Hvordan dør universet?
Fysikere tror, det enten bliver kulde, Higgs-felterne eller universets konstante udvidelse, der kommer til at udgøre enden på vores verden.

Universet har en begyndelse, en fødsel kan man måske ligefrem sige. Det er faktisk stadig så ungt, at det har været muligt at skimte tilbage til starten for Hubble-teleskopet på dette historiske billede. Men når det har en start, vil universet formodentlig også dø på et tidspunkt. (Foto: NASA)

Universet har en begyndelse, en fødsel kan man måske ligefrem sige. Det er faktisk stadig så ungt, at det har været muligt at skimte tilbage til starten for Hubble-teleskopet på dette historiske billede. Men når det har en start, vil universet formodentlig også dø på et tidspunkt. (Foto: NASA)

Alt i universet fødes, lever og dør lige fra dyr og planter til planeter, stjerner og galakser.

Så det er en naturlig tanke, at det samme også gælder for vores univers.

Vi vil her se på fire forskellige måder, som vores univers kan ende på efter vores nuværende teorier.

Den gode nyhed er heldigvis, at universets mulige død næsten helt sikkert vil ligge så langt ude i fremtiden, at hverken vi eller for den sags skyld Jorden vil eksistere til den tid.

Men som vi skal se til sidst, er der måske også en fremtid efter vores univers. For måske er det univers, vi kender, kun en lille del af noget meget større...

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Fire måder, universet kan dø på

For os kan det måske lyde, som universet, med en alder på 13,8 milliarder år, allerede er meget gammelt. Men i virkeligheden bor vi i et meget ungt univers, hvor der stadig er stjerner, som lyser, og hvor det er muligt at måle stråling, der stammer helt tilbage fra universets begyndelse.

Set fra menneskets synspunkt strækker universets historie sig næsten endeløst ud i fremtiden, og i næsten hele denne fremtid vil universet være mørkt, fordi de sidste stjerner er døde. Kun teorier og beregninger kan føre os frem til den næsten uendeligt fjerne fremtid, hvor vores univers dør.

De fire muligheder, vi i dag kan forestille os for universets endeligt, er:

  • Varmedøden  (’The Big Freeze’)
  • Opløsningen (‘The Big Rip’)
  • Kollapset  (‘The Big Chrunch’)
  • Det tomme rum ændrer sig (‘Vacuum Decay’)

Big Bang giver os kvalificerede gæt

Vores udgangspunkt er i alle tilfælde Big Bang-teorien. Teorien siger ikke noget om, hvordan universet er blevet skabt, men beskriver alene udviklingen, fra dengang universet begyndte med alt stof samlet i et meget lille og varmt område, og til det nuværende univers fyldt af galakser, som bevæger sig stadig hurtigere bort fra hinanden.

Ved hjælp af naturlovene er det nu muligt at komme med nogle kvalificerede gæt på, hvordan universet vil udvikle sig i den fjerne fremtid – det må dog understreges, at der kun er tale om gæt baseret på matematiske modeller. Men det er nu den eneste mulighed, vi har for at se ind i fremtiden.

Inden vi går i gang, kunne det være godt at minde om et meget berømt citat fra den engelske biolog J.B.S. Haldane (1892-1964). Citatet er fra 1927, og det lyder:

’I have no doubt that in reality the future will be vastly more surprising than anything I can imagine. Now my own suspicion is that the Universe is not only queerer than we suppose, but queerer than we can suppose.’

Eller på dansk:

’Jeg er ikke i tvivl om, at fremtiden i virkeligheden vil være langt mere overraskende end noget, jeg kan forestille mig. Min egen formodning er, at universet ikke kun er mærkeligere, end vi forestiller os, men mærkeligere end vi kan forestille os.’

Varmedøden - The Big Freeze

Varmedøden er det, man kan kalde den klassiske vision for universets fremtid og endeligt. Udgangspunktet er, at universet vil fortsætte med at udvide sig i al fremtid, hvilket passer med vores nuværende viden.

På engelsk kaldes varmedøden for ’The Big Freeze’, fordi universet i denne model ender med en ensartet temperatur tæt på det absolutte nulpunkt, hvor ingen energi kan transporteres eller udveksles.

