Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.
Å se på stjernene har gitt grobunn for mange av de store spørsmålene.(Foto: Clarisse Meyer / Unsplash)
Finnes det en begynnelse eller er universet uendelig?
PODCAST: «The big bang» er den ledende teorien om hvordan verden har oppstått. Alternativet er at det alltid har eksistert, men det fører til noen rare paradokser.
«The big bang», det store smellet, er det populære navnet på teorien om hvordan universet har oppstått. Forskerne kaller dette smellet for inflasjonsfasen.
Før dette skjedde, var universet en svært kompakt masse som var fryktelig lite. Etter inflasjonsfasen fortsatte universet å utvide seg i et noe langsommere tempo.
Det store spørsmålet er hvordan det kunne gå fra ingenting til et punkt med masse energi som plutselig utvidet seg i en ekstrem hastighet?
Enten det ene eller det andre
– Det er et godt spørsmål, og det er det ingen som har et tilfredsstillende svar på, forteller forsker Trygve Leithe Svalheim ved Institutt for teoretisk astrofysikk på Universitetet i Oslo (UiO).
Filosofene har betraktet fenomenet lengre enn fysikerne:
– Enten kunne universet være evig, eller så kan det være en tilblivelse. Det ble etter hvert det dominerende synet, til dels på grunn av teologiske argumenter, men vel så mye på rent rasjonalistisk vis, forklarer professor Øystein Linnebo ved institutt for filosofi, ide- og kunsthistorie og klassiske språk på UiO.
Både filosofene og astrofysikerne er enige i at det bør være enten det ene eller det andre.
Trygve Leithe Svalheim (tv.) og Øystein Linnebo (th.) diskuterer forskjeller og likheter i måten astrofysikere og filosofer betrakter begynnelsen på.(Foto: Elina Melteig)
Fysiske bevis for en begynnelse
Svalheim jobber med å finne beviser for inflasjonsfasen. Teorien viser at inflasjonsfasen ville ha ført til gravitasjonsbølger, som det bør være mulig å finne tegn til. Det er slike tidlige gravitasjonsbølger Svalheim forsker på.
– De bevisene har ikke blitt funnet ennå, men de som finner dem, har garantert en Nobelpris å plukke opp i Stockholm, sier Svalheim.
Likevel er han åpen om at det fremdeles er flere muligheter:
– Nå har det vært testet så godt at det ser ut som teorien stemmer, men dersom det ikke gjør det, må vi se andre steder. Da finnes det variasjoner av slike sykliske universer som starter med et big bang, og utvider seg, og så ender det på et stadium med et nytt big bang i fremtiden, forteller han.
Dersom universet er syklisk, vil det være et argument for at det er en slags evighet inne i bildet.
Universet som en uendelig serie med hendelser
Filosofene i det gamle Athen var tilhengere av et uendelig univers. Det resonnementet er fremdeles gyldig i fysikken.
– Aristoteles hadde på den ene siden en tidlig form av konserveringslover hvor du ikke kan få bevegelse ut av en ikke allerede eksisterende bevegelse. Hver gang du går tilbake, er det alltid en tidligere bevegelse som dytter den nye bevegelse i gang. Det vil jo tilsi at universet må ha vart evig, forklarer Linnebo.
Det er den ene måten filosofer har resonert på. Slike konserveringslover gjelder i fysikken i dag også.
Annonse
– På den andre siden er det en veldig uro i filosofien knyttet til dette med uendeligheter. Veldig mange har ment at uendeligheter gir paradokser, fortsetter Linnebo.
Hvis universet har vart evig, så er tiden uendelig. Det gir paradokser.
– Følgelig må vi konkludere med at det ikke har vart evig og at det har en begynnelse, sier professoren.
Problemet med uendeligheter
Det store problemet med uendeligheter er at det oppstår en del paradokser som følge av dem.
Linnebo forklarer et av paradoksene kjent som Hilberts hotell, først skissert av matematikeren David Hilbert:
Se for deg at det finnes et hotell med uendelig mange rom. Hvert rom er nummerert, og samtlige rom er booket. En dag dukker det opp en gjest til, men hotellet er fullt.
Resepsjonisten får en god idé: Hvis gjesten i rom nummer én flytter til rom nummer to, og gjesten i rom nummer to flytter til rom nummer tre og så videre, så blir det første rommet ledig.
– Da har du skaffet til veie et nytt rom ved å rokere gjestene. Hvis du ser på samtlige rom og sammenlikner med rommene fra nummer to og opp, hvilken av disse samlingene er størst? Den ene er større, men samtidig er de like, så du får en selvmotsigelse. Da er det noe galt med utgangspunktet, nemlig at et uendelig hotell er mulig, forklarer Linnebo.
