Om du tar bort allt från en del av universum, vad finns kvar? Du kanske tror att "ingenting", men det är det inte. Du kan ta bort alla partiklar och antipartiklar, alla möjliga typer av strålning, all krökning av rymden och krusningar av gravitationsvågor - och förbli i ett helt tomt utrymme, där det inte finns något att hantera. Kommer det verkligen att finnas "ingenting" framför dig? Eller kommer det att finnas något?
Detta tillstånd kallas vanligtvis ett kvantvakuum. Detta är det lägsta energitillståndet i tomt utrymme. Och överraskande lär kvantfysik oss att noll energi, eller universumets baslinjetillstånd, faktiskt inte är noll. Tvärtom är det ett slutgiltigt, positivt värde som:
- den mättes observationsmässigt - tack vare effekterna av mörk energi - och motsvarade ungefär vilmassan av energin för en proton per kubikmeter;
- och det beräknas teoretiskt, efter bästa förmåga, att det ska vara 10 120 gånger högre än detta värde.
Det är ingen överdrift att säga att vi förstår fysiken i "ingenting" tillräckligt bra och att vi inte har någon bra förklaring till varför denna nollenergi inte minskar eller avdunstar (och inte förändras alls) över tiden.
Under de närmaste decennierna kommer rymdobservatorier - som ESA: s Euclid space observatories och NASA: s kommande WFIRST-uppdrag - att kunna begränsa felet för denna nollenergikonstant i rymdtid till 1%. (Även om detta är 8%). Genom att mäta hur universum har expanderat genom sin historia på många olika platser och på mycket olika avstånd från oss kan vi bekräfta att universums nollenergi är densamma överallt.
Men skulle det motsvara "ingenting"? Och ännu viktigare, är vår förståelse och uppfattning om "ingenting": en illusion eller en nyckel till att förstå universums viktigaste hemligheter?
Kampanjvideo:
Fysikerna Laura Mersini-Houghton och John Ellis, liksom filosofen James Leydimen, diskuterade nyligen detta ämne vid ett möte med Institute of Art and Ideas i USA. Problemet är att även om detta inte är en illusion, kan vi inte komma överens om vad som menas med "intet" (som betyder "ingenting", "tomhet"). Nämligen:
- Är detta ett energitillstånd som kan ha varit tidigare (till exempel mycket högre)? Under kosmisk inflation, till exempel.
- Är detta ett tillstånd utanför rymden och tiden, från vilket faktiskt rymdtid uppstår (från det verkliga tillståndet av tomhet)? Finns en sådan stat alls och kommer dess existens att vara meningsfull?
- Är detta ett tillstånd av tomhet i universum, som kan skilja sig från ett liknande tillstånd i en annan ficka på multiversumet?
- Eller är det ett kosmiskt vakuum med all sin virtuella energi och som kan förändras beroende på vad som finns i det?
Det är på något sätt konstigt att tro att "vår tomhet" kanske inte är en sådan "tomhet" någon annanstans, på andra ställen.
Men vi tror att det var här Big Bang startade! Vid övergången från en högre noll energi till en lägre, gick det expanderande universum, fyllt med den energi som är inneboende i själva rymden, i ett lägre tillstånd, och denna övergång ledde till skapandet av all materia, antimateria och strålning i vårt universum. Det är till och med möjligt att en annan liknande övergång väntar oss i framtiden, med en annan, kallare Big Bang.
Det är sant att ett sådant resonemang gläder oss lite. Denna "ingenting fysik" låter som fysiken i något. När vi inte vill förstå någonting tar våra idéer oss ur rymden, redan före universums födelse, annars vad är poängen? Hur kan du prata om något”för” när du inte har plats? Hur kan du förstå vad "innan" är om det inte finns tid?
Och oavsett detta "ingenting", det innehåller hela universum.
Många fysiker hävdar att det är omöjligt att förstå någonting noggrant förrän vi förstår vad "ingenting" är. Eftersom vi inte förstår varifrån de grundläggande lagarna kommer, om vi inte förstår vilka grundläggande lagar som styr tomrummet.
Således kan vi säga att vårt universum verkligen kom från intet, från tomhet, från ingenting, och dess slutliga tillstånd kan asymptotiskt tendera till icke-existens efter en lång tidsperiod. Men bara om vi accepterar vår beskrivning av det fysiska "ingenting" som sant ingenting. Denna definition av "ingenting" i sig kan inte bero på vår definition av utrymme, tid och "regler" i universum; fysiker, filosofer och andra behöver inte komma överens om denna fråga. Det finns bara inget fysiskt experiment som låter oss säga, heh, det ser ut som att vi äntligen har gjort det till ingenting.
Men det finns saker som vi är säkra på: vi har inte alltid funnits; vi kommer inte alltid att finnas; vi finns nu. Oavsett vad "ingenting" är, är vi alla något. Och allt, i en eller annan grad, kom ur ingenting, oavsett vad ingenting var. Och så långt vi förstår universum kommer det en dag att återvända till ett tillstånd av oändlig fysisk tomhet. Men vad kommer denna sista "tomhet" att vara - vi har ännu inte svarat på denna fråga.
ILYA KHEL
