Universets finjustering

Universets finjustering gives også ofte som et argument for intelligent design. Argumentationen er omtrent som følger.

Næsten alle kosmologer accepterer i dag en form for Big Bang-teori, hvor universet startede fra et punkt med praktisk taget uendelig massetæthed og uendelig høj temperatur. 14 milliarder år er gået siden universets start. Først var universet fyldt med en overophedet plasma, der efter udvidelse og afkøling fortættede til subatomare partikler. Disse kondenserede senere til brintatomer. Der opstod også andre former for stof og energi som ’mørkt stof’ og ’mørk energi’. Hvor materie og energi var mere koncentreret, opstod der stjerner og galakser. I disse stjerners overophedede kerne dannedes tungere elementer. Når stjernerne brændte ud og eksploderede som supernovaer, dannedes der endnu tungere elementer i supernovaernes chok og varmebølger.

ELEKTROMAGNETISME OG TYNGDEKRAFT

To vigtige kræfter er tyngdekraft og elektromagnetisme. Atomer består af subatomare partikler, hvor elektroner er negativt ladede, og protoner er positive. Den elektromagnetiske tiltrækning imellem disse holder atomerne sammen.

Tyngdekraften virker også inde i atomet, men her er den så svag, at dens indflydelse i praksis er nul. Til gengæld har tyngdekraften en meget mærkbar effekt over større skalaer. Når atomer samles til store masser, vokser tyngden proportionelt. Derimod har elektromagnetismen i atomerne ingen indvirkning her, da de negative og positive kræfter neutraliserer hinanden inde i atomerne.

Forholdet imellem elektromagnetismen og massetiltrækningen kaldes N. I vores univers har N en værdi på ca. 10³⁶. Den elektromagnetiske tiltrækning imellem elektronen og protonen er altså 10³⁶ gange større end den tiltrækning, tyngdekraften udøver imellem dem.

Hvorfor har N netop den værdi? Sir Martin Rees skriver i Just Six Numbers: ”Vi har ingen teori, der fortæller os værdien af N. Alt, vi ved, er, at intet så komplekst som menneskeheden kunne være opstået, hvis N var meget mindre end 10³⁶.”

Hvis N eksempelvis havde været 10³⁰ i stedet for 10³⁶, kunne en million gange færre atomer danne en stjerne. Stjerner opstår, når massetiltrækningen i brint- og heliumskyer får dem til at kondensere. Som gassen kondenseres, bliver den varmere, indtil der opstår kernefusionsreaktioner. Fusionsvarmen tvinger stjernens stof ud fra stjernen, imens tyngdekraften trækker stoffet ind imod stjernens midte. En stabil stjerne opstår, når der er balance imellem ekspansion og sammentrækning. Stjernen skal have gas nok til at kunne trække sig sammen og starte en fusionsproces, og den skal bevare nok af sin masse til at kunne hindre varmeenergien i at slynge alt stoffet tilbage i det ydre rum. Normalt skal stjerner være ret store. Havde tyngdekraften imidlertid været stærkere, kunne færre atomer starte fusionsprocessen og færre atomer modvirke den udadgående ekspansion. Hvis N var 10³⁰ i stedet for 10³⁶, var en million gange færre atomer nok. Stjernerne ville da have været meget mindre og brændt deres kernebrændsel af meget hurtigere. Deres gennemsnitlige levetid ville være 10.000 år i stedet for 10 mia. år som nu, hvilket ville have haft store konsekvenser for livet.

BINDINGSENERGIEN

Bindingsenergien er et andet vigtigt tal. Forskellige atomer har forskellige bindingsenergier. Den vigtigste er brints bindingsenergi. Brint er det første element, der dannes i tiden umiddelbart efter Big Bang. De øvrige elementer opstår, når brint omdannes i stjernernes fusionsprocesser. Universets første generation af stjerner omdanner først brint til helium. Brintkernen indeholder én proton. Nogle brintkerner har også bundet en neutron sammen med deres proton og danner brintisotopen deuterium. Når to deuteriumkerner tvinges sammen og sammensmeltes, danner de helium med to protoner og to neutroner i atomkernen.

Heliumkernen har en masse på 0,993 (99,3%) af de to protoners og to neutroners masse. Hvad er der sket med de 0,007 (0,7%) ’manglende’ masse? Den er omdannet til energi i fusionsprocessen. Disse 0,007 er lig med bindingsenergien, der er direkte relateret til den stærke kernekraft, der holder protonerne i en atomkerne sammen. Protoner vil normalt frastøde hinanden ligesom en magnets to positive poler, men den stærke kernekraft modvirker denne frastødning og holder protonerne sammen i kernen.

