big bang
Bud på illustration af Big Bang
Foto: Richard Bizley / Science Photo Library / Scanpix

Big Bang

journalist Thomas Møller Larsen, iBureauet/Dagbladet Information, februar 2015. Opdateret af journalist og historiker, cand.mag, Nina Trige Andersen, /Bureauet, juni 2020.
Top image group
big bang
Bud på illustration af Big Bang
Foto: Richard Bizley / Science Photo Library / Scanpix
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

Indledning

Vores univers blev formentlig dannet i en gigantisk eksplosion for cirka 13,7 milliarder år siden, kaldet Big Bang. Snarere end én enkeltstående begivenhed, var der tale om en energiudladning, der blev ved – og derfor udvider universet sig stadig. Dét er stort set alle astronomer og fysikere i dag enige om. Teorien om Big Bang blev grundlagt i 1920’erne, og er siden blev den mest gængse kosmologi – altså teori om universets oprindelse. Big Bang kaldes stadig den dag i dag en teori – det er nemlig meget vanskeligt at ”bevise” en teori, der forklarer hele universets opståen og funktionsmåde, særligt når man er begrænset i sit udsigtspunkt; vi kan f.eks. ikke umiddelbart gøre observationer af de fænomener, vi mener at have forklaret, fra en anden galakse end vores egen. Forskere har imidlertid siden 1920’erne gjort nye opdagelser og observationer og udviklet yderligere teorier, som understøtter og passer sammen med teorien om Big Bang. Der er dog stadig mange elementer i kosmologien, som er uforklarede eller kun kan forklares delvist, og der er mange spørgsmål, som Big Bang-teorien ikke rummer svarene på.

 

Videoen fra den norske læringsportal NDLA forklarer teorien om Big Bang på fem minutter.

Artikel type
faktalink

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 er en teori om universets oprindelse. Ifølge teorien var det eneste, som oprindeligt eksisterede, materie og energi samlet i et tæt punkt – meget mindre end et atom – under meget høj temperatur. For cirka 13,7 milliarder år siden skete der en ufattelig kraftfuld og meget hastig udvidelse af dette punkt. Før denne eksplosion var hverken lys eller de atomer, som universet er bygget af i dag, opstået. Naturlovene, som vi kender dem – og takket være forskere som blandt andet Albert Einstein i dag kan beskrive – f.eks. tyngdekraften, var heller ikke opstået. I stedet for de forskellige naturlove var alt formentlig samlet i én kraft.

Eksplosionen af dette oprindelige fortættede punkt skabte gigantisk udladning af energi, hvor både tid, rum og masse, som vi kender det, blev skabt. De forskelle naturlove, der tidligere var samlet i én kraft, blev skilt fra hinanden, trin for trin. Ifølge DTU Space læringsportal Rummet (se kilder) fortæller Big Bang-teorien ikke noget om, hvordan og hvorfor universet blev til, men kun om hvad der skete efter big bang.

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. Disse partikler ’klumpede’ 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. 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. Vores eget solsystem blev til for omkring 4,6 milliarder år siden – mere end 9 milliarder år efter Big Bang.

Hvordan opstod Big Bang-teorien?

Big Bang-teoriens fundament blev lagt af den belgiske astronom og kosmolog Georges Lemaître (1894-1966). Han var civilingeniør i militæret under 1. Verdenskrig, blev derpå ordineret præst, men indledte derpå et universitetsforløb inden for fysik på University of Cambridge og MIT. Det var ifølge Encyclopædia Britannicas opslag om Georges Lemaître (se kilder) her, han stødte på de amerikanske astronomer Edwin Hubble og Harlow Shapleys teorier om, at universet udvider sig. I 1927 blev Lemaître professor i astrofysik ved det katolske universitet i Leuven og formulerede sin teori om Big Bang. Denne teori kunne også forklare galaksernes bevægelser inden for rammerne af Albert Einsteins relativitetsteori. Galakserne snurrer både om sig selv i ufatteligt højt tempo og væk fra det sted, hvorfra vi kan observere dem. Big Bang blev hurtigt den mest gængse kosmologi – altså forklaring om universet.

Teoriens udbredelse og udvikling

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

Kan Big Bang-teorien bevises?

Big Bang kaldes stadig en teori – det er nemlig meget vanskeligt at ”bevise” en teori, der forklarer hele universets opståen og funktionsmåde, særligt når man er begrænset i sit udsigtspunkt og de teknologier, der er til rådighed. Observationerne, som ligger til grund for teorien om Big Bang, er først og fremmest udført fra Jorden. Selvom rumfart og satellitter har udvidet rækkevidden af, hvordan man kan studere universet, er der stadig mange ubesvarede spørgsmål. Det, man kan gøre, er dermed at sandsynliggøre teorien ved at gøre yderligere observationer og udvikle flere teorier og undersøge, hvordan denne nye viden passer sammen med Big Bang. Det har forskere arbejdet med siden 1920’erne.

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.”

Hvad betyder det, at universet udvider sig?

