Vil universet leve for evigt?

En gammel debat er blusset op igen. Et hold forskere er kommet med målinger, som tyder på, at vores univers ikke vil leve evigt, fordi udvidelsen af universet bliver erstattet af en sammentrækning, hvor galakserne hele tiden vil komme nærmere hinanden.

Om 20 milliarder år vil galakserne ifølge disse målinger støde sammen, og alt stof vil blive samlet i en såkaldt singularitet, der bedst kan beskrives som et enkelt punkt. Dermed vil universet være vendt tilbage til tilstanden lige før Big Bang.

Og så kan man jo spekulere over om det kollaps vil føre til, at et nyt univers opstår, og om vores univers er resultatet af et tidligere kollapset univers.

Teorien er ikke spor ny, men efter opdagelsen af den mørke energi, der får universet til at udvide sig stadig hurtigere, har man stort set opgivet tanken om, at universet vil ende i et kollaps.

Man har ment, at den mørke energi får universet til at udvide sig stadig hurtigere, så afstanden mellem de enkelte galakser bliver stadig større, og det er altså denne teori, som nu er blevet udfordret.

Men selv uden et kollaps vil universet ikke leve evigt. Naturlovene vil sikre, at universet langsomt vil dø, og denne fremtid kaldes for universets varmedød. Den teori vender vi tilbage til.

Den måde universet vil dø på har ingen anden betydning for os end en erkendelse af, at intet varer evigt. Det mest fundamentale træk ved naturen er, at alt fødes, lever og dør.

Det gælder alt fra stjerner og galakser til fugle og fisk. Der er enighed i astronomien om, at det også gælder for hele universet – hvad der er af uenighed, går alene på, hvordan og hvornår universet til sin tid vil dø.

Så både med og uden et kollaps kan vi se frem til et univers med en begrænset levetid, og i alle tilfælde ligger slutningen så langt ude i fremtiden, at den absolut ikke har nogen betydning for os.

Universets kollaps

For at forstå debatten vil vi begynde med det verdensbillede, vi havde før opdagelsen af den mørke energi i 1998. Her var der kun en kraft, som bestemte universets fremtid, nemlig tyngdekraften mellem galakserne.

Tyngdekraften mellem de mange milliarder galakser vil naturligvis gradvist bremse udvidelsen, og det kan føre til, at udvidelsen til sidst ophører, så tyngdekraften vinder og får galakserne til igen at nærme sig hinanden og til sidst mødes i en singularitet.

Om det vil ske, afhænger af tyngdekraftens styrke og dermed, hvor meget masse der er i universet. Den afgørende størrelse er massetætheden, altså hvor meget masse der er i et rumfang på en kubikmeter, naturligvis beregnet som et gennemsnit for hele universet.

Universet vil kollapse, hvis massetætheden er over en vis kritisk grænse. Under denne grænse vil udvidelsen bare fortsætte i al evighed.

Astronomerne har naturligvis beregnet denne kritiske tæthed, der svarer til, at der i hver kubikmeter af rummet findes en masse svarende til massen af bare 4-5 brintatomer, men den målte massetæthed er mindre.

Så kollaps blev derfor ikke anset for en sandsynlig slutning på universet, selv før opdagelsen af den mørke energi.

Den mørke energi opdages

Men så kom opdagelsen i 1998 af, at universet helt uforståeligt udvidede sig stadig hurtigere.

Det kunne man kun forklare ved et indføre et begreb, som blev kaldt den mørk energi. Et navn, som dækker over en næsten total mangel på forståelse for, hvad mørk energi er, bortset fra at den leverer en frastødende kraft, der får galakserne til at bevæge sig stadig hurtigere bort fra hinanden.

Det blev nu nødvendigt at inddrage den mørke energi i modellerne for universets fremtid, hvilket ikke er helt simpelt. Ifølge Einsteins berømte ligning, E = m∙c², svarer energi jo til en masse, så den mørke energi bidrager også til massetætheden i universet.

I 2021 begyndte man så en systematisk undersøgelse, af hvordan den mørke energi opfører sig, og især om den har ændret sig i den tid, universet har eksisteret.

Projektet hedder DESI, der står for navnet på det instrument, der bruges til undersøgelsen, nemlig Dark Energy Spectroscopic Instrument.

Det er monteret på et fire meter stort teleskop i Arizona. Målet er en 3D-kortlægning af fordelingen af galakser, som så kan bruges til at beregne styrken af den mørke energi til forskellige tidspunkter.

I marts 2025 var man kommet så langt, at man kunne komme med de første resultater baseret på måling af over 13 millioner galakser og 1,6 millioner kvasarer, der er en særlig aktiv type galakse, der får deres energi fra et supermassivt sort hul i centret af galaksen.

I disse målinger var der tegn på, at den mørke energi var ved at blive svagere, og at det kunne føre til, at tyngdekraften gradvist kunne blive i stand til at bremse udvidelsen, så slutningen blev et kollaps.

Der er rejst kritik af denne påstand, især fordi man ikke anser målingerne for tilstrækkeligt sikre.

I videnskaben kræver man normalt et såkaldt 5 sigma måling, hvilket betyder, at sandsynligheden for at resultatet er en statistisk tilfældighed er 1:3,5 millioner. I dette tilfælde var målingerne af en noget lavere standard mellem 2,8 og 4,2 sigma, hvilket dog stadig er ganske gode målinger.

