Hvordan moderne fysik tvinger os til at gentænke det at eksistere. 1. del
Mit navn er Michelle Thaller, jeg er en astronomiker der arbejder ved NASA’s Goddard Space Flight Center.
Hvordan astronomer søger at besvare de største spørgsmål i universet.
Der er to ord, der flyder rundt, der er astronom og astrofysiker, og det afhænger lidt af, om man prøver at give en mere venlig eller formel stemning, tror jeg. De betyder faktisk det samme i disse dage. Jeg tror, der var engang, hvor der var en slags adskillelse af opgaver.
Der var folk, der for hundrede år siden sagde, at de ville kortlægge stjernerne og skabe alle disse vidunderlige kataloger over stjerner. Og man kan kalde dem astronomer, navnet kommer fra astronomi, for at navngive stjernerne. Og så var der folk, der forsøgte at finde ud af, hvad stjernerne var, og hvordan de fungerede, og hvad videnskaben bag det var. Bag alt det ville der være astrofysikerne. Og i disse dage er de to studier virkelig de samme. Hvis du er astronom eller astrofysiker, gør du stort set det samme i disse dage. Ordet, der sandsynligvis var det bedste ord, astrologi, til at studere stjernerne. Det ord var allerede optaget.
Mange af de spørgsmål, jeg får fra offentligheden, er disse enorme spekulative spørgsmål som: "Findes der et multivers?" Eller: "Hvad skete der før Big Bang?" Så til min doktorgrad, til min forskning, studerede jeg dobbeltstjerner. Jeg studerede to stjerner, der kredser om hinanden, og de fleste stjerner i universet er i øvrigt sådan. Og i tilfældet med mine stjerner havde de disse vidunderlige kolliderende vinde af højenergipartikler, der producerede disse gigantiske stød på himlen.
Det sjove er, at der i hvert fald i et stykke tid, og måske i dag, er nogle stjerner på himlen, som jeg sandsynligvis har brugt mere tid med end nogen anden i verden. Jeg observerede dem i timevis for at finde ud af, hvordan disse kolliderende atmosfærer fungerede.
For mit eget vedkommende er jeg observationsastronom. Jeg besøgte observatorier over hele verden. For omkring 25 år siden, da jeg var mest aktiv inden for forskning, lavede jeg en masse forskning i Australien, i Arizona, Kitt Peak-teleskoperne, Mount Stromlo i Arizona. 
Jeg brugte også en masse satellitdata. Jeg havde data fra røntgensatellitter og Hubble-rumteleskopet,
Som astronom har man lov til at skrive sig ind på disse observatorier. Det sker normalt en gang om året. Og der er et panel, der dybest set vurderer, hvad alle disse mennesker rundt om i verden gerne vil lave med Hubble-rumteleskopet? Og dette panel af astronomer bestemmer faktisk, hvem der skal prioriteres.
Realiteten ved at være astronom
En af tingene ved at være astronom er, at man ender med at skrive en masse, anmode om tid på disse teleskoper og så håbe på, at ens forslag bliver udvalgt. En anden ting er, at man ender med at bede om en masse tid til at skrive legater for at få penge til at støtte ens arbejde. Hvis man får noget tid på Hubble-rumteleskopet, følger der ofte et beløb med til at understøtte den tid, man skal bruge på den forskning.
Så det viser sig, at som astronom handler al træningen om matematik, fysik og datalogi. Og så er det, man rent faktisk laver i hverdagen, ofte en masse skrivning og en masse forsøg på at organisere forslag og legater, og hvordan man skal forsørge sig selv ved at lave sin videnskab. Og hvis man arbejder for en stor organisation som NASA, bliver noget af ens tid normalt også tildelt en specifik mission.
Et specifikt rumteleskop, hvor du skal hjælpe med at indsamle, registrere data, finde ud af, hvordan vi skal udsende en indkaldelse af forslag, organisere de paneler, der skal undersøge og se på alle disse forskellige ting. Så på en måde bliver du en slags administrator. Mange møder. Jeg tror, at en astronoms normale livscyklus nok 80% er som en forretningsmands. Mange møder, mange tilskud, mange budgetter.
