Er vi alene i universet? Er universet uendeligt? Lad os se på de vigtigste mysterier i kosmos, som videnskaben ikke har fået et klart svar på, i hvert fald i øjeblikket.
Rummet har fascineret menneskeheden siden oldtiden. Himlen, fuld af stjerner, planeter, kometer og andre fænomener, vækker vores nysgerrighed og beundring. Vi er også interesserede i mysterierne omkring vores oprindelse og eksistens, sorte huller og mørkt stof. Samtidig gemmer universet på mange mysterier, som vi ikke har svar på. Jeg foreslår, at du gør dig bekendt med nogle af disse mysterier.
Også interessant: Terraforming Mars: Kan den røde planet blive til en ny jord?
Er vi alene i universet?
Dette er et af de ældste og mest grundlæggende spørgsmål i den menneskelige eksistens. Er der liv hinsides Jorden? Er disse livsformer intelligente og kan vi kommunikere med dem? Hvordan ser livet ud, og hvordan udvikler det sig uden for vores planet? Hvad er chancerne for at møde andre civilisationer? Vi har ikke svar på disse spørgsmål, selvom der er forskellige hypoteser og forskningsprojekter. For eksempel, på grundlag af Drake-ligningen, forsøger forskere at bestemme antallet af potentielle civilisationer i vores galakse, og SETI-programmet (Search for Extraterrestrial Intelligence) søger efter radiosignaler fra rummet. Indtil videre har vi dog ikke fundet tegn på liv uden for vores planet. Selvom det kan betyde, at det er meget sjældent eller meget svært at opdage.
Et af argumenterne for eksistensen af liv i universet er dets enorme størrelse og mangfoldighed. Ifølge nuværende skøn indeholder vores galakse omkring 100 milliarder stjerner, og hele universet, som vi i øjeblikket kan observere, har omkring 100 milliarder galakser. Forskere forudsiger, at mindst 10 milliarder planeter i Mælkevejen er på størrelse med Jorden og i deres stjernes beboelige zone. Det vil sige i en afstand, der tillader vand at eksistere på overfladen i flydende tilstand. Nogle af disse planeter kan have forhold, der ligner vores, eller de kan være helt anderledes, men stadig gunstige for livet. Det er også muligt, at udenjordisk liv kan modstå forhold, der er uvenlige for os eller helt anderledes end Jordens.
Et andet argument for eksistensen af liv i universet er dets ekstraordinære evne til at tilpasse sig og udvikle sig. Forskere mener, at livet dukkede op på Jorden for omkring 3,5 milliarder år siden, og siden da har udviklet sig på en fantastisk måde og skabt millioner af arter af planter og dyr i alle former, størrelser og evner. Livet på Jorden har overlevet mange katastrofer og klimaændringer og har tilpasset sig nye forhold. Dette sker selv nu i så ekstreme miljøer som varme kilder, dybe havbassiner eller arktiske gletsjere. Hvis livet på Jorden er så fleksibelt og modstandsdygtigt, hvorfor skulle det så ikke være det samme andre steder?
Læs også: At observere den røde planet: En historie om Mars illusioner
Hvad skete der før Big Bang?
Ifølge den i øjeblikket dominerende kosmologiske teori blev universet dannet for omkring 14 milliarder år siden som følge af Big Bang. Det var et øjeblik, hvor alt stof og energi var koncentreret i et uendeligt lille punkt med uendelig tæthed og temperatur. Som et resultat af eksplosionen begyndte den hurtige udvidelse og afkøling af universet, som fortsætter den dag i dag. Men hvad skete der før Big Bang? Fandt der et andet univers? Var Big Bang en unik begivenhed eller en del af en cyklus? Vi har ingen svar på disse spørgsmål, fordi klassisk fysik ikke kan beskrive universets tilstand før Big Bang. Der er dog forskellige hypoteser, der er baseret på kvanteteorier.
En af disse er den såkaldte initiale singularitetshypotese. Den antager, at før Big Bang var der intet - ingen tid, ingen plads, uanset. Alt dette blev kun dannet i eksplosionsøjeblikket fra et punkt med nul størrelse og uendelig tæthed.
