Er vi alene i universet? Er universet uendelig? La oss se på de viktigste mysteriene i kosmos, som vitenskapen ikke har fått noe klart svar på, i det minste for øyeblikket.
Rommet har fascinert menneskeheten siden antikken. Himmelen, full av stjerner, planeter, kometer og andre fenomener, vekker vår nysgjerrighet og beundring. Vi er også interessert i mysteriene rundt vår opprinnelse og eksistens, sorte hull og mørk materie. Samtidig skjuler universet mange mysterier som vi ikke har svar på. Jeg foreslår at du gjør deg kjent med noen av disse mysteriene.
Også interessant: Terraforming Mars: Kan den røde planeten bli til en ny jord?
Er vi alene i universet?
Dette er et av de eldste og mest grunnleggende spørsmålene i menneskets eksistens. Finnes det liv utenfor jorden? Er disse livsformene intelligente og kan vi kommunisere med dem? Hvordan ser livet ut og hvordan utvikler det seg utenfor planeten vår? Hva er sjansene for å møte andre sivilisasjoner? Vi har ikke svar på disse spørsmålene, selv om det finnes ulike hypoteser og forskningsprosjekter. For eksempel, på grunnlag av Drake-ligningen, prøver forskere å bestemme antall potensielle sivilisasjoner i vår galakse, og SETI-programmet (Search for Extraterrestrial Intelligence) søker etter radiosignaler fra verdensrommet. Så langt har vi imidlertid ikke funnet noen bevis på liv utenfor planeten vår. Selv om dette kan bety at det er svært sjeldent eller svært vanskelig å oppdage.
Et av argumentene for eksistensen av liv i universet er dets enorme størrelse og mangfold. I følge gjeldende estimater inneholder galaksen vår omtrent 100 milliarder stjerner, og hele universet som vi for øyeblikket kan observere har omtrent 100 milliarder galakser. Forskere spår at minst 10 milliarder planeter i Melkeveien er på størrelse med jorden og i den beboelige sonen til stjernen deres. Det vil si i en avstand som gjør at vann kan eksistere på overflaten i flytende tilstand. Noen av disse planetene kan ha forhold som ligner på våre, eller de kan være helt annerledes, men likevel gunstige for livet. Det er også mulig at utenomjordisk liv tåler forhold som er uvennlige for oss eller helt annerledes enn jordens.
Et annet argument for eksistensen av liv i universet er dets ekstraordinære evne til å tilpasse seg og utvikle seg. Forskere tror at livet dukket opp på jorden for rundt 3,5 milliarder år siden, og siden den gang har utviklet seg på en fantastisk måte, og har skapt millioner av arter av planter og dyr i alle former, størrelser og evner. Livet på jorden har overlevd mange katastrofer og klimaendringer, og tilpasset seg nye forhold. Dette skjer selv nå i så ekstreme miljøer som varme kilder, dype havbassenger eller arktiske isbreer. Hvis livet på jorden er så fleksibelt og spenstig, hvorfor skulle det ikke være det samme andre steder?
Les også: Observere den røde planeten: En historie om Mars-illusjoner
Hva skjedde før Big Bang?
I følge den for tiden dominerende kosmologiske teorien ble universet dannet for rundt 14 milliarder år siden som et resultat av Big Bang. Det var et øyeblikk da all materie og energi var konsentrert i et uendelig lite punkt med uendelig tetthet og temperatur. Som et resultat av eksplosjonen begynte den raske ekspansjonen og avkjølingen av universet, som fortsetter til i dag. Men hva skjedde før Big Bang? Fantes det et annet univers? Var Big Bang en unik begivenhet eller en del av en syklus? Vi har ingen svar på disse spørsmålene fordi klassisk fysikk ikke kan beskrive universets tilstand før Big Bang. Det er imidlertid ulike hypoteser som er basert på kvanteteorier.
En av disse er den såkalte initiale singularitetshypotesen. Den antar at før Big Bang var det ingenting - ingen tid, ingen plass, uansett. Alt dette ble dannet bare i eksplosjonsøyeblikket fra et punkt med null størrelse og uendelig tetthet.
