Enhörningar, atomer, spöken, och svarta hål har en sak gemensamt – de har alla någon gång betraktats som icke-existerande fenomen producerade av mänsklig fantasi. Men vilka villkor uppfyller atomerna och de svarta hålen för att klassificeras som en del av den verkliga världen? Atomer är för små att se med blotta ögat, och svarta hål är per definition inte möjliga att se. Att fastställa skiljelinjen mellan det som finns och det som inte finns är förvånansvärt svårt och många filosofer har anammat vetenskapen som principiell skiljedomare för att avgöra huruvida en föreslagen entitet existerar eller inte.

Vetenskapsrealism – doktrinen som menar att vetenskapen tillhandahåller de yttersta verktygen för vår förståelse av världen och dess innehåll – har i många år förkovrat sig i diverse vetenskapliga fallstudier för att finslipa de bakomliggande principer som gör denna kunskap möjlig. Filosofer som Ian Hacking menade att den principiella gränsen befästes genom manipulation (kan vi spreja det, så finns det); Bas Van Fraassen (i strikt mening inte en vetenskapsrealist) drar samma gräns vid observation (jag tror det när jag ser det); Stathis Psillos menar att den förklarande kraften hos en teori är ett signum för dess sanning (och därmed för realiteten hos de entiteter som är nödvändiga för teorins förklaringskraft). Många av de fallstudier som har använts för att förankra dessa positioner i vetenskapen har hämtats från partikelfysiken, vilket motiverar en kort avstickare eftersom det har haft stor prägel på de resulterande filosofiska principerna.

Vetenskapen har under 1900-talet befäst sig som mänsklighetens bästa chans till kunskap om vår omvärld. Den så kallade vetenskapliga metoden har berövat många kvacksalvare på sitt levebröd, och vetenskapen var (är) den bakomliggande motorn ansvarig för nästintill varje tänkbar teknologi, bekvämlighet, och medicin som tagits fram under de senaste 150 åren. För den som inte ser vetenskapens biprodukter som tillräckliga för att sanktionera dess giltighet och anspråk som kunskapens ledstjärna så kan framgång i grundvetenskapliga kategoriseringsmodeller i stället framhållas. Grädden på detta kategoriska mos är givetvis standardmodellen – en internt koherent modell av de partiklar och krafter som i olika konstellationer utgör all materia som vi ser omkring oss.

Upptäckterna av dessa partiklar var resultatet av användandet av acceleratorer och detektorer: instrument som kolliderar redan kända partiklar i extrema hastigheter för att frambringa och detektera de kortlivade exotiska partiklar som uppstår i kollisionen. Den överlägset mest kända partikelacceleratorn är the Large Hadron Collider belägen i Geneve i Schweiz som 2012 upptäckte den mytomspunna Higgsbosonen. Parallellt med kartläggningen av partiklar, alltså skapandet av standardmodellen, växte även en semantik om evidens fram. Eftersom en accelerator kolliderar med miljontals partiklar så genereras även stora mängder data. Den statistiska analysen av denna data blir då central för att avgöra huruvida man faktiskt har upptäckt någonting. Guldstandarden här kallas för 5𝜎 och är ett statistiskt mått på hur (o)sannolikt ett resultat är om man antar att ens hypotes är falsk (5𝜎 ≈ 1 på 3.5 miljoner, eller 0.000057%). Denna guldstandard är för fysiker allmänt betraktad som brytpunkten för kunskap: Ett resultat under 5𝜎 räknas som evidens för en hypotes, medan ett resultat ≥5𝜎 räknas som en upptäckt. Om vi accepterar denna metodologi i partikelfysik betyder det givetvis att om vi har upptäckt någonting, så existerar det.

Att vetenskapsrealister har anammat den otroligt framgångsrika partikelfysikens metoder är alltså inte förvånande. Även om det inte nödvändigtvis är ett medvetet val att prata om huruvida vi bör tro att elektroner och kvarkar existerar så som de beskrivs av vår bästa vetenskap, så är det alltså inte heller nödvändigtvis en slump. Det som är förvånande är att resultatet av denna praxis även dikterar omfattningen av ens vetenskapsrealism.

