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.
