Fem utrolige teorier
Før Newton forfattet sine berømte lover, var det ingen som i sin villeste fantasi trodde at det fantes en usynlig kraft mellom alle ting.
I dag er Newton regnet blant den moderne fysikkens fedre og en av historiens mest anerkjente vitenskapsmenn. Men det er sjelden slik at nye og revolusjonerende ideer omfavnes uten motstand og av og til latterliggjøring.
Amerikaneren Charles Herbert Best var med på å oppdage insulin. Men siden han bare var en medisinstudent da han gjorde oppdagelsen, var det ingen som tok ham helt på alvor.
Og da nederlenderen Antonie van Leeuwenhoek først oppdaget bakterier var det ingen som trodde på ham, til tross for at mannen var en anerkjent vitenskapsmann.
Det skulle ta nærmere 2000 år før vitenskapen anerkjente at jorden går i bane rundt solen, og ikke omvendt, selv om det heliosentriske verdensbildet ble beskrevet flere hundre år før vår tidsregning.
Men selv om vi vet mye i dag, er det fremdeles en hel del ting vi ikke har kontroll på. Og det skorter ikke på «ville» ideer.
Til tross for at vi har kjent til gravitasjonskraften siden 1600-tallet, er det fremdeles ingen som med sikkerhet kan forklare hvordan kraften virker.
Én fysiker hevder den overhodet ikke eksisterer ...
På de neste sidene tar vi for oss fem vitenskapelige teorier som kan virke fullstendig sprø. Men hvem vet, om 500 år er det kanskje disse ideene fysikken bygger på.
Vi begynner med noe som kanskje ikke eksisterer ...
Gravitasjon eksisterer ikke
Ifølge eventyret kokte Isaac Newton sammen teorien om gravitasjon etter å ha fått et eple i knotten, og siden har vi slitt med å forklare hva det egentlig er.
Newtons formler beskriver på hvilken måte den suverent svakeste av naturkreftene virker, men ikke hvordan den virker.
Einstein hevder gravitasjonen er effekt av hvordan objekter påvirker romtid, mens i kvantemekanikken tror man tyngdekraften kommer fra partikkelen graviton - en hypotetisk partikkel ingen har klart å påvise.
Disse to hovedteoriene for hva tyngdekraft egentlig er, er altfor høytsvevende for fysikkprofessor Eric Verlinde (48) ved Institutt for teoretisk fysikk ved universitetet i Amsterdam.
I forskningsartikkelen «On the Origin of Gravity and the Laws of Newton» argumenterer han for at den merkelige tyngdekraften i virkeligheten ikke eksisterer.
Verlinde hevder at gravitasjon bare er en effekt av en gren av fysikken som har gitt oss alt fra bilmotoren og kaffetrakteren til kalorimerking på matvarer: Termodynamikken.
Han går så langt som å si at tyngdekraften er en illusjon som har forvirret vitenskapsmenn i 300 år.
Beskrivelser av professorens tankesett har setninger som «the theory implies that gravity is not a fundamental interaction, but an emergent phenomenon which arises from the statistical behavior of microscopic degrees of freedom encoded on a holographic screen», som vi ikke skal forsøke å utdype.
Det gjør Verlinde mye bedre selv:
Til New York Times forklarer Verlinde tyngdekraften som fysikkens svar på en «bad hair day».
I fuktig og varm luft vil håret kruse seg fordi det finnes flere måter håret kan ligge på en helt rett - og naturen liker valgmuligheter. Og uorden. Det krever en kraft til å strekke håret ut igjen, og motvirke naturkraften. Professorens argument er at følelsen av gravitasjon er et biprodukt av naturens hang til å maksimere uorden.
Teorien er det som kalles entropisk tyngdekraft. Entropi er et mål på graden av uorden i et termodynamisk system. Når en gjenstand beveger seg rundt en annen, forstyrres (u)ordenen rundt gjenstandene og det er dette som oppleves som tyngdekraft.
Kilde: The Epoch Times, Wikipedia, New York Times.
Mens vi er inne på ting som ikke eksisterer. Dersom mannen med teorien på neste side har rett, er alt du tror feil ...
