Universets størrelse
Lysets hastighed er en af de vigtigste og mest fundamentale egenskaber ved vores univers. Den bruges til at måle afstande, til interplanetarisk kommunikation og i forskellige matematiske beregninger. Og det er kun begyndelsen.
Den hastighed, hvormed lyset bevæger sig gennem et vakuum – 299.792 kilometer (186.282 miles) pr. sekund – er statisk og uforanderlig. Hvis man fjerner denne konstant, smuldrer selve fundamentet for den moderne fysik af en række årsager, og den generelle regel kan opsummeres med dette: Intet i universet kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed.
Som du kan forestille dig, opstår der en vis forvirring, når man tænker på, at universet ikke er 13,8 milliarder lysår stort – et tal, der svarer til universets alder. Efter de nuværende skøn er det faktisk en hel del større med en anslået diameter på ca. 93 milliarder lysår. Og det er kun det, vi kan se. Det, vi ikke kan se, kan fortsætte i al evighed.
Så, hvordan kan universet være 93 milliarder lysår bredt, hvis det kun er 13,8 milliarder år gammelt, og intet kan rejse hurtigere end lyset?
Vejledning
Vejledning
Forståelse af rødforskydning
Hvor man kan forstå, hvorfor universets størrelse er så meget større end dets alder, er det vigtigt at forstå, hvordan lyset fungerer.
Sir Isaac Newton var utvivlsomt en af de største hjerner, der nogensinde har levet. Ud over at “opfinde” regnestykket var han den første videnskabsmand, der virkelig forstod essensen af lys, og hvad der sker, når man splitter det op i dets bestanddele.
For det første afslørede hans forskning, at sort er fraværet af farve, mens hvidt lys – som det, der kommer fra solen og andre stjerner – er en kombination af alle farver. Ved at se på et objekts lys gennem et prisme kan man se de tilsvarende elementer, som lyset repræsenterer, hvilket kan bruges til at hjælpe med at bestemme objektets sammensætning, temperatur og endda hvor det befinder sig i den evolutionære proces.
På mere end én måde revolutionerede Newtons arbejde fysikken og banede vejen for alle de store, herunder Niels Bohr, Max Planck og selvfølgelig Albert Einstein. I forbindelse med denne diskussion er den mest relevante videnskabsmand, der byggede videre på Newtons arbejde, dog Christian Doppler.
Advertisement
Advertisement
Doppler blev kendt flere hundrede år efter Newtons død, og hvis du ikke er bekendt med hans arbejde, opdagede han noget, der i dag kaldes Doppler-effekten. Denne proces forklarer, hvorfor noget lys fra kosmiske kilder har en tendens til at lande nær den røde ende af det elektromagnetiske spektrum, mens andet lys er tættere på den blå ende.
Simpelt sagt noterer Doppler-effekten, hvordan lysets bølgelængde forskydes baseret på den retning, som kilden bevæger sig i, f.eks. om noget kommer mod os eller bevæger sig væk. Specifikt vil lysbølger blive strakt, hvis kilden bevæger sig væk fra observatøren, og dermed fremstår de røde (den længere bølgelængde). Omvendt vil lysbølgerne blive komprimeret, hvis objektet er på vej mod observatøren, og dermed fremstår de blå (den kortere bølgelængde).
Undervejs præsenterede sig en game-changer. I sidste ende viste næsten alle galakserne sig at bevæge sig mod en længere bølgelængde, hvilket betød, at de så røde ud, som om de var på vej væk fra os. Endnu mere forbløffende var det, at ikke alene bevægede det meste sig væk fra os, men at denne rødforskydning var stigende, hvilket betød, at objekterne bevægede sig hurtigere og hurtigere væk fra os.
Dette førte til den opdagelse, at universet ikke er stationært, som nogle troede – det udvider sig faktisk!
Vejledning
Vejledning
Universets udvidelse
Her er det, hvor tingene bliver klistrede. Vores observationer af rødforskydning afslørede, at objekter, der er tre gange så langt væk, bevæger sig tre gange så hurtigt i forhold til nærliggende galakser. Jo længere vi ser ud i rummet, jo hurtigere bevæger galakserne sig – faktisk bevæger de sig så hurtigt på disse store afstande, at de let overgår lysets hastighed. Men som tidligere nævnt er lysets hastighed den universelle hastighedsgrænse. Så hvordan kan dette være?
