Skip to content

2142

På grænsen mellem science og fiction

  • Home
  • Universet
    • Kosmologi
    • Kvantemekanik
    • Exoplaneter
  • Liv
  • Mennesket
  • AI
  • … og alt det der
2142

Kategori: Universet

20 spørgsmål til professoren på den kvantemekaniske måde

0
oktober 28, 2017

Du kender nok legen “20 spørgsmål til professoren”. “Professoren”, som jo altså ikke ligefrem behøver at være en rigtig professor, tænker på en ting eller et begreb. Alle andre må stille et ja/nej-spørgsmål ad gangen, op til 20 spørgsmål i alt, og det gælder om at kunne gætte hvad det er professoren har tænkt på, inden for højst de 20 runder.

Den klassiske leg

Et eksempel kan være at professoren har tænkt på en bogen “Introduktion til kvantemekanik”. Og spørgsmålene bliver måske:

  • Er det inden for dyre- eller planteriget?
    Nej
  • Er det noget man kan tage og føle på?
    Ja
  • Er det herinde i rummet?
    Ja
  • Er det noget man kan løfte?
    Ja
  • Er det noget der ligger fremme i rummet?
    Ja
  • Er det en bog?
    Ja
  • Er det “Introduktion til kvantemekanik”
    Ja!

Ding-ding-ding!

Den kvantemekanisk måde

Og så den kvantemekaniske måde. Proceduren bliver gentaget, men forskellen er nu, at professoren ikke på forhånd har besluttet sig at tænke på noget specielt, men tager en ja/nej-beslutning, når spørgsmålet rammer.

(Sidenote: Jeg fik dette eksempel til en forelæsning i kvantemekanik på universitetet. Vi sad til forelæsningen og stillede de op til 20 spørgsmål, både på den første og på den anden måde, inden vi vidste hvad forskellen på den anden måde var. Jeg var meget tæt på at stille Ja/nej-spørgsmålene “Ved du selv hvad du tænker på?” eller “Kan det være flere ting?”, men fik ikke gjort det. Jeg har ærgret mig siden!)

  • Er det inden for dyre- eller planteriget?
    Ja
  • Er det et dyr?
    Ja
  • Er det større end en hund?
    Ja
  • Er det et dyr der kan være på en gård?
    Nej
  • Er det et dyr der bor i Afrika?
    Ja
  • Er det en elefant?
    Nej
  • Er det en flodhest?
    Ja!

Og mens jeg skrev dette (for nu var det mig der var professoren), havde jeg ikke på forhånd besluttet mig, hvad jeg tænkte på. Men svarede for hvert spørgsmål, og pludselig var det jo det.

Og sådan er det også når vi måler på en elektron. Inden vi måler på den, er den i superposition, hvilket betyder at den ikke har en bestemt position (valg) men i teorien befinder sig flere steder samtidig – alle dens sandsynlige positioner –  indtil vi måler på den. Den vil være en bølge, hvor sandsynlighederne af positionerne er beskrevet ved en bølgeligning. Når vi måler på den, fx ved at måle på hvilken et ud af to huller den ryger igennem, så kollapser vi dens bølgefunktion til et af disse placeringer. Vi vil ikke på forhånd kunne sige, hvor elektronen rammer.

Skaber vi vores verden, ved at observere den?

Elektronen ved altså heller ikke selv på forhånd hvilket position den rammer, hvis man da kunne tale om at vide noget, når man nu er en partikel. Den eksisterer i alle dens positioner, inden vi tvinger den til kun at have en. Denne position er ikke forudbestemt, som den ville være med almindelig mekanik, hvor man ud fra en bestemt vinkel, hastighed og kraft, kan bestemme hvor en bold rammer, når man kaster den. Det kan man ikke i kvantemekanik, her kan man kun tale om sandsynligheder.

Man kan altså sige, at det at vi måler på en elektron, tvinger den til at tage et valg om en position. Ligesom når vi spørger en kvantemekanisk professor et spørgsmål, så tvinger vi hende til at tage et ja/nej-standpunkt. Man kan måske også sige, at vi former svaret ud fra hvilke spørgsmål vi stiller. Og vi former elektronens vej, ud fra hvilke målinger vi tager.

På samme måde kan man undre sig over, om vi skaber vores verden ved blot at være i den og dermed observere den? Vi består af elektroner. Verden består af elektroner. Med vores måde at fungere på, opfatter vi kun en position ad gangen – vi er ikke i stand til andet. Men hvad er universet, når vi ikke kigger?

Hvordan ville vi se vores univers, hvis vi var en del af denne bølge i superposition frem for at kollapse den?

Har du et spørgsmål eller kommentar? Skriv meget gerne i kommentarfeltet nedenfor!

Kvantemekanik, Universet elektron, kvantemekanik, superposition

Universets udvidelse

0
oktober 27, 2017

Vi ved at vores univers udvider sig. Det kan vi konkludere ud fra observationer af andre galakser omkring os og deres bevægelse i forhold til os.

I følgende artikel kan du læse lidt om hvordan vi er kommet frem til denne konklusion og i mellemtiden kan du tænke lidt over denne:


 Hvis universet er uendeligt, hvordan kan det så samtidig udvide sig?
Og hvad udvider det sig i?

