Mørkt stof i universet – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Astrofysik > Mørkt stof i universet

20. marts 2008

Mørkt stof i universet

Hej Malte
Jeg læser lige nu artiklen i JP om 'Jagten på det mørke stof', og de mange pct. vi ikke ved noget om hvad er.

Når fysikere taler om at undersøge hvad universet består af, mener de så ALT. Altså også hvad der er i "mellemrummet" i f.eks. et atom, mellem kernen og elektronerne?

Giver det nogen mening at spørge om det, og er det man forventer at finde også et eller andet "fysisk", og ikke kun stråling/bølger, men "stof" vi ikke kan se eller måle derinde i det små? Eller hvad?

Er der derfor ikke noget der hedder vakuum, altså steder hvor der kun er stråling, men ikke "stof"? Mørkt stof forstås.

Med venlig hilsen
P D  

Når fysikere snakker om "stof", er det partikler, der har en masse, vi tænker på. I stof indgår derfor både almindeligt synligt stof og mørkt stof, der begge har en masse. Hvorimod når vi snakker om indholdet af Universet, er regnskabet ofte opgjort i energi.

To store galaksehobe der er ved at kollidere. Det
mørke stof (vist med blåt) og galakserne bevæger
sig bare gennem hinanden. Men den varme gas
(vist med lyserødt) mellem galakserne oplever en
"luftmodstand", og gassen til højre har derved fået en nærmest projektil-agtig form.
Billedkilde: www.astronomi2009.dk

Massen af al stoffet kan omregnes til energi ved hjælp af Einsteins kendte relation E = mc2, men i det samlede regnskab indgår mere end stoffet. Observationer af supernovaer har vist, at Universets udvidelse accelerer.

For at forklare denne acceleration, er man nødt til at indføre det man kalder mørk energi. Den mørke energi opfører sig modsat tyngdekraften, og støder fra sig, i stedet for at tiltrække. Derfor kan man sagtens have områder i Universet, hvor der ikke er stof, men der vil altid være energi.

Men historien slutter ikke her. Hvis du stadig er nysgerrig, så hæng på: Man ved ikke hvad mørk energi er, men en del teorier kæder netop mørk energi sammen med energien af vakuum. Man har længe været klar over, at vakuum ikke er energi-løst. Så længe man bevarer neutraliteten af alle kvantemekaniske ladninger (hvoraf elektrisk ladning bare er en enkelt), kan man ved hjælp af Heisenbergs usikkerheds-princip "låne" en lille smule energi i vakuum, hvis bare man afleverer det hurtigt nok.

Derfor kan der opstå partikel-antipartikel par ud af ingenting (vakuum), som kun kan eksistere i ganske kort tid, hvorefter de annihilerer og leverer energien tilbage til vakuum. Det kalder man vakuumfluktuationer.

Ifølge kvantemekanikken skal hvert punkt i Universet have en vakuumenergi, men da Universet er uendeligt stort, får man, at den samlede energi skal være uendelig. I stedet kan man argumentere for, at det kun er muligt at måle forskelle i vakuumenergien, og ikke dens absolutte størrelse. Det svarer til, at man står på en tilfældig (ukendt) etage i en skyskraber. Hvis man går et par etager op, kan man sige hvor mange etager man er gået op, men man kan stadig ikke sige, hvilken etage man står på.

Man kan så lave sit eget nummersystem, og kalde den etage man startede på for 0. Men når man så møder nogen, der er startet på en anden etage, har de en anden opfattelse af 0. Og det er ikke sikkert, at nogen af dem er den absolutte, hvor 0 ligger i gadeplanet.

I partikelfysik har man således valgt nulpunktet til at være nul, men det kan lige så godt have en energi. Og den energi kunne netop være dét, der får Universet til at udvide sig. Problemet er, at hvis man benytter den kvantemekaniske teori for vakuumenergien til at beregne størrelsen af den mørke energi, så får man et resultat der er 1080 (1 efterfulgt af 80 nuller) gange større end den værdi, der skal til for at forklare accelerationen af udvidelsen af Universet.

Derfor har vi endnu ikke en samlet teori for vakuumenergi og mørk energi, men forhåbentlig vil de begge få afluret deres hemmeligheder lidt efter lidt.

På den engelske version af Wikipedia findes der nogle ganske udmærkede artikler om mørk energi og vakuum:

Med venlig hilsen
Signe Riemer - Sørensen