Eksempelet Boltzmann brains
Hilberts hotell er ikke det eneste paradokset som dukker opp. Fysikerne har et annet paradoks som er vel så problematisk.
I vakuum vil det nemlig oppstå kvantefelt hvor ting kan oppstå og slutte å eksistere. Det skjer overalt, hele tiden, ifølge Svalheim.
Annonse
– Gitt uendelig med tid vil det på et tidspunkt dukke opp en slik sammensetning av atomer at den er helt lik min egen hjerne, med alle mine minner og min oppfattelse av akkurat det jeg ser nå, forklarer Svalheim.
Så vil den hjernen forsvinne, like plutselig som den oppstod. Det er høyere sannsynlighet for at det dukker opp en slik hjerne, enn at hele universet skulle oppstå på den måten.
Med en uendelig mengde tid vil det også være uendelig med muligheter og ulike varianter av slike hjerner. Resultatet av dette er at det er høyere sannsynlighet for at din opplevelse av virkeligheten ikke er den ekte virkeligheten.
Det er fysikeren Ludwig Boltzmann som først skisserte dette eksempelet, som gjerne kalles for Boltzmann brains.
Underlige konsekvenser betyr ikke at noe er feil
– Boltzmann brains-eksempelet viser hvor utrolig rart en evighet vil være fordi alle muligheter blir realisert så lenge sannsynligheten for dem er høyere enn null, sier Linnebo.
Likevel mener Svalheim at det ikke nødvendigvis er et problem likevel:
– De teoriene som spår at det vil eksistere Boltzmann brains, er nok dårlig definert. Hvis slike paradokser fungerer, så forsøker vi å styre unna, forteller han.
Kanskje det er en eller annen endring man kan gjøre for at slike paradokser ikke oppstår.
Linnebo følger opp med at du tross alt må ha en bedre teori før du kan forkaste en teori fordi den har underlige konsekvenser.
– Du må tenke gjennom om konsekvensene bare er en stor overraskelse som vi må venne oss til, eller om det ligger noe mer grunnleggende galt der, forklarer han.
Et eksempel på en teori med underlige konsekvenser er kvantefysikken som til tross for sine underligheter er den beste forklaringen på en del fenomener i fysikken.
Annonse
Tiden før tiden
Tiden er definert av termodynamikkens andre lov som sier at entropien alltid øker. Det vil si at noe går fra en ordnet tilstand til kaos, og at tiden er retningen på den endringen.
– Hvis du har et glass med vann og slipper en isbit i det glasset, vil du kunne komme tilbake og se at isbiten har smeltet. Dersom du har filmet det og spoler tilbake vil det ikke gi mening. Det er en prosess som bare har én retning. Vi har gått fra en tilstand med lite kaos til mer uorden, forklarer Svalheim.
Problemet med tid er at du trenger noe å sammenlikne med for å se at tiden har gått.
– Hvis du ikke har noe som kan bevege seg eller bli uorden, så har du egentlig bare fjernet den plagsomme dimensjonen som er tid, sier Svalheim.
En slik måte å betrakte tiden på fører dermed til at tiden før big bang er en ordnet tilstand hvor det ikke skjer noe.
Nord for Nordpolen
– Før big bang fantes ikke tid, og det er litt tilfredsstillende for min del. Det er som å gå nord for Nordpolen, og det fungerer ikke, forklarer Svalheim.
Ettersom tiden går, er det mulig å se for seg at all uorden blir jevnet ut, og at det ikke er mer kaos å lage. Da er det teoretisk sett mulig å se for seg at tiden stopper igjen, men modellene for dette er ifølge Svalheim noe mer kompliserte.
Forskerne er forsiktige med å uttale seg om hvorvidt det finnes en slutt.
– Hvis evigheten blir for paradoksal, kan man tenke seg at det må finnes en slutt, men jeg vil ikke gå god for det, sier Linnebo.
Han utdyper at det finnes teorier for fortsettelsene som er matematisk konsistente.
Hør hele episoden her:
Universitetsplassen podkast
Universitetsplassen er en forskningsbasert podkast om samfunnet produsert av Universitetet i Oslo. Her møtes både unge og erfarne forskere for å snakke om det de mener er viktig og aktuelt, sammen med gjester fra norsk samfunnsliv. Du finner Universitetsplassen i alle podkastapper, inkludert iTunes/Apple podcasts og Spotify.
