Vores sted i universet vil ændre sig dramatisk i de næste 50 år - her er hvordan

I 1900, så historien går, fremtrædende fysiker Lord Kelvin henvendte sig til British Association for the Advancement of Science med disse ord:"Der er ikke noget nyt at opdage i fysikken nu."

Hvor tog han fejl. Det følgende århundrede vendte fuldstændig fysikken på hovedet. Et stort antal teoretiske og eksperimentelle opdagelser har ændret vores forståelse af universet, og vores plads i den.

Forvent ikke, at det næste århundrede bliver anderledes. Universet har mange mysterier, der stadig mangler at blive afdækket - og nye teknologier vil hjælpe os med at løse dem i løbet af de næste 50 år.

Det første vedrører det grundlæggende i vores eksistens. Fysik forudsiger, at Big Bang producerede lige store mængder af det stof, du er lavet af, og noget, der kaldes antimateriale. De fleste stofpartikler har en tvillingemateriale, identisk, men med den modsatte elektriske ladning. Når de to mødes, de tilintetgør hinanden, med al deres energi omdannet til lys.

Men universet i dag er næsten udelukkende lavet af stof. Så hvor er al antimateriale blevet af?

Large Hadron Collider (LHC) har givet et indblik i dette spørgsmål. Det kolliderer protoner med uanede hastigheder, skaber tunge partikler af stof og antimateriale, der henfalder til lettere partikler, hvoraf flere aldrig var set før.

LHC har vist, at stof og antimateriale henfalder med lidt forskellige hastigheder. Dette går del - men ikke nær alt - af vejen til at forklare, hvorfor vi ser en asymmetri i naturen.

Problemet er, at i forhold til præcisionen fysikere er vant til, LHC er som at spille bordtennis med en tennis -ketsjer. Da protoner består af mindre partikler, når de støder sammen, sprøjtes deres inderste overalt, gør det meget sværere at få øje på nye partikler blandt affaldet. Dette gør det svært at måle deres egenskaber nøjagtigt for yderligere spor til, hvorfor så meget antimateriale er forsvundet.

Tre nye kolliderer vil ændre spillet i de kommende årtier. Chief blandt dem er Future Circular Collider (FCC) - en 100 km tunnel, der omkranser Genève, som vil bruge 27 km LHC som en slipway. I stedet for protoner, kollidererne vil smadre elektroner og deres antipartikler sammen, positroner, ved meget højere hastigheder, end LHC kunne opnå.

I modsætning til protoner, elektroner og positroner er udelelige - så vi ved præcis, hvad vi støder sammen. Vi vil også være i stand til at variere energien, hvor de to støder sammen, at producere specifikke antimateriale partikler, og måle deres egenskaber - især måden de henfalder på - meget mere præcist.

Disse undersøgelser kunne afsløre helt ny fysik. En mulighed er, at antimateriens forsvinden kan være relateret til eksistensen af ​​mørkt stof - de hidtil uopdagelige partikler, der udgør hele 85% af massen i universet. Fraværet af antimateriale og forekomst af mørkt stof skyldes sandsynligvis sig selv de forhold, der var til stede under Big Bang, så disse eksperimenter undersøger lige ind i vores eksistens oprindelse.

Det er umuligt at forudsige, hvordan endnu skjulte opdagelser fra kolliderforsøg vil ændre vores liv. Men sidste gang vi så på verden gennem et mere kraftfuldt forstørrelsesglas, vi opdagede subatomære partikler og kvantemekanikens verden - som vi i øjeblikket udnytter til revolutionering af computing, medicin og energiproduktion.

Alene ikke mere?

Lige meget mangler at blive opdaget på den kosmiske skala-ikke mindst det ældgamle spørgsmål om, hvorvidt vi er alene i universet. På trods af den nylige opdagelse af flydende vand på Mars, der er endnu ikke tegn på mikrobielt liv. Selvom den findes, planetens barske miljø betyder, at det ville være utroligt primitivt.

Søgningen efter liv på planeter i andre stjernesystemer har hidtil ikke båret frugt. Men det kommende James Webb -rumteleskop, lanceres i 2021, vil revolutionere den måde, vi opdager beboelige eksoplaneter.

I modsætning til tidligere teleskoper, som måler faldet i en stjernes lys, når en kredsende planet passerer foran den, James Webb vil bruge et instrument kaldet en koronagraf til at blokere lyset fra en stjerne, der kommer ind i teleskopet. Dette fungerer på omtrent samme måde som at bruge din hånd til at blokere for, at sollys kommer ind i dine øjne. Teknikken gør det muligt for teleskopet direkte at observere små planeter, der normalt ville blive overvældet af stjernens lyse blænding.

Ikke alene vil James Webb -teleskopet være i stand til at opdage nye planeter, men det vil også være i stand til at afgøre, om de er i stand til at støtte livet. Når lyset fra en stjerne når en planets atmosfære, visse bølgelængder absorberes, efterlader huller i det reflekterede spektrum. Ligesom en stregkode, disse huller giver en signatur for de atomer og molekyler, som planetens atmosfære består af.

Teleskopet vil kunne læse disse "stregkoder" for at opdage, om en planets atmosfære har de nødvendige betingelser for livet. Om 50 år, vi kunne have mål for fremtidige interstellare rummissioner for at bestemme hvad, eller hvem, kan bo der.

Tættere på hjemmet, Jupiters måne, Europa, er blevet identificeret som et sted i vores eget solsystem, der kunne rumme liv. På trods af den kolde temperatur (−220 ° C), tyngdekræfter fra den ultra-massive planet, den kredser om, kan sluse vand under overfladen omkring tilstrækkeligt til at forhindre, at det fryser, gør det til et muligt hjem for mikrobielt eller endda vandlevende liv.

En ny mission kaldet Europa Clipper, sat til lancering i 2025, vil bekræfte, om der findes et hav på overfladen, og identificere et passende landingssted for en efterfølgende mission. Det vil også observere stråler med flydende vand, der fyres ud fra planetens isnende overflade for at se, om der er organiske molekyler til stede.

Uanset om det er de mindste byggesten i vores eksistens eller rummets storhed, universet rummer stadig en række mysterier om dets virke og vores sted i det. Det vil ikke opgive sine hemmeligheder let - men chancerne er store for, at universet vil se fundamentalt anderledes ud om 50 år.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.