En anden hypotese er den såkaldte evige inflation. Det antages, at der før Big Bang var et kvantefelt med meget høj energi, som udvidede sig med en stigende hastighed. Dette felt var ustabilt og udsat for kvanteudsving. På forskellige steder i feltet skete overgange til en lavere energitilstand kaotisk, hvilket skabte rumbobler med deres egne fysiklove. Hver sådan boble kunne blive begyndelsen på et andet univers. Vores univers ville være en sådan boble, der blev dannet for omkring 14 milliarder år siden.
En anden antagelse er den såkaldte store rebound-hypotese. Den antager, at der før Big Bang var et andet univers, der trak sig sammen og nåede sin minimumsstørrelse. Så var der et opsving, og en ny fase af ekspansion begyndte, og sådanne cyklusser af sammentrækning og ekspansion af universet kan gentages i det uendelige. Denne hypotese er baseret på teorien om sløjfekvantetyngdekraften, som forsøger at forene kvantemekanikken med Einsteins generelle relativitetsteori.
Som du kan se, har spørgsmålet om, hvad der skete før Big Bang, ikke et enkelt svar. Vi ved det måske aldrig, eller vi bliver måske nødt til at ændre vores opfattelse af tid og rum for at finde svaret. Selvom menneskeheden allerede har bevist, at den kan overraske.
Læs også: Bemandede rummissioner: Hvorfor er Return to Earth stadig et problem?
Hvordan opstod livet?
Livet er et af universets største vidundere. Organismer, der var i stand til vækst, reproduktion, tilpasning og evolution, opstod fra livløst stof. Men hvordan skete det? Hvordan opstod de første celler fra simple organiske molekyler, og hvordan udviklede alle livsformer på Jorden sig fra dem? Vi har endnu ikke endegyldige svar på disse spørgsmål, selvom der er forskellige teorier og hypoteser om livets oprindelse. Nogle af dem er baseret på eksperimenter og observationer, andre - på fiktioner og formodninger.
En af teorierne er den såkaldte primære bouillon-hypotese. Det antages, at liv opstod i havene på den tidlige Jord, hvor der var simple organiske molekyler som aminosyrer, polypeptider, nitrogenholdige baser og nukleotider. Disse forbindelser kan syntetiseres i atmosfæren under påvirkning af elektriske udladninger eller kosmiske stråler og derefter komme ind i havene. Der kunne de kombineres til større strukturer, såsom proteiner eller nukleinsyrer. Med tiden kunne de første selvreproducerende systemer opstå på basis af naturlig selektion.
Den såkaldte lerhypotese antyder, at liv opstod på land, hvor der var aluminosilikatmineraler med en krystallinsk struktur. Disse mineraler kunne tjene som katalysatorer og skabeloner til skabelse og organisering af organiske molekyler. Der kunne dannes lag af proteiner og nukleinsyrer på leroverfladen, hvorfra de første celler omgivet af lipidmembraner kunne dannes.
En anden teori er hypotesen om såkaldte hydrotermiske kilder. Det antages, at livet opstod på bunden af havet i hydrotermiske kratere, hvorfra varmt vand, rigt på mineraler og svovlforbindelser, kommer frem. I et sådant miljø kan der dannes simple organiske molekyler og termiske og kemiske gradienter, som fremmer biokemiske reaktioner. De første celler, der er beskyttet mod ydre forhold, kan være dannet i sprækkerne af klipper eller i mikroporerne i skorstenen.
Der er mange lignende teorier og hypoteser, men ingen af dem er blevet endeligt bevist. Spørgsmålet om livets skabelse er stadig åbent. Eller måske blev vi genbosat, for eksempel fra Mars eller Venus? Kunne vi være blevet skabt af noget mørkt stof eller energi?
Læs også: Om kvantecomputere i simple ord
Hvad er mørkt stof og mørk energi?
