S_DetNaturvidenskabeligeFakultet_1850-2000

Evolution of m atter

m

are the archives of the Big Bang, the birth og the universe

mere og m ere ordnet. De m ange forskel­ ligartede strukturer vi i dag ser i Univer­ s e t-f o r eksem pel galakser, stjerner, pla­ neter, roser, m ennesker, biblioteker og universiteter - er dannede som følge af, at Universet til stadighed udvider sig og derm ed afkøles. Alt hvad vi ser om kring os, altså også livet selv, m ennesket, ja hele vor kultur er et resultat a f afkøling. Da de første atom er (H, He) opstod var tem peraturen i det væsentlige den sam ­ me overalt i Universet. Universet synes at være dødfødt set ud fra term odynam ik­ kens resultater. Hvordan kan vi forklare fremvæksten a f strukturer fra det kosm i­ ske plasma? Svaret på sådan et spørgsm ål er langt fra trivielt, m en svaret er afgørende for vort emne. N edenfor følger et kortfattet forsøg på at give svaret. Entropi og Gravitation I den elem entæ re term odynam ik læ rer vi følgende: E ntropien a f en gas i en lukket beholder har m aksim um , når tem pera­ turen er den samm e overalt, og når gassen fylder hele beholderen. G assen er da, siger m an, i term odynam isk ligevægt. Ingen tem peraturforskel vil m ere kunne optræde i gassen og entropien kan ikke stige yderligere. Disse resultater gæ lder im idlertid kun, hvis vi ser b ort fra tyngdekraften. Hvis den betragtede beholder har dim ensio­ ner som Mælkevejen vil gassen ikke fylde hele volum enet. Tyngdekraften vil da skabe lokale koncentrationer a f sto f (»stjerner«) og entropien vil herm ed stige gennem produktion a f fotoner. Den op­ rindeligt dispergerede gas har altså lav entropi. G assens entropi kan vokse g en­ nem lokale koncentrationer a f sto f via tyngdekraften, og således skabes der tem peraturforskelle i gassen. Derfor: N år vi betragter både stoffet og det tilhørende gravitationsfelt, kan vi for­ stå, hvorfor Universet var i stand til at skabe tem peraturforskelle og derigen­ nem at strukturere sig selv. Dette betyder im idlertid ikke nødven­ digvis, at ideen om Universets sluttelige varmedød m å forlades; m en - og dette er ligeledes a f central b ety d n in g -U n iv er­ sets udvidelse m edfører, at entropien til stadighed kan vokse, uden nødvendigvis nogensinde at nå en m aksim alværdi. Den maksimale værdi a f entropien i et eks­ panderende Univers vokser m ed tiden, fordi Universets volum en bliver større. Fænom enet samm enlignes undertiden med et svømm ebassin, der har vægge, der bevæger sig bort fra hverandre. Hvis vi forsøger at fylde et sådant svømm ebas­ sin med vand, kan m æ ngden a f vandet i bassinet vokse ustandselig, uden at vi n o ­ gensinde risikerer, at svømm ebassinet bliver fyldt op og løber over. Det 19. århundredes statiske Univers ville være at samm enligne m ed et svømm ebassin med faste vægge. D erm ed ville varm edø­

den være uundgåelig. Nye opdagelser kan æ ndre vor opfattelse a f Universets hi­ storie. Et hoved-spørgsm ål i dag er: Lever vi i et selvorganiserende Univers? Er livet e t tvingende ledsage­ fænomen til dannelsen af visse typer af stjerner? Betragter m an Jorden i et kosm isk per­ spektiv, kan vi m åske opfatte livet som et trin blandt flere i stoffets evolution mod højere og højere organisation, en evoluti­ on drevet i sidste instans a f Universets udvidelse og den deraf følgende af­ køling. Biologisk m ateriale er m åske blot et yderligere - om end forbavsende - skridt i den til stadighed voksende orga­ nisation a f atom erne i Mælkevejen. De m uligheder der ligger gem t i brint og helium er m ildest talt forbløffende! For ti m illiarder år siden var vor galakse, Mælkevejen, en kæm pem æ ssig roterende sky a f netop brint og helium . G ennem m illiarder a f års kosm isk udvikling har den galaktiske sky a f brint og helium om ­ d annet sig til stjerner, planeter og liv. Ud fra dette synspunkt kan biologisk m ateri­ ale opfattes som en slags fysisk tilstand a f stoffet. Stoffet i Mælkevejen har for­ skellige frem træ delsesform er: Plasm atil­ stand, flydende tilstand, fast tilstand og (måske) biologisk tilstand. Er udviklingen a f stoffet m od større og større k om plek sitet-ind b efatten d e bio­ logiske fæ nom ener - et universelt fæno- Livets udvikling på Jorden Livet opstod på jorden for om kring fire m illiarder år siden, og livets lange histo­ rie viser m ed sikkerhed, at det bemærkel­ sesværdige fæ nom en vi kalder evolution, har fundet sted. Udviklingen fra en pri­ mitiv, encellet struktur til m ennesket sy­ nes at vise, at også livets udvikling er gået i retning a f m ere og m ere komplicerede strukturer. Livets evolution på Jorden sy­ nes at afspejle en udvikling a f stoffet mod en stadig højere grad a f ordnede struktu­ rer. Der er im idlertid forskellige opfattel­ ser a f denne sag. Livet betragtes a f nogle som en bizar foreteelse, et resultat a f en så usandsyn­ lig samm enkæ dning a f molekyler, at den m åske kun har fundet sted eet eneste sted i Universet, nem lig her på Jorden. Den franske biolog og nobelpristager, J. M onod, har udtrykt det således: »... Langt om længe ued mennesket at det er al­ ene i detfølelseskoide, uendelige Univers, hvor­ afdet udsprang ved en tilfældighed«. I henhold til den ortodokse opfattelse er den darw inske udvælgelse fuldstæ n­ dig blind. At evolutionen fra m ikrobe til m enneske synes at vise opadgående ud­ vikling finder udelukkende sin begrun­

