Året 2009 er rikt på naturvitenskapelige jubileer. I tillegg til at det i år er 200 år siden Charles Darwin ble født, og 150 år siden "Om artenes opprinnelse" ble publisert, er det i år også 400 år siden Galileo Galilei fikk den lyse idé å rette en kikkert opp mot himmelen. Han var ikke den første som gjorde det, men han innså betydningen av det han så, og beskrev det detaljert og grundig: Jupiters fire store måner, Venus faser, kratere og fjell på Månen. Galileos observasjoner var et viktig steg på veien vekk fra det geosentriske til det heliosentriske verdensbildet, og passende nok er 2009 utropt av FN som det internasjonale Astronomiåret. En smule ironisk er det da at nettopp i disse tider leker enkelte astrofysikere med tanken om at vi kanskje er universets sentrum allikevel.

En viktig oppgave for kosmologer, den avart av astrofysikere som undertegnede hører hjemme blant, er å finne ut hva universet består av. Mange er kanskje kjent med at vår foreløpige konklusjon er at mesteparten av universet er tomrom, og at det som finnes av masse og energi er dominert av to former for stoff som vi ikke vet hva er: mørk materie og mørk energi.

Mørk materie er masse som ikke sender ut lys eller andre typer elektromagnetisk stråling, men som ellers oppfører seg likt vanlig materie. Vi kan "se" den fordi den påvirker bevegelsen til synlig masse gjennom tyngdekrefter.

Mørk energi kan heller ikke ses direkte, men skiller seg fra mørk materie ved at den setter opp frastøtende tyngdekrefter. Dette høres merkelig ut, for vi er vant til at tyngdekrefter alltid er tiltrekkende. Slipper du en stein, beveger den seg ned mot bakken, ikke oppover mot skyene. Men det er Einsteins generelle relativitetsteori, ikke Newtons gravitasjonslov, som er den korrekte beskrivelsen av tyngdekraften, og Einsteins teori åpner for at gravitasjon under visse forhold kan være frastøtende.

Hvorfor trenger vi frastøtende tyngdekrefter? En viktig grunn er en oppdagelse som ble gjort av to grupper av astronomer i 1998: universet ser ut til å utvide seg raskere nå enn det gjorde før. Dersom tyngdekraften alltid er tiltrekkende, ville den virke som en brems på utvidelsen som dermed ville avta med tiden. At det motsatte ser ut til å være tilfellet, tolkes som et tegn på at tyngdekraften virker frastøtende på avstander som overstiger noen milliarder lysår. Vi vet ikke hva det er som er opphav til disse kreftene, men det har fått navnet mørk energi.

Det finnes mange ideer om hva den mørke energien kan være. Den kanskje enkleste løsningen er at det er energien til det tomme rom, vakuum, som er ansvarlig. I følge kvantemekanikken, lovene som styrer mikrokosmos, skal det tomme rom ha energi og egenskaper som gjør at det vil gi opphav til frastøtende tyngdekraft. Problemet med denne løsningen er at teoretiske beregninger av vakuumenergien gir resultater som ligger langt unna det observasjonene forteller oss.

Vi kan ikke måle direkte hvor fort universet utvider seg. Det finnes imidlertid flere indirekte metoder vi kan bruke. De to gruppene som oppdaget universets akselerasjon for elleve år siden, brukte begge målinger av avstand og fart til svært fjerne galakser. Et teleskop er på mange måter som en tidsmaskin: Siden lys beveger seg med en endelig fart, bruker det tid på å nå oss, og lenger tid jo lengre unna objektet vi betrakter befinner seg. Farten til galaksene skyldes universets utvidelse, og dermed kan slike målinger fortelle oss om universets utvidelseshastighet til forskjellige tider. Målingene til de to gruppene viste at galaksene beveget seg på en måte som ikke stemmer med forventningene i et univers uten mørk energi.