Astronomiske observationer viser, at almindeligt stof (atomer, partikler, planeter, stjerner osv.) kun udgør omkring 5 % af universets masse og energi. Resten er såkaldt mørkt stof (ca. 27%) og mørk energi (ca. 68%). Mørkt stof er usynligt, fordi det ikke absorberer eller reflekterer elektromagnetisk stråling, men har en gravitationsinteraktion med andre objekter, uden hvilken galakser ikke kunne holde sammen og ville falde fra hinanden under påvirkning af rotation. Mørk energi er en mystisk kraft, der accelererer udvidelsen af universet og modvirker tyngdekraften. Vi ved dog ikke præcist, hvad mørkt stof og mørk energi er, eller hvordan de er dannet.
Vi ved, at mørkt stof eksisterer, fordi mængden af almindeligt stof, det vil sige det, der består af atomer eller ioner, i universet er for lille til at generere de gravitationsinteraktioner, vi observerer. Hvorfor nævner jeg tyngdekraften her? Fordi det er en manifestation af materiens eksistens. Enkelt sagt har stof en masse, der er i stand til at udøve en specifik gravitationspåvirkning på sine omgivelser. Hvis vi betragter hver eneste galakse, stjerne, støvsky i det interstellare rum, det vil sige alt det almindelige stof, vi kender til i universet, vil vi observere mange flere gravitationsinteraktioner, end den mængde stof kan skabe. Så der må være noget andet til at forklare den overskydende tyngdekraft.
Hvis der er en virkning, skal der være en årsag. Dette er et af de helt grundlæggende principper inden for videnskab og observation af omverdenen, som er med til at drage konklusioner, opdagelser og er en af de bedste guideposts i søgen efter mulige svar på spørgsmålene spændende videnskab. Vi kender til eksistensen af mørkt stof takket være en teori, der beskriver, hvordan mørkt stof påvirker stjernernes rotationshastighed i Mælkevejens arme. Det anslås, at der kun skulle være 0,4 til 1 kg mørkt stof i vores del af galaksen, som højst sandsynligt optager et rum, der kan sammenlignes med Jordens størrelse.
Antagelsen om, at mørkt stof eksisterer, er nu den dominerende forklaring på de galaktiske rotationsanomalier, vi observerer, og bevægelsen af galakser i hobe. Det vil sige, at observationer af galakser beviser eksistensen af mørkt stof.
Lad os nu gå videre til mørk energi. Det er væsentligt forskelligt fra mørkt stof. Vi ved, at dens indflydelse skal være frastødende, hvilket fører til en accelereret udvidelse af universet. Denne acceleration kan måles ved observationer, fordi galakser bevæger sig væk fra hinanden med en hastighed, der er proportional med deres afstand.
Så igen, vi har en effekt, så der må være en årsag. Alle aktuelle målinger bekræfter, at universet udvider sig hurtigere og hurtigere. Sammen med andre videnskabelige data gjorde dette det muligt at bekræfte eksistensen af mørk energi og give et skøn over dens mængde i universet. På grund af denne frastødende egenskab kan mørk energi også betragtes som "antityngdekraft".
Hvad er forskellen mellem mørkt stof og mørk energi? På trods af dets lignende navn er det en fejl at tænke på mørk energi som noget, der relaterer til andre, kendte energityper, på samme måde som mørkt stof er relateret til almindeligt stof. Desuden har mørkt stof og mørk energi helt forskellige effekter på universet.
Læs også: Hvem er biohackere, og hvorfor chipper de sig selv frivilligt?
Er tidsrejser mulige?
Tidsrejser er en drøm for mange mennesker, så vi ser mange litterære værker og film om dette emne. Men er det fysisk muligt? Ifølge Einsteins relativitetsteori er tiden ikke konstant og absolut, men afhænger af observatørens hastighed og tyngdekraften. Jo hurtigere vi bevæger os, eller jo stærkere gravitationsfeltet er, jo langsommere går tiden for os. Det betyder, at rejse til fremtiden er mulig, hvis vi når en meget høj hastighed eller nærmer os et meget massivt objekt. For eksempel går tiden lidt langsommere for en astronaut i kredsløb om Jorden end for en person på planetens overflade. Denne forskel er dog for lille til at kunne mærkes. For at kunne rejse ind i fremtiden ville vi skulle rejse med hastigheder tæt på lysets hastighed eller være i nærheden af et sort hul. Begge disse muligheder er dog uden for vores tekniske muligheder.