Når man er virkelig ung og ude i felten og gør sine egne opdagelser, føles det virkelig som om, man er lidt alene med nattehimlen helt alene, oppe på toppen af det bjerg. Og man ser ting komme ned gennem sit teleskop, som er et mindre fremskridt, men som intet menneske nogensinde har set før.
Gentænkning af virkeligheden: Einstein, rum og tid
Okay, der er denne ting, som Einstein kaldte rumtid, at dit rum og din tid er på en måde blandet sammen. De er to sider af samme sag. Når du ændrer den ene, skal den anden ændre sig. Hvis du er i et tyngdefelt, og rummet er bøjet, går tiden faktisk langsommere. Det påvirker faktisk også tiden. Vi ved, at disse to ting er bundet sammen, men hvad er de?
Tid kan være forskellig for forskellige observatører afhængigt af din hastighed. Hvis du bevæger dig meget tæt på lysets hastighed, når folk observerer dig gå forbi, siger de, at din tid er meget langsommere. Hvis du faktisk er en foton, der bevæger sig med lysets hastighed, stopper tiden helt. Så hvad mener vi med denne ting, der kaldes tid? Og det er nu, hvad nogle af verdens største fysikere kæmper med, og de prøver at komme med nogle meget interessante svar. Og jeg tror, at svarene vil være meget udfordrende for os.
Forestil dig at være fysiker tilbage i begyndelsen af 1900-tallet og høre denne unge Albert Einstein fortælle dig, at rum og tid er bøjelige. Du kan ændre dem, du kan manipulere dem. Du troede måske, de var skøre. Hvad med at se på rum og tid i stedet som en konsekvens af kvantemekanikken? Mange mennesker har sagt, at relativitetsteorien og kvantemekanikken ikke passer sammen, at de ikke fungerer sammen. Og det er sandt.
Dette har været sandt siden relativitetsteoriens og kvantemekanikkens begyndelse omtrent samtidig. Relativitetsteorien siger, at hvis du har en vis mængde masse, kan du faktisk sige, at rummet bøjer så meget. Og kvantemekanikken siger, at alt afhænger af sandsynligheder. Universet har aldrig fastsatte svar, men måske sandsynlighederne for, at en partikel er her versus der. Selv tyngdekraftens krumning må på en eller anden måde være probabilistisk. Og Einstein kunne ikke lide det. Der var ingen måde at indarbejde det i sine ligninger, der faktisk fik dem begge til at fungere på samme tid.
Hvad nu hvis vi stillede det forkerte spørgsmål? Hvad nu hvis vi ikke kigger på to forskellige ting? Hvad nu hvis vi rent faktisk kunne sige, at rumtiden i sig selv er en konsekvens af kvantemekanikken, ikke noget adskilt fra den, ikke to ting, der støder sammen? Og det er ideen nu, at kvantesammenfiltring, hvis man ser korrekt på det, måske er rumtid. Kvantesammenfiltring er ikke bare et begreb, man kan droppe meget, meget nemt, men det er noget, vi nu har observeret og været i stand til at replikere i laboratorier over hele verden, faktisk endda i rummet.
Hvis to objekter vekselvirker med hinanden, kan de faktisk på en måde blive det samme system under kvantemekanikkens love. Så lad mig bare give dig et meget simpelt eksempel på dette. Mange mennesker kender modellen af et atom, hvor du har denne kerne af protoner og neutroner, og elektronerne kan være i forskellige baner omkring dem. Faktisk kan der i et enkelt kredsløb omkring kernen være to elektroner, men disse elektroner kan ikke være præcis ens. Du kan ikke have to, der er identiske. De skal have modsatrettede spin, impulsmoment.
