Filosofer har i tusinder af år diskuteret arten af "intethed", "intet", "intet", "tomhed", men hvad kan moderne videnskab fortælle om dette? Dette spørgsmål vil blive besvaret af Martin Rees, astronom fra Royal Society og professor emeritus for kosmologi og astrofysik ved University of Cambridge. Han forklarer, at når fysikere diskuterer "intet", betyder de tomt rum (vakuum). Det kan virke ganske almindeligt, men eksperimenter viser, at tomt rum ikke rigtig er tomt - det indeholder en mystisk energi, der kan fortælle os noget om universets skæbne.
Et interview med Martin Rees præsenteret af magasinet The Conversation.
Er tom plads det samme som intet?
Det tomme rum virker ikke som noget for os. Analogt kan vandet synes at være "intet" for fisken - det er vandet, der forbliver, når du fjerner alt andet, der flyder i havet. På samme måde viser det sig, at tom plads er meget vanskelig i praksis.
Vi ved, at universet er meget tomt. Den gennemsnitlige rumdensitet er omkring et atom for hver ti kubikmeter - miljøet er meget mere sjældent end noget vakuum, vi kan få på Jorden. Men selv med al fjernelse af stof har rummet en slags elasticitet, som (som for nylig bekræftet) gør det muligt for tyngdekraftsbølger - rummene af rummet i sig selv - at sprede sig gennem det. Desuden lærte vi, at der i det tomme rum i sig selv er en eksotisk form for energi.
Vi lærte først om denne vakuumenergi i det 20. århundrede med fremkomsten af kvantemekanik, der forklarer atomer og partikler i mindre skala. Det følger heraf, at tomt rum består af et felt med udsving i baggrundenergien - som giver liv til bølger og virtuelle partikler, som nu og da vises og forsvinder i intetsteds. De kan endda skabe lille styrke. Men hvad med hvid plads i stor skala?
Det faktum, at tomt rum skaber kraft i stor skala blev opdaget for 20 år siden. Astronomer har fundet ud af, at universets udvidelse accelererer. Dette var en overraskelse. Udvidelsen har været kendt i over 50 år, men alle troede, at udvidelsen ville aftage på grund af det tyngdepunkt, som galakser og andre strukturer udøver på hinanden. Så det kom som en stor overraskelse for alle, at decelerationen på grund af tyngdekraften blev modregnet af noget, der "pressede" udvidelsen. Det viste sig, at der i selve det tomme rum er energi, der skaber en slags frastødelse, der opvejer tyngdekraftsattraktionen på disse store skalaer. Dette fænomen - mørk energi - er den mest utrolige manifestation af det faktum, at tomt rum ikke er krøllet eller tomt. Desuden,denne kendsgerning bestemmer vores Universes yderligere skæbne.
Salgsfremmende video:
Er der en grænse for, hvad vi kan lære? I en skala fra en billion billioner gange mindre end et atom kan kvanteudsving i rumtid føde ikke kun virtuelle partikler, men også virtuelle sorte huller. Dette er inden for de grænser, vi ikke kan observere og forstå, som vi i det mindste hypotetisk har brug for at kombinere tyngdekraften med kvantemekanik - og det er utroligt vanskeligt.
Der er flere teorier til at forstå dette, hvoraf den mest berømte er strengteori. Men ingen af disse teorier er endnu relateret til den virkelige verden - så de er stadig grundløse. Jeg tror næsten alle vil erkende, at rummet i sig selv har en kompleks struktur i en lille skala, hvor gravitations- og kvanteeffekter mødes.
Vi ved, at vores univers har tre rumlige dimensioner: du kan bevæge dig til venstre og højre, frem og tilbage, op og ned. Tid er som den fjerde dimension. Der er imidlertid en stærk mistanke om, at hvis du forstørrer et lille punkt i rummet, indtil du føler den lille skala, vil du opdage, at det vil være en tæt komprimeret origami med fem ekstra dimensioner, som vi ikke kan se. Som om du kiggede på slangen på lang afstand og troede, det var bare en linje. Når du bevæger dig nærmere, vil du se, at en dimension i det væsentlige er tre. Stringteori inkluderer kompleks matematik - ligesom konkurrerende teorier. Men dette er nøjagtigt den teori, vi har brug for, hvis vi på det dybeste niveau vil forstå det tætteste ved tomhed, der kan forestille sig: tom plads, åbenlyst.