Kan tid manipuleres?
Sannsynligvis. Spørsmålet er om tid i det hele tatt eksisterer. Før du fortsetter å lese, tenk på spørsmålet «Hvor lenge er ett sekund?».
Vi sier gjerne at tiden er den fjerde dimensjonen (hvor rom opptar de tre første). Enkelte forskere hevder imidlertid at tidikkeeksisterer.
En av disse forskerne er Julian Barbour fra Oxfordshire i England. Han er forfatteren bak boken «The End of Time», som kort fortalt hevder at tiden er en illusjon. Han mener tid bare er en måte hjernen vår oppfatter forandring på.
To teorier - ett problem
Utgangspunktet for konklusjonen er et problem med Einsteins hovedteori, den generelle relativitetsteorien, og teoriene om kvantemekanikk.
Den første forklarer ting i enorm skala, som hvordan gjenstander i universet påvirker hverandre.
Kvantemekanikken brukes til å forklare ting på mikroskopisk nivå.
Begge teoriene har vist seg å være forbløffende korrekte, men det er i denne sammenhengen spesielt én ting som skiller de to teoriene fra hverandre:
Begrepet tid behandles vidt forskjellig i de to teoriene.
Og dette er et problem fordi verdens forskere og vitenskapsmenn stort sett er enige om at kvantemekanikken og Einsteins teori på et tidspunkt må kunne sammenfattes i én teori - «en slags «kvanteteori for hele universet». Det kalles kvantegravitasjon.
Det har så langt ingen klart, men Barbour mener han har løsningen på utfordringen.
- Det ser ut til at det må tas et valg mellom to uforenlige forestillinger om tid. Jeg mener den eneste tilfredsstillende løsningen er å avskaffe tid fullt og helt, forteller Julian Barbour.
Se videoene nedenfor for en bedre forståelse av ideene til Julian Barbour:
Tid bare et begrep?
Ny forskning presentert på PLoS Biology underbygger ideen om at oppfatningen av tid er noe som kan manipuleres. Et eksperiment med aper kan forklare hvorfor vi noen ganger synes «tiden går sakte», mens den «raser av sted» når vi har det moro.
Det er en utbredt tanke i vitenskapen at oppfatning av tid foregår i én region i hjernen. Nøyaktig hvordan hjernen følger med på tiden, er imidlertid et mysterium. Resultatene til forskerne Geoffrey Ghose og Blaine Schneider ved Universitetet i Minnesota i Minneapolis kan hjelpe til med å forklare hvorfor vår oppfatning av tid endrer seg, og åpner også for at det er mulig å kunstig manipulere den.
Flere ting som er vrient å forstå:
Forskerne trente to rhesusaper til å skifte blikket mellom to prikker på en skjerm med et jevnt intervall på ett sekund. Etter tre måneder hadde apene lært å bevege øynene mellom prikkene med et intervall på 1,003 og 0,973 sekunder.
Deretter koblet forskerne elektroder til apene, og målte hva som foregikk i hjernen over 100 nevroner. Det viste seg at aktiviteten i disse neuronene minsket i tiden mellom hver gang apene beveget øynene. Det viste seg også at raten aktiviteten i neuronene minsket med, var jevn. Når apene fikk litt forskjellige oppgaver, kunne det påvirke raten, og forskerne oppdaget da at apene feilberegnet når de skulle flytte øynene fra den ene prikken til den andre.
Dersom aktiviteten gikk ned raskere, ville apene flytte blikket før sekundet hadde gått.
Kan trolig manipuleres kunstig
Resultatene indikerer at kretsene i hjernen muligens følger med på tiden, og i så fall at det vil være mulig å endre vår oppfatning av tiden. Det kan forklare hvorfor vi synes tiden går fort når vi av ulike grunner er ekstatiske.
Stress utløser for eksempel adrenalin, og adrenalin er kjent for å påvirke raten aktiviteten i nevroner går ned med.
- I vår modell er forandring i nevronenes aktivitetsrate alt som skal til for å endre oppfatningen av hva tid er, sier Ghose til nettsiden newscientist.com.
Eksisterer tid?
