"Det är synd att 99 % av
journalisterna skall fördärva
förtroendet för en hel yrkeskår"
(okänd)

"Ormar äro älskliga varelser,
om man råkar tillhöra samma
giftgrupp"
(Artur Lundkvist)

"Ju längre ett samhälle
kommer från sanningen,
desto mer kommer detta
samhälle att hata dem
som säger sanningen"
(George Orwell)

"Den som gifter sig med
tidsandan blir snabbt änka."
(Goethe)

"Civiliserade är de kulturer
och individer som respekterar
andra."
(hört på Axesskanalen)

"Det tragiska med vanligt
sunt förnuft är att det
inte är så vanligt."
(Albert Einstein)

"Halv kristendom tolereras
men föraktas.
Hel kristendom respekteras
men förföljs."
(Okänd)

"För att komma till flodens
källa måste man simma
mot strömmen."
(Stanislaw Jerzy Lec)

"Jag noterar att alla de
människor, som är för
abort, redan är födda."
(Ronald Reagan)

Senast ändrad: 2010 01 21 14:28

Mysteriet med naturkonstanterna

Att förklara hur ett universum uppstått ur ingenting är onekligen en formidabel uppgift, som möjligen en svensk författare av läroböcker för högstadiet skulle gå i land med. De mest framstående kosmologerna är däremot tveksamma till att det skulle vara möjligt att hitta en sådan förklaring. Hur skulle man t ex kunna ställa upp modeller när man inte känner till de lagar som eventuellt rådde före universums uppkomst. Om det nu överhuvudtaget fanns några lagar. Om ingenting existerar, men det ändå finns någon form av lagar, i vilken mening kan dessa då sägas existera? De kan ju inte manifestera sig. Augustinus skulle utan tvekan sagt att naturlagarna före skapelsen hade sin existens i Guds tankar.[1]

Det är uppenbart att det finns oerhörda logiska och filosofiska problem med bigbangscenariot. Vi skall nu titta lite närmare på ett sådant problem.

Inom fysiken förekommer många viktiga konstanter[2], bl a elektriska elementarladdningen (e)[3], ljushastigheten i vakuum (c), gravitationskonstanten (C), Plancks konstant (h), protonens vilomassa (mp) etc. De numeriska värdena av dessa naturkonstanter är naturligtvis beroende av vilket enhetssystem vi använder oss av. Genom att kombinera dem på olika sätt kan man skapa nya, enhetslösa konstanter, dvs konstanter som utgörs av rena tal. Följande tre enhetslösa naturkonstanter används ofta av teoretiska fysiker:

Att den första konstanten är enhetslös inses lätt, eftersom både täljare och nämnare har samma enhet, t ex kg, g eller atommassenheter (enheten i formeln blir då kg/kg, g/g etc, vilket blir lika med 1). Oberoende av i vilken enhet vi uttryckt massorna, så måste naturligtvis förhållandet mellan de två massorna vara detsamma (protonen är ca 2 000 gånger tyngre än elektronen). Det är inte alltför svårt att kontrollera att också de två övriga konstanterna består av rena tal utan någon enhet.[4] Alla observatörer i universum kommer därför att vara överens om värdena på de tre ovanstående konstanterna, oberoende av sina enhetssystem.

Universums egenskaper bestäms till stor del av dessa tre, enhetslösa konstanter. Finstrukturkonstanten kan sägas vara ett mått på de krafter av elektromagnetisk natur som verkar i och på atomerna, medan gravitationsstrukturkonstanten är ett mått på gravitationens styrka. Av deras relativa värden framgår det att gravitationskraften är helt försumbar jämfört med de övriga krafter som verkar i atomens inre, och att därför gravitationen är helt ointressant då vi studerar atomära egenskaper.

Vi vet inte varför de tre konstanterna ovan har just de värden de har. Däremot vet vi, att om dessa värden vore annorlunda, skulle universum vara mycket annorlunda. Kanske så annorlunda att vi inte ens skulle kunna föreställa oss detta. Det visar sig existera en mängd otroliga sammanträffanden när det gäller naturkonstanterna. Skulle t ex finstrukturkonstantens värde vara omkring en procent större eller mindre, skulle stjärnornas struktur skilja sig dramatiskt från den struktur de har idag. I själva verket finns det all anledning att tro att vi i så fall inte skulle vara här för att diskutera saken..