Rejsen til fortiden er endnu mere kompliceret og kontroversiel. Det virker umuligt, fordi det er forbudt af nogle fysiske love. Nogle teorier tillader dog eksistensen af såkaldte lukkede tidslignende kurver, det vil sige stier i rum-tid, cyklusser i tid, der vender tilbage til samme punkt. Sådanne stier kunne give os mulighed for at rejse tilbage i tiden, men de ville kræve meget usædvanlige forhold, såsom et ormehul eller et snurrende sort hul.
Teoretisk set kan sorte huller rotere, og dette fænomen kaldes et "snurrende sort hul" eller "Kerr sort hul". I 1963 foreslog den amerikanske fysiker Roy Kerr en matematisk model af et sort hul, der roterer omkring sin akse.
Vi ved dog ikke, om sådanne objekter findes, og om de er stabile. Derudover skaber tidsrejser mange logiske paradokser og årsag-virkning-modsigelser, for eksempel bedstefar-paradokset – hvad sker der, hvis en tidsrejsende dræber sin bedstefar, før hans far bliver født? Nogle videnskabsmænd forsøger at forklare disse paradokser ved at foreslå eksistensen af flere verdener eller rumtidens selvfornyelse.
Læs også: Teleportation fra et videnskabeligt synspunkt og dets fremtid
Findes der parallelle universer?
Er vores univers unikt, eller er det en del af en større struktur, det såkaldte multivers? Er der andre universer, hvor historie og fysik kan se anderledes ud? Kan vi interagere med eller besøge disse verdener? Det er spørgsmål, der vedrører ikke kun videnskabsmænd, men også forfattere og filmfotografer. Der er flere hypoteser for eksistensen af parallelle universer, såsom strengteori, teorien om evig inflation og den kvantemekaniske fortolkning af multiverset. Ingen af dem er dog blevet bekræftet hverken ved observationer eller eksperimentelt.
En af hypoteserne er strengteori, som antager, at de grundlæggende fysiske objekter ikke er punktpartikler, men endimensionelle strenge, der svinger i det ti-dimensionelle rum. Strengteori tillader eksistensen af hypotetiske braner (membraner), som er multidimensionelle objekter lavet af strenge. Vores univers kan være en lignende bran, suspenderet i en højere dimension. Det er også muligt, at der er andre braner adskilt fra vores med kort afstand. Hvis de to braner skulle kollidere med hinanden, kunne de forårsage Big Bang og skabe et nyt univers.
En anden hypotese er evig inflation, som blev nævnt ovenfor. Det er forbundet med et kvantefelt med meget høj energi, som udvides med en stigende hastighed.
En interessant hypotese er den kvantemekaniske fortolkning af multiverset, som antyder, at hver kvantemåling fører til en forgrening af universet til mange mulige udfald. For eksempel, hvis du måler en elektrons position i et brintatom, kan du få forskellige værdier med en vis sandsynlighed. En sådan multivers fortolkning antyder, at hver af disse dimensioner er realiseret i et andet univers, og at vi dublerer os selv med hver dimension. På den måde skabes et uendeligt antal parallelle universer, der adskiller sig fra hinanden i små detaljer eller helt forskellige historier.
Læs også: Bitcoin-minedrift har flere tab end gevinster - hvorfor?
Hvad sker der inde i sorte huller?
Sorte huller er kosmiske objekter med så høj tæthed og tyngdekraft, at intet kan undslippe dem, ikke engang lys. De er dannet som et resultat af sammenbruddet af kernerne af døende stjerner eller sammensmeltningen af mindre sorte huller. Omkring hvert sort hul er en grænse kaldet begivenhedshorisonten, som markerer point of no return for noget, der nærmer sig det. Men hvad sker der ud over begivenhedshorisonten? Hvad er der inde i et sort hul? Vi har ingen svar på disse spørgsmål, fordi klassisk fysik ikke kan beskrive betingelserne og processerne inde i et sort hul. Imidlertid er forskellige hypoteser baseret på kvanteteorier eller alternative teorier mulige.