Hvordan kan vi forklare, at hele vores univers udvides ud af intet, inden for vores nuværende forståelse? Kunne det virkelig være startet med en lille udsving i vakuumets energi?
Nogle mystiske overgange eller udsving kunne pludselig føre til, at en del af rummet begyndte at udvide sig, som nogle teoretikere mener. De udsving, der er forbundet med kvanteteorien, kunne ryste hele universet, hvis det komprimeres til små nok skalaer. Dette skulle have sket i løbet af cirka 10 sekunder (til -44) sekunder - dette er Planck-tid. På disse skalaer er tid og rum sammenflettet, så ideen om et tickende ur giver ikke mening. Vi kan ekstrapolere vores univers med en høj grad af sikkerhed tilbage til nanosekundet og med en høj grad af sandsynlighed vil vi vende tilbage tættere på Planck-tiden. Men efter dette er vores gætte ikke længere gyldige - fysik på denne skala erstattes af en anden, mere kompleks teori.
Hvis det kan være, at en udsving i en tilfældig del af det tomme rum gav liv til universet, hvorfor kan ikke den samme ting ske med en anden del af det tomme rum - og give liv til parallelle universer i en uendelig multivers?
Ideen om, at vores Big Bang ikke er den eneste, og at det, vi ser gennem vores teleskoper, er et lille stykke fysisk virkelighed, er ret populær blandt fysikere. Og der er mange versioner af det cykliske univers. For bare 50 år siden fremkom stærke bevis for, at Big Bang endda skete. Men siden da har der været spekulationer om, at han kun kunne være en episode i et cyklisk univers. Der er også en tendens til at forstå, at den fysiske virkelighed er meget mere end det rumfang og tid, vi kan føle, selv med de mest kraftfulde teleskoper.
Derfor har vi ingen idé om, om der var en Big Bang eller der var mange - der er scenarier, der forudsiger mange Big Bangs og scenarier, der forudsiger en. Jeg synes, vi skal studere dem alle.
Hvad er universets ende?
Den enkleste prognose for den fjerne fremtid er, at universet vil fortsætte med at ekspandere hurtigere og hurtigere og blive koldere og mere tomt. Partikler i det kan opløses og opløses uendeligt i tomhed. Vi befinder os muligvis i et enormt rumfang, men det vil være endnu mere tomt, end pladsen er nu. Dette er et af scenarierne. Der er andre, der forudsiger en "vending" i retning af mørk energi, fra frastødning til tiltrækning, som et resultat af hvilket vi vil blive komprimeret til et tæt punkt.
Der er også Roger Penroses idé om, at universet vil fortsætte med at udvide sig og blive mere og mere fortyndet, men på en eller anden måde - når det ikke indeholder andet end fotoner, lyspartikler - vil objekterne i det blive kalibreret, og rummet bliver på en måde en generator af en ny Big Bang … Dette vil være en meget eksotisk version af det gamle cykliske univers - men spørg ikke mig om at forklare Penroses ideer.
Hvor sikker er du på, at videnskaben en dag vil afsløre mysteriet om, hvad dette "intet" er? Selv hvis vi kunne bevise, at universet opstod fra en mærkelig udsving i et vakuumfelt, skulle vi ikke undre os over, hvor dette vakuumfelt kom fra?
Videnskaben forsøger at give svar, men hver gang vi finder dem, opstår der nye spørgsmål - vi vil aldrig have det komplette billede. Da jeg begyndte at forske i slutningen af 1960'erne, var der tvivl om, at der overhovedet var et Big Bang. Nu er der ikke længere nogen tvivl, og vi kan med en nøjagtighed på cirka 2% sige, at universet var det samme i 13,8 milliarder år, op til det allerførste nanosekund. Dette er store fremskridt. Det er latterligt optimistisk at tænke på, at vi i de næste 50 år vil sortere de vanskelige spørgsmål om, hvad der sker i kvante- eller "inflationstiden".
Men selvfølgelig opstår et andet spørgsmål: hvor meget videnskab vil være forståelig for den menneskelige hjerne? Det kan vise sig, at matematikken i strengteori i en eller anden forstand er en korrekt beskrivelse af virkeligheden, men vi kan aldrig forstå den godt nok til at teste mod nogen reel observation. Derefter må vi måske vente på, at nogle post-mennesker vises, for at få en mere forståelse.
Ilya Khel