Men inte bara dessa konstanters värden har råkat bli de "rätta". Skulle den starka kraften[5] vara 5 procent starkare, skulle stjärnorna inte kunna brinna och vore den 2 procent svagare, skulle universum enbart bestå av vätgas och inget annat. Om neutronens massa vore 0,2 procent mindre än vad den är, skulle alla fria protoner sönderfalla till neutroner och inga atomer skulle då existera. Samma sak gäller naturkonstant efter naturkonstant. Vore elektronens laddning 5 procent mindre eller större, existerade inga kemiska föreningar, etc, etc. Kort sagt, om någon eller några av naturkonstanterna hade värden som bara obetydligt skilde sig från de aktuella värdena, skulle inget liv kunna existera i universum. Frågan är nu, varför har dessa konstanter råkat få just de rätta värdena?[6]

A visar den faktiska situationen i universum. Expansionshastigheten är exakt rätt för att galaxer, stjärnor och planeter skall bildas. B visar vad som skulle hända om universum utvidgas för snabbt. Hela universum skulle då vara ett homogent vätgasmoln. I C visas hur situationen skulle vara om expansionshastigheten vore för låg. Universum kommer då att dras samman igen långt innan något liv skulle kunna uppstå enligt evolutionsscenariots mekanismer.[7]

Vissa konstanter är speciellt känsliga. Om t ex universum expanderar alltför snabbt så skulle enligt bigbangteorin materien bli så homogent fördelad att galaxer omöjligen skulle kunna uppstå (se figuren ovan). Utan galaxer existerar inga stjärnor, utan stjärnor inga planeter etc. Om, å andra sidan, universum expanderar för långsamt, skulle materien klumpa ihop sig så att hela universum kollapsade innan några stjärnor av soltyp hunnit bildas. Det märkliga är nu hur oerhört exakt universums expansionshastighet måste vara för att liv skall kunna existera. Beräkningar visar att denna hastighet högst kan skilja sig med 1/1055 från sitt nuvarande värde. Ett tal som praktiskt taget är lika med noll.[8] En annan ytterst känslig storhet är förhållandet mellan antalet protoner och antalet elektroner i universum. Skulle detta ändras med så lite som 1/1037, blev den elektromagnetiska kraften så totalt dominerande över gravitationen att varken galaxer, stjärnor eller planeter kunde existera.

Astrofysikern Hugh Ross ger i sin bok The Creator and The Cosmos, Navpress, 1993 (se också litteraturförteckningen) en bra översikt över känsligheten hos de olika naturkonstanterna. Ross har dessutom en omfattande litteraturförteckning för den som vill tränga djupare in i ämnet.

För en materialist, som anser att universum uppkommit genom en slump, är ovanstående naturligtvis en obehaglig påminnelse om att materialismen är en tro i precis lika hög grad som teismen (tron på en skapande Gud). Skillnaden är bara den att materialismen kräver betydligt mer tro på det mirakulösa än vad teismen gör! Att slumpen skulle ha råkat åstadkomma exakt de rätta värdena på alla naturkonstanter, verkar fordra en åtskilligt större tro på det "otroliga" än vad t ex kristendomen gör. Där förutsätter man ju åtminstone existensen av en intelligent Skapare.

