Galaksefrø

Af Benny Lautrup

Nattehimlens uregelmæssige mønstre viser, at stoffet i universet ikke er jævnt fordelt, men klumpet sammen i planeter, stjerner og galakser. Ujævnheden fortsætter langt ud over, hvad der kan ses med de blotte øjne. Galakserne klumper sig sammen i hobe og superhobe, og på de største afstande ligner vores univers mest af alt et skum med vægge af galakser og store bobler af ingenting imellem.

Hvor alle disse strukturer kommer fra, er et af astrofysikkens store spørgsmål. Måske skal deres oprindelse søges i de allerførste øjeblikke af universets eksistens, hvor tilfældige kvantefluktuationer kan have sået frøene til de ujævnheder, der senere voksede i størrelse i takt med universets udvidelse, medens de samtidig på grund af tyngdekraften trak sig sammen til galakser og galaksehobe.

Bogen Big Bang af George Smoot og Keay Davidson handler primært om jagten på disse frø i den kosmiske baggrundsstråling, som gennemsyrer hele universet. Historien er fortalt fra den første forfatters personlige og unikke synsvinkel som en aktiv deltager i udforskningen af baggrundsstrålingen i de sidste 20 år. I 1992 fremlagde han kronen på sit værk, der viste, at der findes ujævnheder i baggrundsstrålingen, som er konsistente med den observerede sammenklumpning af stoffet. Dette resultat betragtes som et af de stærkeste argumenter for hypotesen om universets voldsomme fødsel, Big Bang, for cirka 15 milliarder år siden.

Bogens anden forfatter er journalistisk ghost-writer og har fået sproget til at blive letflydende og forståeligt. Den danske udgave er yderligere hjulpet på vej af Jan Teubers professionelle oversættelse. Det videnskabelige indhold er klart under kontrol af Smoot. Det er kun få steder, at den såkaldte `menneskelige vinkel' klistres på med poetiske naturbeskrivelser og indfølte personskildringer. Det er formodentlig Davidsons værk, men ganske unødvendigt, for Smoots egen beretning er spændende nok.

Det kræver dog en del fordybelse at arbejde sig gennem bogen for den videnskabeligt utrænede læser, men man får faktisk mere videnskab per krone i denne bog end i de fleste andre populære udgivelser. Der er masser af forståelige forklaringer på videnskabelige sammenhænge og medrivende beskrivelser af den møjsommelige proces, som er al forsknings betingelse.

Denne kosmiske baggrundsstråling blev uforvarende opdaget i 1964 af Penzias og Wilson fra Bell laboratorierne under eksperimenter med følsomme mikrobølgeantenner. De fik senere Nobelprisen for opdagelsen, som med et slag udryddede de konkurrerende teorier om universets oprindelse. Ingen anden begivenhed end Big Bang kunne være årsag til denne stråling.

Baggrundsstrålingen stammer nemlig fra omkring 300.000 år efter Big Bang, hvor universets temperatur var faldet til omkring 3000 grader. Ved denne temperatur kunne atomerne, som består af kerner omgivet af elektroner, dannes. Tidligere, da temperaturen var højere, fløj elektroner og atomkerner ubundet rundt mellem hinanden, medens de udvekslede lyspartikler, fotoner, og dannede et uigennemsigtigt, hvidglødende elektromagnetisk plasma.

Den brandvarme fotonsky, der før fyldte hele universet, blev afkoblet og ladt i stikken, da atomerne blev dannet. Strålingen deltog herefter kun i den uundgåelige udvidelse af universet, som startede med Big Bang og har fortsat siden. Nu 15 milliarder år senere er fotonskyens temperatur på grund af udvidelsen faldet fra 3000 grader til cirka 3 grader over det absolutte nulpunkt, men den udfylder stadigvæk hele universet.