En annen hypotese er den såkalte evige inflasjonen. Det antas at før Big Bang var det et kvantefelt med svært høy energi som ekspanderte i økende hastighet. Dette feltet var ustabilt og utsatt for kvantesvingninger. På forskjellige steder i feltet skjedde overganger til en lavere energitilstand kaotisk, og skapte rombobler med sine egne fysikklover. Hver slik boble kan bli begynnelsen på et annet univers. Universet vårt ville være en slik boble som ble dannet for rundt 14 milliarder år siden.
En annen antakelse er den såkalte store rebound-hypotesen. Den antar at før Big Bang var det et annet univers som trakk seg sammen og nådde sin minimumsstørrelse. Så kom det et tilbakeslag og en ny fase av ekspansjon begynte, og slike sykluser med sammentrekning og utvidelse av universet kan gjentas i det uendelige. Denne hypotesen er basert på teorien om løkkekvantetyngdekraften, som forsøker å forene kvantemekanikk med Einsteins generelle relativitetsteori.
Som du kan se, har ikke spørsmålet om hva som skjedde før Big Bang et enkelt svar. Vi får kanskje aldri vite det, eller vi må kanskje endre forestillingene våre om tid og rom for å finne svaret. Selv om menneskeheten allerede har bevist at den kan overraske.
Les også: Bemannede romoppdrag: Hvorfor er retur til jorden fortsatt et problem?
Hvordan oppsto livet?
Livet er et av de største underverkene i universet. Organismer som var i stand til vekst, reproduksjon, tilpasning og evolusjon oppsto fra livløs materie. Men hvordan skjedde det? Hvordan oppsto de første cellene fra enkle organiske molekyler, og hvordan utviklet alle livsformer på jorden seg fra dem? Vi har ennå ikke definitive svar på disse spørsmålene, selv om det finnes ulike teorier og hypoteser om livets opprinnelse. Noen av dem er basert på eksperimenter og observasjoner, andre - på fiksjoner og formodninger.
En av teoriene er den såkalte primærbuljonghypotesen. Det antas at livet oppsto i havene på den tidlige jorden, hvor det fantes enkle organiske molekyler som aminosyrer, polypeptider, nitrogenholdige baser og nukleotider. Disse forbindelsene kan syntetiseres i atmosfæren under påvirkning av elektriske utladninger eller kosmiske stråler, og deretter komme inn i havene. Der kunne de kombineres til større strukturer, som proteiner eller nukleinsyrer. Over tid, på grunnlag av naturlig utvalg, kunne de første selvreproduserende systemene dukke opp.
Den såkalte leirehypotesen antyder at livet oppsto på land der det fantes aluminosilikatmineraler med krystallinsk struktur. Disse mineralene kan tjene som katalysatorer og maler for dannelse og organisering av organiske molekyler. Lag av proteiner og nukleinsyrer kunne dannes på leireoverflaten, hvorfra de første cellene omgitt av lipidmembraner kunne dannes.
En annen teori er hypotesen om såkalte hydrotermiske kilder. Det antas at livet oppsto på bunnen av havet i hydrotermiske kratere, hvorfra varmt vann, rikt på mineraler og svovelforbindelser, kommer ut. I et slikt miljø kan det dannes enkle organiske molekyler og termiske og kjemiske gradienter som fremmer biokjemiske reaksjoner. De første cellene som er beskyttet mot ytre forhold, kan ha dannet seg i sprekker av bergarter eller i mikroporene i skorsteinen.
Det finnes mange lignende teorier og hypoteser, men ingen av dem er endelig bevist. Spørsmålet om livets skapelse er fortsatt åpent. Eller kanskje vi ble gjenbosatt, for eksempel fra Mars eller Venus? Kan vi ha blitt skapt av mørk materie eller energi?
Les også: Om kvantedatamaskiner i enkle ord
Hva er mørk materie og mørk energi?
