosmologi er en ret ung videnskab, som forsøger at rekonstruere historien om vores univers fra milliarder af år siden. At se så langt tilbage i tiden er ekstremt vanskeligt, og tilføjelse til kompleksiteten er, at mange af de søjler, som teorierne om kosmologi hviler på, kun er blevet udtænkt inden for de sidste 20 år eller deromkring. Det har ikke givet videnskabsmænd og teoretikere meget tid til fuldt ud at forstå og forstå situationen, og kosmolog Michael Turner siger, at enten skal der opdages noget vigtig ny fysik, eller også vil vi finde en fatal fejl i vores fremherskende syn på Univers.
Så hvad skal der til for at skubbe kosmologi ud over kanten, hvor det går fuldt ud fra teori til videnskab, og vi i det mindste har en forståelse af kosmologisk forståelse? Jeg havde chancen for at stille det spørgsmål til Turner på sidste uges National Association of Science Writers-konference. Turner, der opfandt udtrykket 'mørk energi', er direktør for Kavli Institute for Cosmological Physics ved University of Chicago. Her er hans top fire ønsker til opdagelser i kosmologi:
Ønske # 1: Find ud af karakteren af mørkt stof.
'Jeg tror, vi er meget tæt på at løse dette problem med mørkt stof, og jeg tror, det vil være fantastisk, når det synker ind for alle, at det meste af tingene i universet er lavet af noget andet end det, vi er,' sagde Turner.
Mørkt stof holder universet sammen, ifølge kosmologer. Men da det ikke udsender elektromagnetisk stråling, og vi ikke kan se det, hvordan ved vi, at det er der? 'Det er nødvendigt for at holde galakser sammen, det er nødvendigt for at holde klynger sammen, så enkelt er det,' sagde Turner. 'Der er ikke nok tyngdekraft i alle stjernerne sat sammen til at holde klynger sammen.'
Turner har sammenlignet mørkt stof med et udendørs træ dekoreret med julelys. Langt fra er det eneste, der kan ses, lysene, men det er det usete træ, der holder lysene, hvor de er, og giver dem deres form. Mere poetisk sagde Turner: 'Universet er et net af mørkt stof, der er dekoreret af stjerner.'
Turner kom med en dristig forudsigelse: '2010 er årtiet med mørkt stof - vi vil afslutte denne ting.'
Mørkt stof i Bullet Cluster. Det mørke stof, der ellers var usynligt for teleskopiske visninger, blev kortlagt ved observationer af gravitationslinser af baggrundsgalakser. Kredit: Røntgen: NASA/CXC/CfA/ M.Markevitch et al.; Linsekort: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al. Optisk: NASA/STScI; Magellan/U. Arizona/D.Clowe et al.;
Ønske # 2. Find ud af naturen af mørk energi.
'Mørk energi kan være det mest dybtgående problem i kosmologi i dag, og jeg har vandret rundt i 10 år og sagt dette,' sagde Turner. 'Hvis mørkt stof holder universet sammen, styrer mørk energi dets skæbne.'
Mørk energi udgør sandsynligvis 66% af kosmos, og dens eksistens er kun blevet teoretiseret siden 1998, da astronomer indså, at i modsætning til den fremherskende forestilling om, at universets udvidelse skulle bremses, bevæger den sig faktisk hurtigere, som tiden går.
Hvad er den nuværende teoretiske forståelse af mørk energi? 'Vi har ikke en anelse,' sagde Turner. 'Men lad mig gå herud på et lem med mørk energi og sige, at vi måske finder ud af, at det ikke er vakuumenergi. Vakuumenergi svarer matematisk til Einsteins kosmologiske konstant, og jeg håber, vi finder ud af, at det er noget mærkeligere end energien af ingenting. Det løser ikke problemet, men det ville være en gave til mine yngre kolleger, for videnskab handler om store spørgsmål, og de har brug for spor og noget stort, de kan sætte tænderne i.”
Ja, mørk energi er et stort problem, men for teoretikere er det en stor mulighed. Turner er dog i tvivl. 'Mørk energi er et af de store spørgsmål, der vil optage det næste årti, og jeg ved ikke, om vi vil være i stand til at løse det,' sagde han.
Michael Turner ved konferencen National Association of Science Writers i 2010 på Yale University. Billede: Nancy Atkinson
Ønske #3: Bekræftelse af inflation med opdagelsen af B-Mode polarisering.
Vores nuværende bedste teori om universets tidligste øjeblikke kaldes inflation, hvor universet i løbet af en lille brøkdel af et sekund efter Big Bang ser ud til at have udvidet sig eksponentielt. Især vil højpræcisionsmålinger af de såkaldte B-modes (bevis på tyngdekraftsbølger) af polariseringen af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling være bevis på gravitationsstrålingen produceret af inflation, og de vil også vise, om energiskalaen for inflation forudsagt af de enkleste modeller er korrekt.
'Det er den rygende pistol for inflation.' sagde Turner. 'Det forklarer, hvor al strukturen kom fra - at kvantemekaniske fluktuationer på subatomær skala blev blæst op af denne enorme udvidelse. Det er en fantastisk idé, og i en ligning kunne vi regne ud præcis, hvornår inflationen fandt sted. Du vil bemærke i al vores snak om inflation, at ingen nogensinde fortæller dig, hvornår den fandt sted, for vi ved det ikke. Men de B-tilstande ville fortælle os det.'
Ønske #4. Få multiverset til at forsvinde.
Hvis der var inflation, betyder det, at der også med stor sandsynlighed er et væld af universer derude.
Turner kaldte konceptet med multiverset for 800 lb gorillaen i rummet.
'Dilemmaet er, at vi har beviser for, at inflation fandt sted, og inflationsligningerne siger, at hvis det fandt sted én gang, fandt det sted to gange, og det er lidt ligesom musen og småkagen - hvis det fandt sted to gange, kunne det have fundet sted et uendeligt antal gange,” sagde han.
Multiverset antager, at flere universer eller parallelle universer omfatter alt, hvad der er, ikke kun vores ene 'lokale' univers. 'Hvis der er en multiversstruktur, og hvis du kombinerer denne med strengteori, ender du med et billede af et univers, hvor der kan være forskellige lokale fysiklove, og de forskellige underuniverser kan være utroligt forskellige fra hinanden - forskelle mht. rum og tid, nogle har ikke stabile partikler, mange har ikke liv og så videre. Dette er en utrolig fed idé og kan endda være den vigtigste idé siden Copernicus.'
Men, spurgte Turner, hvordan tester man det? 'Og hvis du ikke kan teste det, kan du derfor ikke kalde det videnskab,' sagde han. 'Så jeg kalder det den multiverse hovedpine - du har denne utroligt vigtige idé, men er det videnskab?'
Så hvad ender du med? En elefant, erklærede Turner, som i historien om blinde mænd, der beskriver en elefant.
'Det er der, vi er i kosmologi,' sagde han. 'Vi er de blinde kosmologer, der føler universet, og hvert stykke data beskriver noget. Der er stadig store spørgsmål, der skal besvares, og det, vi laver i kosmologien, forsøger at samle det hele, og vi kan faktisk i de næste 10-15 år samle det hele. Det er helt fantastisk; universet er meget stort, og vores evner er meget primitive. Men se, hvad vi har gjort indtil videre.'
Dias fra Turners præsentation, der viser universet som en elefant. Billede: Nancy Atkinson