Begrepet tid har forbløffet forskere i lang... vel, tid. Og få vitenskapsmenn har viet så mye tid til fenomenet som Ferenc Krausz ved Max Planck-instituttet i Tyskland.
Han har klart å måle det korteste intervallet noen sinne, tiden det tar for et elektron å skifte bane i et atom, nærmere bestemt 100 attosekunder.
For å sette det i perspektiv: 100 attosekunder er til ett sekund som ett sekund er til 300 millioner år.
Men selv 100 attosekunder er en evighet i forhold til den minste tidsenheten vi tror eksisterer, Planck-tid. Her er avstander og intervaller så korte at hele konseptet tid og sted begynner å bryte sammen.
Forskning som har forsøkt å forstå tid kortere en Planck-tid har kommet til et knutepunkt i fysikken. Problemet er at det kan se ut til at tid ikke eksisterer på det mest grunnleggende nivået av fysisk virkelighet.
- Begrepet tid har blitt svært problematisk i moderne fysikk. Situasjonen er så ubehagelig at den langt på vei beste tingen å gjøre, er å erklære seg som agnostiker, sier fysikkfilosof Simon Saunders ved Universitet i Oxford til Discover Magazine.
Etter å ha lest dette, vil du fremdeles svare det samme på spørsmålet i toppen av artikkelen? Dersom oppfatningen av tid relativt lett lar seg manipulere i hjernen, kan det tenkes at tid er noe som egentlig ikke finnes - bare oppleves?
Tid er en alvorlig begrensning som gjør at du aldri vil kunne reise til midten av Melkeveien og hjem igjen. Men én NASA-forsker mener han har løsningen. Les hva på neste side ...
Slik kan man fly raskere enn lyset
I en av Einsteins likninger i den generelle relativitetsteorien er det slik at jo nærmere du kommer å bevege deg i lysets hastighet, jo nærmere blir verdien på undersiden av brøkstreken lik null.
Og som de fleste vil huske fra barneskolen, å dele på null er umulig. Dermed følger det, enkelt forklart, at vi ikke kan reise raskere enn lysets hastighet. I teorien, i alle fall.
Selv om man skulle klare å komme opp i en hastighet på 1.079.252.848,8 kilometer i timen vil det ta 40 år å reise til midten av vår galakse og tilbake igjen. Det vil si, 40 år for deg. «Alt er relativt», som Einstein sier, så her på jorden vil det ta 60.000 år før du er tilbake. Jo raskere du beveger deg fra jorden, jo saktere går tiden for deg relativt til kloden, ifølge Einstein.
Men en NASA-forsker mener løsningen er nær. Harold «Sonny» White sier science fiction-hastigheten «warp speed» er mulig i vår levetid. Og det grunnleggende i teorien er til og med ganske lett å forstå.
Det er fysikeren Miguel Alcubierre som først skisserte en «warp drive». Et romskip vil kunne reise raskere enn tiden ved å manipulere selve romtid. Vitenskapen mener å ha bevis for at det er mulig basert på big bang-teorien hvor romtid ekspanderte så raskt at objekter beveget seg raskere enn lyset.
Slik kan en «warp drive» fungere
Prinsippet bak Miguel Alcubierres megaforflytningsmaskin er relativt forståelig. Romskipet må skape et felt med negativ energi som kan klemme sammen og strekke ut romtid og skape en slags boble. Å «surfe» den boblen er det som skal gjøre det mulig å forflytte seg raskere enn lyset.
- Den vertikale dimensjonen representerer hvor mye romtid utvider seg (rød farge) og trekker seg sammen (blå farge) i Alcubierres modell. Når romtid utvider seg bak romskipet, driver det skipet fremover.
- Inne i boblen vil romtid være nøytral, og Einsteins generelle relativitetsteori holder stikk. Passasjerene om bord romskipet vil ikke merke noen form for akselerasjon.
- Da det er like mye som trekker seg sammen foran som utvides bak, vil romtid-balansen være ivaretatt.
Selv om ideen bak Alcubierres «warp drive» er ganske grei å fatte, er det enorme utfordringer som må løses før den faktisk kan skapes.
