Hvordan startet universet?

Dette representerer en tidslinje for universet fra Big Bang til nåtiden. Til venstre er 'fødselshendelsen' til kosmos, kjent som 'Big Bang'. NASA / WMAP Science Team

Hvordan begynte universet? Det er et spørsmål forskere og filosofer har fundert på gjennom historien mens de så på stjernehimmelen over. Det er astronomiens og astrofysikkens jobb å gi et svar. Det er imidlertid ikke lett å takle.

En kunstners oppfatning av hvordan Big Bang kan ha sett ut, hvis noen hadde vært rundt for å se det. HENNING DALHOFF/Getty Images

De første store glimt av et svar kom fra himmelen i 1964. Det var da astronomene Arno Penzias og Robert Wilson oppdaget et mikrobølgesignal begravet i data de tok for å se etter signaler som ble sprettet fra Echo-ballongsatellitter. De antok den gangen at det rett og slett var uønsket støy og forsøkte å filtrere ut signalet.

Antennen som Penzias og Wilson brukte da de snublet over signalene fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen som varslet universets fødsel. Fabio, CC BY-SA 3.0

Det viser seg imidlertid at det de oppdaget kom fra en tid kort tid etter universets begynnelse. Selv om de ikke visste det på det tidspunktet, hadde de oppdaget det Kosmisk mikrobølgebakgrunn (CMB). CMB hadde blitt spådd av en teori kalt Big Bang, som antydet at universet begynte som et tett varmt punkt i rommet og plutselig utvidet seg utover. De to mennenes oppdagelse var det første beviset på den opprinnelige hendelsen.

Det store smellet

Hva startet universets fødsel? I følge fysikk oppstod universet fra en singularitet - et begrep fysikere bruker for å beskrive områder i rommet som trosser fysikkens lover. De vet veldig lite om singulariteter, men det er kjent at slike regioner eksisterer i kjernene av svarte hull . Det er et område hvor all massen som er slukt opp av et svart hull blir presset inn i en bitteliten spiss, uendelig massiv, men også veldig, veldig liten. Se for deg å stappe jorden inn i noe på størrelse med en pinpoint. En singularitet ville være mindre.

Det betyr ikke at universet begynte som et svart hull. En slik antakelse ville reise spørsmålet om noe som eksisterer før Big Bang, som er ganske spekulativt. Per definisjon eksisterte ingenting før begynnelsen, men det faktum skaper flere spørsmål enn svar. For eksempel, hvis ingenting eksisterte før Big Bang, hva var årsaken til at singulariteten ble skapt i utgangspunktet? Det er et 'gotcha' spørsmål astrofysikere fortsatt prøver å forstå.

Men når singulariteten ble opprettet (uansett det skjedde), har fysikere en god ide om hva som skjedde videre. Universet var i en varm, tett tilstand og begynte å utvide seg gjennom en prosess kalt inflasjon. Den gikk fra veldig liten og veldig tett, til en veldig varm tilstand. Deretter avkjølte den ettersom den utvidet seg. Denne prosessen blir nå referert til som Big Bang, et begrep først laget av Sir Fred Hoyle under en radiosending fra British Broadcasting Corporation (BBC) i 1950.

Selv om begrepet antyder en form for eksplosjon, var det virkelig ikke et utbrudd eller et smell. Det var egentlig den raske utvidelsen av rom og tid. Tenk på det som å blåse opp en ballong: når noen blåser luft inn, utvider det ytre av ballongen seg utover.

Øyeblikkene etter Big Bang

Det veldig tidlige universet (om gangen noen brøkdeler av et sekund etter at Big Bang begynte) var ikke bundet av fysikkens lover slik vi kjenner dem i dag. Så ingen kan forutsi med stor nøyaktighet hvordan universet så ut på den tiden. Likevel, forskere ha vært i stand til å konstruere en omtrentlig representasjon av hvordan universet utviklet seg.

For det første var spedbarnsuniverset i utgangspunktet så varmt og tett at til og med elementærpartikler som protoner og nøytroner kunne ikke eksistere. I stedet forskjellige typer saken (kalt materie og anti-materie) kolliderte sammen og skapte ren energi. Da universet begynte å avkjøles i løpet av de første minuttene, begynte protoner og nøytroner å dannes. Sakte kom protoner, nøytroner og elektroner sammen for å danne hydrogen og små mengder helium. I løpet av milliarder av år som fulgte, dannet stjerner, planeter og galakser seg for å skape det nåværende universet.

Bevis for Big Bang

Så tilbake til Penzias og Wilson og CMB. Hva de fant (og som de vant en Nobel pris ), blir ofte beskrevet som ekkoet av Big Bang. Den etterlot seg en signatur av seg selv, akkurat som et ekko hørt i en canyon representerer en signatur av den originale lyden. Forskjellen er at i stedet for et hørbart ekko, er Big Bangs ledetråd en varmesignatur gjennom hele verdensrommet. Denne signaturen er spesifikt studert av romfartøyet Cosmic Background Explorer (COBE) og Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) . Dataene deres gir det klareste beviset for den kosmiske fødselshendelsen.

Det detaljerte bildet over hele himmelen av spedbarnsuniverset laget av syv år med WMAP-data. Bildet avslører 13,7 milliarder år gamle temperatursvingninger (vist som fargeforskjeller) som tilsvarer frøene som vokste til å bli galaksene. NASA / WMAP Science Team

Alternativer til Big Bang Theory

Mens Det store smellet teori er den mest aksepterte modellen som forklarer universets opprinnelse og støttes av alle observasjonsbevis, det er andre modeller som bruker samme bevis for å fortelle en litt annen historie.

Noen teoretikere hevder at Big Bang-teorien er basert på et falskt premiss - at universet er bygget på et stadig voksende rom-tid. De foreslår et statisk univers, som er det som opprinnelig ble spådd av Einsteins teori om generell relativitetsteori . Einsteins teori ble først senere modifisert for å imøtekomme måten universet ser ut til å utvide seg på. Og utvidelse er en stor del av historien, spesielt ettersom den involverer eksistensen av mørk energi . Til slutt ser det ut til at en omberegning av universets masse støtter Big Bang-teorien om hendelser.

Mens vår forståelse av de faktiske hendelsene fortsatt er ufullstendig, er CMB-data med på å forme teoriene som forklarer fødselen av kosmos. Uten Big Bang kunne ingen stjerner, galakser, planeter eller liv eksistert.

Raske fakta

• Big Bang er navnet gitt til universets fødselshendelse.
• The Big Bang antas å ha skjedd da noe startet utvidelsen av en liten singularitet, for rundt 13,8 milliarder år siden.
• Lys fra kort tid etter Big Bang kan detekteres som den kosmiske mikrobølgestrålingen (CMB). Det representerer lys fra en tid da det nyfødte universet lyste opp rundt 380 000 år etter at Big Bang fant sted.

Kilder

• Det store smellet. NASA , NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA , NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• Universets opprinnelse. National Geographic , National Geographic, 24. april 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Oppdatert og redigert avCarolyn Collins Petersen.