Men der skal nok komme flere og bedre målinger, og i løbet af nogle år vil vi med meget større sikkerhed kunne sige, om universet - trods den mørke energi - ender med et kollaps, og dermed genopliver en gammel teori.

Trods mange populære beskrivelser er der absolut ingen garanti for, at et univers, der er endt i et kollaps, vil genopstå i et nyt Big Bang. Om vores univers bare er ’det nyeste skud på stammen’ af en uendelig række af tidligere universer, som er kollapset, ved vi heller intet om.

Varmedøden

Alt, hvad der foregår i universet fra dannelse af stjerner til muligheden for liv, er baseret på, at der i universet produceres og transporteres energi.

Dette er udgangspunktet for vores definition af et levende univers. Hvis der ikke sker produktion og transport af energi, er universet dødt, og hvis universet når denne tilstand, taler man om, at universet har lidt varmedøden.

Navnet skyldes, at alle omdannelser af energi ender med, at energien bliver til varme. De energikilder, der i dag former vores univers som kernenergi, strålingsenergi og kemisk energi, vil en dag forsvinde.

Selve energien er ikke forsvundet, men blevet til varme ved lav temperatur, måske i de gasser, der findes i universet.

Og er energien først blevet til varme, så kan den ikke gøre megen gavn, for det kræver normalt stor teknisk snilde at omdanne varme til andre former for energi. Desuden vil der være et varmetab, da ikke al varmeenergien kan udnyttes.

Som eksempel kan nævnes, at man i et kraftvarmeværk netop søger at udnytte den spildvarme, som opstår ved produktionen af elektricitet til fjernvarme, så den i det mindste når at gøre lidt nytte.

Alle processer, hvor man forsøger at bruge varme som energikilde, har et varmetab. Det betyder, at universet i en fjern fremtid ikke vil have anden energi end varme ved lav temperatur, som ikke kan anvendes til noget.

Et eksempel er livet her på Jorden. Solen udsender energi i form af stråling, og det er denne energistrøm, som er forudsætningen for, at der er liv på Jorden.

Livet på Jorden udnytter jo strålingsenergien fra Solen til at opbygge komplicerede molekyler i planter, som så spises af dyr. Livet er en masse kemiske processer, der udnytter den energi, der er i molekylerne, og som stammer fra Solen.

Men i sidste ende bliver al denne kemiske energi bare til varme. En tilstand, hvor molekyler bare bevæger sig rundt mellem hinanden, og det kan man direkte se på infrarøde billeder af dyr. De udsender infrarød varmestråling, fordi de bruger den kemiske energi i føden til opvarmning – og den energi, der udstråles, går bare tabt.

Varme er nemlig en særlig energiform. Alle andre energiformer som bevægelsesenergi, elektrisk energi, kernenergi og strålingsenergi kan omdannes til varme, men det går ikke den anden vej. Livets kemiske energi kan 100 procent omdannes til varmenergi.

Men er den først endt der, kan vi ikke bruge varmenergien til at genskabe den oprindelige mængde kemisk energi. Der vil altid være et tab.

Så gradvist og langsomt bliver al universets energi omdannet til varme, og så længe der er temperaturforskelle, kan i hvert fald noget af varmenergien omdannes til det, man kalder for nyttig energi - for eksempel strålingsenergi.

Men temperaturforskelle har det jo med at udligne sig, og når først al universets energi er endt som varme ved lav temperatur i gasskyer, så kan der ikke længere ske noget. Universet har lidt varmedøden.

Vejen til varmedød

Man kan opdele universets historie i fire dele, nemlig:

• Urtiden, som er tiden lige efter Big Bang, og indtil de første stjerner og galakser blev dannet.
• Stjernernes tidsalder omfatter nutiden og alle de stjerner og galakser, der ses nu. Det er den tid, hvor stjerner dannes fra kollapsende gasskyer, og universet derfor er fuldt af lysende stjerner. Der er mere end 1.000 milliarder år, til denne tidsalder slutter, selv om antallet af lysende stjerner gradvist bliver mindre, så mørket vil gradvist sænke sig. 
• Den Degenererede Tidsalder, hvor alle stjerner er udbrændt, og der tilbage kun er stjernerester som hvide dværge, neutronstjerner og sorte huller. Det er et meget mørkt univers med meget lidt nyttig energi til rådighed, da disse typer stjerner ikke længere producerer energi. Der kan kun komme en kort opblussen, hvis to stjerner støder sammen.
• Sort hul-tidsalder, hvor de sorte huller efterhånden har opslugt alle andre stjerner. Her er der ingen eller næsten ingen energi til rådighed.

Hvis DESI-holdet har ret, og universet kollapser om bare 20 milliarder år, så vil det bogstavelig talt blive verdens undergang for dem, som lever til den tid.

For om 20 milliarder år vil universet stadig være i stjernernes tidsalder og derfor stadig have mulighed for liv. Sammenlignet med de billioner og trillioner af år, varmedøden tager, er et univers, der kollapser, kun en døgnflue.

Heldigvis er 20 milliarder år for os en evighed – og så er det jo heller ikke helt sikkert, at DESI-holdet har ret.

Forskernes videnskabelige artikel er blevet accepteret til udgivelse i tidsskriftet Journal of Cosmology and Astroparticle Physics og kan læses som preprint her.