Hvis tyngdekraften virker på samme måde i verdensrummet som på Jorden, skulle universet i dag udvide sig langsommere, end det gjorde lige efter 'the Big Bang'. Men alle målinger viser, at universet faktisk udvider sig hurtigere nu.
Den forklaring, man arbejder med, er at den kraft, som forårsager denne acceleration, er 'mørk energi'.
Præcist hvad denne energi er, strides de lærde om.
Der findes flere teorier, men nu er forskerne måske kommet lidt nærmere på at bevise én af disse teorier, nemlig teorien om at mørk energi er et såkaldt 'kamæleonfelt'.
Manglende fotoner viser mørk energi
Et hold af forskere fra Queen Mary University i London med dr. Douglas Shaw i spidsen har præsenteret et forsøg i 'Physical Review Letters', hvor de har sammenlignet lyset fra centrene af 77 aktive galakser.
Ved hjælp af disse sammenligninger, har de fundet, hvad de kalder 'gode beviser' for at en del lysfotoner er forsvundet på vejen til jorden.
Hvis det viser sig at være korrekt, kan det betyde, at kamæleonfeltet findes, og dermed, at man har observeret mørk energi direkte.
Men: hvordan kan manglende fotoner - altså mindre lys - være et bevis på mørk energi?
Kamæleonen ændrer vægt efter miljøet
I teorien om at mørk energi er et kamæleonfelt, forklares den mørke energis kraft som et kraftfelt bestående af partikler.
Ethvert kraftfelt - som for eksempel det magnetiske - består af sådanne partikler, men det specielle ved et kamæleonfelt er, at partiklerne knyttet til dette felt forandrer deres masse alt efter, hvor de befinder sig.
Partiklerne opfører sig altså som en slags kamæleoner - og kaldes derfor 'kamæleonpartikler'.
I praksis vil det sige, at hvis dette mørk energi-felt eksisterer, så vil det have partikler knyttet til sig, som har visse egenskaber i vort solsystem, men helt andre egenskaber andre steder.
Grunden til, at det må være således, er, at vi ikke har kunnet måle kraften her i solsystemet.
Stor masse er lig med lille kraft
»Eftersom vi ikke kan måle denne kraft, har man fremsat idéen om kamæleonfelter og kamæleonpartikler,« fortæller norske Øystein Elgarøy.
Han er astrofysiker ved Institut for teoretisk astrofysik ved Universitet i Oslo, og arbejder til daglig med problemerne omkring mørk energi.
»En sådan kamæleonpartikel vil have en høj masse, der hvor tætheden i omgivelserne er høj. Og hvis partiklerne har en høj masse, så vil de kræfter, de har, ikke have nogen særlig virkning.«
For at en kraft skal have nogen påvirkningsmulighed udenfor mikrokosmos, skal den have en lang rækkevidde. Rækkevidden er bestemt af bølgelængden af de tilhørende partikler. Og hvis partiklernes bølgelængde er stor, er deres masse lille. De to størrelser er altså omvendt proportionale.
»Men når vi taler om universet på en stor skala, hvor den gennemsnitlige tæthed er yderst lav i forhold til her i solsystemet, så vil en kamæleonpartikel kunne have en effekt,« forklarer Elgarøy.
Stor kraft i det tomme rum
Antag, at du har én kamæleonpartikel her på jorden, og én langt ude mellem galakserne et sted.
På jorden vil denne partikel - som får større masse des større tæthed der er omkring den - have stor masse. Dermed vil den også have en kort bølgelængde, og en lille påvirkningskraft. Faktisk så lille, at fysikerne ikke engang kan opdage den.
Men ude i tomrummet mellem galakserne vil tætheden omkring den være forsvindende lille. Dermed vil partiklens masse også være ubetydelig lille, og bølgelængden bliver dermed enorm.
Og hvis dette er tilfældet, så kan kraften fra et felt bestående af kamæleonpartikler vise sig at være den kraft, som accelerer universets udvidelse - selv uden at den kan måles her omkring.
Voilà: denne kraft er 'mørk energi'.
Forsvundet undervejs
Lakmus-testen for en sådan teori, hvis det er den rigtige til at forklare universets acceleration, vil være at kunne observere en kamæleonpartikel. Det vil igen betyde at kamæleonfeltet eksisterer. »Disse kamæleonpartikler kan vekselvirke med elektromagnetiske felter. Når partiklen passerer gennem felterne kan den blive forvandlet til en foton, og en foton kan forvandles til en kamæleonpartikel,« fortæller Elgarøy.
»En mulighed man så vil have, er at se på lyset fra objekter som er langt ude i universet. I det lys - hvis det bevæger sig gennem elektromagnetiske felter på vejen til os - kan nogle af fotonerne blive til kamæleonpartikler.«
Kamæleonpartikler kan ikke ses i teleskoperne, så resultatet vil i så fald blive, at man i teleskopet observerer mindre lys end man ville have gjort, hvis der ikke fandtes nogen kamæleonpartikler.
»Fotonerne forsvinder undervejs, fordi de bliver til kamæleonpartikler. Så hvis man ved hvor mange fotoner man ville have set, hvis der ikke fandtes kamæleonpartikler, og hvor mange man faktisk ser, kan dette vise om kamæleoner findes eller ej,« forklarer Elgarøy.
Altså:
Forskerne fra London har sandsynligvis set færre fotoner nå jorden end det antal man skulle forvente. Det kan betyde at en del af disse fotoner er blevet forvandlet til kamæleonpartikler. Og dette kan igen betyde at kamæleonpartikler eksisterer, og at kamæleonfeltet derfor er en rigtig teori for mørk energi.
Usikkert antal fotoner
Men Elgarøy forklarer, at der er to vigtige usikkerhedsmomenter ved dette eksperiment:
»For det første er resultatet i sig selv ikke helt vandtæt, fordi hvis du skal sige at fotoner er forsvundet, så skal du vide hvor mange som burde være kommet frem. Netop dette er de ikke hundrede procent sikre på at de ved.«
»Desuden findes der andre typer partikler som kan give den samme effekt som kamæleonpartikler kan give. Derfor kan man heller ikke vide - hvis der er en effekt - at det er kamæleonpartikler som skaber den,« forklarer han.
Hvilken teori passer?
Og i tillæg til problemerne ved dette specifikke eksperiment, har du også hovedproblemet:
Kamæleonfeltsteorien er noget, som man har fremsat ene og alene for at forklare mørk energi.
Så i stedet for at sige 'vi kan ikke måle denne kraft, fordi partiklerne er kamæleonpartikler', kan man lige så godt sige 'vi kan ikke måle denne kraft, fordi den simpelthen ikke findes'.
Der findes flere andre forklaringsmodeller for, hvorfor universets udvidelse accelererer. Blandt andet, at det sker ved hjælp af Einsteins 'kosmologiske konstant', eller fordi der er noget galt med vores forståelse af tyngdekraften.
Kamæleonteorien er derfor på ingen måde noget endegyldigt svar for astrofysikerne.
»Teorien er en god idé, som ikke har nogen anden motivation, end at man ønsker at forklare mørk energi. Den har begrænset hold i virkeligheden,« påpeger Elgarøy.
- Det virker til at I famler lidt rundt i blinde indenfor hele dette felt?
»Ja, og det er jo sådan forskning ofte er. Vi må blot arbejde hårdere, for at få flere observationer, og luge så mange modeller fra som muligt,« afslutter han.
© forskning.no. Oversat af Johnny Oreskov