Alt, hvad der foregår i universet, er baseret på produktion og transport af energi. Derfor er vores definition af et ’levende’ univers, at der kan strømme energi fra et sted til et andet. Hvis der ikke sker produktion og transport af energi, er universet ’dødt’

Det er varmeteoriens anden hovedsætning, som forudser universets endeligt. I vores unge univers er der stadig masser af brint til dannelsen af nye stjerner, som lyser og sender energi ud i rummet, hvor noget af energien bruges til at opvarme planeter som Jorden.

Det betyder, at den energi, stjernerne producerer, ender som varme, der ikke kan udnyttes.

Perioden med stjernedannelse vil ikke vare ved, og engang om flere billioner år vil den sidste stjerne slukkes. Universet vil derefter henligge i totalt mørke.

Mørket slukker livet

Mere vigtigt er det, at med den sidste stjernes død mister universet den kilde til energi, som har gjort det muligt for liv at opstå og udvikle sig.

Ganske langsomt vil de døde stjerner afkøles ved at sende varmestråling ud i rummet. Til sidst vil den eneste energi i universet være i form af en stadig svagere stråling samt planeter og døde stjerner, der bliver stadig koldere.

Gradvist vil temperaturforskelle udjævnes, og når der ikke længere er forskelle i temperatur, kan energi ikke strømme, og så er universet simpelthen bare dødt.

Varmedøden er en teori baseret på den klassiske fysik, men det er muligt, at dødstidspunktet kan udsættes til en fremtid så fjern, at vi har svært ved at forestille os det.

Sorte huller i mørket sluger stjernerne

I denne fremtid er lysende stjerner kun et fjernt minde. Alt er mørkt, og på grund af universets udvidelse kan vi end ikke se de nærmeste galakser. Vores egen Mælkevej og Andromedagalaksen er for længe siden smeltet sammen til en stor supergalakse – den eneste galakse, vi kan se.

Vi er nu over en trillion (1018) år ude i fremtiden, hvilket er 100 millioner gange længere, end vores univers har eksisteret, og der er næsten ingen anvendelig energi til rådighed i universet.

Som om energikrisen ikke er nok, så begynder selv galakserne at gå i opløsning.

Tætte passager mellem stjernerne vil føre til, at de tungeste stjerner bliver opslugt af det centrale sorte hul, mens de mindre stjerner slynges ud i det mørke rum. Galakserne bliver stort set forvandlet til enorme sorte huller.

Men sorte huller roterer, og teoretisk kan man udnytte denne rotationsenergi. Det vil kræve en teknologi ud over alt, hvad vi kan forestille os – og at intelligent liv har fundet en mulighed for at overleve så længe.

Selv dét at udnytte sorte hullers rotationsenergi kan kun udsætte universets endelige død, for selv sorte huller lever ikke evigt.

sort hul stjernerne universets død hvordan dør universet

Sorte huller vil på sigt sluge stjernerne eller slynge dem ud i universet. Men ifølge Hawkings teori om stråling vil også de på et tidspunkt fordampe. (Illustration: Shutterstock/NASA)

Selv atomerne vil opløses

Når universet når en alder mellem 1033 og 1037 år, begynder selv ultrastabile partikler som protonen at henfalde til positroner og stråling.

Da protoner er en vigtig byggesten i atomkernen, vil atomer og dermed stof som vi kender det ophøre med at eksistere. Det betyder at de utallige døde stjerner og planeter som driver omkring i universet vil opløses og forsvinde.

Tilbage er så kun de største sorte huller, som kan opnå en alder på over 10100 år, før de også forsvinder på grund af den såkaldte Hawkingstråling, der får sorte huller til at fordampe.

Når det sidste sorte hul er væk er vores univers ophørt med at eksistere efter vores begreber, fordi der så ikke længere kan foregå nogle fysiske processer.

Opløsningen - the Big Rip

En anden model for universets fremtid er også baseret på, at universet vil fortsætte med at udvide sig, men med en afgørende forskel fra varmedødsmodellen.

