Kommer rummet finnas kvar om all materia i universum har försvunnit?

Om vi förutsätter att vi lever i ett ”flat universe”, så är teorin vad jag förstår att all materia så småningom kommer att sönderfalla. Om 10¹⁴ år är universums stjärnbränsle slut, om 10⁴⁰ år har den sista protonen sönderfallit. När sedan det sista svarta hålet om en googol (10¹⁰⁰) år har dunstat bort, så finns ingen materia kvar i universum. Men hur är det med rummet/rumtidväven? Kan man säga att rummet finns kvar då? Eller återstår då bara det icke-rum som man antar var fallet innan vårt universum föddes?

Frågan ställdes 2017-09-06 av Kjell, 57 år.

Tack för en intressant fråga! Låt mig först kommentera lite om vad vår vetenskapliga kunskap säger om universums framtid. Det finns ingen direkt koppling mellan universums övergripande geometri och partiklars sönderfall, men däremot påverkar den partiklars möjligheter att växelverka på så sätt att avstånden mellan partiklar kan bli enormt stort (eller litet), vilket gör det svårt (eller lätt) att växelverka.

Att protonen sönderfaller är inget som vi har direkta experimentella bevis för. Uppskattningar av dess livstid grundas på en kombination av andra experimentella observationer och välgrundade teoretiska modeller. Men utöver protoner förväntar vi oss att fotoner, neutriner, elektroner och positroner kommer att finnas kvar, så materia torde likväl i någon mån finnas kvar. Att svarta hål dunstar är också det en välgrundad teoretisk förutsägelse som än så länge inte har observerats.

Vad som kommer hända med den mörka materien och den mörka energin vet vi heller inte säkert, men det är troligt att de finns kvar åtminstone lika länge som de svarta hålen kan förväntas göra. Mer ingående beskrivningar finns bland annat på engelska respektive svenska (inte lika utförlig) på Wikipedia.

Den större frågan om huruvida rumtiden har någon egen existens utan materia är en bra fråga, som inte har något definitivt svar. Den handlar om rumtidens ontologiska status, alltså i vilken mening rumtiden faktiskt existerar. Frågan har en lång historia som går tillbaka till åtminstone Newton och Leibniz men exempelvis också kan spåras tillbaka till försokratikerna i Grekland, som hade relativt moderna uppfattningar om ”rummet”. De modeller som vi använder för att beskriva universums storskaliga struktur och utveckling bygger på Einsteins allmänna relativitetsteori, som inte har något definitivt att säga om rumtidens ontologi.

Frågan är en i hög grad filosofisk fråga, där de två huvudståndpunkterna kallas ”substantivalism” (inte att misstas för substantivism) och ”relationalism” (båda på engelska). ”Substantivalism” menar att både rumtiden och dess innehåll är fundamentala beståndsdelar i verklighetens konstruktion, medan ”relationalism” argumenterar för att rumtiden är ett slags bieffekt av materiens existens. Ett centralt relaterat problem är det så kallade ”hål-argumentet” (Hole Argument). I korthet handlar det om att en och samma massiva kropp (till exempel en stjärna) i den allmänna relativitetsteorin kan ge upphov till flera olika beskrivningar (så kallade metriker) av hur rummet ser ut runt omkring stjärnan, beroende på hur man väljer koordinatsystem. Eftersom valet av koordinatsystem inte borde ha någon egentlig fysikalisk betydelse, menar vissa att rumtiden inte kan vara substantiv (ha en egen, oberoende existens) eftersom en hel uppsättning rumtider annars skulle existera parallellt, och istället bör rumtiden förstås som något som är relationellt. Det här var bland annat Einsteins egen uppfattning, att rumtiden skall förstås enbart som ett sätt att beskriva materiepartiklars inbördes relationer genom deras olika sammanträffanden i punkter. Andra menar att den här tolkningen bygger på ett missförstånd av betydelsen av möjligheten att ha flera olika likvärdiga rumtider. Mer om detta ämne finns här på Stanford Encyclopedia of Philosophy och här. Tyvärr har jag inte hittat några bra texter på svenska att hänvisa till.

En avslutande kommentar om antagandet om ett icke-rum innan vårt universum föddes: vissa forskare gör ett sådant antagande, men det finns en rad olika teorier om detta (som också brukar kallas ”kosmogoni”). Universum kan till exempel ha skapats ur intet, uppstått ur något slags vakuumtillstånd, eller vara cykliskt och evigt – alla dessa är möjliga och lika förenliga med vår vetenskapliga kunskap.

Vill du fördjupa dig mer inom kosmologins filosofiska frågor rekommenderas boken ”The Philosophy of Cosmology”, Cambridge University Press, 2017 (red. K. Chamcham, J. Silk, J.D. Barrow, S. Saunders).

Frågan besvarades av Martin Sahlén, forskare vid avdelningen astronomi och rymdfysik vid institutionen för fysik och astronomi.