Er universet finjusteret til at kunne rumme liv?

Når vi ser ud i universet med dets utal af stjerner og galakser, kan vi jo ikke lade være med at spekulere over, om der er liv derude.

Det univers, vi kan se, er et univers opbygget af stof og energi, hvor det bestemt ikke er en selvfølge, at liv overhovedet kan eksistere.

Med det i baghovedet kan man hurtigt komme til at undre sig.

For hvad er sandsynligheden for, at vi mennesker kom til at eksistere i dette enorme og kaotiske univers?

Er livet, endsige intelligent liv, en så usandsynlig hændelse, at vi er de eneste her?

Eller er vi en uundgåelig konsekvens af fysikkens love?

Universet er finjusteret for at rumme liv

Da vi kun kender til ét univers, kan det lyde mærkeligt at overveje, om det er ’finjusteret til at kunne rumme liv’.

Universet er, som det nu engang er, og det kan vi så bare tage til efterretning. Det er også den vej, de fleste forskere tager, men der er to grunde til, at et lille antal forskere ser på muligheden for, at universet kunne være anderledes og derved blive enten mere eller mindre egnet for liv.

Man taler om finjustering, hvis de fysiske konstanter tillader liv, samtidig med at selv meget små ændringer af konstanterne umuliggør liv.

Den første grund er, at de fysiske love, som styrer universet, indeholder 26 konstanter, vi ikke kan beregne, men kun observere. Som eksempel kan nævnes gravitationskonstanten G, der fortæller, hvor stærk tyngdekraften er.

Teoretisk kunne disse konstanter godt have andre værdier, og det er for nogle forskere en intellektuel udfordring at se, hvad der ville ske, hvis værdierne blev ændret bare en smule – kunne vi så stadig eksistere?

Den anden grund er, at man i kosmologien er begyndt at tale om et multivers, der er en samling af universer, måske både med forskellige naturkonstanter og forskellige naturlove.

Hvis vores univers er en del af et sådant multivers, kunne man jo tænke sig, at de beregninger, som for os er ren teori, faktisk beskriver et eller flere andre universer. Desværre kan vi ikke observere disse universer, hvis de overhovedet findes.

Så derfor er vi nødt til at gå dybere ned og se på, hvordan fysikkens love er med til at sætte rammerne for et univers med liv. Det er dette sammenspil mellem fysik og biologi, som danner grundlaget for diskussionen om finjustering.

'De frie parametre' kan føre til døde universer

De konstanter i fysikken, som vi kan måle, men ikke beregne, kaldes for ’frie parametre’, og det er dem, forskerne leger med ved at opstille modeller med andre værdier for konstanterne.

Vi kan give nogle eksempler:

• Tyngdekraften: Hvis tyngdekraften var svagere end den, vi kender, kunne stjerner og planeter ikke dannes. Hvis den var stærkere, ville stjerner få en for kort levetid til, at liv kunne nå at opstå og udvikle sig.
   
• Den elektromagnetiske kraft: Både hvis den var svagere eller stærkere end den kraft, vi kender, ville der ikke kunne dannes stabile kemiske forbindelser.
   
• Den stærke kernekraft: Det er denne kraft, som holder sammen på protoner og neutroner i atomkernen. Hvis den var svagere, ville der kun kunne dannes få grundstoffer. Hvis den var stærkere, ville stjerner kun leve meget kort tid. Det vender vi tilbage til.
   
• Den kosmologiske konstant: Det er et tal, som angiver, hvor hurtigt universet udvider sig, og som viser styrkeforholdet mellem tyngdekraften, som søger at bremse udvidelsen og den mørke energi, der virker som en frastødende kraft og dermed bidrager til universets udvidelse. Vi ved, at den kosmologiske konstant er meget tæt på at være nul, hvilket er heldigt - men umuligt at forklare.
  For med en bare meget lidt større positiv kosmologisk konstant ville universet udvide sig så hurtigt, at der ikke kunne dannes hverken galakser eller stjerner, og med en negativ konstant ville universet hurtigt kollapse.

Det er tankevækkende, at selv små ændringer af de frie parametre ofte fører til universer, som ikke er egnet for liv. Nogle forskere mener, at universet er finjusteret til at rumme liv, andre mener, at det kan vi ikke sige noget om.

Men debatten fortsætter. To fysikere har beskrevet dette sammenspil mellem fysik og biologi på hver sin måde.

Fysikeren Paul Davies skrev i sit studie 'How bio-friendly is the universe?': »Man kan ikke konkludere, at universet er finjusteret til livet. Det er nærmere finjusteret til at skabe de byggesten og miljøer, som livet kræver.«

Stephen Hawking har i sin bog, ’A Brief History of Time’, skrevet: »Videnskabens love, som vi kender dem i øjeblikket, indeholder mange fundamentale tal, som størrelsen af ​​elektronens elektriske ladning og forholdet mellem protonens og elektronens masser [...] Det bemærkelsesværdige faktum er, at værdierne af disse tal synes at være blevet meget fint justeret for at muliggøre udviklingen af ​​livet.«

Kernekraften holder lige akkurat stjerner sammen

Den engelske astronom Martin Rees har skrevet en bog med titlen ’Just six numbers’ om de tal, der beskriver de kræfter, som former vores univers.

