sted, fuld af stof og energi i forskellige former, der udspiller sig på rumtidens scene i overensstemmelse med fysikkens love. Dette eksemplificeres af dette billede med Hubble-rumteleskopet af galaksehobbyen IDCS J1426.5+3508. Hvor meget skal man dog tage væk, før man virkelig står tilbage med ingenting? NASA, ESA og M. Brodwin (University of Missouri)
Når vi ser os omkring i vores verden og universet i dag, taler vi om og tænker på alle de ting, der er i det. Det drejer sig om alt fra partikler, atomer og mennesker til planeter, stjerner, galakser og de største strukturer overhovedet. Afhængigt af hvad vi interesserer os for, kan vi diskutere gas, støv, stråling, sorte huller eller endda mørkt stof. Men alle de ting, som vi ser, observerer eller udleder eksistensen af i dag, har måske ikke været der altid. Nogle af dem er opstået af noget allerede eksisterende materie, der var til stede tidligere, men andre er tilsyneladende kommet fra ingenting. Det er ikke overraskende, at ikke alle er enige om, hvad vi mener videnskabeligt set, når vi taler om, hvad “ingenting” egentlig er. Afhængigt af hvem man spørger (eller hvornår man spørger dem), kan man få en af fire forskellige betydninger. Her er hvorfor de alle er relevante.
andre galakser i dens nærhed i 100 millioner lysår i alle retninger. Alligevel er dette ikke en sand realisering af det tomme rum. ESA/Hubble & NASA og N. Gorin (STScI); Anerkendelse: Judy Schmidt
1.) En tid, hvor din “ting” af interesse ikke eksisterede. Hvordan skabte universet planeter? Hvad med stjerner? Hvad med en stofasymmetri? Disse ting har ikke altid eksisteret, men måtte snarere skabes. Når mekanismen er kendt, siger vi normalt, at vores “ting” blev skabt af noget, snarere end af ingenting. Planeter kom fra det genbrugte detritus fra tidligere generationer af stjerner, hvor de tunge grundstoffer, som deres kerner og faste overflader består af, blev skabt og derefter udstødt tilbage i det interstellare medium. Stjerner kommer fra gasskyer, der trækker sig sammen, og som indeholder områder, der bliver tætte nok og varme nok til at antænde kernefusion. Både planeter og stjerner er stof, der kommer fra allerede eksisterende former for stof; de er en ting, der kommer fra noget, snarere end fra ingenting.
stråling, hvor der på et tidspunkt bliver skabt lidt mere stof, hvilket fører til vores univers i dag. Hvordan denne asymmetri er opstået eller er opstået fra et sted, hvor der ikke var nogen asymmetri til at begynde med, er stadig et åbent spørgsmål. E. Siegel / Beyond The Galaxy
Men det stof, vi har i dag, er ikke kommet fra allerede eksisterende stof. På et tidspunkt i en fjern fortid var universet sammensat af lige store mængder stof og antimaterie; de fysiske love, som vi har opdaget, gør det kun muligt for os at skabe dem i lige store mængder. Alligevel er det univers, vi har i dag, i overvældende grad lavet af stof og ikke af antimaterie, hvor hver eneste af de milliarder og atter milliarder af galakser, vi kender, er lavet af stof og ikke af antimaterie. Hvor kommer vores asymmetri i stof fra? Fra en tidligere symmetrisk tilstand; fra en tilstand, hvor stof og antimaterie eksisterede i lige store mængder. Fra en tid, hvor der ikke var nogen asymmetri. Ifølge nogle betyder det, at det stof, vi har i dag, er opstået fra ingenting, selv om andre, der strengt holder sig til en af de andre definitioner, bestrider dette.