Forflytningsmaskinen må kunne generere negativ energi, en (foreløpig) mystisk form for energi som frastøter istedenfor å trekke til seg. Vitenskapen tror negativ energi eksisterer, men den har aldri blitt påvist i et laboratorium.
Og selv om forskerne en dag klarer å generere et enormt felt med negativ energi, måtte noe av denne energien plasseres foran boblen. Problemet er at for å få til det, må feltet bevege seg raskere enn lyset. Som er umulig.
Og selv om forskerne en dag finner ut hvordan de kan skape negativ energi som kan forflyttes raskere enn lyset, er det stor usikkerhet om boblen vil holde seg stabil. Et 101 prosent stabilt system er antagelig å foretrekke om du sitter i en maskin som manipulerer romtid i hastigheter som overstiger en milliard kilometer i timen ...
Kilder: Popular Science, Gizmodo
Vil du helst tro at vi kun har tre dimensjoner pluss tid? Da bør du kanskje ikke lese neste side ...
Hvor mange dimensjoner er det?
Helt siden Einstein lanserte begrepet romtid, har vi betraktet universet som firedimensjonalt med tre romdimensjoner og én tidsdimensjon.
Men ny fysisk forskning først og fremst innen strengteori tyder på at det kanskje finnes hele 11 dimensjoner.
Vi har ingen konkrete beviser på at det eksisterer flere enn de fire dimensjonene Einstein opererte med.
At så mange fysikere likevel mener at de finnes, skyldes forskernes behov for flere dimensjoner for å få viktige teorier til å fungere. Det gjelder i særlig grad den såkalte strengteorien som bare henger sammen hvis det finnes syv ekstra romdimensjoner.
Strengteorien er i dag fysikernes beste forslag til en modell som inkluderer alle kjente naturkrefter.
Teorien beskriver de atomære partiklene, ikke som punkter uten utstrekning, men som strenger som kan vibrere. Men for å få teorien til å svinge, må strengene kunne vibrere i et høyeredimensjonalt rom. At det snakkes om akkurat elleve dimensjoner, er resultatet av noen ytterst abstrakte matematiske beregninger.
Fordi de syv ekstra dimensjonene aldri er observert, tror man de er krøllet sammen til ekstremt liten størrelse i såkalte Calabi-Yau-rom.
At dimensjonene – i hvert fall sett fra vårt univers – er så ufattelig små, gjør det naturligvis svært vanskelig å utforske dem i tradisjonelle fysikkforsøk.
Ved hjelp av forsøk i partikkelakseleratorer, i hovedsak CERN, blir det kanskje mulig å fastslå at gravitasjon, materie eller energi kan «sive inn» i andre dimensjoner, og på den måten påvise at de finnes. Men slike forsøk grenser til det umulige, og et eksperimentbasert svar ligger trolig mange år inn i fremtiden.
Tok Einstein egentlig feil? En mann har en teori som er ganske ubehagelig å tenke på ...
Vi eksisterer i et svart hull
Tok Einstein feil?
Spørsmålet synes å bli stilt oftere og oftere av forskere ettersom vi har mulighet til å etterprøve konsekvensen av ideene til 1900-tallets største fysiker.
Noen av utfordringene er som følger:
Vekten av massen vi kan observere i universet er altfor liten i forhold til hva Einsteins teorier tilsier. Det er slik ideen om mørk materie ble skapt. En usynlig masse som må være der, en slags «nødløsning» vi har tydd til for å få relativitetsteorien til å stemme.
Videre kan man ikke fullgodt forklare hvordan Big Bang startet. Eller hva den mystiske mørke energien egentlig er, som man tror er årsaken til at universet utvider seg.
Du kan gå dypere inn problemene i disse artiklene:
Kort sagt, ser vi egentlig hele bildet, eller er det faktorer vi ikke har oversikt over?
Spinnvilt
Astrofysiker Nikodem Poplawski og hans team ved universitetet i Indiana har en mulig løsning på problemet som fordrer at en nullstiller ideen om vårt univers en smule.
Poplawski foreslår at sorte hull er fødestue for universer. Og dermed: At vårt eget univers eksisterer inne i et sort hull.
