En vitenskapsbasert religionskritikk

If the ignorance of nature gave birth to gods, the knowledge of nature is calculated to destroy them,

Baron Paul Thiry d’Holbach

Del 1

I de siste århundrer har menneskene opplevd en rivende utvikling i forståelsen av verden omkring seg. Denne nye innsikten har ikke bare munnet ut i en mengde praktiske oppfinnelser som fullstendig har endret vårt dagligliv, men har også fundamentalt endret menneskenes syn på seg selv og sin plass i universet.

     Den moderne forståelsen av den fysiske virkelighet og universet som vi bebor, baserer seg på to pilarer: kvantemekanikken og den generelle relativitetsteorien.

Kvantemekanikken omhandler fenomener på molekylnivå. Idéene som danner grunnlaget for kvantemekanikken er vanskelige å fatte, og for mange er kvantemekanikk bare noe vagt og teoretisk som først og fremst har interesse for fysikere som utfører laboratorieeksperimenter. Dette skyldes at vi bare kan danne oss bilder og forestillinger om fenomener som har sin motsvarighet eller sine analogier i vår dagligdagse erfaringsverden. Det naturlige språket å uttrykke fysiske idéer på er matematikk. Uten den nødvendige matematiske bakgrunn blir derfor forståelsen nødvendigvis haltende. Ikke desto mindre har kvantemekanikken hatt en overveldende betydning for forståelsen av verden omkring oss. Den forklarer hvordan atomene er bygget opp, og danner dermed grunnlaget for all kjemisk og biologisk kunnskap. Den danner det teoretiske grunnlaget for forståelsen av radioaktivitet. Den forklarer hvorfor solen og stjernene skinner. Den har resultert i oppfinnelser av vidtrekkende betydning, som lasere og elektronmikroskoper, og den danner grunnlaget for forståelsen av halvledere og er dermed basisen for hele dataindustrien. Av og til viser kvantemekaniske effekter seg i makroskopiske manifestasjoner. Dette ser vi for eksempel ved superledning, hvor det er mulig å få metallstykker til å sveve over superlederen. Et annet eksempel er observasjonen at hvis man kjøler ned helium i et beger til to grader over det absolutte nullpunkt vil heliumet begynne å krype oppover kanten og ut av begeret.

     Det uforståelige i kvantemekanikken baserer seg grovt sagt på det fundamentale fenomen at ‘partikler’ kan oppføre seg som ‘bølger’. Dette kan vi ikke forstå, men med en gang man klarer å akseptere at slik er det, blir mange av de kvantemekaniske fenomenene opplagte.

     Utviklingen av kvantemekanikken sprang frem fra erkjennelsen av at atomenes struktur ikke kan forklares ved klassisk fysikk. En populær forestilling var på den tiden å tenke seg negativt ladde elektroner som sirkulerende rundt positive atomkjerner omtrent som planetene går rundt solen. Hvis man kjente posisjonen og hastigheten til alle partiklene i et system, forestilte man seg at man teoretisk kunne forutsi den fremtidige tilstanden til systemet for all fremtid. Men ifølge den klassiske fysikk skulle de negativt ladde elektronene som akselereres i det elektromagnetiske feltet rundt atomkjernene, sende ut energi i form av lys. Samtidig som de mistet energi ville de bevege seg i spiral inn mot kjernen og kollidere med denne. Ifølge den klassiske fysikk skulle selve atomene altså ikke kunne eksistere.

     Det finnes ikke noe enkelt bilde som nøyaktig beskriver hvordan elektronene oppfører seg i et atom. I kvantemekanikken beskrives elektronene ved såkalte Schrödinger ligninger. Ved å kvadrere disse får en et mål på hvor stor sannsynligheten er for å finne et elektron i ethvert område rundt atomkjernen.

     Det finnes et fysisk eksperiment som kan demonstrere alle problemene og paradoksene i kvantemekanikken. Dette eksperimentet kalles dobbeltspalte-eksperimentet. Før vi ser litt nøyere på dette eksperimentet, må vi innføre begrepet interferens. La oss tenke oss at vi kaster to stener ut i et stille vann, noen meter fra hverandre og ser hva som skjer. Noe av energien fra de fallende stenene blir omdannet til bevegelsesenergi i vannet og denne energien brer seg som bølger gjennom vannet. Der hvor bølgene kolliderer, vil bølgemønsteret endres. Når to bølgetopper treffer hverandre, får vi en dobbelt så høy bølgetopp. Der hvor to bølgedaler treffer hverandre, får vi en dobbelt så dyp bølgedal, og der hvor en bølgetopp treffer en bølgedal, vil bølgen bli borte og vannet ligge i ro. Det er denne kollisjonen mellom bølger som kalles interferens.