Det viser sig, at du kan have to elektroner i hver af disse baner, men elektronerne kan ikke være identiske. De skal rotere i modsatte retninger. Det er en mærkelig idé, at elektroner roterer, men i det mindste kan man sige, at der er en slags iboende impulsmoment. Det, vi tænker på som noget, der roterer, er faktisk en egenskab, som en partikel kan have. Uanset om der rent faktisk er en fysisk lille kugle eller ej, er elektroner ikke små kugler, men de har en egenskab af spin, impulsmoment. Du kunne have to af dem i samme kredsløb, så længe de har modsatrettede spins: den ene roterer den ene vej, den anden roterer den anden vej.
Så lad os sige, at den ene roterer opad, og den anden roterer nedad. Sådan som mine tommelfingre peger. At disse to elektroner skal have forskellige spins. Så hvad sker der, hvis du rent faktisk tager dem ud af det system, du tager dem helt væk fra atomet? Og nu har du disse to små elektroner et sted i rummet, og de skal have modsatrettede spins, fordi de engang var i det samme kredsløb. Nå, okay, så adskil dem nu, adskil dem med et par fod, måske et par kilometer. Hvad med et par hundrede kilometer?
Måske er der ingen grænse.
Vi fandt ud af, at hvis du bruger en form for energi til at ændre spinnet på en af disse elektroner, ved den anden stort set øjeblikkeligt, at det er sket. Og det er ikke, at der går et signal mellem en af disse til en anden, fordi den ikke engang bevæger sig med lysets hastighed. Det er en øjeblikkelig vending. Det er ikke et signal, der bevæger sig, fordi disse to ting stort set er det samme kvantesystem. I kvantemekanikkens regler er de det samme objekt. Så der er ikke rigtigt noget signal til at rejse.
For et kvantesystem findes der virkelig ikke noget, der hedder rum eller tid. Det vil justere sig øjeblikkeligt, fordi det er det samme system, uanset om det er mikroskopisk eller om det er mange tusinde kilometer fra hinanden, de er det samme. Kunne det være, at alting er viklet ind i alting andet på en eller anden måde? Jeg mener, der var engang en tid, hvor universet var meget lille, tiden lige efter Big Bang, hvor vi på en måde alle var den samme partikel. Den partikel har ændret sig og udvidet sig. Men er det muligt at tro, at vi på en eller anden måde faktisk er det samme kvantesystem til alting i universet? Og det, vi opfatter som rum og tid, er i hvilken grad vi er viklet ind.
Kvantemekanik og rumtidens natur
Vi er mere viklet ind i ting, der er tættere på os, som har en chance for at interagere med os. Luften i dette rum, det rum, der kun er udenfor i min have, jeg er mindre viklet ind i ting, som jeg ikke har været i stand til at interagere meget med i lang tid. Ting som fjerne galakser, jeg har ikke været tæt på dem siden universets begyndelse. Einstein spurgte: "Hvad er tyngdekraft egentlig?" Og nu må vi spørge: "Hvad er rumtid egentlig?" Og vi ved, at det ikke kan være så simpelt, som vi opfatter det.
Måske er universets underliggende kvantevirkelighed, at alting på en måde stadig er det samme kvantesystem. Jeg har altid tænkt, at når folk tænker på fremmede civilisationer, og de siger, at der er flyvende tallerkener, UFO'er og rumskibe, så spekulerer jeg lidt på, om det næste skridt i virkelig at forstå virkeligheden er, at der ikke findes noget, der hedder afstand, og måske en meget avanceret civilisation, der på en eller anden måde kan manipulere det, behøver man ikke at rejse nogen steder hen i et rumskib. Man finder simpelthen ud af, hvordan man får adgang til denne sammenfiltring af resten af universet.
Kunne det være, at du virkelig er det samme kvantesystem som alt i universet på én gang? Og den grad af sammenfiltring er det, vi tænker på som rum, tid, tyngdekraft. Det er en fantastisk idé, og det er en, som flere og flere mennesker begynder at se på. Ved vi, at dette er sandt endnu? Nej, det er stadig hypoteser. Men fysikken fungerer rigtig godt. Og en af de lovende ting er, at tyngdekraftsligningerne nu stammer fra kvantemekanikken.