Et af disse tal kalder han epsilon, og det angiver styrken af den stærke kernekraft. Han argumenterer for, at epsilon skal ligge i et meget snævert interval, mellem 0,006 og 0,008, for at universet, som vi kender, kan eksistere.

Det er den stærke kernekraft, som binder protoner og neutroner sammen i atomkerner. Den stærke kernekraft virker som en meget stærk lim. Hvis epsilon er mindre end 0,006, er limen så svag, at den ikke kan binde en proton med en neutron, og så kan der ikke dannes grundstoffer.

Hvis epsilon er større end 0,008, så er limen til gengæld så stærk, at den kan binde to protoner sammen. Protoner er jo positivt ladede, og som bekendt frastøder positive ladninger jo hinanden. Som vi skal se, er det også en katastrofe, for så kan stjerner, som vi kender dem, ikke dannes. I vores univers er epsilon 0,007, så kernekraften er stærk nok til at protoner kan bindes til neutroner.

Da de første stjerner i universet blev dannet, fik de deres energi ved at omdanne brint til helium. Det er ikke så ligetil, som det lyder, fordi en brintkerne bare består af en proton.

I vores univers er den stærke kernekraft ikke stærk nok til at binde to protoner sammen og danne Helium-2, og det gør det meget vanskeligt at skabe fusion med almindelig brint.

Derfor begynder fusionsprocesserne i stjernerne ikke med Helium-2, men med dannelse af tung brint, hvor kernen består af en proton og en neutron. Denne proces kræver, at den ene proton ved sammenstødet omdannes til en neutron og en positivt ladet positron – en omdannelse, som er meget lidt sandsynlig.

Det betyder, at det første skridt i de fusionsprocesser, som blandt andet forsyner Solen med energi, er en meget langsom proces.

Den langsomme omdannelse af brint til helium betyder for Solen, at dens lager af brint kan vare næsten 10 milliarder år, så Solen har stadig et langt liv foran sig.

Men hvad nu hvis den stærke kernekraft var bare en smule stærkere, altså hvis epsilon var 0,008?

Ja, så ville det blive muligt for to protoner at støde sammen og forblive sammen som en meget let heliumkerne, nemlig helium-2. Den proces leverer også energi, men den forbruger brinten helt enormt hurtigt.

Stjernernes levetid ville kun blive få år, og så ville der ikke findes stjerner med et så langt liv, at de kunne have planeter, hvor liv kunne nå at opstå og udvikle sig.

Uden kulstof, intet liv

Det måske mest berømte eksempel på et ’magisk tal’, som er helt afgørende for, at der kan eksistere liv i universet, stammer fra den engelske astronom Fred Hoyle, som i 1950'erne studerede kerneprocesser i stjernerne.

I store stjerner kan temperaturen blive så høj, at det er muligt for tre heliumkerner at danne en kulstofkerne.

Der er dog det problem, at den nydannede kulstofkerne dannes med så meget energi, at den øjeblikkelig går i stykker.

På den anden side ved vi jo, at der til alt held for os findes masser af kulstof i universet, hvilket er en forudsætning for eksistensen af liv, som vi kender det. Hoyle gættede så på, at der måtte eksistere en hidtil ukendt energitilstand af kulstof, som gjorde det muligt for kulstoffet at slippe af med den overskydende energi ved at udsende energien som gammastråling.

Denne energitilstand blev så efterfølgende fundet, og den sikrer en meget lille del af kulstofkernerne til at overleve. I ét ud af 2.500 tilfælde lykkes det nemlig kulstoffet at slippe af med den ekstra energi, så kulstofkernen overlever.

Det kræver kun en ganske lille flytning af denne energitilstand, før kulstof enten ikke kan dannes i vores univers, eller at kulstoffet øjeblikkeligt opsluger endnu en heliumkerne og derved forvandles til ilt.

Men uden kulstof, intet liv.

Tyngdekraften

Det mest imponerende fysikforsøg, vi kan udføre, er at løfte en blyant. Det kan vi klare med vores muskler, selv om Jorden med en masse på 6 ∙ 1.024 kilo trækker i den. Til sammenligning kan selv en lille magnet holde så godt fast på et stykke jern, at det er meget svært at vriste jernet fri.

Så i vores univers er tyngdekraften ikke bare svag, men meget svag.

Men hvad ville der ske, hvis tyngdekraften var stærkere?