Rymden är, som Douglas Adams säger, verkligt stor. Eftersom vi inte kan se särskilt långt (och inte heller i ett särskilt brett spektrum), eller manipulera någonting utanför vårt omedelbara stellära närområde, så blir omfattningen för den kunskap vi enligt Hacking och Van Fraassen kan nå därmed även vansinnigt begränsad. Mörk materia utgör här ett intressant fall att studera av flera skäl. Dels för att evidensen för dess existens är totalt beroende av slutledningar baserade på astronomiska observationer, dels för att partikelfysikens inflytande även här har haft stora konsekvenser för de ontologiska antaganden man gör om den mörka materians natur, och delvis för att det råder en stor vetenskaplig konsensus för existens, trots avsaknaden av ett ≥5𝜎 resultat, alltså den form av evidens som annars framhålls som nödvändig för just kunskap inom partikelfysiken (och prominenta former av vetenskapsrealism). Argumenten för den mörka materians existens är i stället grundad i dess förmåga att förklara annars förbryllande astronomiska och kosmologiska observationer (som galaxers rotationskurvor, dynamiken hos galaxkluster, universums storskaliga struktur).

För att kartlägga vad fysiker, astronomer, astrofysiker och kosmologer tänker sig att mörk materia är, alltså den uppsättning unika karaktäristiska drag som skulle särskilja mörk materia från redan kända entiteter, så bör man titta på vad de har publicerat. För att utvinna den informationen har jag i min forskning använt mig av en programmatisk metod (alltså kod) för att hämta bibliografisk information om de 178 473 artiklar som (fram tills då) hade publicerats som innehöll frasen “mörk materia”. Genom att använda lingvistiska metoder (så kallad språkteknologi) och maskininlärning har jag extraherat signifikanta mönster från den språkliga datan, det vill säga nyckelord, abstrakt, samt titlar.

Ovan. Graf över de populäraste modellerna för mörk materia över tid sett till användningsfrekvensen i artiklar. Undre vänster. Total användningsfrekvens av mörk materia-modeller. Undre höger. Energispektra / massa för mörk materia-modeller.

Graferna visar på flera sätt tydligt partikelfysikens inflytande gällande den mörka materians natur. Dels gällande hur många av modellerna som är partikelbaserade (i meningen att dess konstitution är en unik partikel väsensskild från standardmodellens), dels i den överväldigande representation som axionen och svagt växelverkande massiva partiklar (“wimp” i grafen ovan) har gällande antalet artiklar de omnämns i. Om datan kan ses som en indikation på vad forskare tror att mörk materia är, så når vi en samling trosföreställningar som inte kan anses helt koherenta: partiklar existerar om de har detekterats med en statistisk signifikans på 5𝜎; mörk materia existerar; mörk materia är sannolikt en partikel; mörk materia har inte detekterats med en statistisk signifikans på 5𝜎.

Vad man tror när man tror på realiteten hos mörk materia är alltså inte helt lätt att förstå. En del hävdar att termen “mörk materia” ska ses som en slags platshållare för vad nu än mörk materia visar sig vara. Givet att (som grafen längst ner till höger visar) modellerna för mörk materia spänner från 10⁻²⁷𝐺𝑒𝑉 (många magnituder lättare än subatomära partiklar) till ≈ 10⁶⁰𝐺𝑒𝑉 (ungefär 100 solmassor) och dessutom innehåller ömsesidigt uteslutande modeller så är det ett så nära innehållslöst påstående man kan komma. Partikelfysiken har varit en av 1900-talets mest framgångsrika vetenskapliga fält, men dess metodologiska och epistemologiska prägel på vetenskapsfilosofin och vetenskapliga fält med en mer rationalistisk grund (till exempel kosmologin) har skapat ett besvärligt och svårt nålsöga för att avgöra existensen hos exempelvis mörk materia.