Hvis bindingsenergien var mindre eller større, havde det store konsekvenser. Hvis bindingsenergien eksempelvis var 0,006 i stedet for 0,007, ville der ikke dannes elementer, der er tungere end brint. Tungere elementer dannes ved tilføjelse af protoner til atomkernen. Jern har eksempelvis 26 protoner. For at få jern og andre tungere elementer skal man først gå fra brint til helium. Heliumkernen har to protoner og to neutroner. At gå fra brint til helium kræver et mellemstadie, hvor brint forvandles til deuterium, der indeholder en proton og en neutron. Derefter kan to deuteriumkerner smelte sammen til et heliumatom med to protoner og to neutroner.

Men hvis bindingsenergien var 0,006 i stedet for som nu 0,007, kunne den stærke kernekraft ikke binde en neutron til en proton, hvorfor der ikke kunne opstå hverken deuterium eller helium. Universet ville for altid bestå af brintatomer alene.

Det ville også være et problem, hvis bindingsenergien var 0,008 i stedet for 0,007. Den stærke kernekraft er nødvendig for at binde protonerne sammen, men en bindingsenergi på 0,007 er ikke nok til at binde to protoner sammen. Derimod er bindingsenergien med en værdi på 0,007 stærk nok til at binde en proton til en neutron og danne deuterium, hvorefter to deuterium-isotoper kan danne helium.

Hvis bindingsenergien var 0,008 eller mere, kunne to protoner forbinde sig og danne en ’diproton’. Kunne dette lade sig gøre, ville alle brintatomer i det tidlige univers hurtigt være blevet til diprotoner. Nu bliver kun en del af brintatomerne over lang tid til helium. Dette efterlader nok brint til mange brintforbindelser, der er afgørende for liv, såsom vand (H2O). Var bindingsenergien 0,008 eller større, havde der ikke været vand i universet!

RESONANSENERGI-NIVEAUET

Når de første stjerner løber tør for brint, og stjernens heliumkerne fortættes, stiger stjernens temperatur, indtil heliumet begynder at smelte sammen til kulstof. En heliumkerne har to protoner, imens kulstof har seks. Teoretisk set kan tre heliumkerner smelte sammen til en kulstofkerne, men det er for usandsynligt, at tre heliumkerner støder sammen i samme øjeblik på den præcise måde, som kræves for at danne kulstof. I stedet sker processen i to skridt. Først smelter to heliumkerner sammen til en berylliumkerne med fire protoner, hvorefter en berylliumkerne forener sig med endnu en heliumkerne og danner kulstof. Imidlertid er berylliumkernen ustabil og spaltes hurtigt igen i heliumkerner. Derfor skulle man ikke vente, at kulstof skulle kunne opstå i den mængde, som kulstof nu forekommer. Men den engelske astronom Fred Hoyle opdagede, at kulstof har et bestemt ’resonansenerginiveau’, der i kombination med varmen i stjernens indre lader beryllium og helium kombinere meget mere villigt til kulstof, end de ellers ville have gjort i berylliummets korte levetid. Da kulstof er det vigtigste element i det organiske liv, kan man forstå, hvor vigtig denne omstændighed er.

Et andet vigtigt stof er ilt, det næste stof, der dannes. Et problem her er, at det meste af kulstoffet hurtigt kunne være blevet til ilt, når kulstofkernerne forbandt sig med endnu en heliumkerne (ilt har otte protoner). Men iltkernen har et resonansenerginiveau, der gør denne reaktion mindre hyppig. Denne heldige omstændighed betyder, at der bliver nok kulstof tilbage til kulstofbaseret liv. Selv en ændring på fire procent i ilts resonansenerginiveau ville have opbrændt alt kulstof.

HVAD ER FORKLARINGEN?

Mindst 30 andre konstanter skal have haft meget præcise værdier, for eksempel den oprindelige massefordeling og stoftætheden, for at tillade universet, som vi kender det. Hvad skyldes disse fysiske konstanters tilsyneladende nøje afstemthed? Den britiske astronom Sir Fred Hoyle bemærkede: ”Jeg tror ikke, at nogen videnskabsmand, der undersøger beviserne, ikke vil komme til den slutning, at fysikkens love er konstrueret med fuldt overlæg.”