Her er der en mulighed for, at universets udvidelse til sidst bliver så voldsom, at selve rummet rives fra hinanden, i det som på engelsk kaldes ’The Big Rip’.

Siden man for omkring 25 år siden opdagede, at universet udvider sig stadig hurtigere, er man blevet klar over, at der i universet findes en frastødende kraft, kaldet mørk energi, som modvirker, at udvidelsen langsomt bremses af tyngdekraften.

Desværre er mørk energi stadig kun et navn, som bare dækker over, at vi ikke har nogen idé om, hvad mørk energi er, og hvilke egenskaber den har.

Einsteins største fejltagelse

For teoretikerne har mørk energi været en udfordring. Man ser mørk energi som en hidtil ukendt egenskab ved selve rummet – en tanke inspireret af Einsteins snart 100 år gamle ’kosmologiske konstant’ om en frastødende kraft, som skulle holde universet i balance.

Da Einstein fremsatte sin almene relativitetsteori, mente astronomerne, at universet var statisk, altså at det hverken udvider sig eller trækker sig sammen. Ifølge Einstein var dette ikke muligt - relativitetsteorien kræver nemlig, at universet enten udvider sig eller trækker sig sammen.

For at få relativitetsteorien til at passe med verdensbilledet i 1920erne, indførte han så den kosmologiske konstant. Einstein kom dog på andre tanker, da man opdagede, at universet udvidede sig, og han kaldte senere den kosmologiske konstant for sit livs største fejltagelse.

Men tvunget af observationerne er man nu begyndt at se på ideen om en frastødende kraft i selve rummet, selv om det ikke bliver en tilbagevenden til Einsteins kosmologiske konstant.

Umiddelbart ingen grund til at frygte den mørke energi

Der er opstillet forskellige modeller for den mørke energi. Den mest populære model er, at der i hver kubikmeter af rummet er en vis mængde mørk energi. Efterhånden som universet udvider sig, bliver der mere rum, og det betyder naturligvis, at den samlede mængde mørk energi vokser.

Men energitætheden, altså mængden af mørk energi i hver kubikmeter, er konstant.

Hvis den teori er korrekt, så er det godt nyt for universet. Det kan da godt være, at den mørke energi efterhånden får galakserne til at flygte så langt fra hinanden, at vi end ikke kan se de nærmeste galakser – men universet vil bestå.

Vi kan jo direkte se, at den mørke energi ikke er stærk nok til at rive galakser og galaksehobe fra hinanden, så hvis energitætheden er konstant, så vil både galakser og hobe kunne eksistere i meget lang tid, og vi ender så med universets varmedød.

titanernes fald

Universet vil gradvist blive revet mere og mere fra hinanden og ende i et kaos, hvor alt materiale styrker sammen, når den mørke energi udvider sig.  (Billede: Titanernes fald af Cornelisz. van Haarlem)

Men...

Men der er også andre modeller for den mørke energi. I 1999 begyndte den engelske fysiker Robert Caldwell at se på modeller, hvor den mørke energi ikke er konstant, men hvor energitætheden vokser. Ikke alene bliver der mere mørk energi, fordi universet vokser, men mængden af mørk energi i hver kubikmeter rum vil også vokse. 

Og vokse og vokse…

Hvis det er tilfældet, så kan den mørke energi blive så stærk, at den i en fjern fremtid ikke bare får galakser og galaksehobe til at falde fra hinanden, men også stjerner, planeter og selv sorte huller bliver revet fra hinanden. Til sidst bliver selv atomer og atomkerner revet i stykker, og rummet ’går i opløsning’ – ’The Big Rip’

Vi kan kun trøste os med, at denne begivenhed efter de nyeste beregninger ligger mindst 200 milliarder år ude i fremtiden – men det kan jo også være, at den mørke energi slet ikke har denne egenskab, som jo stadig er temmelig teoretisk.

Kollaps - the Big Crunch

Denne model for universets fremtid stammer tilbage fra tiden, før man opdagede den mørke energi. Dengang mente man, at den eneste kraft, som påvirkede galakserne, var tyngdekraften.