Poplawski forklarer ideen i relativt forståelig språk i denne artikkelen på insidescience.org. Her forsøker vi å gjøre det enda litt mer forståelig.
I dag har vi to ledende teorier som forklarer vår verden. Einsteins generelle relativitetsteori tar for seg kosmos i stor skala, mens kvantemekanikken forklarer ting i mikrokosmos - atomer, kvarker og den type ting.
Einstein lanserte begrepet romtid, som sier at alt som skjer i universet er et punkt i rom og tid, og at et massivt objekt som jorden påvirker og krummer romtid. Det er denne krumningen vi opplever som tyngdekraft.
Problemet er at disse to teoriene ikke snakker så godt med hverandre. På 60-tallet forsøkte man å forene tankesettene i en teori kalt Einstein-Cartan-Sciama-Kibble-teorien, og denne la til en viktig faktor. At objekter spinner.
Spinn - som har en frastøtende effekt - er også en av grunnsteinene i Poplawskis teori. Han mener at spinn påvirker romtid, og skaper såkalt torsjon, eller vridning.
- For å forstå torsjon, prøv isteden å forestille deg romtid som en bøyelig stang istedenfor et todimensjonalt lerret. Å bøye stangen svarer til å krumme romtid, mens å vri stangen svarer vridning av romtid, forklarer Poplawski.
Teorien - i kortversjonen
La oss gå tilbake til skapelsen av vårt univers. Uten å forsøke å gå i detalj, mener fysikeren at de frastøtende kreftene i stadig kraftigere vridning hindret gravitasjonen fra å klumpe sammen støv, stein, gass og is med uendelig tetthet. Isteden nådde massen et endelig nivå av tetthet, bestående av mega-super-kjempe-tunge objekter.
Energien i et slikt system er enorm, og siden energi kan forvandles til masse, mener fysikerne at det stadig ville skapes nye partikler (med spinn) fra energien som igjen ville øke tettheten i det sorte hullet.
Den frastøtende kraften i det stadig økende antallet partikler med spinn, mener Poplawski ikke bare til slutt vil stoppe sammenpressingen av masse, men også få massen til å «sprette tilbake» omtrent som en sammenklemt badeball du slipper trykket på.
- Dette kan forklare både formen på vårt univers og hvorfor det utvider seg slik det gjør, skriver Poplawski.
Forbausende scenario
Om fysikkteoretikeren har rett, skriver han at mekanismen i torsjon skaper et forbausende scenario.
- Hvert eneste sorte hull vil dermed produsere et nytt babyunivers. Og hvis det stemmer, kom det første stoffet i vårt univers fra et annet sted.
Han presiserer:
- Vårt univers kan være innsiden av et sort hull som eksisterer i et annet univers.
Akkurat som vi ikke kan se inn i sorte hull i vårt univers kan ingen i universet utenfor se inn i det sorte hullet som rommer vårt verdensrom, heller.
| Liker du denne saken? Følg Side3 på Facebook, ogfå tips om flere slike saker rett i nyhetsfeeden din. |
Kan forklare mørk energi og materie
Mekanismen i spinn kan også forklare hvordan vanlig materie brytes ned til de kjente elektronene og kvarkene, mens antimaterie vil brytes ned til den mystiske mørke, materien.
Poplawski hevder også at torsjon kan være kilden til det vi omtaler som mørk energi. I geometrien vil torsjon naturlig skape en utgående kraft, en såkalt «kosmologisk konstant». Dette passer sammen med oppdagelsen astrofysikerne Saul Perlmutter, Adam Riess og Brian Schmidt gjorde nylig.
De oppdaget det som regnes som et av de største gjennombruddene i teoretisk astrofysikk på mange år, nemlig at universet akselererer - ikke sakker opp slik man tidligere har trodd.
- Observasjonen av at universet aksellererer kan ende opp som det sterkeste beviset for torsjon, hevder Poplawski.
Hadde Einstein rett, likevel?
At akselerasjonen av universet avtar er en av konsekvensene av Einsteins generelle relativitetsteori.
På bakgrunn av Einsteins teori fra 1915 har man trodd at den eneste langtrekkende naturlige kraften som kunne påvirke utviklingen av universet, var gravitasjonen. Derfor forventet man altså at galaksene ville trekke på hverandre, og dermed sakke ned farten på universets utvidelse etter big bang.
