Nogle spørgsmål om det uendelige univers – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Astrofysik > Nogle spørgsmål om det...

24. oktober 2013

Nogle spørgsmål om det uendelige univers

Hej Spørg om Fysik
Kommer der mere energi i universet, da det udvider sig og vakuum indeholder energi? Desuden er mængden af mørkt energi konstant per rumfang, og dette har vi hørt skyldes, at universet ikke er et lukket system, da det udvider sig. Der opstår altså energi eller det tilføres udefra.

Hvis universet er uendeligt, vil dette så kræve uendelig energi? Selv de steder hvor stoffet fra Big Bang ikke har nået at bevæge sig hen, vil der jo stadig være energifyldt vakuum?

Stopper tiden ved maksimal entropi, eller kan man stadig tale om tid i de små tilfældige processer?

Hvis universets levetid er uendelig, vil alt med en sandsynlighed så ske? Det skulle man jo tro, men måske kan det forhindres af universets udvidelse, da partiklerne derved kan være flere og flere steder. Der er altså både uendeligt mange mulige begivenheder og tid, de kan foregå i, og derved sker alt ikke. Så opstår alt i univers med uendelig rumlig udbredelse?

Med venlig hilsen
Frederikke og Sofie

Tak for nogle gode – og svære – spørgsmål. Jeg kan læse, at I allerede har gjort jer nogle tanker om Universet, og at I ligesom rigtig mange andre er løbet ind i, at det nogen gange kan være rigtig svært at forstå begreber som uendelighed og kausalitet i sammenhæng med Universet.

Jeg har forsøgt at besvare jeres spørgsmål så godt som muligt, men når vi taler om uendeligheder i Universet, er det ikke alt, der er fuldstændigt afklaret teoretisk – derfor kan svarene godt have et element af min fortolkning i dem.

Expanderende univers

1) Kommer der mere energi i universet, da det udvider sig og vakuum indeholder energi? Desuden er mængden af mørkt energi konstant per rumfang, og dette har vi hørt skyldes, at universet ikke er et lukket system, da det udvider sig. Der opstår altså energi eller det tilføres udefra.

Svar: Nej, der kommer ikke mere energi i Universet. Universets udvidelse er en udvidelse af selve rum-tiden – lidt ligesom en elastik, der bliver trukket i. Elastikken har den længde, den har, men dens udstrækning er kortere, når den ikke er strakt, end når vi trækker den ud. I kan også forestille jer en ballon, som vi tegner prikker på i en fast afstand fra hinanden på. Når vi blæser ballonen op, udvider dens overflade sig, og der bliver længere mellem prikkerne. Det er ikke fordi, der pludselig er mere ballon-plastik imellem dem, men fordi ballonen bliver strukket ud.

I Universet bliver der således ikke som sådan lavet mere vakuum, snarere betyder udvidelsen at vakuum bliver “strukket”.

Kik imod uendeligheden, St. Ignazio,s kapel i Rom

Dette skal ikke forveksles med, at det synlige Univers (den del af universet hvis lys har haft tid i løbet af Universets levetid til at nå til vores position) reelt bliver større, som tiden går, fordi lyset har en endelig hastighed – men på grund af Universets uendelighed betyder det bare, at vi kan se et større og større udsnit af det uendelige univers (og det er i sig selv lidt syret at forestille sig).

2) Hvis universet er uendeligt, vil dette så kræve uendelig energi? Selv de steder hvor stoffet fra Big Bang ikke har nået at bevæge sig hen, vil der jo stadig være energifyldt vakuum.

Svar: Pas på. I jeres spørgsmål kan jeg forstå, at I intuitivt forestiller jer, at Big Bang foregik i et bestemt punkt, hvor alting så bevæger sig ud fra. Det er forkert. Big Bang skete alle steder på een gang. Man kan derfor heller ikke tale om, at Universet har et centrum, eller at der er en bestemt retning som udvidelsen foregår i. Man kan i princippet godt sige, at det uendelig univers indeholder uendelig energi, men det er

E.C.Escher: Dybde

ikke så simpelt. Vi kan i realiteten kun udtale os om vores synlige Univers. Det synlige Univers har endelig energi, ligesom det også er endeligt i udstrækning. Vi ved også, hvad energitætheden pr cm3 er for mørkt stof, almindeligt stof og mørk energi, så der er ikke fri leg, bare fordi vi har med uendeligheder at gøre.

