Modifiserte gravitasjonsteorier kan åpne universets snarveier

Modifiserte gravitasjonsteorier benyttes først og frem for knytte gapet mellom observasjoner av universet og de teoretiske forutsigelsene fra standardmodellen i kosmologi. Det viser seg heldigvis at disse teoriene kan ha ende flere gode egenskaper, slik som å gi oss ormehull.

Science-fictions største problem

Universet er stort, og avstandene mellom objekter i universet er enorme. Solens nåværende[1] nærmeste stjerne er hele 4 lysår, og dessverre er faktum at det er lite sjangse for at menneskeheten kan reise til andre stjerner innen de neste to århundre med raketteknologi.

Problemene blir da store for science-fiction forfattere som ønsker å skrive historier uten å bryte med kjent vitenskap, eller for dagdrømmeren som håper å reise til andre stjerner i vår levetid. Heldigvis finnes det mange kreative idéer for å løse dette problemet.

Ormehull

Ormehull er kort fortalt en snarvei igjennom universet, og science-fiction forfatterens beste venn, den tillater en reisende å forflytte seg uendelige avstander på noen få øyeblikk.  En rekke TV-serier (Star Trek, Stargate) og filmer (Contact, Interstellar) benytter seg av disse hjelpsomme hullene, alle med en stor antagelse: at ormehull kan fungere i vårt univers i det hele tatt.

Kan ormehull eksistere?

Standardmodellen som beskriver vårt univers bygger på Einsteins generelle relativitetsteori, og den forteller oss bl.a. at ormehull faktisk kan eksistere i vårt univers, men med flere store problemer. For det første finnes det ingen kjente prosesser, verken naturlige eller utført av høytavanserte vesener, som kan danne et makroskopisk ormehull i dagens univers[2]. For det andre så viser det seg at om at ormehull først skulle eksistere så ville det kollapse momentant idet noe beveger seg inn i det.

Det finnes løsninger på disse to problemene, men disse er svake. Det første problemet kan løses ved å anta at et ormehull ble skapt ved tidenes morgen og har så overlevd til i dag, men selv ormehull vil ha en begrenset levetid og at et ormehull kulle overleve så lenge vil være veldig usannsynlig. Alternativt så kan en forstørre et mikroskopisk ormehull opp til makroskala, men ingen forstørringsprosess er kjent.

Det andre problemet kan løses ved å sende eksotisk materie inn i ormehullet for å stabilisere de slik at vi kan reise igjennom ormehullet. Problemet er at eksotisk materie er hypotetisk materie som har egenskaper vi ellers vil betegne som ufysiske, som negativt masse.

Konklusjonen blir dessverre at selv om ormehull kan eksistere ifølge den generelle relativitetsteoriens matematikk, så kan de ikke dannes og er ustabile om de først skulle eksistere.

Modifiserte gravitasjonsteorier

Heldigvis finnes det en annen gren av astrofysikken som omhandler studiet av universet i sin helhet, kosmologi, som kan ha en løsning uten selv å ville det.

Kosmologer arbeider med å lage en teoretisk modell som skal reflektere virkeligheten, og de har kommet frem til en standardmodell som er nesten perfekt.

Figuren over viser den forventede plasseringen til datapunkter samlet av PLANCK satellitten som en grønn linje, sammen med de faktiske data fra PLANCK. Som vi ser ligger punktene veldig nærme standardmodellens forventninger, men ikke helt perfekt. En løsning kosmologer har tenkt ut er å modifisere vår forståelse av tyngdekraften, ved å endre på Einsteins generelle relativitetsteori.

Hovedformålet ved modifiserte gravitasjonsteorier er å få observasjoner til å samsvare bedre med teorien for universet på stor skala. En bærekraftig modifisert gravitasjonsteori må gi oss bedre samsvar med dataene, men må også sørge for å ikke endre på ting på mindre skala, slik som å gjøre planetdannelse umulig osv., derfor er det forskning på hvilke andre følger disse teoriene kan medføre på ikke-kosmologisk skala.

Ormehullet slår tilbake

Overraskende nok finnes det flere modifiserte gravitasjonsteorier som bevarer universet slik det skal være på mindre skala, men i tillegg endrer på forholdene for ormehull dannelse og oppførsel. Det viser seg at en kan få  teorier hvor ormehull kan danne seg den dag i dag, og som samtidig kan tillate ormehull til å holde seg stabile uten å tilføre eksotisk materie.

Science-fiction forfattere som er engstelige med å bruke ormehull i sine historier fordi de ikke er godt støttet ifølge standardmodellen kan trekke et lettet pust og håpe at standardmodellen viser seg å ikke være riktig.

Spørsmålet nå er da naturligvis, hva annet kan skjule seg bak modifiseringer av Einsteins generelle relativitetsteori som ikke kosmologene forventer?

---

[1] Stjernene beveger seg hele tiden i forhold til hverandre, dette betyr at avstanden mellom stjernene også endrer seg og hvilken stjerne som regnes som den nærmeste.

[2] Dagens univers har en utforming som ikke tillater dannelse av ormehull, men det veldig tidlige universet kan ha hatt en helt annen form som kunne tillate dannelsen av ormehull.