     I dobbeltspalteeksperimentet utstyrer vi oss med et ‘elektrongevær’ som kan skyte elektroner mot en tynn plate med to rette, spalteformede åpninger. På den andre siden av den tynne platen er det en detektor-plate som produserer et lysglimt hver gang den blir truffet av et elektron; omtrent som i et gammeldags katodestråle- TV-apparat. Når elektrongeværet startes, forlater elektronene geværet i adskilte enheter som ‘partikler’. Magien i kvantemekanikken blir nå avslørt. Istedenfor å observere to lysende striper på detektorskjermen, én bak hver åpne spalte, sees en rekke parallelle lyse striper. Dette er det mønsteret en får fordi elektronene interfererer på samme måte som under interferens mellom bølger i vann. Allikevel vil hvert enkelt elektron bare lyse opp ett enkelt punkt på den lysfølsomme skjermen. Energien i elektronet er ikke spredd over et stort område, slik som energien i en bølge i vannet. Det er som om elektronene starter som partikler fra elektrongeværet og slutter som partikler ved detektoren, mens ankomstmønsteret av elektronene som blir observert av detektoren er som om de oppførte seg som bølger underveis. Dette faktum, at kvanteobjekter har både partikkel- og bølgenatur, men oppfører seg hverken som det ene eller det andre, er det sentrale mysteriet i kvantemekanikken. Vi kan ikke forklare dette fenomenet; det eneste vi kan gjøre er å beskrive hvorledes kvanteobjekter oppfører seg.

     Vi skal merke oss en annen ting ved dette tospalte-eksperimentet. Selv om vi kan gjøre meget gode prediksjoner når det gjelder store antall partikler, kan vi ikke forutsi hvor på detektoren det enkelte elektron vil lande. Vi kan bare beregne at sannsynligheten for at det skal treffe i det eller det området er så og så stor. Dette innebærer at ett elektron vil treffe detektoren ett sted mens et annet elektron under de samme betingelser vil treffe et annet sted og altså produsere et annet resultat.

     Tilsvarende argumentasjon gjelder for de kvantemekaniske lover ved nedbrytning av radioaktivt materiale. Etter 1600 år vil for eksempel halvparten av atomene i en klump radium være brutt ned, mens halvparten er tilbake. Vi kan forutsi hvor mange atomer som vil brytes ned i løpet av et hvilket som helst tidsrom, men vi kan ikke si noe om hvilke atomer som er dødsdømt. Det er teoretisk umulig å forutsi hvilke atomer som brytes ned, for dette er ikke bestemt på forhånd. Det finnes ikke lover for det enkelte atoms radioaktive sammenbrudd, bare for store mengder av atomer. Disse tilfeldige hendelser er altså ikke kaotiske, men er styrt av statistiske lover.

     Slike betraktninger betyr i sin ytterste konsekvens at sammenhengen mellom årsak og virkning blir brutt. Kvantemekanikken fjerner dermed det deterministiske synet på fremtiden en gang for alle. Fremtiden er altså ikke fullstendig inneholdt i eller bestemt av situasjonen i nåtiden. Man kan i visse tilfeller tenke seg makroskopiske effekter av slike årsaksløse kvantemekaniske hendelser. Det finnes for eksempel arveanlegg (gener) som regulerer andre geners uttrykk. En bitteliten endring i disse, kalt en punktmutasjon, kan føre til at genet blir kreftfremkallende. Hvis en radioaktiv desintegrasjon av en atomkjerne i nærheten av et slikt gen fører til en slik punktmutasjon og denne ikke blir reparert av cellen, ville cellen kunne bli en kreftcelle og den påfølgende kreftsykdommen kunne betraktes som en hendelse delvis uten årsak. Denne erkjennelsen er et meget tungtveiende argument mot alle former for teleologisk tenkning (at hendelser beveger seg mot et forutbestemt mål) om naturen.