Selvfølgelig er der ingen, der bestrider, at det videnskabelige problem med baryogenese, eller oprindelsen af asymmetrien mellem stof og antimaterie, er en af de mest presserende gåder i den teoretiske fysik i dag. Der er mange ideer og mekanismer til, hvordan vores materie (og ikke antimaterie) kom til at eksistere, men vi mangler de beviser, der er nødvendige for at erklære en sejrherre.
for tre af de fire kræfter (bortset fra tyngdekraften), hele rækken af opdagede partikler og alle deres vekselvirkninger. Ud fra den tilhørende kvantefeltteori kan vi også finde ud af egenskaberne ved kvantevakuumet. Contemporary Physics Education Project / DOE / NSF / LBNL
2.) Tomt rum. Tænk på alle de “ting”, der findes i universet i dag. Tænk på hver grundlæggende stofbestanddel; hvert kvantum af stråling; hvert sort hul; hver masse; hver partikel og antipartikel. Forestil dig nu, at du fjerner dem alle. Forestil dig, at du på en eller anden måde tager dem ud af universet og efterlader intet andet end tomt rum tilbage. Hvad ville du have tilbage? Nogle kalder det “ingenting”, og de er ganske tilfredse med den definition.
beregning, der viser virtuelle partikler i kvantevakuumet. Selv i det tomme rum er denne vakuumenergi ikke nul. Derek Leinweber
Derek Leinweber
Den enhed, der er kendt som rumtid, er der stadig, ligesom fysikkens love. Alle de felter, der er til stede i det tomme rum, fra Higgs-feltet til gravitationsfelter til de kvantefelter, som vi ofte visualiserer som partikel-antipartikel-par par, der popper ind og ud af eksistensen, er der stadig. Fysiske love som kvantefeltteorien findes stadig; den generelle relativitetsteori findes stadig; de fundamentale konstanter findes ikke blot stadig, men de har de samme værdier som i dag. Og vakuumet i det tomme rum selv har stadig en nulpunktsenergi, der ikke er nul. Dette manifesterer sig som mørk energi i dag, og med en meget anderledes ikke-nul-værdi i en fjern fortid var det den drivende kraft bag den kosmologiske inflation. Når folk taler om, at universet er opstået af ingenting, er det denne type “ingenting”, de henviser til: det varme Big Bang, der blev født af inflation.
stof, energi eller krumning af nogen art. Hvis dette rum har den lavest mulige nulpunktsenergi, vil det ikke være muligt at reducere det yderligere. Amber Stuver / Living Ligo
3.) Tom rumtid i den lavest mulige energitilstand. Hvad nu, hvis universets nulpunktsenergi blev reduceret til dets sande grundtilstand? Da inflationen sluttede, var der et enormt fald i universets vakuumenergi: fra inflationsskalaen til den værdi, den har i dag. Dette fald i tomrumsenergien var ansvarlig for den massive stigning i partikelenergien og for oprindelsen af det varme Big Bang. Men der er ingen garanti for, at vi befinder os i den sande lavenergitilstand lige nu; det er muligt, at vi blot befinder os i en falsk vakuumtilstand, og at det sande vakuum venter på os efter endnu en katastrofal, universændrende overgang.
energien E er højere end den i det sande vakuum eller grundtilstand, men der er en barriere, der forhindrer feltet i at rulle klassisk ned til det sande vakuum. Under inflationen befinder universet sig ikke i en sand vakuumtilstand; det er det måske heller ikke i dag. Wikimedia Commons-brugeren Stannered
Hvis du nåede frem til den sande grundtilstand og udviste alt stof, energi, stråling og rumtidsbølger fra dit univers, hvad ville du så stå tilbage med? Det er måske den ultimative idé om, hvad “fysisk intethed” kan være: hvor du stadig har en scene, som universet kan udspille sig på. Der er måske ingen spillere, ingen skuespillere, ingen rollebesætning, intet manuskript og ingen scene, men i intethedens store afgrund har du stadig en scene. Det kosmiske vakuum ville være på sit minimum; der ville ikke være noget håb om at udvinde arbejde, energi eller virkelige partikler fra dette vakuum, men rumtiden og fysikkens love ville stadig være til stede. Hvis man i teorien tilføjede en partikel til dette univers, ville den ikke være så forskellig fra en isoleret partikel, der findes i vores univers i dag.