De er ikke længere "generel relativitetskvantemekanik, de blandes ikke." Du starter med kvantemekanik, og tyngdekraften opstår fra den fra graden af sammenfiltring. Så bliv hængende i et par årtier mere. Og som sagt, måske en dag finder vi faktisk ud af, hvad den underliggende struktur af denne sammenfiltring er, og så kan vi faktisk bevæge os uden for rum og tid. Når du er ren energi, skal du rejse med lysets hastighed.
En foton skal rejse med lysets hastighed. Den kan ikke bevæge sig med nogen anden hastighed. En foton kan ikke eksistere i en tilstand, hvor den kun bevæger sig med f.eks. 32 kilometer i timen. Den skal bevæge sig med lysets hastighed. Og når du bevæger dig med lysets hastighed, oplever du ikke rum eller tid. Du er sikkert bekendt med Einsteins idé om, at når du bevæger dig hurtigere og hurtigere, tættere på lysets hastighed, går tiden langsommere for dig sammenlignet med en observatør, der ser dig. Hvis jeg sidder her stille på Jorden og ser nogen i et rumskib suse forbi med halvdelen af lysets hastighed, ser jeg dem meget, meget langsommere sammenlignet med mig.
Og når du rent faktisk bevæger dig med lysets hastighed, stopper tiden. Det betyder, at lys ikke oplever rum eller tid på nogen form for udvidet måde. Alle punkter i rummet er ét, og al tid, alle punkter i tiden, er ét. Tid og rum eksisterer ikke for en foton, som det gør for os. Og alligevel er jeg lavet af... Jeg oplever dem som udvidede egenskaber.
Universet har en dualitet, og jeg tror, at dette vil blive en af de vigtigste ting for moderne fysik, de næste revolutioner inden for fysik. Lyset omkring os. Jeg mener, det kommer fra solen gennem mine vinduer. Det, der kommer mod mig gennem lysene, vi har i studiet, oplever ikke det samme univers, som jeg gør. For det har universet i virkeligheden aldrig udvidet sig. Alle punkter i tid og rum er stadig ét set fra en fotons perspektiv, og jeg er på en måde lavet af fotoner. Men hvorfor oplever jeg rum og tid?
Rum og tid, som vi opfatter dem, kan ikke være sluthistorien. Der må være et andet perspektiv, der viser os en virkelighed, som vores menneskelige hjerner endnu ikke opfatter. Men fysikken omkring os i noget så simpelt som lys kræver det. Det, der giver mig kuldegysninger, er hvor lidt vi forstår selve virkelighedens natur. Hvis noget, der reflekteres fra mig lige nu, ikke engang oplever universet som om det har udvidet sig, hvad betyder det så?
Så ligningen E=mc2, jeg mener, den er nyttig. Man kan bruge den til at drive kernereaktioner, man kan bruge den til partikelacceleratorer, men den river faktisk på en måde selve virkelighedens struktur væk og udfordrer os til at spørge, hvad der er nedenunder. For mig synes jeg, at en af de mest fantastiske ting ved universet er spørgsmålet: Hvad er energi? Og dette kan gå meget, meget dybt. Mange af os er bekendt med, hvordan det kræver energi at accelerere noget, som at kaste en softball, der tager energi, kemisk energi fra armene.
Eller man kunne sige, at noget har potentiel energi, som at det står på toppen af en bakke og er tilbøjeligt til at rulle ned ad bakken i Jordens tyngdefelt. Det kaldes faktisk potentiel energi. Men så er der også den energi, der bare er iboende i stof.
En af de ting, der altid irriterer mig ved dette, er, at energi, lys – lys er en slags form for ren energi, og vi – stof, vi er lavet af partikler som protoner og neutroner og elektroner, de virker så forskellige. De synes også at have helt forskellige opfattelser af universet, hvilket jeg synes er en af de mere interessante og foruroligende ting, jeg kender til i moderne fysik. Lad os bare tænke over ideen om, at energi og masse virkelig på en eller anden måde er det samme. At masse er en slags koaguleret lagret form for energi.