     Den usikkerheten som fjerner determinismen fra verden, ligger innebygget i kvantemekanikken i form av Heisenbergs uskarphetsrelasjon (også kalt usikkerhetsprinsippet). Denne innebærer at produktet av usikkerhetene i målingene av såkalte komplementære parametere, aldri kan bli mindre enn en viss konstant verdi. Hvis man klarer å bestemme verdien av én parameter meget nøyaktig, vil usikkerheten i målingen av den andre parameteren bli desto større. Vi kan for eksempel ikke samtidig både bestemme en partikkels hastighet og posisjon. Blir hastigheten meget nøye bestemt klarer vi ikke å finne partikkelens posisjon og omvendt. Usikkerheten ligger ikke bare i våre muligheter til å måle disse egenskaper, det er slik at disse egenskapene faktisk ikke er entydig bestemt.

     Denne mangelen på determinisme har møtt motstand blant annet fra Einstein, som gjennom hele livet følte seg utilfreds med denne probabilistiske tolkningen av kvantemekanikken. Han hevdet ikke at kvantemekanikken var feil. Tvert imot antok han at ihvertfall noen av dens forutsigelser måtte være korrekte. Det han imidlertid mente, var at den kvantemekaniske beskrivelsen av naturen var ufullstendig eller bare en tilnærming til virkeligheten. Han hevdet at bevegelsen til partikler måtte beskrives som sannsynligheter bare fordi noen parametere som beskriver bevegelse ennå ikke var blitt spesifisert. Hvis bare verdien av disse «skjulte parametere» ble kjent, kunne en fullstendig deterministisk bane for partikkelen beskrives. Sine synspunkter la han frem i en artikkel i 1935 sammen med to unge kolleger, Boris Podolsky og Nathan Rosen. Kritikken mot Einsteins synspunkter har blant annet vært basert på de tidligere nevnte kravene som stilles til vitenskapelige teorier. Ved å innføre skjulte variabler i ligninger innfører man flere årsaker enn det som er nødvendig, uten å øke forklarings- eller prediksjonspotensialet til teorien. Hypotesen om eksistensen av skjulte parametere leder i noen tilfeller til andre prediksjoner enn dem som kvantemekanikken foreslår. Det er dermed, med moderne apparatur, blitt mulig å avgjøre om hypotesen om skjulte parametere er feil.

     Eksperimenter som ble utført av fysikeren Alain Aspect og hans medarbeidere på 1980-tallet, viste at hypotesen om skjulte parametere virkelig var feil, og den kvantemekaniske forståelsen av verden ble dermed bekreftet.

     Den andre pilaren, den generelle relativitetsteorien, er en gravitasjonsteori som omhandler makroskopiske fenomener i størrelsesordener fra meternivå til universet som helhet. Vi har allerede vært innom relativitetsteorien blant eksemplene under avsnittene om forklaring og forutsigelse, i kapittelet om krav til vitenskapelige teorier.

Albert Einstein pleide å fortelle at det enestående glimtet av innsikt som satte ham på sporet av den generelle relativitetsteorien, var da han innså at en mann som faller fra et tre eller en person fanget i en fritt fallende heis, ikke vil føle noen gravitasjonskraft. Menneskene i heisen vil flyte, fullstendig vektløst, slik som vi har sett astronauter i romskip på TV. Hvis akselerasjonen til en fallende heis som raser nedover med en stadig større hastighet nøyaktig kan kompensere for gravitasjonskraften, så er denne kraften og akselerasjonen nøyaktig ekvivalente størrelser. Denne fundamentale likheten mellom gravitasjon og akselerasjon kalles ekvivalensprinsippet. Prinsippet kan anskueliggjøres hvis vi tenker oss heisen erstattet av et lukket laboratorium som slepes etter en jevnt akselererende rakett i verdensrommet. Alt i laboratoriet vil falle på gulvet, og en fysiker som befinner seg inne i laboratoriet, vil ikke ha noen mulighet til å avgjøre om kraften som virker nedover skyldes en akselerasjon eller et gravitasjonsfelt.