Universet skylder sin oprindelse til det varme Big Bang. Mere fundamentalt set kan det univers, vi har i dag, kun opstå på grund af rumtidens egenskaber og fysikkens love. Uden dem kan vi ikke have eksistens i nogen form. NASA / GSFC
4.) Det, man står tilbage med, når man fjerner hele universet og de love, der gælder for det. Endelig kan man forestille sig at fjerne alt, herunder rum, tid og de regler, der styrer enhver form for partikler eller energikvanter. Dette skaber en form for “ingenting”, som fysikerne ikke har nogen definition på. Dette går ud over “intet”, som det findes i universet, og realiserer i stedet en slags filosofisk, absolut intethed. Men i fysikkens sammenhæng kan vi ikke finde en mening med denne form for intethed. Vi ville være nødt til at antage, at der findes sådan noget som en tilstand uden for rum og tid, hvor man kan have fremkomsten af rumtid fra denne hypotese om en tilstand af sand intethed.
Men er det muligt? Hvordan opstår rumtiden på et bestemt sted, når der ikke findes noget rum? Hvordan kan man skabe tidens begyndelse, hvis der ikke findes noget begreb om noget som “før”, uden at tiden allerede eksisterer? Og hvor skulle reglerne for partikler og deres vekselvirkninger så opstå fra? Betyder denne endelige definition af “ingenting” overhovedet noget, eller er det bare en logisk konstruktion uden nogen fysisk betydning i sig selv?
skalaen bliver strakt ud over universet under inflationen, hvilket giver anledning til ufuldkommenheder i både tæthed og gravitationsbølger. Selv om det oppustede rum med rette kan kaldes “ingenting” i mange henseender, er det ikke alle, der er enige. E. Siegel, med billeder afledt af ESA/Planck og DoE/NASA/ NSF interagency task force on CMB research
Der er ikke enighed her. Med et sprog, der har den tvetydighed, det har, kan man sige “ingenting” og legitimt henvise til et hvilket som helst af disse, med purister, der ivrigt venter på at råbe af dig, hvis du vover at bruge “ingenting” i en sammenhæng, der er mindre ren end deres definition. Hvis noget fundamentalt er opstået, hvor der ikke var noget sådant før, kan man kalde det ingenting, men det er ikke alle, der vil være enige. Hvis man fjerner alt stof, antimaterie, stråling og endda rumlig krumning, kan man bestemt gøre krav på, at det er det, der er “ingenting”, men der er stadig nogle “ting”, der er til stede. Hvis man så fjerner al energi, der er iboende i selve rummet, så der kun er rumtid og naturlove tilbage, kan man også kalde det “ingenting”. Men filosofisk set vil nogle mennesker stadig være utilfredse. Kun ved også at fjerne dette vil nogle endelig acceptere at kalde en sådan enhed for “ingenting”.”
Modellen forudsiges at eksistere som en konsekvens af fysikkens love. Uden disse love eller uden rumtidens stadium kan noget fornuftigt nogensinde opstå? E. Siegel / Beyond The Galaxy
Så hvem har ret? Det har de alle sammen, på hver deres måde. Nøglen er ikke at diskutere eller kæmpe om, hvad “ingenting” virkelig er, men at acceptere og forstå disse definitioner, som folk bruger dem. Det er altafgørende ikke at forveksle den ene betydning med den anden, eller at komme ind i et skænderi om, hvorfor det er forkert at bruge et ord på en bestemt måde. Når nogen – især en videnskabsmand – siger ordet “ingenting”, skal man i stedet forsøge at forstå, hvilken betydning de bruger, og hvad det er for et fænomen, de forsøger at forklare. For så langt som vores fantasi kan føre os, er den eneste sande form for viden, som vi kan håbe på at få om noget som helst, afhængig af at sætte det på prøve i vores egen fysiske virkelighed. Alt andet, uanset hvor logisk fornuftigt det er, er blot en konstruktion af vores hjerne.
Få det bedste fra Forbes i din indbakke med de seneste indsigter fra eksperter over hele verden.
Følg mig på Twitter. Tjek mit websted eller nogle af mine andre værker her.