Astronomiske observasjoner viser at vanlig materie (atomer, partikler, planeter, stjerner osv.) bare utgjør omtrent 5 % av universets masse og energi. Resten er såkalt mørk materie (ca. 27%) og mørk energi (ca. 68%). Mørk materie er usynlig fordi den ikke absorberer eller reflekterer elektromagnetisk stråling, men har en gravitasjonsinteraksjon med andre objekter, uten hvilken galakser ikke kunne holde sammen og ville falle fra hverandre under påvirkning av rotasjon. Mørk energi er en mystisk kraft som akselererer utvidelsen av universet og motvirker tyngdekraften. Vi vet imidlertid ikke nøyaktig hva mørk materie og mørk energi er, eller hvordan de ble dannet.
Vi vet at mørk materie eksisterer fordi mengden vanlig materie, det vil si den som består av atomer eller ioner, i universet er for liten til å generere gravitasjonsinteraksjonene vi observerer. Hvorfor nevner jeg tyngdekraften her? Fordi det er en manifestasjon av materiens eksistens. Enkelt sagt har materie en masse som er i stand til å utøve en spesifikk gravitasjonspåvirkning på omgivelsene. Hvis vi tar i betraktning hver eneste galakse, stjerne, støvsky i det interstellare rommet, det vil si all den vanlige materie som er kjent for oss i universet, vil vi observere mange flere gravitasjonsinteraksjoner enn den mengden materie kan skape. Så det må være noe annet for å forklare den overskytende tyngdekraften.
Hvis det er en effekt, må det være en årsak. Dette er et av de helt grunnleggende prinsippene innen vitenskap og observasjon av omverdenen, som bidrar til å trekke konklusjoner, oppdagelser og er en av de beste guidepostene i jakten på mulige svar på spørsmålene spennende vitenskap. Vi vet om eksistensen av mørk materie takket være en teori som beskriver hvordan mørk materie påvirker rotasjonshastigheten til stjerner i Melkeveiens armer. Det er anslått at det bare skal være 0,4 til 1 kg mørk materie i vår del av galaksen, som mest sannsynlig opptar en plass som kan sammenlignes med jordens størrelse.
Antakelsen om at mørk materie eksisterer er nå den dominerende forklaringen på de galaktiske rotasjonsanomaliene vi observerer og bevegelsen til galakser i klynger. Det vil si at observasjoner av galakser beviser eksistensen av mørk materie.
La oss nå gå videre til mørk energi. Det er vesentlig forskjellig fra mørk materie. Vi vet at dens innflytelse må være frastøtende, noe som fører til en akselerert utvidelse av universet. Denne akselerasjonen kan måles ved observasjoner, fordi galakser beveger seg bort fra hverandre med en hastighet proporsjonal med deres avstand.
Så, igjen, vi har en effekt, så det må være en årsak. Alle nåværende målinger bekrefter at universet ekspanderer raskere og raskere. Sammen med andre vitenskapelige data gjorde dette det mulig å bekrefte eksistensen av mørk energi og gi et estimat av mengden i universet. På grunn av denne frastøtende egenskapen kan mørk energi også betraktes som "antigravitasjon".
Hva er forskjellen mellom mørk materie og mørk energi? Til tross for det lignende navnet, er det en feil å tenke på mørk energi som noe som relaterer seg til andre, kjente energityper, på samme måte som mørk materie er relatert til vanlig materie. Dessuten har mørk materie og mørk energi helt forskjellige effekter på universet.
Les også: Hvem er biohackere og hvorfor chiper de seg selv frivillig?
Er tidsreise mulig?
Tidsreiser er en drøm for mange mennesker, så vi ser mange litterære verk og filmer om dette emnet. Men er det fysisk mulig? I følge Einsteins relativitetsteori er ikke tiden konstant og absolutt, men avhenger av hastigheten til observatøren og tyngdekraften. Jo raskere vi beveger oss, eller jo sterkere gravitasjonsfeltet, desto langsommere går tiden for oss. Dette betyr at reise til fremtiden er mulig hvis vi når en veldig høy hastighet eller nærmer oss et veldig massivt objekt. Tiden går for eksempel litt saktere for en astronaut i jordens bane enn for en person på planetens overflate. Denne forskjellen er imidlertid for liten til å være merkbar. For å kunne reise inn i fremtiden, ville vi måtte reise med hastigheter nær lysets hastighet eller være i nærheten av et sort hull. Begge disse alternativene er imidlertid utenfor våre tekniske muligheter.