     Einstein knyttet denne erkjennelsen sammen med den russiske matematikeren Hermann Minkowskis modell av universet. Denne modellen hevdet at alle hendelser i universet finner sted i et firedimensjonalt rom hvor de tre romdimensjonene er knyttet sammen med en tidsdimensjon. Denne sammenkoblingen resulterte til slutt i et sett matematiske ligninger som beskriver gravitasjon. Ifølge den generelle relativitetsteori blir dette firedimensjonale rommet krummet og vridd av materielle legemer som befinner seg i rommet. Det er disse krumningene og vridningene som utgjør gravitasjonskraften. Således kan vi si at jorden går ikke i en krum bane rundt solen, men i en bane som tilsvarer en rett linje i et krumt rom. For å anskueliggjøre et krumt rom kan vi tenke oss et stramt strukket, plant, elastisk laken. Hvis vi plasserer bowlingball på lakenet, vil den lage en dump i lakenet. Om vi så triller en klinkekule nær ballen vil denne bli avbøyd i dumpen og dens bane vil få en knekk. Denne situasjonen er analog til bevegelsen av en komet hvis bane blir avbøyd nær solen. Hvis klinkekulen trilles nærmere bowlingballen, vil den begynne å sirkulere omkring denne. Vi får da en situasjon som tilsvarer jordens bevegelse rundt solen. Denne tankegangen kan beskrives i aforismen: Materien forteller rommet hvordan det skal krumme seg, rommet forteller materien hvordan den skal bevege seg.

     Av Einsteins spesielle og generelle relativitetsteorier følger en rekke konsekvenser som bryter sterkt med våre klassiske, tilvante forestillinger om massens, rommets og tidens egenskaper. Ikke desto mindre har teoriene holdt stand mot alle forsøk på falsifisering. De mest nøyaktige testene i forbindelse med lysets bevegelse gjennom det krumme rom avviker mindre enn 0.1% fra forutsigelsene i teoriene. Den generelle relativitetsteori er en essensiell bestanddel av astrofysikk og kosmologi, og kan forklare eksotiske fenomener som nøytronstjerner, sorte hull og gravitasjonsbølger.

Utviklingen av relativitetsteorien medførte også en omveltning i synet på universet. Fra gammelt av da menneskene styrte på jorden mens Gud regjerte i himmelen, befestet forestillingen seg om at siden Gud var evig og uforanderlig, så var hans bolig, himmelen, det også. Denne forestillingen var blitt hengende igjen. I 1924 viste den russiske fysikeren Alexander Friedman at et univers hvor relativitetsteoriens lover gjaldt ville være ustabilt, og om det var i ro så ville den minste forstyrrelse bringe det ut av likevekt og starte en ekspansjon, en utvidelse, eller en komprimering. Så sterk var troen på et statisk univers at Eistein innførte en hjelpehypotese om en kosmologisk konstant i sine ligninger, som ville gi masser frastøtende effekt over meget store avstander slik at ikke universet kollapset allikevel. I 1929 publiserte imidlertid den amerikanske astronomen Hubble sine undersøkelser av en rekke galakser, eller øyer av stjerner i universet. Han hadde analysert spektrene av lyset fra disse galaksene, og sett at lyset hadde forskjøvet seg mot den røde delen av spekteret i varierende grad for forskjellige galakser. Jo større avstand var mellom jorden og en galakse, desto kraftigere rødforskyvning observerte han. Dette tolket Hubble som at galaksene fjernet seg fra hverandre og at de på et tidligere tidspunkt måtte ha vært meget nær hverandre. Med andre ord: universet ekspanderer som forutsagt i den generelle relativitetsteorien.

     Dette var starten på den såkalte standard-modellen eller Big Bang modellen for universets tilblivelse. Ifølge denne modellen, som er akseptert av det store flertall av dagens kosmologer, begynte universet som et punkt med tilnærmet uendelig høy tetthet. I løpet av det første sekundet gjennomgikk universet en voldsom utvidelse, en såkalt kaotisk inflasjon, til en størrelse omtrent som en grapefrukt. Siden fortsatte universet å utvide seg, men i et saktere tempo.

     På grunn av at det virker tiltrekkende krefter mellom partikler eller legemer, kreves det energi for å dra disse lenger vekk fra hverandre. Denne energien hentes fra legemenes bevegelsesenergi. Når partiklenes bevegelsesenergi avtar, dvs. at hastigheten synker, er dette ensbetydende med at temperaturen synker. Temperaturen i det tidlige univers sank altså etter hvert som det utvidet seg. Under de første millioner år ble de lette grunnstoffene som universet stort sett består av, dannet: hydrogen, helium og litium. Temperaturen var imidlertid så høy at alt stoff forelå som plasma. Det vil si at elektronene var ikke bundet til bestemte atomkjerner, men beveget seg fritt mellom kjernene. Dette plasmaet var ugjennomsiktig. Først etter omkring en million år hadde temperaturen sunket så meget at elektronene ble bundet til atomkjernene. Universet ble da transparent. Galaksene med sine myriader av stjerner ble så dannet de neste syv milliarder år.