Det betyder, at man med de to faktisk kan gå fra energi til masse og frem og tilbage. Og det er den berømte ligning, som Einstein kom op med, E=mc², at i enhver mængde masse er der en ækvivalent mængde energi. Og de to er dybest set de samme ting. Universet ser faktisk ikke ud til at se meget forskel på masse og energi. Så længe mængden er den samme, kan den eksistere i begge former. Og lad mig give dig nogle eksempler på det.
Måden en kernereaktion fungerer på, ligesom en kernefusionsreaktion, er, at man omdanner en vis mængde masse til ren energi. Kernefusion bringer faktisk partikler sammen, smadrer dem til større atomer, og i processen frigives energi. Så en lille smule masse går tabt, men der produceres energi. Det går også den anden vej. I en partikelaccelerator får man mere og mere energi på grund af kollisioner af partikler, der støder sammen. De producerer så meget energi, at så længe en given partikel har den mængde energi, kan enhver partikel springe ud af den reaktor.
Og det er sådan, vi finder nye partikler. Efterhånden som vi når højere og højere energier i en partikelaccelerator, kan universet, blot med den mængde energi omkring sig, manifestere det nu som masse. Det kræver en masse energi, E=mc², energi er lig med masse ganget med lysets hastighed i anden potens. Det er meget. Men energi og masse er stort set det samme. En af måderne, universet ser ud til at gøre dette på, er noget, der kaldes virtuelle partikler. Hvis du bare har energien omkring dig, energien fra rum og tid, er der en slags iboende energi i universet.
Den energi kan faktisk blive til masse. Den vil faktisk danne det, vi kalder virtuelle partikelpar, som en elektron og dens antistofækvivalent, en positron. Disse to partikler vil bogstaveligt talt bare poppe ud af universet, fordi der er den mængde energi omkring dig. Og så stort set altid annihilerer de bare hinanden. De går bare tilbage. Materie og antistof annihilerer tilbage til ren energi. Og dette sker overalt omkring dig, overalt omkring dig i rummet, disse små virtuelle partikler dannes og kollapser sammen hele tiden.
Neutronstjerner er de mest ekstreme objekter i universet
Nogle af de mere interessante ting sker i universet, når disse partikler adskilles. Et eksempel er omkring en neutronstjerne. Den kan faktisk lave en energistråle, der kommer fra neutronstjernernes magnetiske poler, ved at virtuelle partikler skabes og derefter accelereres af magnetfeltet. Så pludselig har du denne energi, som ikke var der før, produceret af de virtuelle partikler selv. Når du når højere energier, lad os sige, at du har et meget, meget stærkt magnetfelt, meget høj energi, igen finder vi disse omkring neutronstjerner, der kan begynde at skabe masser af disse virtuelle partikelpar. Og jo mere energi du har, jo flere af disse små virtuelle partikler får du, indtil selve rummet antager et aspekt af at have masse. Tætheden af disse virtuelle partikler lige omkring en neutronstjerne, selv et tomt rum i sig selv, ville være omkring tre gange jerns tæthed. Det er bare utroligt.
Så energi og masse er virkelig det samme. De er to sider af samme sag. De kan konverteres frem og tilbage til hinanden, og universet er ligeglad. Den ser dem begge på samme måde. Når folk tænker på de mest dramatiske ting i rummet, har de en tendens til at gå straks til sorte huller, som er helt utrolige, ukontrollerede tyngdekraft, der faktisk kan suge lys tilbage. Det er bare fantastisk. Men jeg synes, at neutronstjerner fortjener lidt mere kærlighed, fordi en neutronstjerne også skabes, når en massiv stjerne dør, men den har ikke helt nok masse til rent faktisk at kollapse til et sort hul.