Reisen til fortiden er enda mer komplisert og kontroversiell. Det virker umulig, fordi det er forbudt av noen fysiske lover. Noen teorier tillater imidlertid eksistensen av såkalte lukkede tidslignende kurver, det vil si baner i rom-tid, sykluser i tid som går tilbake til samme punkt. Slike stier kan tillate oss å reise tilbake i tid, men de vil kreve svært uvanlige forhold, for eksempel et ormehull eller et spinnende sort hull.
Teoretisk sett kan sorte hull rotere, og dette fenomenet kalles et "snurrende sort hull" eller "Kerr sort hull". I 1963 foreslo den amerikanske fysikeren Roy Kerr en matematisk modell av et sort hull som roterer rundt sin akse.
Vi vet imidlertid ikke om slike objekter finnes, og om de er stabile. I tillegg skaper tidsreiser mange logiske paradokser og årsak-virkning-motsigelser, for eksempel bestefar-paradokset – hva skjer hvis en tidsreisende dreper bestefaren før faren blir født? Noen forskere prøver å forklare disse paradoksene ved å antyde eksistensen av flere verdener eller selvfornyelsen av rom-tid.
Les også: Teleportering fra et vitenskapelig synspunkt og dets fremtid
Finnes det parallelle universer?
Er universet vårt unikt, eller er det en del av en større struktur, det såkalte multiverset? Er det andre universer der historie og fysikk kan se annerledes ut? Kan vi samhandle med eller besøke disse verdenene? Dette er spørsmål som angår ikke bare forskere, men også forfattere og kinematografer. Det er flere hypoteser for eksistensen av parallelle universer, slik som strengteori, teorien om evig inflasjon og kvantemekanikkens tolkning av multiverset. Ingen av dem er imidlertid bekreftet verken ved observasjoner eller eksperimentelt.
En av hypotesene er strengteori, som antar at de grunnleggende fysiske objektene ikke er punktpartikler, men endimensjonale strenger som svinger i ti-dimensjonalt rom. Strengteori tillater eksistensen av hypotetiske braner (membraner), som er flerdimensjonale objekter laget av strenger. Vårt univers kan være en lignende kli, suspendert i en høyere dimensjon. Det er også mulig at det er andre braner skilt fra våre med kort avstand. Hvis de to braneene skulle kollidere med hverandre, kan de forårsake Big Bang og skape et nytt univers.
En annen hypotese er evig inflasjon, som ble nevnt ovenfor. Det er assosiert med et kvantefelt med svært høy energi, som ekspanderer i økende hastighet.
En interessant hypotese er den kvantemekaniske tolkningen av multiverset, som antyder at hver kvantemåling fører til en forgrening av universet til mange mulige utfall. For eksempel, hvis du måler posisjonen til et elektron i et hydrogenatom, kan du få forskjellige verdier med en viss sannsynlighet. En slik multivers tolkning antyder at hver av disse dimensjonene er realisert i et annet univers og at vi dupliserer oss selv med hver dimensjon. På denne måten skapes et uendelig antall parallelle universer, som skiller seg fra hverandre i små detaljer eller helt forskjellige historier.
Les også: Bitcoin Mining har flere tap enn gevinster – hvorfor?
Hva skjer inne i sorte hull?
Sorte hull er kosmiske objekter med så høy tetthet og gravitasjonskraft at ingenting kan unnslippe fra dem, ikke engang lys. De dannes som et resultat av sammenbruddet av kjernene til døende stjerner eller sammenslåingen av mindre sorte hull. Rundt hvert sort hull er en grense kalt hendelseshorisonten, som markerer poenget med ingen retur for noe som nærmer seg den. Men hva skjer utenfor hendelseshorisonten? Hva er inne i et svart hull? Vi har ingen svar på disse spørsmålene fordi klassisk fysikk ikke kan beskrive forholdene og prosessene inne i et sort hull. Imidlertid er ulike hypoteser basert på kvante- eller alternative teorier mulige.