     I midten av 1940-årene hevdet vitenskapsmannen Georg Gamow og hans medarbeidere at hvis denne Big Bang -teorien var riktig, burde det være mulig å detektere restene av strålingen fra denne eksplosjonen. Universet hadde den gang en temperatur på 10 milliarder grader. Hvis universet utvidet seg, skulle man observere en sterk forskyvning av spekteret, slik at strålingen ville bli detektert som mikrobølger som fra et legeme med en temperatur på 5 til 7 K, dvs. 5 til 7 grader over det absolutte nullpunktet. I 1965 oppdaget forskerne Arno Penzias og Robert Wilson en mikrobølgestråling på omkring 3 K som en bakgrunnsstråling fra selve verdensrommet. Dette styrket troen på Big Bang modellen i vesentlig grad.

     Den tredje pilaren som Big Bang -modellen hviler på, er at den kan forklare forekomsten og de relative mengder av de lette elementene D, ³He, ⁴He og ⁷Li som en observerer i universet.

     Med store mengder data og gjennomarbeidede teorier kan naturvitenskapen forklare en rekke fundamentale fenomener. Den vitenskapelige fremgang har historisk sett bare akselerert. Det er ingen grunn til å tro at denne fremgang skal stoppe nå. Den moderne vitenskaps seire viser at den har metoden som kreves for å tilnærme seg foreløpig uløste oppgaver, og at den vitenskapelige tenkemåte er andre tilnærmingsmåter fullstendig overlegen.

Vitenskapen blir på grunn av sin overlegenhet og sine enorme dokumentasjonskrav av og til angrepet, og anklaget for å være rigid, selvtilfreds og lite åpen for nye ideer. Denne kritikken er forfeilet. Om nye observasjoner eller data argumenterer for det, er vitenskapen åpen for å undersøke omveltende teorier. Det er slik verden går fremover. Det kanskje mest tillitvekkende trekk ved vitenskapen er nettopp grunnsetningen om at intet spørsmål regnes noen gang for endelig besvart. Slik sett har forkastede teorier i prinsippet alltid en mulighet for oppreisning, om enn i en revidert form.

Et godt eksempel på at det fremdeles går an å hevde et avvikende syn innen vitenskap, er påstanden om at standard-modellen for universets begynnelse er feil og at Big Bang aldri har forekommet. Tanken om et univers mindre enn et knappenålshode strider sterkt imot vår intuitive sans for hva som er mulig. H. C. Arp og hans medarbeidere rettet i sin tid kraftig kritikk mot hele Big Bang teorien. Som en hovedinnvending påpekte de at selv om forholdet mellom galakseavstand og rødforskyvning gjaldt for galakser, fant man ikke denne sammenhengen for en gruppe av intenst kraftige energikilder i universet, de såkalt kvasistellare objekter eller kvasarene. De påstod også å ha observert en rekke galakser og kvasarer som hang sammen, men som allikevel hadde helt forskjellig grad av rødforskyvning. Hvis dette stemmer, faller tolkningen av rødforskyvning som et mål på avstand.

     En annen hovedinnvending mot Big Bang -modellen var at den antar at galaksene ble dannet i områder med relativt høy massetetthet i det tidlige univers. Disse områdene med høyere tetthet ville kunne detekteres som ujevnheter i temperaturen i den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Det har vært lett mye etter slike ujevnheter, men bakgrunnsstrålingen har vist seg å være meget jevn uansett fra hvilken retning man måler den. Arp og hans medarbeidere foreslo at bakgrunnsstråling kunne være et lokalt fenomen som skyldtes f.eks. dannelsen av metallnåler, f.eks. av jern, med en milliontedels cm i tykkelse og omkring 1 mm lange. Disse partiklene ville absorbere energi og stråle den mottatte energien ut igjen i mikrobølgeområdet som en jevn bakgrunnsstråling.

     En tredje hovedinnvending mot Big Bang modellen baserte seg på at når vi observerer fjernere og fjernere deler av universet, så ser vi samtidig lengre og lengre tilbake i tid, siden lyset har brukt lengre og lengre tid for å nå oss. Galaksetettheten burde derfor øke ettersom vi ser lenger ut i universet. Tettheten av en type galakser som kalles radiogalakser, viser seg å være konstant i en hvilken som helst del av universet. Dette tyder på at universet ikke forandrer seg over tid og gir støtte til en såkalt steady state, dvs. stasjonær modell av universet. På bakgrunn av disse og andre innvendinger ble det hevdet at Big Bang ikke ville overleve som teori det neste decenniet.