En sådan antagelse er singularitetshypotesen. Det siger, at alt stof og energi inde i et sort hul er koncentreret i et enkelt punkt med nul volumen og uendelig tæthed og rum-tid krumning. På et sådant tidspunkt ophører alle kendte fysiklove med at gælde, og vi ved ikke, hvad der sker der.
Plancks stjernehypotese forudsiger, at dybt inde i et sort hul komprimeres stof ikke til en singularitet, men til en tilstand med ekstrem høj tæthed og temperatur, hvor lovene for kvantetyngdekraften (en kombination af kvantemekanik og generel relativitetsteori) fungerer. I denne tilstand kunne stof prelle af hinanden og danne et sfærisk objekt med en radius tæt på Planck-længden - den mindst mulige længde i fysik. Dens værdi er utrolig lille: 20 størrelsesordener mindre end størrelsen af en atomkerne. Et sådant objekt kan udsende Hawking-stråling (kvanteudsving over begivenhedshorisonten) og gradvist miste masse og energi, indtil det eksploderer og frigiver hele indholdet af det sorte hul.
En anden idé er den såkaldte gravastar-hypotese. Den antager, at der er et lag af eksotisk stof med undertryk ved grænsen af begivenhedshorisonten, som forhindrer det sorte huls indre i at kollapse til en singularitet. I dette tilfælde ville det indre af det sorte hul være tomt rum med konstant tæthed og nul temperatur. En sådan struktur ville være stabil og ville ikke udsende Hawking-stråling.
Læs også: Morgendagens blockchains: Fremtiden for cryptocurrency-industrien i enkle ord
Har universet en ende?
Universet er uendeligt og har ingen grænser - dette er det enkleste svar på dette spørgsmål. Men hvad betyder det egentlig, og hvordan kan vi være sikre? Der er tre mulige scenarier: universet er ubegrænset, begrænset og lukket (som en kugle eller en torus), universet er begrænset og åbent (som en sadel), eller universet er uendeligt og fladt. Vi ved heller ikke, hvad der sker ud over begivenhedshorisonten, grænsen for det observerbare univers, der er resultatet af lysets begrænsede hastighed.
Lad os starte med det, vi med sikkerhed ved. Vi ved, at universet udvider sig, hvilket betyder, at afstandene mellem galakser konstant øges. Vi ved også, at universet er omkring 13,8 milliarder år gammelt, og at det blev dannet i Big Bang, en tilstand af ekstrem tæthed og temperatur, der gav anledning til stof, energi, tid og rum.
Men hvad skete der før Big Bang? Og hvad er der hinsides begivenhedshorisonten - grænsen for det observerbare univers, ud over hvilken vi ikke kan se noget på grund af lysets begrænsede hastighed? Er der en ende på universet eller en barriere?
Forskere mener, at dette er usandsynligt. Der er ingen beviser for en sådan afslutning eller barriere. I stedet er den mest acceptable model en, hvor universet er homogent og isotropisk, hvilket betyder det samme i alle retninger og steder. Sådan et univers har ingen kant eller centrum og kan være uendelig i størrelse.
Selvfølgelig kan vi ikke teste dette direkte, fordi vi ikke kan rejse hurtigere end lyset eller gå ud over det observerbare univers. Men vi kan udlede hele universets egenskaber ud fra det, vi ser inden for vores rækkevidde. Og alle observationer tyder på, at universet er homogent i stor skala.
Det betyder ikke, at der ikke er andre muligheder. Nogle alternative teorier tyder på, at universet kan være buet eller have en kompleks geometrisk form. Det kan også være en del af en større struktur eller have flere kopier eller refleksioner.
Også interessant: Problemer med geoengineering: Den Europæiske Union vil forbyde videnskabsmænd at "lege Gud"
Er der en måde at rejse hurtigere end lyset?