Hvis tyngdekraften var stærk nok til helt at bremse universets udvidelse, vil udvidelsen erstattes af en sammentrækning, der ender med et kollaps, hvor alle galakserne støder sammen. På engelsk bruges betegnelsen ’The Big Chrunch’ om et sådant kollaps.

Det er helt analogt til at kaste en bold op i luften og se, hvordan tyngdekraften bremser bolden ned, så den ender med at falde tilbage på Jorden.

I det klassiske kollaps vil der i den sidste fase være så meget stråling i rummet, efterhånden som galakserne kommer tættere på hinanden, at både stjerner og galakser ender med at fordampe.

Det endelige sammenstød mellem galakserne kunne måske føre til, at der blev dannet et sort hul. Med opdagelsen af den mørke energi faldt denne mulighed bort, fordi den mørke energi skaber frastødning, og derfor forhindrer galakserne i at bremse.

Og naturligvis kunne man ikke lade være med at spekulere videre, om kollapset ville være en begyndelse til et nyt univers, så universet måske i al evighed har stået og pulseret.

Alderen på 13,8 milliarder år for vores univers ville så blot være alderen på det univers, som eksisterer lige nu.

Nederst i denne artikel kan du læse om ’det ekpyrotiske univers’, hvor der omtales en model, som kan føre til en lige så voldsom slutning på universet som det store kollaps.

melancholia hvordan ender universet

I Lars von Triers Melancholia braser planeten af samme navn ind i Jorden og ødelægger alt livet på vores grønne klode. (Foto: Christian Geisnæs/Melancholia)

Det tomme rum ændrer sig - Vacuum Delay

Teorien om, at det tomme rum kan ændre sig så meget, at det kan føre til universets undergang, er baseret på kvantefysik og målinger foretaget i laboratoriet.

Det er den eneste teori, som ikke er baseret på astronomiske overvejelser. Man taler her om en slags henfald af rummet, på engelsk ’Vacuum Decay’.

Normalt spilder vi jo ikke mange tanker på det tomme rum, men i kvantefysikken er det tomme rum ikke bare tomt. Det er fyldt med felter, som styrer hvordan stoffet opfører sig, og det har ført til en ny teori for, hvordan det univers, vi kender, vil forsvinde.

Betydningen af det tomme rum for universet kan føres tilbage til 1960'erne, men er først blevet rigtig aktuel med opdagelsen af Higgs-partiklen i 2012.

Denne opdagelse bekræftede en teori om, at massen af de forskellige partikler i universet er bestemt af, hvordan partiklerne vekselvirker med et felt som kaldes Higgs-feltet.

Sagt populært er alle partikler så at sige født masseløse, men de får den egenskab, som vi kalder for masse ved, at skulle bevæge sig gennem Higgs-feltet, som findes overalt i universet.

Grumme konsekvenser for universet

Det var naturligvis en stor triumf for det store CERN-forskningscenter i Schweiz at påvise Higgs partiklen, og også for de fysikere (blandt dem Peter Higgs), som havde forudsagt partiklen og det hertil hørende Higgs-felt.

Men så kunne teoretikerne jo ikke nære sig – de skulle naturligvis se nøjere på egenskaberne ved Higgs-feltet. Alle felter har en vis energi, og den tanke, man fik, var, at det Higgs-felt, der fylder universet, ikke har den lavest mulige energi, men at der findes en tilstand af feltet med en lavere energi.

Fysikerne taler om et ’falsk vakuum’ hvor Higgs-feltet er i en tilstand med meget energi, og et ’ægte vakuum’, hvor feltet har sin laveste energi.

Hvis Higgs-feltet på en eller anden måde kunne skifte fra den nuværende højenergi-tilstand til den mere stabile lav-energi tilstand, så ville det for at sige det meget mildt, få alvorlige konsekvenser for hele universet.

I det mindste en smertefri død

Det førte så til betegnelsen ’vacuum decay’, altså henfald af det tomme rum. Vacuum Decay er en overgang fra det energirige falske vakuum til det det mere stabile, men ægte vakuum.