I bogen ’Just Six Numbers’ indfører Martin Rees tallet N, der angiver, hvor mange gange større den elektriske frastødning mellem to positivt ladede protoner er i forhold til tiltrækningen på grund af tyngdekraften mellem de to partikler.

Det viser sig, at frastødningen er 1.036 gange større end tiltrækningen, så N=1.036, hvilket er et enormt stort tal.

Hvis tyngdekraften var en million gange stærkere, så ville vi komme ned på N=1.030. Tyngdekraften ville stadig være langt den svageste naturkraft, men ændringen vil alligevel få helt uoverskuelige konsekvenser for universet.

Galakser ville blive dannet meget hurtigt og blive små. Så der vil ikke være langt mellem stjernerne, som også vil være små, nærmest af planetstørrelse. Men på grund af den stærkere tyngdekraft vil selv små stjerner være så tæt sammenpresset, at fusionsprocesserne vil forløbe meget hurtigt.

En typisk stjerne ville ikke eksistere i 10 milliarder år, men kun i 10.000 år, og det er næppe tid nok til, at liv kan nå at opstå og udvikle sig.

Planeterne ville også være små, nærmest af asteroidestørrelse, men alligevel have en så stærk tyngdekraft, at selv insekter ville have brug for tykke ben. Disse planeter ville kredse meget tæt på deres stjerner, og derfor blive udsat for en pæn portion stråling.

Næppe et univers, hvor vi kan overleve.

Hvor står vi?

Naturligvis er der rejst kritik af den måde, beregningerne er foregået på, hvor man ændrer værdien af en af de frie parametre og så ser, hvad der sker.

For strengt taget ved vi ikke, om der er en for os skjult sammenhæng mellem konstanterne, så når man ændrer en, så påvirker det også andre.

Som eksempel kan nævnes, at hvis man, som Martin Rees, ændrer styrken af den stærke kernekraft, kan det jo være, at man også ændrer styrken af den elektromagnetiske kraft.

Desuden tyder nye undersøgelser på, at man godt kan ændre værdien af de frie parametre mere end hidtil antaget, uden at det vil blokere for udviklingen af liv. Hvis det er tilfældet, kan man måske slet ikke tale om behovet for en egentlig finjustering. Livet vil kunne eksistere, også hvis de frie parametre afviger fra de værdier, vi kender.

Der er i dag ikke noget endeligt svar på problemet om finjustering, men der føres en livlig debat, hvor man især diskuterer to muligheder.

Den ene mulighed er, at vi finder en ny teori, der viser, at der slet ikke er noget, der hedder frie parametre. Den nye teori skal gøre det muligt at beregne parametrene og dermed vise, at de nødvendigvis må være, som de er, og vi derfor ikke bare kan ændre på dem.

Den anden mulighed er multiverset, der er en samling af universer med forskellige værdier for konstanterne og måske også forskellige naturlove. Der er ingen finjustering, og vi er bare så heldige, at der i dette virvar af universer åbenbart er dannet et univers som vores, der tillader liv – også selv om langt de fleste universer slet ikke kan rumme liv.

Men multiverser er også ren spekulation uden basis i observationer, så vi vil nøjes med at konstatere, at vi stadig står over for dybe mysterier og så håbe på, at vi på et tidspunkt kommer svarene nærmere.

Livet og den store uorden

En god måde at beskrive livets opståen er at sige, at nok kunne universet frembringe liv, men det var med besvær.

For selv i vores livsvenlige univers er det kun meget få steder, det er muligt, for livet er en stor kamp mod entropien.

Entropien er et mål for uorden, og overladt til sig selv vil ethvert kompliceret system hurtigt forfalde. Bare tænk på et dødt dyr – eller en teenagers værelse, der ikke bliver ryddet op.

Liv kræver en opbygning af meget komplicerede systemer; noget, som entropien hurtigt skal få nedbrudt. Skabelsen og opretholdelsen af komplicerede systemer på en planet kræver en konstant tilførsel af energi.

I langt det meste af vores enorme univers er der enten for lidt energi eller for meget energi. Der er for lidt energi i tomrummet mellem galakser og stjerner og for alt meget energi tæt på sorte huller eller eksploderende stjerner.

Hvad der er brug for, er en stille og rolig strøm af energi i en tilpas mængde, som den vi får fra Solen. Denne energistrøm skal vare i milliarder af år, for at give livet tid til at opstå og udvikle sig.

Det er i disse såkaldte beboelige zoner omkring stjerner, at liv kan opstå og udvikle sig.

Sammenlignet med universets størrelse er disse zoner meget sjældne og meget små oaser. At de overhovedet findes, skyldes livsvenlige naturlove, men hvorfor vi har sådanne love, kan vi ikke svare på. Om lovene er mirakuløse eller uundgåelige er stadig emnet for en debat, der ikke ser ud til at afsluttes foreløbig.