Et af de største spørgsmål om vores univers er hvor det hele kom fra. Da vi opdagede, at de gigantiske spiraler på himlen var galakser, der ikke var meget forskellige fra vores egen Mælkevej, begyndte vi først at forstå størrelsen af det, vi opfatter. Disse fjerne “øer i universet” er ikke i Mælkevejen: de er samlinger af milliarder eller billioner stjerner, adskilt af millioner eller milliarder lysår i rummet.
Da vi opdagede, at jo længere en galakse er fra os, jo hurtigere den forlader vores perspektiv, åbnede en nysgerrig ting op for os, hvilket er i overensstemmelse med den generelle relativitet: måske er det ikke galakser, der bevæger sig væk fra vores placering, men rumets stof udvides. I så fald må universet ikke kun ekspandere, men også køle, og lysets bølgelængde skal strække sig til lavere og lavere energier over tid. Derudover kan vi ekstrapolere dette ikke kun fremad, men også baglæns: på et tidspunkt, hvor universet var mindre.
Ser vi i denne retning, ser vi, at universet var tættere, varmere, ekspanderede hurtigere og var mere kompakt. I sin tidligste ungdom var universet så energisk, at neutrale atomer blev revet fra hinanden, og allerede før, at de ikke engang kunne danne individuelle atomkerner.
Et sådant billede - Big Bang - blev bekræftet af opdagelsen af relikviesstrålingen, den kosmiske mikrobølgebakgrund, målinger af dens spektrum og udsving samt opdagelsen af de primære elementer, der er tilbage siden da. Men så fristende som det kan være at gå helt tilbage til en ekstremt varm og tæt tilstand, til en enestående, er det simpelthen umuligt i vores univers.
Ser du, der er nogle alvorlige problemer, der opstår, hvis du prøver at gå helt tilbage så langt:
- Universet ville ikke ekspandere på ubestemt tid, ville ikke kollapse øjeblikkeligt, ville ikke tillade stjerner eller galakser at dannes, hvis den oprindelige ekspansionshastighed og energitæthed ikke var perfekt afbalanceret.
Salgsfremmende video:
- Universet ville have forskellige temperaturer i forskellige retninger - som vi ikke observerer - hvis noget ikke førte til en ensartet temperaturfordeling.
- Universet ville være fyldt med relæer med høj energi, der aldrig er blevet fundet, som et resultat af vilkårlig ekstrapolering tilbage til fortiden.
Og igen, når vi observerer universet, ser vi stjerner og galakser; hun har den samme temperatur i alle retninger; ingen relæer med høj energi er synlige.
Løsningen på disse problemer var teorien om kosmisk inflation, som erstattede ideen om en singularitet med en periode med eksponentiel ekspansion af rummet, og som foreskrev sådanne indledende betingelser, at der ikke kunne være et Big Bang. Derudover har inflation lavet seks forudsigelser om, hvad vi skal observere i vores univers:
- Perfekt fladt univers.
- Et univers med udsving i en skala større end lys kunne overvinde.
- Et univers med en maksimal temperatur, der ikke vil være vilkårligt høj.
- Universet, hvis udsving var adiabatiske eller lige entropi overalt.
- Universet, hvis spektrum af svingninger var lidt mindre end den skala-invariante natur (n_s <1).
- Endelig universet med et vist spektrum af gravitationsbølgesvingninger.
Den første er blevet bekræftet, den sjette søges stadig.
Det næste logiske spørgsmål om vores oprindelse vil naturligvis være, hvor kom inflationen fra? Var denne tilstand evig i forhold til fortiden (dvs. den havde ingen oprindelse og eksisterede altid) indtil slutningen og oprettelsen af Big Bang? Havde denne stat en begyndelse, da den opstod fra rumtidens ikke-inflationære tilstand et bestemt tidspunkt i fortiden? Eller var det i en cyklisk tilstand, da tiden blev låst i en løkke?
Det vanskelige ved dette er, at der ikke er noget, vi kunne observere i vores univers, som gjorde det muligt for os at vælge en af disse tre muligheder. I alle undtagen de mest langsigtede inflationsmodeller (og andre end dem, vi har udelukket), er vores univers kun blevet påvirket af de sidste 10 (-33) sekunder af inflationen eller deromkring. Den eksponentielle natur af inflation sletter enhver information, der blev født før den, adskiller den fra alt det, vi kan observere, og sprænger det ud af vores observerbare univers.
Men hvad der er tilbage for os i form af det observerbare univers er enormt: 46 milliarder lysår i radius, 1012 galakser, 1024 stjerner, 1080 atomer og ca. 1090 fotoner. Men disse tal, mens de er astronomiske, er endelige og giver os ingen information om, hvad der skete i universet inden denne lille sidste brøkdel af et sekund af inflationen. Vi kan lave teoretiske beregninger for at prøve at skubbe nogle flere antagelser ud, men de vil alle afhænge af den valgte model. Med undtagelse af nogle få specifikke modeller, der ville efterlade observerbare fodaftryk i vores univers (de fleste ikke), har vi ingen måde at vide hvordan - eller endda hvis - universet fik sin start.
Den samlede mængde information, der er tilgængelig for os i universet, er begrænset, og med den mængde viden, som vi kan få om det. Der er dog stadig meget at lære, der er stadig meget videnskab ved ikke. Men nogle ting vil vi sandsynligvis aldrig vide. Universet kan være uendeligt, men vores viden om det vil aldrig være.