Big Bang

Artikel type
faktalink
journalist Thomas Møller Larsen, iBureauet/Dagbladet Information. Februar 2015
Main image
Den dansk-islandske kunster Olafur Eliasson ses sammen med sin installation 'Big Bang Fountain' som han præsenterede på en udstilling i Paris den 23. januar 2015.
Den dansk-islandske kunster Olafur Eliasson ses sammen med sin installation 'Big Bang Fountain' som han præsenterede på en udstilling i Paris den 23. januar 2015.
Foto: Yoan Valat / Scanpix

Vores univers blev dannet i en gigantisk eksplosion for 13,8 milliarder år siden, kaldet Big Bang. Dét er stort set alle astronomer og fysikere i dag enige om. Mængden af beviser for Big Bang er vokset og vokset, siden de første grundsten til teorien blev lagt i 1920’erne. Men der er stadig ubesvarede spørgsmål, som Big Bang-teorien ikke har forklaret. Hvordan bliver for eksempel universets fremtid? Og findes der kun ét univers, eller har der været uendelige Big Bangs?

 

 

Youtube-klip

Big Bang – teorien og dens oprindelse

Besøgende på en udstilling i Moskva som er dedikeret Big Bang-teorien som tv-serie den 17. november 2014.
Besøgende på en udstilling i Moskva som er dedikeret Big Bang-teorien som tv-serie den 17. november 2014.
Foto: Khamelyanin Gena / Scanpix

Hvad er Big Bang-teorien?

Big Bang-teorien er en teori om universets oprindelse, der siger, at det blev dannet for cirka 13,8 milliarder år siden under en ufattelig kraftfuld og meget hastig udvidelse. Inden Big Bang eksplosionen fandt sted, var al den energi og masse, som nutidens univers består af, samlet i en form, der var langt mindre end et atom, og som havde en ufatteligt høj tæthed og temperatur. Hverken lys eller de atomer, som universet er bygget af i dag, var opstået på det tidspunkt. Og naturlovene, som vi kender dem – f.eks. tyngdekraften – var heller ikke opstået. Derimod var alle naturlovene formentlig samlet i én kraft.

Pludselig eksploderede denne form i en gigantisk udladning af energi, hvor både tid, rum og masse, som vi kender det, blev skabt. Og de forskelle naturlove, der tidligere var samlet i én kraft, blev skilt fra hinanden, trin for trin.

I eksplosionen blev der dannet en overflod af bittesmå subatomare partikler – det vil sige partikler, der er mindre end atomer, såsom kvarker, elektroner og fotoner. Senere ’klumpede’ disse partikler sig sammen og dannede protoner og neutroner, som senere samlede sig til atomkerner. Cirka 380.000 år efter Big Bang begyndte elektroner at gå i kredsløb om atomkerner, og de mest simple af universets atomer blev gradvist dannet.

Efter nogle hundrede millioner år blev de første stjerner formet. Og inde i selve stjernerne blev de større og mere komplekse atomer, vi har omkring os, dannet.

Senere samlede stjernerne sig til galakser. De ældste galakser, vi kender, blev formet omkring 500 millioner år efter Big Bang. Og vores eget solsystem blev til for omkring 4,6 milliarder år siden – mere end 9 milliarder år efter Big Bang.

Hvordan blev Big Bang-teorien udviklet?

Big Bang-teoriens fundament blev lagt af den belgiske astronom Georges Lemaître. I 1927 formulerede han teorien om, at vi lever i et univers, der konstant udvider sig. Og i 1929 beviste den amerikanske astronom Edwin Hubble takket være datidens mest avancerede teleskop, at Georges Lemaître havde ret. Edwin Hubble foretog målinger af det lys, der kom fra fjerne galakser. Han målte afstanden til disse galakser og fandt ud af, at jo længere væk en galakse er, desto mere vil det lys, vi modtager fra den, ligge i den røde ende af farvespektret. Dette fænomen kaldes rødforskydning og opstår på følgende måde: Når et objekt bevæger sig væk fra en beskuer, bliver de lysbølger, det sender imod beskueren, strukket ud og får en længere bølgelængde, end hvis objektet stod stille. Rødt lys er den farve, der har den længste bølgelængde. Og jo hurtigere et objekt bevæger sig væk fra en beskuer, desto mere lys vil beskueren modtage i den rødlige ende af farvespektret.

Edwin Hubbles observationer viste altså, at jo længere en galakse er væk fra os, desto hurtigere bevæger den sig væk fra os. Det kunne altså tyde på, at universet er i gang med en udvidelse. Hvis man forestiller sig en film, hvor man spoler denne udvidelse tilbage i tiden, så er det en nærliggende tanke, at det hele startede på ét punkt. Og i 1931 foreslog Georges Lemaître, at universet oprindeligt startede som et ’uratom’. Big Bang-teorien var født. Men først i 1964, med opdagelsen af den kosmiske baggrundsstråling, slog teorien for alvor igennem (læs mere om dette i afsnittet ”Hvad er de stærkeste beviser for Big Bang-teorien i dag?”).

Hvilke teorier har Big Bang-teorien afløst?

Før Big Bang-teorien slog igennem for alvor, har der eksisteret andre videnskabelige, såvel som religiøse teorier om universets udvikling. For eksempel siger den kristne skabelsesberetning, at stjernerne er noget, der sidder fast på en himmelhvælving, og at jorden og planterne blev skabt før stjernerne.