Hubbles lov: galaksers afstand og hastighed

I 1929 opdagede astronomen Edwin Hubble, at de fleste galakser, som han observerede, bevægede sig mod forventning væk fra os. Jo længere galakserne var, jo større hastighed fjernede de sig med. Den linæere sammenhæng mellem afstanden og hastigheden kaldes for “Hubbles lov”, og siger at den målte hastighed af en galakses bevægelse i forhold til os er lig med afstanden til galaksen ganget med en konstant (Hubbles konstant):

v = H0 · r

Men hvordan kan vi i det hele taget måle en hastighed af en galakses bevægelse?

Rødforskydning

Måden en hastighed af en galakses bevægelse væk eller i mod os kan måles på, er ved at måle rødforskydningen af lyset fra den den. Rødforskydning betyder at lysets bølgelængde bliver strukket, hvis galaksen som udsender lyset, bevæger sig væk fra os. Det kaldes dopplereffekt og er det samme som sker, når lyder af en ambulance lyder til at have længere lydtoner, når den bevæger sig væk, og kortere når den bevæger sig hen mod os. Bølgelængden “strækkes” altså, og en længere bølgelængde af synligt lys, betyder at lyset bliver mere rødt, som det ses på spektrumet på billedet. Jo større hastighed galaksen bevæger sig væk med, jo større lysforskydning.

På den måde kan man måle hvorvidt en galakse bevæger sig væk fra os eller i mod os og med hvilken hastighed og det var ved hjælp af denne metode, at Hubble gjorde sin skelsættende opdagelse.

Figur: Lysets farve afhænger af bølgelængden/energien af det udsendte lys. Det synlige lys varierer mellem lilla og rød. Vi kan ikke se lys der har kortere bølgelængde end lilla eller længere bølgelængde end rød, men det kan stadig måles.

 

Hvordan kan et uendeligt univers udvide sig?

Hvis vi betragter vores univers som et uendeligt koordinatsystem, svarer universets udvidelse til, at koordinatsystemet var helt mast sammen i tiden omkring Big Bang og afstanden mellem punkterne udvider sig med tiden. Et koordinatsystem mast sammen er altså stadig den samme mængde koordinatsystem, som en udvidet version, men med lavere densitet i feltområderne. Den faktor som forholdet vores nuværende univers er udvidet med i forhold til en tidligere alder, kalder vi for skala-faktoren a.

 

Figur: Universets udvidelse kan ses som en udvidelse af et koordinatsystem, hvor alt bliver strukket fra hinanden, men mængden er stadig den samme.

Det kosmologiske princip

Vi kan kun se et begrænset område af vores univers, afgrænset af at det vi ser, er lys der bevæger sig hen mod os og at lyset har en bestemt hastighed, samtidig med . Det observerbare univers er 93 billioner lysår i diameter. Alligevel arbejder man ud fra den formodning, at vores univers er uendeligt. Det skyldes det kosmologiske princip, som siger at universet er homogent og isotropt, når vi ser på meget store skala, dvs. universet er “det samme” alle steder når vi zoomer nok ud, og der er ingen foretrukken retning (i modsætning til lille skala, hvor vi bestemt har en forskel på op og ned på jorden, hvor jorden er tiltrukket af solen, solen mod galaksens centrum osv).

Hvis det kosmologiske princip er sandt, vil det altså sige at der ikke kan være en “kant” af universet, hvor det slutter, fordi det dermed ville stride i mod det kosmologiske princip. En kant ville indikere et anderledes sted og en forskel i retningen ud af universet og ind i det fra kanten af.

Det kosmologiske princip behøver ikke at være den ultimative sandhed … det er dog hvad vi kan observere indtil videre, når vi kortlægger universet på stor skala.

Men kan universet så ikke være uendeligt i 4D, på samme måde, som jordens overflade er uendeligt i 3D, men alligevel afsluttet? Dvs. kan universet ikke i virkeligheden krumme i en eller anden fjerde dimension og hvis man fortsætter længe nok i en retning, ville man komme tilbage til samme sted? Umiddelbart ikke. Man regner med at universet er fladt (på den store skala), da et krumt univers (som både kan krumme positivt eller negativt) ville give andre resultater på udregningerne på udvidelseshastigheden. Teorien er godt understøttet af udregninger, men der er stadig meget vi ikke ved.

Hvad udvider universet sig i?

Nu begynder det at blive abstrakt. For at universet er uendeligt, betyder at det er alt – dvs. der er intet udover, hvis man betragter det på den måde. Vores univers består af tid og rum og alt tid og rum findes i vores univers. Derfor giver det ikke ret meget mening i fysikken, at snakke om hvad der er rum-mæssigt udover rum – og tilsvarende, hvad der var tidsmæssigt inden tid – inden universets begyndelse.

Dog er der kommet mere fokus på teorier om multiverset. At det univers vi lever i, blot er en del af utallelige universer, med hver deres love.

Men det er her vi når til grænsen af videnskaben og sci-fi kan slå sig løs.

Hvad tænker du? Skriv gerne en kommentar nedenfor!

Kosmologi, Universet bølgelængde, det kosmologiske princip, hubbles lov, kosmologi, lys, rødforskydning

Seneste indlæg

  • 20 spørgsmål til professoren på den kvantemekaniske måde
  • Universets udvidelse

Seneste kommentarer

    Arkiver

    • oktober 2017

    Kategorier

    • Kosmologi
    • Kvantemekanik
    • Universet

    Idealist by NewMediaThemes