Filosofer har diskutert naturen "intethet", "ingenting", "ingenting", "tomhet" i tusenvis av år, men hva kan moderne vitenskap fortelle om dette? Dette spørsmålet vil bli besvart av Martin Rees, astronom fra Royal Society og professor emeritus for kosmologi og astrofysikk ved University of Cambridge. Han forklarer at når fysikere diskuterer "ingenting", mener de tomt rom (vakuum). Det kan virke ganske vanlig, men eksperimenter viser at tomt rom egentlig ikke er tomt - det inneholder en mystisk energi som kan fortelle oss noe om universets skjebne.
Et intervju med Martin Rees presentert av magasinet The Conversation.
Er tomt rom det samme som ingenting?
Tomt rom virker som ingenting for oss. Analogt kan vann se ut som "ingenting" for fisken - det er vannet som blir igjen når du fjerner alt annet som flyter i havet. På samme måte viser tomrom seg å være ganske vanskelig i praksis.
Vi vet at universet er veldig tomt. Den gjennomsnittlige romdensiteten er omtrent ett atom for hver ti kubikkmeter - miljøet er mye mer sjeldent enn noe vakuum vi kan få på jorden. Men selv med all materie fjernet, har rommet en slags elastisitet som (som nylig bekreftet) lar tyngdekraftsbølger - romets ringer - forplante seg gjennom det. Dessuten lærte vi at i det tomme rommet i seg selv er det en eksotisk form for energi.
Vi lærte først om denne vakuumenergien på 1900-tallet med bruk av kvantemekanikk, som forklarer atomen og partiklene i minste skala. Det følger av at tomt rom består av et felt med svingninger i bakgrunnsenergien - som gir liv til bølger og virtuelle partikler, som nå og da vises og forsvinner inn i ingensteds. De kan til og med skape liten styrke. Men hva med hvit plass i stor skala?
At tomt rom skaper storstilt styrke ble oppdaget for 20 år siden. Astronomer har funnet ut at utvidelsen av universet akselererer. Dette var en overraskelse. Utvidelsen hadde vært kjent i over 50 år, men alle trodde utvidelsen ville avta på grunn av tyngdekraften som galakser og andre strukturer utøver på hverandre. Så det kom som en stor overraskelse for alle at retardasjonen på grunn av tyngdekraften ble oppveid av noe som "presset" utvidelsen. Det viste seg at i det tomme rommet, er det energi som skaper en slags frastøtning som oppveier tyngdekraftsattraksjonen på disse store skalaene. Dette fenomenet - mørk energi - er den mest utrolige manifestasjonen av det faktum at tomt rom ikke er krøllete eller tomt. Dessuten,dette faktum avgjør den videre skjebnen til vårt univers.
Salgsfremmende video:
Er det en grense for hva vi kan lære? I en skala fra en billion billioner ganger mindre enn et atom, kan kvantumsvingninger i romtid føde ikke bare virtuelle partikler, men også virtuelle sorte hull. Dette er innenfor rammene som vi ikke kan observere og forstå hvilke, i det minste hypotetiske, vi trenger å kombinere teorien om tyngdekraft med kvantemekanikk - og dette er utrolig vanskelig.
Det er flere teorier for å forstå dette, hvorav den mest kjente er strengteori. Men ingen av disse teoriene er ennå relatert til den virkelige verden - så de er fremdeles grunnløse. Jeg tror nesten alle vil kjenne igjen at rommet i seg selv har en kompleks struktur i en liten skala der gravitasjons- og kvanteeffekter møtes.
Vi vet at universet vårt har tre romlige dimensjoner: du kan bevege deg venstre og høyre, fremover og bakover, opp og ned. Tid er som den fjerde dimensjonen. Imidlertid er det en sterk mistanke om at hvis du forstørrer et ørlite punkt i rommet til du føler at den lille skalaen, vil du oppdage at det vil være en tett komprimert origami med fem ekstra dimensjoner som vi ikke kan se. Som om du så på slangen langveisfra og trodde det bare var en linje. Når du beveger deg nærmere, vil du se at en dimensjon egentlig er tre. Stringteori inkluderer kompleks matematikk - i likhet med konkurrerende teorier. Men dette er nøyaktig teorien som vi trenger hvis vi ønsker å forstå på det dypeste nivået det nærmeste tomheten som kan tenkes: tomt rom, åpenbart.