En slik antakelse er singularitetshypotesen. Den sier at all materie og energi inne i et sort hull er konsentrert i et enkelt punkt med null volum og uendelig tetthet og rom-tid krumning. I et slikt øyeblikk slutter alle kjente fysikklover å gjelde, og vi vet ikke hva som skjer der.
Plancks stjernehypotese forutsier at dypt inne i et sort hull komprimeres materie ikke til en singularitet, men til en tilstand med ekstremt høy tetthet og temperatur, der lovene for kvantetyngdekraften (en kombinasjon av kvantemekanikk og generell relativitet) fungerer. I denne tilstanden kunne materie sprette av hverandre og danne et sfærisk objekt med en radius nær Planck-lengden – den minste mulige lengden i fysikk. Verdien er utrolig liten: 20 størrelsesordener mindre enn størrelsen på en atomkjerne. Et slikt objekt kan sende ut Hawking-stråling (kvantesvingninger over hendelseshorisonten) og gradvis miste masse og energi til det eksploderer og frigjør hele innholdet i det sorte hullet.
En annen idé er den såkalte gravastar-hypotesen. Den forutsetter at det er et lag av eksotisk materiale med undertrykk ved grensen av hendelseshorisonten, som hindrer det sorte hullets indre fra å kollapse til en singularitet. I dette tilfellet vil det indre av det sorte hullet være tomt rom med konstant tetthet og null temperatur. En slik struktur ville være stabil og ville ikke sende ut Hawking-stråling.
Les også: Morgendagens blokkjeder: Fremtiden til kryptovalutaindustrien i enkle ord
Har universet en ende?
Universet er uendelig og har ingen grenser - dette er det enkleste svaret på dette spørsmålet. Men hva betyr egentlig dette, og hvordan kan vi være sikre? Det er tre mulige scenarier: universet er ubegrenset, begrenset og lukket (som en kule eller en torus), universet er begrenset og åpent (som en sal), eller universet er uendelig og flatt. Vi vet heller ikke hva som skjer utover hendelseshorisonten, grensen for det observerbare universet som er et resultat av lysets begrensede hastighet.
La oss starte med det vi vet sikkert. Vi vet at universet utvider seg, noe som betyr at avstandene mellom galaksene stadig øker. Vi vet også at universet er omtrent 13,8 milliarder år gammelt og at det ble dannet i Big Bang, en tilstand med ekstrem tetthet og temperatur som ga opphav til materie, energi, tid og rom.
Men hva skjedde før Big Bang? Og hva er utenfor hendelseshorisonten - grensen for det observerbare universet, som vi ikke kan se noe utenfor på grunn av lysets begrensede hastighet? Er det en slutt på universet eller en barriere?
Forskere mener at dette er usannsynlig. Det er ingen bevis for en slik slutt eller barriere. I stedet er den mest akseptable modellen en der universet er homogent og isotropisk, noe som betyr det samme i alle retninger og steder. Et slikt univers har ingen kant eller sentrum og kan være uendelig i størrelse.
Selvfølgelig kan vi ikke teste dette direkte fordi vi ikke kan reise raskere enn lyset eller gå utover det observerbare universet. Men vi kan utlede egenskapene til hele universet fra det vi ser innenfor vår rekkevidde. Og alle observasjoner tyder på at universet er homogent i stor skala.
Dette betyr ikke at det ikke finnes andre alternativer. Noen alternative teorier antyder at universet kan være buet eller ha en kompleks geometrisk form. Det kan også være en del av en større struktur eller ha flere kopier eller refleksjoner.
Også interessant: Problemer med geoengineering: EU vil forby forskere fra å "leke Gud"
Finnes det en måte å reise raskere enn lyset?