Vi skal se et eksempel på at det går an å hevde avvikende syn innen biologisk vitenskap også. Gjennom en rekke forsøk hevdet en gruppe forskere at de kunne observere en effekt av molekyler i sterkt fortynnede løsninger. Løsningene var fortynnet så mye at det ikke var noen virksomme molekyler tilbake, men allikevel observerte forskerne biologiske effekter. Forsøkene ble utført med en gruppe humane hvite blodlegemer som naturlig har bundet antistoffer av typen IgE på sin overflate. Ved å la cellene reagere med stoffer som binder seg til disse IgE molekylene, vil cellene degranulere, dvs tømme innholdet av små vesikler eller «poser» ut til omgivelsene. Denne degranuleringen kan observeres i mikroskop. Forskerne benyttet et antistoff som var laget i geiter og som reagerte med IgE på cellene. De laget så forskjellige fortynninger av denne løsningen og så at etter hvert som de fortynnet, sluttet cellene å reagere. Dette var som forventet. Men da de fortsatte å fortynne, begynte cellene å degranulere på nytt. Slik fortsatte de å tynne og tynne og effekten kom og forsvant med syklisk periodisitet. Den sterkeste fortynningen de prøvde var 10¹²⁰. Ved denne konsentrasjonen er alle aktive molekyler forlengst tynnet ut av løsningene.

     Disse forsøkene vakte en viss oppmerksomhet, men ingen har siden klart å reprodusere dem. Resultatene tilskrives derfor metodologiske feil og unøyaktigheter. Dette eksempelet viser, i tillegg til at vitenskapen er åpen for nye ideer, en annen styrke ved vitenskapen, nemlig hvor viktig den anser kravet til metodologisk beskrivelse er. En av de vitenskapelige grunnreglene er at forsøk skal beskrives så detaljert at en hvilken som helst faglig trenet person skal kunne repetere dem. Kun på denne måten er det mulig å få bekreftet eller avkreftet teorier.

Hvor går veien videre? Vil vi noen gang få fullstendige lover som forklarer alle fenomener vi observerer i universet og som samtidig forteller oss hvordan universet oppsto og utviklet seg?

     Det finnes fire kjente typer fysiske krefter i universet: gravitasjonskraften, den elektromagnetiske kraft, den svake og den sterke kjernekraften. Teoretiske fysikere har lenge drømt om å lage en TOE, en Theory of Everything; det vil si en matematisk teori som baserer seg på antagelsen om at alle de fire kjente krefter i universet egentlig er forskjellige uttrykk for den samme kraften.

     Fysikerne Sheldon Glashow, Abdus Salam og Steven Weinberg foreslo i 1979, som et trinn i denne hypotesen, at den elektromagnetiske kraft og den svake kjernekraften er uttrykk for en og samme kraft. De forutsa at hvis dette var riktig så skulle det finnes to nye partikler, W og Z, med masser 80 eller 90 ganger protonets masse. I 1984 ble disse partiklene oppdaget av Carlo Rubbia og Simon van de Meer ved partikkel-akseleratoren i CERN i Geneve. Denne verifiserte forutsigelsen førte til generell akseptering av teorien.

     En av vanskelighetene med å knytte gravitasjonskraften til de andre typer krefter er at den generelle relativitetsteorien er en klassisk teori. Det betyr at den ikke tar hensyn til kvantemekanikkens usikkerhetsrelasjon. Siden de gravitasjonsfeltene som studeres er relativt svake, vil usikkerhetsrelasjonen ikke føre til uoverensstemmelser mellom teori og eksperimenter. Når gravitasjonsfeltene blir meget sterke, som i sorte hull og ved Big Bang, kan kvantemekaniske betraktninger bli viktige. En komplett, konsekvent teori som forener relativitetsteorien og kvantemekanikken står derfor høyt på fysikernes ønskeliste.

     Det vil føre altfor langt selv det å gi en kort beskrivelse av alle de teoriene som ligger til grunn for den moderne forståelsen av universets beskaffenhet, opprinnelse og utvikling. Vi skal derfor her bare kort nevne noen punkter som det kan være viktig å være klar over når vi betrakter kosmologiske problemstillinger.