Det efterlader faktisk en fysisk ting, som man kan studere. Så selvom sorte huller bare er denne bundløse afgrund med neutronstjerner, har man denne meget mærkelige ting, som man kan se på, observere, foretage målinger af, og så ser man på noget, der er sindssygt. Og på nogle måder er vores fysik ikke klar til at beskrive endnu.
Sagen med en neutronstjerne, hvorfor kalder vi den for eksempel en neutronstjerne? Og jeg vil virkelig forenkle det her, men dybest set, når man tænker på et atom, har man protoner og neutroner i atomkernen, og så er elektroner i orbitaler længere væk fra kernen. Utroligt nok er tyngdekraften fra en neutronstjerne så stærk, at den faktisk kollapser elektronerne ind i kernen. Tyngdekraften knuser elektroner ind i kernen. Og hvis man knuser en elektron og en proton sammen, er den ene negativt ladet, den anden er positivt ladet, og man får en neutron.
En neutron henfalder faktisk naturligt nogle gange til en elektron og en proton. Man har et objekt, der hovedsageligt er lavet af neutroner. Der er også nogle protoner, og den har dybest set densiteten af en atomkerne, men den er omkring 16 kilometer i diameter. Jeg mener, det er som én stor kerne, 16 kilometer i diameter. Det er utroligt. Og fordi der var så meget kollaps involveret i deres dannelse, når man tænker på det, de kalder bevarelse af vinkelmomentum, hvis noget roterer, og stjerner rent faktisk roterer, hvis man kollapser det ned, roterer man faktisk meget hurtigere op.
Det er den klassiske isskøjteløberanalogi. Du har en isskøjteløber med armene udstrakt, der roterer rundt, og når hun så trækker dem ind, kan du se den isskøjteløber rotere hurtigere og hurtigere. Det samme sker. Men i dette tilfælde har du faktisk en kugle, der er omkring 16 kilometer i diameter, der roterer 500 gange i sekundet. Jeg mener, det i sig selv er bare sindssygt at tænke på, ikke? Noget så stort, der roterer så hurtigt.
For nylig har neutronstjerner spillet denne vigtige rolle i at forklare noget, som vi ikke havde nogen forklaring på. De var meget, meget mystiske. Faktisk var der nogle mennesker, der spekulerede på, om vi rent faktisk kiggede, om det måske var et signal fra en avanceret fremmed civilisation. De kaldes hurtige radioudbrud.
Hurtige radioudbrud havde været i nyhederne i et par år, fordi der var så meget energi i disse mystiske udbrud af radioemission, at vi ikke kunne forklare, hvad der foregik. Så for eksempel ville vores radioteleskoper registrere et udbrud af emission.
Og det udbrud ville vare, lad os sige et millisekund, 1/1.000 af et sekund. Det er omtrent, hvor længe disse ting ville vare. Men i det 1/1.000 af et sekund blev der udstrålet nok energi svarende til, hvad Solen udsender på en uge i et millisekund. Så vi fik disse signaler fra hele himlen, og vi prøvede at finde ud af, hvad det overhovedet kunne være.
Hvordan kunne man lave et så tæt udbrud af stråling på så kort tid ved disse utroligt høje energier? Så kapløbet gik i gang for at forsøge at finde ud af, hvad disse hurtige radioudbrud egentlig var. Heldigvis har vi mange, mange ting, der er til vores rådighed for at forsøge at studere disse ting. Lige nu har vi mange højenergiteleskoper, der rent faktisk kredser om Jorden, som måler ting som røntgenstråler og gammastråler, de mest energiske typer lys, lys man kun får, hvis noget er i millioner eller milliarder af grader, det vil faktisk udsende røntgenstråler og gammastråler. Det vidunderlige er, at vi faktisk begyndte at kunne præcist finde ud af, hvor disse ting kom fra på himlen. Og mens vi gjorde det, syntes de faktisk at stå på linje med neutronstjerner. Så neutronstjerner er højst sandsynligt ansvarlige for disse hurtige radioudbrud.