Bevægelse hurtigere end lyset er den hypotetiske mulighed for, at stof eller information bevæger sig hurtigere end lysets hastighed i et vakuum, som er omkring 300 km/s. Einsteins relativitetsteori forudsiger, at kun partikler med nul hvilemasse (såsom fotoner) kan rejse med lysets hastighed, og at intet kan rejse hurtigere. Der blev gjort en antagelse om muligheden for eksistensen af partikler med en hastighed større end lysets hastighed (tachyoner), men deres eksistens ville krænke kausalitetsprincippet og ville betyde forskydning i tid. Forskere er endnu ikke nået til enighed om dette spørgsmål.
Det er dog blevet foreslået, at nogle forvrængede områder af rum-tid kan tillade stof at nå fjerne steder på kortere tid end lys i normal ("uforvrænget") rum-tid. Sådanne "tilsyneladende" eller "effektive" områder af rum-tid er ikke udelukket af den generelle relativitetsteori, men deres fysiske plausibilitet er i øjeblikket ubekræftet. Eksempler er Alcubierres drev, Krasnikov-rør, ormehuller og kvantetunneling.
Konsekvenserne af at rejse hurtigere end lyset på vores vidensniveau om rummet er svære at forudsige, fordi de kræver ny fysik og eksperimenter. En mulig konsekvens ville være muligheden for tidsrejser og logiske paradokser relateret til kausalitet. En anden konsekvens kan være muligheden for at studere fjerne stjerner og planeter i løbet af en persons levetid. For eksempel er den nærmeste stjerne uden for solsystemet, Proxima Centauri, omkring 4,25 lysår væk. At rejse med lysets hastighed ville kun tage 4 år og 3 måneder, og at rejse hurtigere end lyset ville tage endnu mindre tid.
Også interessant: Det første foto fra James Webb-teleskopet er et årstal: Hvordan det ændrede vores syn på universet
Hvor forsvinder planeterne? Hvad sker der med dem?
Forsvundne planeter er hypotetiske objekter i solsystemet, hvis eksistens ikke er blevet bekræftet, men er lavet på baggrund af videnskabelige observationer. I dag er der videnskabelige antagelser om muligheden for eksistensen af ukendte planeter, som kan ligge uden for vores nuværende viden.
En sådan hypotetisk planet er Phaethon eller Olbers' planet, som kunne have eksisteret mellem Mars og Jupiters kredsløb, og dens ødelæggelse ville have resulteret i dannelsen af et asteroidebælte (inklusive dværgplaneten Ceres). Denne hypotese anses i øjeblikket for usandsynlig, fordi asteroidebæltet er for lavt i masse til at stamme fra eksplosionen af en stor planet. I 2018 opdagede forskere fra University of Florida, at asteroidebæltet blev dannet af fragmenter af mindst fem til seks planetstørrelser i stedet for en enkelt planet.
En anden hypotetisk planet er Planet V, som ifølge John Chambers og Jack Lisso engang eksisterede mellem Mars og asteroidebæltet. Antagelsen om eksistensen af en sådan planet blev lavet på grundlag af computersimuleringer. Planet V kan have været ansvarlig for det store bombardement, der fandt sted for omkring 4 milliarder år siden, som skabte adskillige nedslagskratere på Månen og andre kroppe i solsystemet.
Der er også forskellige hypoteser om planeter hinsides Neptun, såsom Planet Nine, Planet X, Tyche og andre, som forsøger at forklare eksistensen af tilsyneladende anomalier i kredsløbene for nogle fjerne trans-neptunske objekter. Ingen af disse planeter er imidlertid blevet observeret direkte, og deres eksistens kan stadig diskuteres. Selvom videnskabsmænd stadig forsøger at studere rummet mellem Mars og Jupiter, ud over Neptun. Måske vil vi senere have nye hypoteser og opdagelser.
Det har altid været vigtigt for menneskeheden at kende svarene om kosmos, om Jorden og om sig selv. Men indtil videre er vores viden begrænset, selvom forskerne ikke står stille, forsøger at finde svar og baner nye veje ud i det ydre rum. For der skal være svar på ethvert spørgsmål eller gåde. Sådan er en person indrettet, sådan er universet indrettet.
Også interessant:
Tak skal du have!!!