     Til tross for at vitenskapen ennå ikke har helhetlige teorier som binder sammen alle naturkreftene, finnes det meget levedyktige del-teorier som kan forklare en rekke helt fundamentale kosmologiske observasjoner og problemstillinger. Den britiske matematikeren Steven Hawking filosoferer over noen av dem i sin bok «Univers uten grenser». Her skal vi kort bare nevne at den såkalte kaotiske inflatoriske Big Bang -modellen kan forklare hvorfor massen i universet klumper seg sammen til galakser og galaksehoper og ikke er jevnt spredd i universet. Denne modellen forteller samtidig at dette ikke er en usannsynlig hendelse.

     Det finnes teorier som forklarer hvorfor universet ikke er tomt, men inneholder massepartikler som alt, inklusive oss selv, er bygget opp av. Det inngår i disse betraktningene at den totale mengde energi i universet er nøyaktig lik null. Stoffet i universet utgjør den positive energien, mens gravitasjonsfeltet eller tyngdefeltet utgjør den negative energien. I et noenlunde ensartet rom vil den negative tyngdekraften motsvare materiens positive energi. I slike modeller betraktes ikke rommet som tomt. Man baserer seg isteden på kvantemekaniske betraktninger om rommet som bestående av par av partikler og deres antipartikler som spontant oppstår og forsvinner igjen. Dette kan skje uten at de fysiske lover brytes, fordi partikkelparene har så kort levetid at de ikke bryter med kvantemekanikkens usikkerhetsrelasjoner. Slike partikler kalles virtuelle partikler eller «praktisk talt» eksisterende partikler. Av og til vil slike partikler kunne overleve og bli eksisterende partikler. Disse kan ikke påvises direkte, men en kan observere effekten av dem.

     Hvis et slikt partikkelpar blir dannet på grensen til et sort hull, vil den ene partikkelen kunne fanges av det sorte hullet mens den andre unnslipper som en vanlig eksisterende partikkel. For oss vil det ta seg ut som om det kommer stråling fra det sorte hullet. Det var denne tankegangen som lå bak Stephen Hawkings arbeid med sorte hull som fordamper. Under normale omstendigheter vil slike virtuelle partikkel-antipartikkelpar ikke ha noen problemer med å utslette hverandre innenfor usikkerhetsintervallet i tid som er gitt ved kvantemekanikkens usikkerhetsrelasjoner. Under Big Bang derimot, utvidet rommet seg så hurtig at spontant dannede partikler ble dratt vekk fra sin korresponderende antipartikkel. Ved dermed å bli nektet muligheten til å rekombinere ble disse virtuelt eksisterende partiklene reelt eksisterende. Etter hvert som ekspansjonen avtok begynte partikler og antipartikler igjen å kollidere og tilintetgjøre hverandre. Forskerne regner med at det forelå en liten asymmetri, slik at det ble dannet en liten overskuddsmengde med partikler, omtrent en milliard og en partikler pr. en milliard antipartikler. Det er dette bitte lille partikkeloverskuddet som i dag utgjør den observerbare massen i universet.

     Det eksisterer også forsøk på å knytte sammen kvantemekanikken og den generelle relativitetsteorien. Dette kan man få til ved å betrakte de grunnleggende partiklene i rommet ikke som punkter, men som uendelig tynne åpne eller lukkede strenger. Strengeteoriene ser ut til å være konsekvente bare hvis universet består av ti eller 26 dimensjoner. I tillegg til de tre romdimensjonene og den ene tidsdimensjonen vi kjenner, vil universet altså bestå av en rekke andre dimensjoner. Disse tenkes imidlertid krummet i et rom som er så lite at vi ikke legger merke til det. I sine spekulasjoner hevder Hawking at vi observerer et univers med bare tre romdimensjoner fordi fire eller flere romdimensjoner ville gi for svake tyngdekrefter til å kunne danne stabile strukturer som stjerner og solsystemer.

     Slike betraktninger er nyttige når vi studerer livets utvikling og fremveksten av bevisste organismer som oss selv også. Livet slik vi kjenner det på jorden krever en meget lang utviklingsperiode, med relativt stabile forhold. Bare i de typer univers eller de deler av universet hvor slike stabile tilstander forefinnes, vil liv ha en mulighet for å oppstå og utvikle seg.