En kan likevel stille seg spørsmålet om dette er Einsteins største feiltakelse - eller om han hadde rett hele veien.
Einstein snakket nemlig selv om en frastøtende energi. Bakgrunnen hans var at universitet verken utvidet seg eller trakk seg sammen. Dermed måtte det eksistere en kraft som motvirket gravitasjonen. Einstein snakket om «den kosmologiske konstanten».
Da Edwin Hubble oppdaget at universet ikke var statisk i 1929, men utvidet seg, trakk Einstein selv «den kosmologiske konstanten» ut av ligningene i relativitetsteorien, og omtalte siden dette for sine største feiltakelse. Med oppdagelsen av det akselererende universet, kan det imidlertid se ut til at Einstein var inne på noe ...
Skaper nye gåter
Om vi nå svelger Poplawskis idé, skaper det en haug nye spørsmål.
- Torsjon løser mange spørsmål, men reiser nye. For eksempel, hva vet vi om universet utenfor og det sorte hullet vårt univers holder til i? Hvor mange slike lag med universer kan det finnes?
Og ikke minst:
- Hvordan kan vi undersøke om vårt univers faktisk eksisterer inne i et sort hull?
Ifølge Poplawski er det mulig å utforske det siste spørsmålet. Alle objekter i vårt univers roterer, og en kan forvente at den «foretrukne» retningen på rotasjonen er nedarvet fra foreldreuniverset. En fersk undersøkelse av 15.000 galakser tyder på at de roterer i forskjellige retninger avhengig av hvor i universet de befinner seg. Dette kan astronomoene viktige spor i forskningen.
- Jeg mener uansett at å trekke torsjon inn i geometrien til romtid, er et skritt i riktig retning for en vellykket teori om kosmos, avslutter Nikodem Poplawski.
Hva ligger utenfor universet?
Poplawski er slett ikke den første som tenker tanken om at det kan eksistere noe utenfor vårt eget univers. Vitenskapen regner med at det universet vi kan observere, har begrenset utstrekning.
Vi befinner oss i et univers som er 13,7 milliarder år gammelt. Men fordi det utvider seg, er det synlige universet større enn man i utgangspunktet skulle tro. En galakse som har sendt lys mot oss i 10 milliarder år, ligger ikke 10 milliarder lysår borte.
Den ligger enda lenger unna fordi universet har utvidet seg mens lyset var på vei hit. Tar vi hensyn til det, blir radiusen på det synlige universet cirka 42 milliarder lysår. Dette rommet kalles hubbleuniverset.
Det er ikke utenkelig at det ligger noe utenfor dette området. Og big bang-teorien åpner også muligheten for at det finnes et uendelig stort rom utenfor hubbleuniverset.
Det kalles et multivers av type 1 og består i praksis av forskjellige områder fordi universets alder begrenser hvor langt bort vi kan se – og vil gjøre det uansett hvor man befinner seg.
Er denne forklaringen riktig, blir svaret på det opprinnelige spørsmålet: Utenfor det synlige universet er det bare enda mer univers.
Det er teoretisk mulig at det finnes enda en type multivers, kalt type 2. Det er også uendelig mange universer i dette multiverset, men de er strengt atskilt fra oss.
Alle universene er bobler i et tomrom, og de har egenskaper vi ikke har evne til å tenke oss og som bare kan beskrives matematisk. Naturlovene i de forskjellige boblene er sannsynligvis svært forskjellige, og det betyr at alle tenkelige naturlover forekommer et eller annet sted. Er denne forklaringen riktig, finnes det utenfor vårt univers et tomrom og langt borte utallige andre bobler.
For øvrig har teorien om et uendelig stort type 1-multivers en interessant filosofisk konsekvens: Hvis naturlovene er like overalt, vil alt bli gjentatt uendelig mange ganger. Langt borte sitter det altså nå utallige av dine dobbeltgjengere og leser denne artikkelen
Likte du denne saken? Da kan vi anbefale disse også:
Denne saken ble første gang publisert 27/08 2013.