I sidste halvdel af 70'erne fik Smoot og hans gruppe mulighed for at få adgang til det berømte U2 spionfly, som amerikanerne havde benyttet til at overvåge russernes våbenudvikling i den kolde krigs varmeste tid fra midten af 50'erne. Nu var både det aldrende fly og dets efterhånden aldrende ingeniører og piloter ikke længere så anvendelige til militære formål - dertil havde man ubemandede sattelitter, og Smoot kunne derfor få tilladelse til at bruge dette i øvrigt meget skrøbelige fly til at bringe måleudstyr op over størstedelen af atmosfæren.

Det man ønskede at gøre, var at måle små temperaturforskelle i baggrundsstrålingen fra forskellige retninger af rummet. Der var flere grunde til at forvente sådanne ujævnheder. Baggrundsstrålingen udgør et strålehav, hvorigennem Jorden, Solen og Mælkevejen bevæger sig på samme måde, som en flyvemaskine bevæger sig igennem lufthavet. I `vindens' retning vil man af denne grund forvente at finde en lidt højere temperatur end i den modsatte. Det drejer sig dog kun om en promilleændring, så det kræver meget forfinet apparatur at bestemme den.

Smoot fremlagde gruppens første resultater i 1977. Fra `modvinden' i strålingshavet kunne det overraskende sluttes, at Mælkevejen og dens nærmeste naboer flyver med 600 kilometer i sekundet henimod en ukendt og kæmpestor `tiltrækker'. Gruppen kunne også fastslå, at universet som helhed ikke roterer. Det var betydningsfulde opdagelser, der vakte genlyd over hele verden.

Men Smoot var efter endnu større bytte, nemlig de retningsafhængige temperatursvingninger i baggrundsstrålingen, som skyldes frøene til galakserne. Den stråling, der afkobles fra sammenklumpet stof, må ifølge Einstein tabe lidt i temperatur, når den `kravler ud' af klumpens tyngdefelt, sammenlignet med strålingen fra mere jævnt fordelt stof. Det er derfor en uomgængelig test af Big Bang hypotesen, at disse krusninger i strålehavet kan observeres.

Så forfinede målinger af temperaturforskelle i størrelsen en milliontedel grad kan kun udføres fra en kunstig sattelit, og i 1989 opsendte amerikanerne derfor sattelitten Cosmic Background Explorer (COBE) med blandt andet Smoots forbedrede instrument til temperaturmåling. Tre år senere, i april 1992, kunne Smoot forelægge resultaterne under stor offentlig bevågenhed: baggrundsstrålingen har faktisk en mikrostruktur af den forventede størrelsesorden! Med dette resultat er det blevet betydeligt sværere at argumentere sig uden om Big Bang.

Smoot fremlægger i sin bog forløbet af en utroligt spændende forskerkarriere med dramatiske ballonopstigninger, U2-flyvninger, og opsendelsen af COBE, som på et hængende hår ikke var blevet til noget på grund af Challenger ulykken. Han fortæller detaljeret om alle de genvordigheder, der ligger i vejen for forfinede eksperimenter. Der er ingen tvivl om, at han er en usædvanligt målrettet forsker, der vier hele sit vågne liv til opgaven, og som ikke skyer nogen personlig strabads undervejs.

Det er også klart, at han har et ego på størrelse med Rundetårn. Spørger man andre astrofysikere om, hvad de mener om ham, svarer de, at han ikke henviser nok til de mange forskere, der også har bidraget til forskningen, men fremstiller historien, som om han har været alene om den. Han er ved at stille sig i positur til en Nobelpris, siger de. Det skal dog tilføjes, at han i denne bog ikke desto mindre omtaler alle de væsentligste bidragydere til forskningen, og desuden indeholder den en liste over navnene på de mere end 1500 medarbejdere på COBE projektet.

Smoot har uden tvivl opnået stor personlig berømmelse på opdagelserne. Allerede nu foreligger der bekræftelse af mikrostrukturen i baggrundsstrålingen fra anden side, så Nobelprisen er nok heller ikke så langt væk.



George Smoot og Keay Davidson:
Big Bang,
Et moderne eventyr om universets fødsel og udvikling,
272 sider,
P. Haase & Søns Forlag




File translated from TEX by TTH, version 3.00.
On 1 Dec 2002, 21:06.