Det er vanlig å betrakte selve Big Bang som begynnelsen på universet. Dette er fordi i et uendelig lite og uendelig massetett univers bryter de fysiske lovene sammen. Intet av det som eventuelt eksisterte «før» Big Bang vil ha noen innvirkning på det nye universet. Ut fra Occams prinsipp er det som eventuelt var «før» derfor fullstendig likegyldig. Det har ingen som helst innvirkning på vårt univers om det fantes noe før Big Bang eller ikke. Hawking har presentert en alternativ variant av Big Bang teorien. I Hawkings modell av universet, hvor han benytter kvanteteori på tyngdekraften, åpner det seg en ny mulighet som ikke krever noe sammenbrudd av naturlovene. Dette universet ville bestå av et endelig tid-rom fullstendig uten grenser på samme måte som jordens overflate er endelig og uten grenser eller slutt. Hawking hevder at dette universet ville være fullstendig uavhengig og ikke påvirkes av noe utenfor seg selv. Det ville hverken ha oppstått eller bli ødelagt. Det ville ganske enkelt være. Denne modellen er fremdeles kontroversiell, men ser ut til å kunne forklare mysterier som hvorfor universet er så stort, så ensartet sett i stor skala, mens det viser betydelig struktur i en mindre skala.

     Andre teorier om universets begynnelse som heller ikke involverer noen første «årsak» finnes også. Blant disse hører teorien om universet som et «baby-univers» avsnørt fra et «mor-univers» som et sort hull. Baby-universet vil i denne modellen te seg som et sort hull sett fra mor-universet, som etter hvert fordamper og mister all kontakt med det gamle universet. Atter andre modeller spekulerer over om vårt univers bare er et nummer i en rekke av sykliske eller pulserende universer. Man tenker seg at universet gjennomgår en ekspanderende fase hvor massen bremses hele tiden. Til slutt stopper ekspansjonen opp og universet begynner sin komprimerende fase og kollapser og ender til slutt opp i et «big crunch» eller mer litterært et «gnab gib», som i sin tur gir opphav til et nytt Big Bang og et nytt univers.

På sin vei mot økt erkjennelse, besvarer vitenskapen nye problemstillinger med nye eksperimenter. Kravet om å gjennomføre eksperimenter som kan falsifisere eller bekrefte en teori, og vitenskapens villighet til å forandre seg dersom iakttagelser, eksperimenter og erfaringer tilsier det, medfører at vår forståelse av virkeligheten blir riktigere og riktigere. På denne måten beveger den seg stadig inn på nye felter fra milepæl til milepæl.

     En rekke nye oppdagelser er gjort de siste årene som gjør at vi må modifisere våre modeller av universet. De nye kraftige teleskopene har gjort at vi kan slutte at ekspansjonen av universet er akselererende. Vi antar nå også at den synlige massen i universet utgjør bare noen få prosent av all masse. Mesteparten av massen består av mørk materie og mørk energi. I tillegg har James Webb teleskopet vist at galakser er blitt dannet tidligere enn standardmodellen av universet skulle tilsi. Innenfor kvantemekanikken var det et stort øyeblikk da man i 2012 kunne annonsere at man hadde påvist Higgs bosonet som er assosiert med Higgsfeltet som gir partikler masse. Eksistensen av denne partikkelen ble forutsagt i 1964 av Peter Higgs og var nok en bekreftelse på vår forståelse av kvantemekanikken.

I denne sammenheng må det presiseres at vi må ikke forveksle teoriene med selve den vitenskapelige tenkemåte. Flere av de overnevnte teorier vil i fremtiden blir forkastet eller modifisert, men den vitenskapelige måte å tilnærme seg problemstillingene på, vil bestå.

Dette arbeidet mot en rasjonell fremstilling av universets historie, struktur og egenskaper baserer seg på prinsippet som ligger bak all vitenskap; universet er regelbundet og forutsigelig. Vitenskapen arbeider som vi ser seriøst med dype eksistensielle spørsmål som: Hvordan begynte universet, hvorfor ser universet ut som det gjør og hvilke lover styrer det. Hvordan kan liv og mennesker dannes og utvikles. Denne typen spørsmål har historisk ligget innunder kirken eller filosofien, men er nå en aktiv del av moderne naturvitenskap. Etter at den moderne naturvitenskap er vokst frem, ser vi at kirkens metafysiske, dogmatiske svar på disse spørsmålene er fullstendig ute av takt med sin tid. Det er til naturvitenskapene vi må henvende oss hvis vi ønsker kunnskapsbasert informasjon om disse emnene.