I forskerkredse fik Big Bang-teorien frem til 1964 stor konkurrence fra den såkaldte Steady State-teori, der blev udviklet omkring 1948. Det var faktisk en af grundlæggerne af Steady State-teorien, nemlig astronomen Fred Hoyle, der gav navn til Big Bang-teorien. Han kom op med betegnelsen ’Big Bang’ i et radioprogram på BBC for at latterliggøre Georges Lemaîtres teori om universets fødsel, som han syntes lugtede for meget af religiøse skabelsesberetninger.

Hvor Big Bang-teorien hævder, at universet blev dannet for 13,8 milliarder år siden, så hævdede Steady State-teorien, at universet altid har eksisteret og altid har haft den samme form. Men samtidig med, at Steady State-tilhængerne hævdede dette, så anerkendte de, at universet altid udvider sig. Steady State-tilhængernes forklaring på dette paradoks var, at ny masse konstant bliver skabt, efterhånden som universet udvider sig.

Johan Fynbo er lektor ved Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet. Til Videnskab.dk forklarede han i 2010 Steady State-teorien sådan her:

”For at forklare det, kan man sammenligne universet med en kasse med sten. Hvis kassen bliver større og større, bliver der samtidig større mellemrum mellem stenene. Derfor skal der fortsat lægges flere sten i kassen, hvis universet ikke skal ændre udseende. På samme måde skal der også produceres flere partikler, hvis universet udvider sig.” (se kilder).

Med opdagelsen af den kosmiske baggrundsstråling i 1964 (se Del 2) sejrede Big Bang-teorien dog endeligt over Steady State-teorien. Og i dag er den udbredte holdning, at al universets masse og energi blev skabt i Big Bang.

 

Teoriens udbredelse og beviserne

De første beviser for Big Bang-teorien var Edwin Hubble's observationer i 1929.
De første beviser for Big Bang-teorien var Edwin Hubble's observationer i 1929.
Foto: Emilio Segre / Scanpix

Hvor stor er enigheden om Big Bang-teorien?

Næsten alle de forskere, der studerer universet i dag, anerkender Big Bang-teorien. Jens Jørgen Gaardhøje, som er professor i eksperimentel subatomar fysik ved Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet, forsker i universets fødsel. Til Faktalink forklarer han, at han aldrig har mødt nogen i faglige kredse, der i dag betvivler Big Bang. Ham bekendt, er der da heller ikke nogen observationer af universet, der modsiger teorien:

”Det er et meget sammenhængende billede. Der er ikke rigtigt noget, der ikke passer. Og der er faktisk ikke rigtigt nogen skeptikere tilbage,” fortæller Jens Jørgen Gaardhøje (se kilder).

En af grundende til, at forskerne er så sikre i deres sag, er, at man via teleskoper kan se tilbage til tiden efter Big Bang. Det skyldes, at meget af det lys, jorden modtager fra de fjerneste dele af universet, blev udsendt for flere milliarder år siden. Lyset bevæger sig nemlig ’kun’ med 300.000 kilometer i timen, og det synlige univers er 93 milliarder lysår langt og udvider sig konstant.

Hvad er de stærkeste beviser for Big Bang-teorien i dag?

Det første bevis for Big Bang-teorien var, som beskrevet, Edwin Hubbles observationer i 1929, og siden er der kommet flere tungtvejende beviser til.

Professor i eksperimentel subatomar fysik ved Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet Jens Jørgen Gaardhøje forklarer:

”Der er i dag tre søjler, der understøtter Big Bang-teorien. Den første er Hubble-ekspansionen (universets udvidelse, red.). Den næste søjle er den kosmiske baggrundsstråling. Og den tredje søjle er hyppigheden af grundstoffer i universet.”

Den kosmiske baggrundsstråling blev opdaget af de to amerikanske astronomer Arno Penzias og Robert Wilson i 1964 med et meget sensitivt teleskop. Deres billeder viste, at der strømmer et sammenhængende, svagt lys fra den yderste del af universet. Lyset udgør en slags ’universets baggrundstæppe’ bag alle de galakser, vi kan se. Det er tydeligt, at det ikke stammer fra fjerne galakser – for hvis det gjorde det, ville det være punktformet og have nogle helt andre karakteristika. Ifølge astronomerne og fysikerne blev den kosmiske baggrundsstråling derimod udsendt, inden stjernerne blev skabt, dengang universet var omkring 380.000 år gammelt.

Lyset stammer fra en sky af partikler, der dengang havde en temperatur på ca. 3.000 Kelvin. I dag har aftrykket, den kosmiske baggrundsstråling, en temperatur på knap tre grader over det absolutte nulpunkt."

Den kosmiske baggrundsstråling blev forudsagt af Big Bang-tilhængere, længe inden den blev observeret, og opdagelsen blev det endegyldige bevis for Big Bang-teorien.

Det tredje store bevis for Big Bang er hyppigheden af grundstoffer i universet.

Jens Jørgen Gaardhøje fortæller: ”En af de store triumfer for Big Bang-teorien er, at den kan forklare den relative hyppighed af grundstoffer i universet. Hyppigheden aftager eksponentielt med massen. Jo tungere en type af atomer er, desto færre er der af dem. Det kan man kun forstå ud fra Big Bang-teorien: De lettere grundstoffer blev dannet meget tidligt – mellem ca. 3 og 15 minutter efter Big Bang. De tungere grundstoffer blev siden syntetiseret i stjernerne.”