Nu, præcis hvad der sker, er noget, vi ikke rigtig ved endnu, men det har sandsynligvis noget at gøre med næsten ligesom et jordskælv. Et jordskælv, du har noget i vores skorpe, der forskyder sig, og der er alle disse bølger, der går gennem Jorden. Det er faktisk sådan, vi kender Jordens indre ved at studere disse bølger.
Vi har aldrig været i stand til rent faktisk at tage en prøve af, at Jorden har magma hele vejen ned, indtil man først når en flydende metalkerne og derefter en fast metalkerne. Ingen har nogensinde set det fysisk, men vi ser faktisk, hvordan disse kompressionsbølger går gennem Jorden, og vi kan sammensætte, hvordan Jordens indre må se ud. Det samme kan være muligt for neutronstjerner, men på en meget mere energisk skala. Man har denne kugle af neutroner, utrolige tætheder, utrolige temperaturer, og vi tror, at der faktisk må være en skorpe af neutroner, der faktisk dannes på ydersiden af disse stjerner. Og indeni er der sandsynligvis en væske, en væske af rene neutroner.
Vi ved dette, fordi neutronstjerner, når de roterer, nogle gange synes at plaske rundt næsten som en vandballon. Så vi har modelleret det til at være en slags krystallinsk tynd skorpe. Jeg kan ikke forestille mig, hvordan det ville være. Jeg mener, for det første ville tyngdekraften være så intens nær den skorpe, at den bare ville knuse dig til partikler, dybest set på overfladen af den neutronstjerne.
Men hvis den skorpe skulle have en fejl i sig, og der var en eller anden form for jordskælv, ville den på en eller anden måde flytte sig. Den ville sende kompressionsbølger gennem neutronstjernen og frigive enorme mængder energi i et kort øjeblik, hvor skorpen faktisk omformede sig selv. Så lige nu er vores bedste forklaring, at disse utroligt mystiske hurtige radioudbrud sandsynligvis er neutronstjerne-jordskælv. Og ligesom jordskælv har lært os så meget om Jordens indre, ser vi nu på signalet, selv på en tusindedel af et sekund, tager det signal og skiller det fra hinanden og prøver at finde den struktur, der foregår inde i det udbrud af stråling, og se, om vi kan rekonstruere, hvordan det indre af en neutronstjerne ser ud.
Neutronstjerner er virkelig disse rigtige monstre. I modsætning til sorte huller kan man se dem, man kan se deres overflader, man kan faktisk kortlægge, hvordan strålingen kommer fra dem.
Det mærkelige fysik i det tomme rum
Når det kommer til virkelig mystiske dele af universet, men ting man rent faktisk kan måle, vil jeg sige, at man skal gå efter nogle neutronstjerner. De neutronstjerner, der er tættest på os, er meget langt væk. De er i størrelsesordenen mange hundrede eller tusinder af lysår. Så heldigvis forårsager de ikke rigtig nogen problemer for os.
Men det spørgsmål, jeg altid har spekuleret på, er, hvor tæt man rent faktisk kan komme på en af disse ting og foretage en måling, før man bare bliver stegt af stråling eller, i tilfældet med en neutronstjerne, noget endnu mærkeligere.
Mange mennesker kender Einsteins berømte ligning, E=mc², som siger, at energi er lig med masse ganget med lysets hastighed i anden potens. Og det betyder i virkeligheden, at i enhver mængde masse, så hvis jeg tænker på massen i min lillefinger, er der en enorm mængde energi.
Hvis jeg kunne omdanne min lillefinger til ren energi, ville de atombomber, der blev kastet over Japan, blive omdannet i størrelsesordenen af en øres masse. Der ville være mange, mange atomsprænghoveder, lige i mine små fingre, til energi. Men E=mc2 går også den anden vej. Hvis du har meget energi, begynder det grundlæggende at fungere på samme måde som masse, og det gør det i noget, der kaldes virtuelle partikler. Hvis du har meget energi i et lille rum, vil universet begynde at skabe partikler, der har den samme energi i deres masse. Så meget energi kan faktisk blive til masse. Og sådan fungerer vores partikelacceleratorer.