3) Stopper tiden ved maksimal entropi, eller kan man stadig tale om tid i de små tilfældige processer?

Svar: Jeg antager, at I med “maksimal entropi” refererer til ideen om, at Universet på et tidspunkt må forventes at opnå et stadie af fuldstændig fordeling af varme på ethvert punkt i Universet. Tid vil stadig eksistere, og som I selv nævner, vil der uanset hvor “tomt” Universet er, altid være mulighed for produktion og annihilation af virtuelle partikler.

4) Hvis universets levetid er uendelig, vil alt med en sandsynlighed så ske? Det skulle man jo tro, men måske kan det forhindres af universets udvidelse, da partiklerne derved kan være flere og flere steder. Der er altså både uendeligt mange mulige begivenheder og tid, de kan foregå i, og derved sker alt ikke. Så opstår alt i univers med uendelig rumlig udbredelse?

Svar: Nu er vi ude i den store hjernegymnastik med uendeligheder, statistik og kausalitet, som ikke er helt ligetil.

Uendelighed er ikke nødvendigvis ensbetydende med, at alting sker. Vi ved f.eks., at vores Univers ikke vil kollapse (på grund af mørk energi) – uanset dets uendelighed i både rum og tid er det ikke en mulighed, der vil ske. Vi ved også, at Universet er underlagt nogle fysiske love, og at der findes nogle fysiske konstanter, f.eks. lysets hastighed. Uanset rumlig eller tidsmæssig uendelighed er det ikke noget, der ændrer sig. Hvis vi i stedet adopterer ideen om multiverser, altså at der kan eksistere uendeligt mange parallelle universer, så kunne man sagtens forestille sig et univers med en helt anden lyshastighed, sammensætning og måske livscyklus.

E.C.Esher: Møbius bånd

Hvis noget har en enormt lav sandsynlighed for at ske, betyder det ikke nødvendigvis, at det kommer til at ske, bare fordi vi har en uendelighed i tid eller mulige steder. Hvis forudsætningen f.eks. er, at hel masse tilfældigheder skal ske i en bestemt rækkefølge – det kunne være jordens skabelse, livets opståen, menneskets udvikling, udvikling af teknologi og bestemte begrebssystemer, opfindelse af computeren baseret på et bestemt system, alle jeres forfædre, der mødte hinanden, og besluttede sig for at lave børn for at sørge for jeres tilblivelse, jeres opvækst med alle sine muligheder, jeres valg og konsekvenser og i sidste ende jeres beslutning om at sende denne mail, så er det rigtig mange tilfældigheder, som skal til, for at dette sker. Kan vi forestille os, at der et eller andet sted i det uendelige univers er sket netop den samme sekvens af begivenheder i den eksakt samme rækkefølge, men at resultatet var, at I ikke valgte at sende en mail? Nej, det kan vi nok ikke.

E.C.Escher: Andre verdener

En del af forklaringen skal findes i Universets alder og udvikling. Selvom universet har uendelig levetid, så ser dets udvikling meget forskellig ud i de forskellige livsfaser. I dets kolde død i en fjern fremtid vil der ikke være nogen kloder, “I” kan eksistere på og træffe valg. Derfor er der godt nok uendelig lang levetid, men tiden hvor “I” kan eksistere er endelig.

Jeg håber, at jeg har kunne give jer svar I kan bruge til noget. Når vi snakker om universet og uendeligheder så kan selv erfarne fysikere nogle gange miste pusten – det er simpelthen svært for os at forstå som mennesker, fordi det går imod nogle af vores mest intuitive opfattelser af, hvordan verden burde hænge sammen.

 

Venlige hilsner
Anne Mette Frejsel
PhD studerende