Først skal du bemærke, at selv om der er en grænse for, hvad vi kan se, strækker det faktiske univers sig meget længere ud, end vi kan forstå. Alt inden for denne grænse kaldes det “observerbare univers”, og det omfatter:
- 10 millioner superhobe
- 25 milliarder galaksegrupper
- 350 milliarder store galakser
- 7 trillioner dværggalakser
- 30 milliarder trillioner (3×10²²) stjerner
Hvis alt dette var stuvet ind i 13.7 milliarder lysår af rumtid, ville universet virke temmelig tætpakket.
Det første problem med antagelsen om, at universets størrelse skulle være lig med dets alder i år baseret på den afstand, lyset rejser, kommer, når vi ser på de første øjeblikke, der fulgte efter Big Bang.
Advertisement
Advertisement
Da universet først “sprang” i eksistens for ca. 13,75 milliarder år siden, begyndte selve rumtiden at udvide sig med hastigheder, der var hurtigere end lysets hastighed. Denne periode, der kaldes inflation, er afgørende for at forklare meget mere end universets størrelse. Den dækker også over ting som rummets homogene natur i stor skala og de forhold, der eksisterede i den første epoke.
Helt grundlæggende overgik universet fra en uendelig tæt og varm tilstand til et stort område, der vrimlede med protoner og neutroner – partikler, der til sidst samledes og smedede byggestenene til alt stof – på få øjeblikke. Efter at den indledende inflation døde ud, blev ekspansionen langsommere. Nu bliver objekter trukket fra hinanden af en mystisk kraft kaldet mørk energi.
Hurtigere end lyset
Med midler, der endnu ikke er blevet fastslået, ser denne ekspansion ud til at foregå hurtigere end lysets hastighed, men det betyder ikke det, du sikkert tror, det gør.
Jeg er bange for, at forvirringen stammer fra en grundlæggende fejlfortolkning af selve relativitetsteorien. Ser du, teorien siger, at objekter ikke kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed gennem rumtiden. Den sætter dog ikke nogen grænser for selve rumtiden.
Advertisering
Advertisering
Så, for at opsummere, så er rummets størrelse ikke i konflikt med den grundlæggende fysik.
Substantielt set bryder selve galakserne (og alle andre objekter i rummet) ikke nogen love, fordi de ikke bevæger sig gennem rummet hurtigere end lyset (i det mindste ikke i traditionel forstand). Snarere udvider og strækker alle dele af rummet sig. Det er ikke engang sådan, at kanterne flyver udad, men at selve rumtiden – området mellem galakser, stjerner, planeter, dig og mig – strækker sig.
Kort sagt, rumtiden udvider sig og skubber materien fra hinanden. Materien bevæger sig ikke rigtig gennem rumtiden.
Som en interessant sidebemærkning har udvidelsen desværre nogle dystre konsekvenser for universets fremtid. Hvis man antager, at ekspansionen fortsætter i det uendelige (og ikke bremses), vil horisonten af det synlige univers gradvist skrumpe, indtil objekter simpelthen vil være for langt fra hinanden til, at lys fra en galakse nogensinde kan nå en anden.
Advertisering
Advertisering
For den sags skyld var meget af det, vi ser nu, oprindeligt meget tættere på. Takket være ekspansionen er disse objekter blevet ført væk, og nogle galakser og andre objekter er blevet rødforskudt ud af eksistensen (eller i hvert fald ud af vores synsfelt). De fjerneste galakser er blandt de ældste ting i universet, idet de blev dannet, da universet kun var millioner af år gammelt, og det er sandsynligt, at størstedelen af dem ikke længere eksisterer eller befinder sig i en helt anden del af kosmos i dag.
Tilføjelig rapportering af Jaime Trosper.
Som Futurism-læser inviterer vi dig til at deltage i Singularity Global Community, vores moderselskabs forum, hvor du kan diskutere futuristisk videnskab & teknologi med ligesindede fra hele verden. Det er gratis at deltage, tilmeld dig nu!