Det er derfor, man kan opdage nye partikler, for hvis man bare har en meget energisk kollision, som at man tager to guldkerner og smækker dem sammen, produceres der så meget energi i den kollision, at det begynder at løsne partikler bare på grund af mængden af energi. Og så længe man har nok energi, kan man lave enhver partikel, universet har. Deres partikler kommer af i alle mulige forskellige varianter, så længe de har den samme mængde energi, som den kollision udsender.
Så neutronstjerner gør noget i den stil. De bliver faktisk en slags naturlige partikelacceleratorer på grund af deres masse. Der er så meget gravitationel sammentrækning, at magnetfeltet, det elektriske felt og magnetfeltet fra den stjerne faktisk komprimeres omkring dette lillebitte objekt nu. Så neutronstjerner har magnetfelter, der er billioner af gange stærkere end en typisk magnet, du måske har i dit hjem, som din køleskabsmagnet. Den ville faktisk trække almindeligt stof fra hinanden, bare magnetfeltet. Men der er så meget energi i disse magnetfelter.
Så tænk på E=mc2, der er så meget magnetisk energi lige omkring en neutronstjerne, at selve rummets vakuum begynder at danne disse virtuelle partikler. Og jeg var til en forelæsning engang, og dette blæste mig bare bagover - det er, hvad der sker, når du arbejder på NASA, og du går til en forelæsning, som dine kolleger har, bare en hvilken som helst dag i ugen. Og de sagde, at lige omkring en neutronstjerne har selve rummets tæthed, rummets vakuum, ikke sandt, et sted hvor det er et vakuum, hvor der ellers ikke er nogen partikler, omkring tre gange densiteten af rent jern, bare fra den mængde virtuelle partikler, der produceres af energien fra det magnetfelt.
Så hvordan er det at flyve rundt om noget, hvor selve rummet har en tæthed på tre gange jern? Hvordan er det? Hvordan ser det ud? Jeg ville elske at se, hvordan en neutronstjerne ser ud fra en sikker afstand. Og jeg er ikke helt sikker på, hvad det er. Når man har at gøre med så meget energi, at selv det tomme rum bliver meget tættere end jern. Og endnu engang, disse er virkelige, de er oppe på nattehimlen i aften. Jeg mener, man kan ikke se dem, fordi de er svage, og de er små, og de er langt væk, så det er ikke noget, vi rent faktisk ser på nattehimlen, men overalt omkring os får vi strålingen, den højenergiske stråling fra disse ting, der er virkelige monstre. Vores sol har denne vind af højenergipartikler, det er noget, der først relativt nylig blev opdaget.
Jeg mener, når man tænker på, at de allerførste satellitter, vi sendte ud i rummet, startede i slutningen af 1950'erne, og i 1960'erne indså de, at der var denne strålingskilde deroppe. Der var en masse partikler rundt omkring oppe i rummet. Jeg havde faktisk den ære at være ved siden af denne mand ved navn Eugene Parker. Vi har en vidunderlig mission opkaldt efter ham kaldet Parker Solar Probe. Denne mission kredser faktisk om Solen lige nu, tættere end noget menneskeskabt nogensinde har kredset om Solen før. Det er virkelig, virkelig spændende. Han var, jeg tror, 94 år gammel på tidspunktet for opsendelsen. Normalt opkalder vi kun rumfartøjer efter folk posthumt, efter de er døde. Det var ham, der dybest set forudsagde solvinden, og det var ham, der fandt ud af, hvordan den fungerede.
.
Og selvfølgelig er vi stadig ved at finde ud af mange af detaljerne, men de kunne bare ikke komme i tanke om nogen bedre at opkalde den efter end ham. Og det var dejligt.
Kunne du følge med?? Del 2 kommer snart.
Opslag