delse i m enneskets arrogance. Vi opfatter os selv som en slags krone på værket. Men - siger darw inisterne - vejen gen­ nem evolutionen er en tilfældig gang gennem de tilstedeværende muligheder. Filteret er den naturlige udvælgelse, som m åske kan give indtryk a f en retning, et »mål«. Men: Der er ingen retning, ingen indre drivende kraft mod højere organi­ sation. For eksempel ingen drivende kraft m od bevidsthed og intelligens. Skulle alt højere liv på Jorden, ved en ka­ tastrofe engang blive udslettet, og evolu­ tionens »film« så at sige spillet een gang til, ville m ennesket ikke - ifølge den dar­ w inistiske opfattelse - opstå igen. Evolu­ tionen er fyldt med historiske tilfældig­ heder. Der er im idlertid en helt anden opfat­ telse a f livets oprindelse og udvikling. En slags determ inistisk skole, der på en m åde udfordrer den klassiske darwinske opfattelse. Kort beskrevet: Kompleksitet kan opstå spontant gennem processer, der går under betegnelsen selvorganisati­ on. Hvis dette viser sig atvæ re tilfældet, er vejen til dannelse afliv ikke underlagt tilfæ ldighedernes lune. Vejen til liv, til be­ vidsthed og intelligens er m åske en helt anden end den tilfæ ldighedens vej, der beskrives i darw inism en. Selvorganisationens relevans for bio­ logi er under debat. Opfattelsen antyder, at medens Universet i henhold til varme- teoriens 2. hovedsæ tning bevæger sig m od »varmedøden«, eksisterer der m åske et andet fundam entalt træk i natu­ ren: En progressiv tendens, hvor Univer­ sets sto f bevæger sig m od højere og høje­ re organisation. I henhold til denne de­ term inistiske opfattelse er livet indbygget i den lovmæssighed, hvorefter stoffet i Universet udvikler sig. Livet er indskrevet i det store kosm iske dram a på en helt grundlæ ggende måde. Livet frem kom ­ m er ikke som et resultat a f sjældne histo­ riske tilfældigheders spil; men som én, om end forbavsende, så dog naturlig frem trædelsesform for stoffet i Univer­ set. E ftersøgning afliv udenfor Jorden er den centrale prøvesten for de to rivalise­ rende opfattelser. Og her har vi den af­ gørende betydning a f eftersøgning afliv på Mars. Der ligger m åske en perle a f potentiel kundskab gem t i klipperne på Mars. Hvis m an finder en bakterie på Mars, fossil el­ ler i live - og man kan påvise at denne bakterie er dannet på Mars uafhæ ngigt a f biosfæren her på Jorden - vil det på dybt­ gående vis påvirke vor opfattelse a f stof­ fets udvikling i Mælkevejen. Vi lever da - m ed en til vished græ nsende sandsynlighed - i et selvorga­ niserende Univers. Derfor: Til Mars!

came out of the Big Bang and formed the galaxies stars produce heavier elements

Supernovae explosions produce the very heavy elements

The elements are the archives of the nuclear processes in the stars

Molecules and dust grains form interstellar clouds

Planetary systems form Some large asteroids produce basalt before dying are the archives of the evolutionary processes in the asteroids, moons and planets

until now found only on Eartf

Afslutning I de komm ende år vil vi se en om fattende udforskning a f Mars, kulm inerende med den bem andede flyvning til planeten. Rejsen til Mars har det formål at udvi­ de vort kendskab til Mælkevejens udvik­ ling, og herunder isæ r at opnå indsigt i de fysiske og kem iske betingelser, der fører til dannelsen afliv. Måske kan vi gennem studiet a f planeten Mars besvare det helt afgørende spørgsm ål: Lever vi i et selvorganiserende Univers? Det ville være en arv, der er Tycho Bra- he værdig, hvis Københavns Universitet med kraft og vitalitet ville deltage i denne komm ende udforskning afM ars. Det vil­ le måske oven i købet være et mål for Ø resunds Universitetet! N år m ennesket om et par årtier sæ tter de første fodtrin i det røde støv på Mars, og bygger den første forskningsstation på planeten, bør den bære følgende navn: »Hven 2«. ■

15