Fra alfa til omega

NASAs store flause

For å klargjøre hva som menes med naturkonstanter, kan vi begynne med å se på ting som ikke er konstante. John Barrow er glad i å bruke sitater, så vi låner dette fra begynnelsen av andre kapittel i boka:

“The Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board has determined that the root cause for the loss of the Mars Climate Orbiter spacecraft was due to the failure to use metric units.”

Sitatet er hentet fra rapporten som ble skrevet etter at Mars Climate Orbiter krasjet på Mars i 1998. NASA kunne få romfartøyet helt fram til Mars (noen hundre millioner kilometer og mange måneders reise vekk fra Jorda), men så bommet de med snaue ti mil. En ingeniør hadde brukt tommer og ikke centimeter som målingsenhet i programmet som skulle få plassert fartøyet i riktig bane rundt planeten.

Måleenhetene er ikke naturkonstanter

Da regjeringen i England for et par år siden foreslo å gå over til det metriske systemet for å tilpasse seg EU-standarden, ble det et rabalder uten like. Motstandernes argumentasjon var at de britiske måleenhetene er mer “sanne” enn de upersonlige, metriske verdiene.

For ordens skyld: En britisk tomme tilsvarer 2,54 centimeter. Det går 12 tommer på en fot, tre fot på en yard og 1760 yards på en mile. En britisk mil tilsvarer 160934,4 centimeter. Men inch, foot og yard er for barnemat å regne når vi ser på britenes system for måleenheter for væskeinnhold. Der finner vi uttrykk som minim, fluid dram, gill, quart og gallon.

Men ingen av disse enhetene er konstante i en kosmisk sammenheng. De er avhengig av hvor vi befinner oss, og hvilke regler vi bruker for å måle det vi måler. Begrepet “meter” finnes ikke i naturen. Det er faktisk vitenskapsakademiet i Paris som bestemmer hvor lang en meter er. I 1791 bestemte de at meteren skulle være en gitt andel av jordas omkrets. Senere har meteren blitt standardisert med blant annet metallstenger og bølgelengder i bestemte spektre. I 1983 ble meteren satt til å være den avstanden som lyset beveger seg på omtrent ett trehundremilliontedels sekund, eller 1/299 792 485 sekund.

Med andre ord, meteren er basert på den tryggeste, universelle konstanten vi har: lysets hastighet i vakuum. Denne hastigheten har vært kjent for oss helt siden den danske astronomen Ole Rømer i 1676 målte tiden det tok for lyset fra Jupiters måne Io å nå fram til Jordas overflate.

Hva gjør en konstant til en naturkonstant?

I “The Constants of Nature: From Alpha to Omega” skriver John D. Barrow at vi må skille mellom de verdiene vi oppfatter som konstante, og de som virkelig er det. En naturkonstant defineres som en verdi som aldri forandrer seg. Den må ha samme verdi uansett hvor i universet du er, uansett hvem som observerer verdien, og uansett hvordan du måler den. Men et fjerde aspekt er også viktig: naturkonstanten må være den samme uansett når i universets historie du måler den.

En av konstantene som vies mest oppmerksomhet i boka, er alfakonstanten, som kort sagt er et mål på de elektromagnetiske kreftene som holder de grunnleggende byggesteinene i materie sammen. Hadde den vært kraftigere, ville atomkjernene ha smeltet sammen, og hadde den vært svakere, ville atomene aldri ha blitt dannet.

Hvis det viser seg at den er variabel over milliarder av år, kan det få store konsekvenser for for eksempel kjemi, der elementenes sammensetning er helt avhengig av at alfakonstanten har nøyaktig den verdien den har. Hvis den varierer over tid, vil den en gang kunne få en verdi som gjør at forutsetningen for atomenes eksistens ikke lenger er til stede. I så fall vil all materie, i alle fall slik vi kjenner den, forsvinne og omdannes til ren energi.

Mange forskere stiller seg svært tvilende til om det i det hele tatt er mulig at universet kan eksistere med en variabel alfakonstant. Derfor er det oppsiktsvekkende at forfatteren kan presentere resultater fra flere års forskning som viser at alfakonstanten har forandret seg siden Big Bang.

Konstantenes rolle i Universets historie

Fra Big Bang og fram til i dag har vitenskapen en (i alle fall tilsynelatende) utrolig bred innsikt i hvordan Universet har utviklet seg. Vi vet blant annet når elementene ble dannet, når de første galaksene kom, og når vårt eget solsystem ble født. Når vi tenker på at det er knapt 500 år siden Kopernikus dyttet mennesket vekk fra universets sentrum, er det utrolig at vi idag vet så mye som vi gjør.

Men selv om mennesket ikke lenger har en privilgert plass i universet, understreker Barrow at det er åpenbart at vi ikke kan være på et hvilket som helst sted. Vi må for eksempel leve på en planet som ikke er for nær eller for langt unna en stjerne som ligner på sola. Vi må bo i et område i universet der det er nok metaller og tunge stoffer til å skape organisk materie, slik at liv i det hele tatt oppstår.

Derfor er konstantenes verdier så forunderlige. Alt for mange av dem ser ut til å være “finstemt” til verdier som passer utmerket for at universet skal kunne fostre liv. Det er dette som danner kjernen i det antropiske prinsipp, som kort fortalt sier at “universet er som det er, fordi hvis det hadde vært annerledes, ville ikke vi ha vært her for å observere det”.

Dette er sterkt forenklet, og Barrow bruker store deler av boka på å forklare dette prinsippet og hvordan det henger sammen med de verdiene vi observerer.

Det antropiske prinsipp og en flora av univers

Poenget er at forskerne trenger en forklaring på hvorfor konstantene er så fininnstilte. Barrow trekker fram en serie med teorier som har fått fotfeste de siste tiårene, og som er direkte knyttet til det antropiske prinsipp: Vårt univers er bare ett av mange. Hvis vi tenker oss at det finnes mange andre univers, der naturlovene og de underliggende konstantene har andre verdier, er det ikke noe mysterium at vi befinner oss i et univers der konstantene skaper et miljø som er godt egnet for liv.

Dette er selvfølgelig spekulasjoner så lenge det er umulig for oss å bevise at det eksisterer andre univers. Likevel er Barrow en mester i å presentere disse ideene på en måte som gjør det både tilgjengelig og lærerikt.

Kosmologi for “alle”

Fra centimetere og inches til naturkonstanter og multivers: Dette er en svært detaljrik bok.

Det er nok også den vanskeligste boka Barrow har skrevet på lenge. Men det betyr ikke at boka er utilgjengelig. Her er det både vitenskapshistorie, filosofi og svulstige teorier i skjønn forening. Barrow er en dreven popularisator, og har skrevet en bok som bør være interessant for alle som er opptatt av kosmologi i en eller annen form.

The Constants of Nature: From Alpha to Omega
av John D. Barrow
Jonathan Cape, 2002
372 sider
ISBN: 0224061356