Alle de naturkonstanter vi kender, og som sikrer os et livsvenligt univers, ville med et slag forsvinde, hvis feltet skiftede til en lavenergitilstand. Vores univers, som vi kender det, vil ophøre med at eksistere.

Men hvis det er nogen trøst, så vil det blive en smertefri død, da vi ikke engang kan nå at opdage skiftet.

Beregninger viser, at hvis Higgs-feltet bare et sted i universet henfalder til ’ægte vakuum’, så vil der dannes en boble af dette sande vakuum, som vil udbrede sig med lysets hastighed. Det betyder, at vi aldrig vil kunne opdage, hvis en sådan boble er på vej mod os. Vi og det univers, vi kender, vil bare forsvinde i noget som minder om et nyt Big Bang.

Heldigvis viser beregninger, at vi nok ikke skal bekymre os om Higgs feltets mulige henfald før tidligst om 1058 år, så vi siger bare 'den tid, den sorg'.

Hinsides universets død

Der er ingen tvivl om, at disse teorier for universets endeligt kan forekomme meget abstrakte og teoretiske, men de afspejler, hvordan videnskaben arbejder:

Ud fra den viden man har, opstiller man teorier eller modeller. Om disse modeller så kommer til at beskrive universets endeligt, er umuligt at vide i dag. Man skal tage teorierne for, hvad de er, nemlig blot de bedste gæt om en umådelig fjern fremtid, vi kan komme med i dag

Der er nok ikke meget tvivl om, at selv vores univers ikke kan leve evigt, men det betyder nu ikke, at der i den meget fjerne fremtid kun er mørke og ingenting – end ikke det svageste spor af, at vi nogensinde har eksisteret og tænkt over universet.

Der er nemlig teorier for en evig skabelse af universer, hvor de enkelte universer har en endelig levetid, men der vil altid findes universer, unge som gamle.

Vi kan ikke i denne artikel komme ind på disse teorier, men det er da opmuntrende, at forskerne faktisk godt kan forestille sig et ’multivers’ bestående af mange universer, så skabelsen fortsætter, selv om et enkelt univers dør.

Det ekpyrotiske univers

I de senere år er man begyndt at tale om den såkaldt ekpyrotiske model for universet.

Det drabelige navn kommer fra det græske ord ekpyrosis, der betyder 'en altødelæggende brand'.

I den klassiske, græske kultur var ekpyrosis en tro på den periodiske ødelæggelse af kosmos ved en stor afbrænding. Efter branden genskabes kosmos for kun at blive ødelagt igen ved afslutningen af næste cyklus. 

For at gøre en lang historie kort, så går den moderne ekpyrotiske model ud på, at vores univers er et af flere 3-dimensionale universer, som bevæger sig rundt i et større 4-dimensionalt rum, som vi naturligvis hverken kan se eller opfatte. I litteraturen kaldes disse universer for braner, som forkortelse for membraner.

I modellen stammer den energi, som igangsatte Big Bang fra et sammenstød mellem sådanne to braner. I denne model begynder vores univers ikke med en singularitet, men med et koldt tomrum, som ved sammenstødet fyldes med så meget energi, at der kunne dannes partikler. Sammenstødsenergien er også stor nok til at skabe en meget høj temperatur og en udvidelse af dette første tomrum– en dannelse af vores univers i et flammehav, en ekpyrosis.

I denne model er vores nuværende univers altså ikke begyndt som en singularitet, hvor alt stof og energi var samlet i et uendelig lille punkt.

For tiden driver de to braner, hvor det ene er vores univers, væk fra hinanden, men de kan igen nærme sig med det resultat, at der igen skabes et Big Bang.

Universets slutning vil blive meget voldsom og nok minde om universets slutning ved et kollaps. Resultatet bliver i alle tilfælde, at det univers, vi kender, går under.

Den ekpyrotiske model bygger på den mest moderne fysik og en masse fin matematik, men desværre er den næsten umulig at bekræfte ved observationer. Derfor anses den for meget spekulativ. Det bliver afgørende for teorien, hvor godt den kan genskabe det univers, vi observerer, og det er noget, som man stadig arbejder på.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om den 'sure' skildpadde her.