Lee Smolin, en av de ledande forskarna inom teoretisk kosmologi uppskattar i sin bok Three Roads to Quantum Gravity (PHOENIX PAPERBACK, 2000, sid 202) sannolikheten för att naturkonstanterna i ett slumpgenererat universum får de egenskaper som är nödvändiga för "kolkemi" till en på 10230 (dvs 10-230). För att förstå vilket oerhört litet tal detta handlar om, kan nämnas att 10182 är storleksordningen på det antal "Planckvolymer" som får plats tätt packade i hela det kända universum (om vi antar att radien av detta är ca 15 miljarder ljusår). Observera att 10230 är 1048 gånger större än 10182. Och 1048 är 100 miljarder gånger större än 1037 som föklaras nedan.
För att läsaren skall förstå ovanstående, är det kanske på sin plats att förklara begreppet Planckvolym. Man tror idag att rum och tid inte är mikroskopiskt kontinuerliga, utan att tiden "tickar" fram i små steg, den s k Plancktiden, som är 10-43 sekunder. På liknande sätt finns ett minsta avstånd, Plancklängden, som är 10-33 meter. Föremål som tycks röra sig sig jämnt och kontinuerligt, "hoppar" i själva verket fram en Plancklängd i taget. Planckvolymen (volymen av ett klot vars diameter är lika med Plancklängden) är således den minsta volym som existerar, och den är ofantligt mycket mindre än volymen av en elektron (det får plats ca 1050 Planckvolymer i en elektron). Det är uppenbart att 10182 (antalet planckvolymer som ryms i hela det kända universum) måste vara ett oerhört stort tal! Mänskligt sett oändligt stort.
Problemet med att använda tiopotenser är att man lätt blir fartblind. Oerhört stora eller små tal ter sig förföriskt medelmåttiga ut i tiopotensernas språk. Därför måste man ge konkreta exempel för att förstå vilka enorma tal det handlar om. Den ovannämnde astrofysikern Hugh Ross ger i sin bok följande bild av talet 1037, som är oerhört (i praktiken oändligt) mycket mindre än 10230. Antag att man staplat tjugofemcentsmynt hela vägen upp till månen (384 000 km högt). Täck sedan hela Nordamerikanska kontinenten med sådana myntstaplar. Gör likadant på en miljard kontinenter lika stora som Nordamerika. Måla ett mynt rött och blanda in det bland de övriga och be sedan en vän att med förbundna ögon på måfå ta ett enda mynt bland staplarna. Sannolikheten att han vid första försöket skall ta det röda myntet är då 1/1037. Jämför detta med USA:s statsskuld som, om man staplade tjugofemcentsmynt 60 cm högt, endast skulle täcka 2,7 km2 .
Även om Smolins uppskattning ovan bygger på en del osäkra antaganden, ger den ändå en antydan om det osannolika i uppkomsten av ett universum som tillåter kolkemi (och därmed liv i någon form som vi kan föreställa oss).

En vanlig invändning mot ovanstående argumentering är att vi inte med säkerhet kan veta hur universum skulle sett ut om naturkonstanternas värden varit annorlunda. De effekter som angetts ovan bygger, menar man, på antagandet att den moderna fysiken ger en tämligen korrekt verklighetsbeskrivning, vilket inte kan bevisas. Det skulle t ex kunna vara så att universums lagar och konstanter är kopplade till varandra i ett komplext mönster som vi inte känner till. Förändring av en konstant skulle då kunna förändra andra konstanter och lagar så att universum ändå skulle kunna hysa liv. Felet med dylika resonemang ligger i att de är spekulativa och metafysiska. Fysikens modeller kan naturligtvis när som helst vederläggas av nya observationer, men så länge detta inte skett verkar det mest förnuftiga vara att utgå från det vi vet eller tror oss veta idag. Dessutom är det helt felaktigt att hävda att den moderna fysiken inte ger en korrekt beskrivning av den fysiska verkligheten. Bortsett från gravitation ger kvantmekaniken tillsammans med den speciella relativitetsteorin en anmärkningsvärt exakt beskrivning och förklaring av både makroskopiska- och mikroskopiska fenomen. Gravitationen å sin sida förklaras på ett utomordentligt sätt med hjälp av den allmänna relativitetsteorin. Det faktum att så många mycket framstående, fysiker spenderat så mycket tid på att försöka bortförklara naturkonstanternas mycket speciella värden, visar under alla förhållanden att problemet långt ifrån kan avfärdas som trivialt.

Den perfekta och oerhört känsliga balans, som råder mellan de olika naturkonstanterna och även naturlagarna, kan liknas vid den balans som finns mellan de olika delarna i en komplicerad maskin, t ex en avancerad bilmotor, en dator eller en levande cell. Minsta förändring av någon del i en sådan maskin skulle — om inte denna förändring var mycket noggrant beräknad — antingen leda till en sämre fungerande maskin, eller till en maskin som inte fungerar alls. Ställer vi oss frågan varför en bilmotor eller en superdator uppvisar en sådan perfekt balans och harmoni mellan sina olika delar, blir det uppenbara svaret att "konstruktören har gjort den sådan för att den skall fungera optimalt". Kanske svaret på motsvarande fråga när det gäller universum är detsamma, "Därför att Skaparen har gjort det sådant, för att livet skall kunna existera".