Hvordan kan vi forklare at hele universet utvides ut av ingenting? Kan det virkelig ha startet med en liten svingning i vakuumets energi?
Noen mystiske overganger eller svingninger kan plutselig føre til at en del av rommet begynte å utvide seg, slik noen teoretikere tror. Svingningene som ligger i kvanteteorien kunne riste hele universet hvis det ble komprimert til små nok skalaer. Dette skal ha skjedd på omtrent 10 sekunder (til -44) sekunder - dette er Planck-tid. På disse skalaene er tid og rom sammenflettet, så ideen om en tikkende klokke gir ikke mening. Vi kan ekstrapolere universet vårt med en høy grad av sikkerhet tilbake til nanosekundet, og med en høy grad av sannsynlighet vil vi komme nærmere Planck-tiden. Men etter det er gjetningene våre ikke lenger gyldige - fysikk i denne skalaen erstattes av en annen, mer kompleks teori.
Hvis det kan være slik at en svingning i en eller annen tilfeldig del av det tomme rommet ga liv til universet, hvorfor kan ikke det samme skje med en annen del av det tomme rommet - og gi liv til parallelle universer i en uendelig multivers?
Ideen om at Big Bang ikke er den eneste, og at det vi ser gjennom teleskopene våre er et lite stykke fysisk virkelighet, er ganske populær blant fysikere. Og det er mange versjoner av det sykliske universet. For bare 50 år siden dukket det opp sterke bevis for at Big Bang til og med skjedde. Men siden den gang har det vært spekulasjoner om at han bare kunne være en episode i et syklisk univers. Det er også en tendens til å forstå at fysisk virkelighet er mye mer enn volumet av rom og tid vi kan føle, selv med de kraftigste teleskopene.
Derfor har vi ingen anelse om det var én Big Bang eller det var mange - det er scenarier som forutsier mange Big Bangs og scenarier som spår en. Jeg tror vi burde studere dem alle.
Hva er slutten på universet?
Den enkleste prognosen for den fjerne fremtiden er at universet vil fortsette å utvide seg raskere og raskere, og bli kaldere og mer tomt. Partikler i den kan gå i oppløsning og løses uendelig i tomhet. Vi kan finne oss i et stort volum av plass, men det vil være enda mer tomt enn det er plass nå. Dette er et av scenariene. Det er andre som spår en "reversering" av retningen på mørk energi, fra frastøtning til attraksjon, som et resultat av at vi vil bli komprimert til et tett punkt.
Det er også Roger Penroses ide om at universet vil fortsette å utvide seg, bli mer og mer utvannet, men på en eller annen måte - når det ikke er noe i det bortsett fra fotoner, lyspartikler - vil gjenstandene i det bli rekalibrert og verdensrommet vil på en måte bli en generator av en ny Big Bang … Dette vil være en veldig eksotisk versjon av det gamle sykliske universet - men vennligst ikke be meg om å forklare Penroses ideer.
Hvor sikker er du på at vitenskapen en dag vil avdekke mysteriet med hva dette "ingenting" er? Selv om vi kunne bevise at universet kom fra en merkelig svingning i et vakuumfelt, bør vi ikke lure på hvor dette vakuumfeltet kom fra?
Vitenskapen prøver å gi svar, men hver gang vi finner dem, oppstår nye spørsmål - vi vil aldri ha det fullstendige bildet. Da jeg begynte å forske på slutten av 1960-tallet, var det tvil om at det var en Big Bang i det hele tatt. Nå er det ikke lenger noen tvil, og vi kan si med en nøyaktighet på rundt 2% at universet var det samme i 13,8 milliarder år, fram til det aller første nanosekundet. Dette er stor fremgang. Det er latterlig optimistisk å tro at vi i løpet av de neste 50 årene vil ordne opp de vanskelige spørsmålene om hva som skjer i kvante- eller "inflasjons" -tiden.
Men selvfølgelig oppstår et annet spørsmål: hvor mye vitenskap vil være forståelig for menneskets hjerne? Det kan være at matematikken i strengteori er på en måte en riktig beskrivelse av virkeligheten, men vi kan aldri forstå den godt nok til å teste den mot noen ekte observasjon. Da kan det hende vi må vente på at noen post-mennesker skal dukke opp for å få en bedre forståelse.
Ilya Khel