Det er imidlertid (minst) ett smutthull i tankerekken fra observasjon til konklusjon. Hvordan vet vi hva vi skal forvente å se? Det er basert på teoretiske beregninger basert på løsninger av ligningene i Einsteins generelle relativitetsteori. Disse ligningene er kompliserte, og for å finne løsninger er vi avhengige av å gjøre antagelser som kan forenkle dem. I kosmologi er det vanlig å anta det såkalte kosmologiske prinsipp: ikke noe punkt i universet er spesielt. Mer presist: universet har de samme statistiske egenskaper uansett hvilket sted vi gjør observasjonene våre fra. Ut i fra ren beskjedenhet virker dette som et fornuftig utgangspunkt. Lærdommen fra Kopernikus, Galilei og Kepler tas vare på: det er lite som tyder på at vi befinner oss på noe spesielt sted i universet, som for eksempel i sentrum.

Det kosmologiske prinsipp er en rimelig antagelse, men like fullt en antagelse. Finnes det alternativ? Ja, det viser seg å gjøre det. For et par år siden viste de norske fysikerne Øyvind Grøn, Morad Amarzguioui og Håvard Alnes at målingene av galaksers avstand og fart kan forklares uten mørk energi dersom vi antar at vi befinner oss nær midten av et kuleformet område der massetettheten er lavere enn ellers i universet. Nylig presenterte de amerikanske matematikerne Joel Smoller og Blake Temple en helt annen type løsning av Einsteins ligninger, der rommet på en måte er bygget opp av bølger som brer seg utover med ulike hastigheter. Dersom du sitter i sentrum av dette universet, vil det se ut som om det utvider seg, og utvider seg raskere etter hvert som tiden går. Dersom vi er villige til å plassere oss selv i midten av universet, ser det derfor ut til at vi kan unngå å innføre mørk energi.

Vi har lett for å tenke at spørsmålet om vi er i sentrum av universet eller ikke har en religiøs betydning. For meg er det imidlertid vanskelig å se at det ville ha store konsekvenser dersom det skulle vise seg at vi befinner oss i midten. Betydningen spørsmålet tillegges skyldes, tror jeg, en spesiell oppfatning av striden mellom tilhengere av det kopernikanske og det ptolemeiske verdensbildet på 1600-tallet. Kirken mente jorda var i sentrum, Kopernikus, Galilei, Kepler og de andre heltene mente at sola var det. Historien er imidlertid mer komplisert enn som så. At den katolske kirken investerte tungt i det geosentriske system, skyldtes nok mer at de hadde gått til det lite kloke skritt å adoptere Aristoteles som "sin" filosof, og ikke så mye bokstavelig lesing av Bibelen. Videre var det en rekke ting ved astronomenes oppdagelser som faktisk innebar en statusøkning for jorda. Det var ikke spesielt bra å være i midten av universet, for det var der all dritten samlet seg, for å si det litt stygt. Månen, planetene og stjernene ble ansett å være bygget opp av mer høyverdig stoff enn jorden, så når Galileis oppdagelser antydet at de ikke var perfekte kuler, og beveget seg i følge de samme lover som gjelder på jorda, innebar dette en oppjustert vurdering av vår plass i universet.

Hvor troverdige er imidlertid disse nye modellene som påstår at vi er universets sentrum? Smoller og Temples modell er et rent "i prinsippet"-arbeid: de har ikke konfrontert modellen med observasjonene vi har, men bare vist matematisk at deres modell kan gi noe som ligner på akselerert utvidelse. Grøn, Amarzguioui og Alnes arbeider er langt grundigere, men deres modell er ikke blitt testet mot de viktigste kosmologiske data vi har: målinger av temperaturen til den såkalte kosmiske mikrobølgebakgrunnen, den eldste resten etter Big Bang, og den statistiske fordelingen av galakser i universet. Det er nemlig ikke bare ett sett av målinger som tyder på at mørk energi finnes, det er en konklusjon som nå baserer seg på flere uavhengige observasjoner. Så langt har et univers med mørk energi der vi ikke er i sentrum vist seg å passe utmerket med alle disse målingene. Inntil en jord-sentrert kosmologi kan oppvise lignende suksess er det ingen grunn til å igjen regne oss som universets midtpunkt. For de som synes dette er litt trist, kan jeg trøste med at dagens foretrukne modell sier at universet ikke har noe sentrum. Det er med andre ord ingen som er mer sentrale enn oss.

Øystein Elgarøy er professor i astrofysikk ved Universitetet i Oslo

html .fb_share_link { padding:2px 0 0 20px; height:16px; background:url(http://static.ak.fbcdn.net/images/share/facebook_share_icon.gif?2:26981) no-repeat top left; }Del på Facebook