I 1929 brugte den amerikanske astronom Edwin Hubble datidens mest avancerede teleskop til at måle det lys, der kom fra fjerne galakser. Derigennem kunne han måle 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. Jo hurtigere et objekt bevæger sig væk fra en beskuer, desto mere lys vil beskueren modtage i den rødlige ende af farvespektret. Denne observation af relationen mellem hastighed, afstand og farve (bølgelængde) blev gjort allerede i 1842 af fysikeren Christian Doppler. Det var altså ved at lægge den såkaldte Dopplereffekt sammen med målingerne af lyset fra galakserne, at Edwin Hubbles observationer næsten hundrede år senere kunne vise, at jo længere en galakse er væk fra os, desto hurtigere bevæger den sig væk. Altså at universet tilsyneladende – fra vores udsigtspunkt – udvider sig med stadigt større hastighed. At galakserne bevæger sig mod en stadig udvidelse af universet, understøtter teorien om at alt på et tidspunkt befandt sig samme sted, altså Big Bang-teorien. Det er ud fra bud på hastigheden af galaksernes bevægelse, at forskere har anslået universets alder til at være knap 14 milliarder år.

Hvad er kosmisk nukleosyntese (også kaldet Big Bang-nukleosyntese)?

Kosmisk nukleosyntese betegner de kerneprocesser i den første fjerdedel af universets historie, hvor de letteste grundstoffer blev dannet. Ved eksplosionen blev skabt elementarpartikler, som gik i forbindelse med hinanden og dannede atomer. Det, vi i dag kender som grundstoffer (f.eks. helium, hydrogen, oxygen) – som du kender dem fra den periodiske tabel – er klynger er atomer. Stjerner, herunder solen, producerer helium, men ud fra målinger af hastigheden i denne produktion, mener forskere, at stjernerne ikke ville have kunnet nå at skabe al det helium, der findes i universet, i løbet af de knap 14 milliarder år, der er gået siden Big Bang. Derfor mener man, at helium var det første grundstof, som blev skabt, meget kort tid efter Big Bang. Andre, tungere grundstoffer som f.eks. oxygen, blev først dannet længe efter.

Jens Jørgen Gaardhøje fra Niels Bohr Institutter fortæller om grundstoffernes forbindelse til Big Bang teorien: ”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.”

Ifølge den norske fysiker Øyvind Grøns opslag i Store Norske Leksikon (se kilder) kan man i dag ved hjælp af store partikelacceleratorer simulere de forhold, som eksisterede tidligt i universets historie. Med LHC-acceleratoren i CERN mener man at kunne opnå lige så stor energi per partikel, som partiklerne i universet havde 10-12 sekunder (et milliondel milliondel sekund) efter Big Bang.

Hvad er kosmisk baggrundsstråling (CMB)?

I 1965 opdagede fysikerne A.A. Penzias og R.W. Wilson ved et tilfælde den kosmiske baggrundsstråling – på engelsk kaldet cosmic microwave background. Det var med denne opdagelse, at Big Bang slog igennem som den mest alment accepterede teori om universets skabelse. Kosmisk baggrundsstråling er en svag, elektromagnetisk stråling, som man mener er en rest eller et ekko fra det tidspunkt, hvor det meget varme og tætte punkt eksploderede i Big Bang. Den kosmiske baggrundsstråling blev forudsagt af Big Bang-tilhængere, længe inden den blev observeret, og opdagelsen blev det afgørende argument for Big Bang-teorien. Ifølge Den Store Danske (se kilder) har en nye ballon-, satellit- og jordbaserede observationsprogrammer fra slutningen af 1990'erne givet bedre data for at forstå og måle den kosmiske baggrundsstråling.

Hvad er mørkt stof og mørk energi?

Astronomerne Henrik og Helle Stub skriver i artiklen ”Her er Hubbles største opdagelser” på Videnskab.dk (se kilder) at universets stadigt hastigere udvidelse var en uventet opdagelse, fordi astronomerne ellers havde været sikre på, at udvidelsen ville sløve ned på grund af tyngdekraften. Det gjorde den også i starten, men for cirka 4 milliarder år siden begyndte hastigheden at stige igen.

”For at forklare, at udvidelsen sker stadig hurtigere, var det nødvendigt at indføre en frastødende kraft, kaldet mørk energi. Den er nødvendig for at beskrive universet, men vi aner ikke, hvad begrebet dækker over,” skriver Henrik og Helle Stub.

Mørk energi er altså et af de fortsat uforklarede fænomener i kosmologien. Det samme er mørkt stof, som forskerne har konstateret må findes i universet, og formentlig udgør størstedelen af universet, men som opfører sig grundlæggende anderledes end det stof vi kender: partikler, atomer og grundelementer. Mørkt stof producerer ikke elementer, udsender ingen lyd- eller lysbølger, og forskerne har indtil videre dybest set ingen anelse om, hvad det er.

Hvordan ser galakserne ud, og hvilken betydning har det?

Klassifikation af galakserne, på engelsk kaldet Galaxy morphological classification, er en inddeling af galakser ud fra deres forskellige udseende – altså ikke deres størrelse eller bevægelse, men hvordan de tager sig ud visuelt. Der findes ifølge læringsportalen Rummet.dk fire grundtyper: spiralgalakser, bjælkegalakser, elliptiske galakser og irregulære galakser. Denne klassifikation af galakser, som stadig anvendes i dag, er baseret på billeder, Hubble var i stand til at tage med sit teleskop på Mount Wilson i 1920’erne. Den måde, galakserne tager sig ud på, er knyttet til deres alder – altså hvor tæt på Big Bang de er opstået. De irregulære galakser er de yngste, som endnu ikke har fundet en form.