Tony Rothman, teoretisk fysiker, skrev 1987 i en populärvetenskaplig artikel:

Den medeltida teologen som betraktade natthimlen genom Aristoteles ögon och såg hur änglarna åstadkom himmelssfärernas harmoni har utvecklats till den moderna kosmologen som betraktar samma himmel genom Einsteins ögon och ser Guds hand, inte i änglar utan i naturkonstanterna. ...När man konfronteras med universums ordning och de märkliga sammanträffanden som finns i naturen är det mycket frestande att ta trossprånget från vetenskap till religion. Jag är säker på att många fysiker vill göra detta. Jag önskar bara att de ville erkänna det.[9]

Fysikern Paul Davies uttrycker ungefär samma tankar i sin bok I huvudet på Gud:

Jag tillhör den grupp naturvetare som inte bekänner sig till någon konventionell religion, men icke desto mindre förnekar att universum är en oavsiktlig slump. Genom mitt vetenskapliga arbete har jag allt starkare kommit att tro, att vårt fysiska universum är ihopsatt med en så förvånansvärd sinnrikhet, att jag inte kan acceptera det som ett rent faktum. Det tycks mig som om det måste finnas en bakomliggande förklaring.[10]

Det överlägsna sätt varmed många människor idag avfärdar varje form av tro, saknar grund. Ofta hänvisar man till fysik och andra områden av naturvetenskap, när man motiverar sin egen "otro", samtidigt som många fysiker och kosmologer i stället anser att indicierna för en Skapare växer sig allt starkare. Allt tal om att vetenskapen skulle ha bevisat att det inte finns någon Skapare är således rent nonsens!

Tillbaka till Universums uppkomst
Tillbaka till "Olika ursprungsscenarion"
Tillbaka till "Termodynamikens andra lag"
Tillbaka till "Ondskans makter samlas..."
Tillbaka till avsnittet "Intelligent design — vad är det?"

Du kan läsa mer om universums uppkomst i:
Bortförklaringar, bortförklaringar


[1] Naturlagar och naturkonstanter betraktas numera inte som väsensskilda från materia och energi på det sätt som t ex Newton gjorde. När man idag talar om naturlagar menar man inte "av materien oberoende lagar vilka utifrån styr materia och energi" utan man betraktar snarare naturlagarna som uttryck för att materia och energi, i vissa väldefinierade situationer, uppvisar ett regelbundet beteende. Lagarna är således representanter för materiens egenskaper och inte några styrande, abstrakta principer. I detta perspektiv är det givetvis ännu svårare att förstå hur några "naturlagar" kunde existera innan materia och energi bildades.
[2] Frågan huruvida dessa "konstanter" alltid haft samma värden eller ej ligger utanför denna diskussion.
[3] Det är den minsta mängd elektricitet som existerar fritt. Elektronens och protonens laddning är lika med 1 elementarladdning.
[4] Enheterna tar ut varandra i dessa samband.
[5] På grund av den elektriska repulsionen mellan protonerna skulle atomkärnorna omöjligen kunna hålla ihop om det inte samtidigt fanns en starkare, attraktiv kraft som binder protonerna till varandra. Denna kraft har fått namnet stark kraft och är ca 100 gånger starkare än den elektriska kraften.
[6] För en utförlig sammanfattning av dessa och andra naturkonstanters känslighet se The Cosmological Principle av John Barrow och Frank Tipler, Clarendon Press, 1986. Detta är standardverket på området.
[7] Någon kanske uppfattar mitt resonemang som att jag tror att livet och kosmos uppstått av sig självt. Så är inte alls fallet, även om jag är övertygad om att t ex stjärnor kan uppstå naturligt i universum. Den argumentationsteknik jag använder i samband med diskussionen om naturkonstanterna brukar inom logiken gå under namnet reductio ad absurdum, dvs bevis genom motsägelse, en välkänd bevisteknik som redan grekerna kände till. Man antar där motsatsen till det man vill bevisa och visar sedan med hjälp av logik att detta antagande leder fram till en motsägelse eller absurditet. Eftersom sådana inte kan existera, måste antagandet vara felaktigt.
I vårt fall är antagandet att universum uppkommit av en slump, dvs motsatsen till att det är skapat. Eftersom sannolikheten att vårt universum uppkommit slumpmässigt visar sig vara i stort sett lika med noll, vilket är absurt, måste därmed antagandet om universums spontana uppkomst vara felaktigt eller åtminstone osannolikt.
[8] 0,01 = 1/100 betyder som läsaren säkert känner till 1 procent. Jämför detta med1/1055 som är lika med 0,0...(54 nollor sammanlagt)...01.
[9] "A 'What You See Is What You Beget' Theory", Discover, May 1987, sid 99.
[10] Pocket Express, 1993.
© Krister Renard