Raskere enn lys bevegelse er den hypotetiske muligheten for at materie eller informasjon beveger seg raskere enn lysets hastighet i et vakuum, som er omtrent 300 000 km/s. Einsteins relativitetsteori forutsier at bare partikler med null hvilemasse (som fotoner) kan reise med lysets hastighet, og at ingenting kan reise raskere. Det ble gjort en antagelse om muligheten for eksistensen av partikler med en hastighet større enn lysets hastighet (tachyoner), men deres eksistens ville bryte med kausalitetsprinsippet og ville bety forskyvning i tid. Forskere har ennå ikke kommet til enighet om dette spørsmålet.
Imidlertid har det blitt antydet at noen forvrengte områder av rom-tid kan tillate materie å nå fjerne steder på kortere tid enn lys i normal ("uforvrengt") romtid. Slike "tilsynelatende" eller "effektive" områder av rom-tid er ikke utelukket av den generelle relativitetsteorien, men deres fysiske plausibilitet er foreløpig ubekreftet. Eksempler er Alcubierres stasjon, Krasnikov-rør, ormehull og kvantetunnelering.
Konsekvensene av å reise raskere enn lys på vårt kunnskapsnivå om verdensrommet er vanskelig å forutsi fordi de krever ny fysikk og eksperimenter. En mulig konsekvens vil være muligheten for tidsreiser og logiske paradokser knyttet til kausalitet. En annen konsekvens kan være muligheten for å studere fjerne stjerner og planeter i løpet av en persons levetid. For eksempel er den nærmeste stjernen utenfor solsystemet, Proxima Centauri, omtrent 4,25 lysår unna. Å reise med lysets hastighet ville bare ta 4 år og 3 måneder, og å reise raskere enn lys ville ta enda kortere tid.
Også interessant: Det første bildet fra James Webb-teleskopet er et år: Hvordan det endret synet vårt på universet
Hvor forsvinner planetene? Hva skjer med dem?
Tapte planeter er hypotetiske objekter i solsystemet, hvis eksistens ikke er bekreftet, men er gjort basert på vitenskapelige observasjoner. I dag er det vitenskapelige antagelser om muligheten for eksistensen av ukjente planeter som kan være utenfor vår nåværende kunnskap.
En slik hypotetisk planet er Phaeton, eller Olbers' planet, som kunne ha eksistert mellom banene til Mars og Jupiter, og dens ødeleggelse ville ha resultert i dannelsen av et asteroidebelte (inkludert dvergplaneten Ceres). Denne hypotesen anses foreløpig som usannsynlig fordi asteroidebeltet har for lav masse til å stamme fra eksplosjonen av en stor planet. I 2018 oppdaget forskere fra University of Florida at asteroidebeltet ble dannet av fragmenter av minst fem til seks planetstore objekter, i stedet for en enkelt planet.
En annen hypotetisk planet er Planet V, som ifølge John Chambers og Jack Lisso en gang eksisterte mellom Mars og asteroidebeltet. Antakelsen om eksistensen av en slik planet ble gjort på grunnlag av datasimuleringer. Planet V kan ha vært ansvarlig for det store bombardementet som skjedde for rundt 4 milliarder år siden, som skapte mange nedslagskratre på månen og andre kropper i solsystemet.
Det er også forskjellige hypoteser om planeter utenfor Neptun, for eksempel Planet Nine, Planet X, Tyche og andre, som prøver å forklare eksistensen av tilsynelatende anomalier i banene til noen fjerne trans-neptunske objekter. Ingen av disse planetene har imidlertid blitt observert direkte, og deres eksistens er fortsatt diskutabel. Selv om forskere fortsatt prøver å studere rommet mellom Mars og Jupiter, bortenfor Neptun. Kanskje vil vi senere ha nye hypoteser og oppdagelser.
Det har alltid vært viktig for menneskeheten å vite svarene om kosmos, om jorden og om seg selv. Men så langt er kunnskapen vår begrenset, selv om forskerne ikke står stille, prøver å finne svar, baner nye veier ut i verdensrommet. For det må være svar på ethvert spørsmål eller gåte. Slik er en person ordnet, slik er universet ordnet.
Også interessant:
Takk skal du ha!!!