Af alle de koncepter og emner, der diskuteres, er Big Bang det mest kontroversielle koncept. Naturligvis er dette en temmelig gammel videnskabelig teori, der er til stede siden 1940'erne, og siden 1960'erne har der været et utal af beviser til støtte for det. Ideen er enkel: universet havde en begyndelse. Det var hendes fødselsdag. Der var en dag, der ikke havde "i går", da materie, stråling og det ekspanderende, afkølende univers, vi kender, ikke eksisterede før et bestemt tidspunkt. Og alligevel er vi her. Hvilket giver anledning til et uheld af spørgsmål fra ethvert spørgende sind. En af vores læsere har bare et sådant sind, og han vil vide: Er der teorier eller eksperimenter, der kan beregne og bevise vores placering i rummet i forhold til Big Bang-punktet? Jeg tror, at da vores observationsevne er meget begrænset med hensyn til placeringen af vores planet,det vil ikke være let at bestemme rumets krumning. Hvorfor tror vi, at Big Bang skete på et tidspunkt i tredimensionelt rum? Hvorfor tror vi, at universet er en sfære?
Dette er meget gode spørgsmål, og de demonstrerer alle en fælles forståelse af universet af mennesker. Men er disse synspunkter korrekte?
Vi tror ofte, at Big Bang var en rigtig eksplosion. Og universet lignede virkelig en enorm, energisk og ekspanderende ildkugle i sine tidligste stadier.
Det var fyldt med partikler og antipartikler af forskellige typer samt stråling. Alt dette ekspanderede, og alle partikler, antipartikler og strålingskvanta flyttede væk fra hinanden. Alt dette afkølet og aftaget, når det ekspanderede.
Det lyder virkelig som en eksplosion. Faktisk, hvis du kunne transporteres ind i de første øjeblikke og på en eller anden måde beskyttet mod al denne energi, ville der endda være en lyd, som du kan høre takket være følgende video:
Men det er ikke uden grund, at jeg bruger ordet "ekspansion" i stedet for "eksplosion" når jeg beskriver dette fænomen. En eksplosion er noget, der sker på et tidspunkt i rummet, hvorfra affald er spredt. En supernova er en eksplosion; et burst af gammastråler er en eksplosion; detonation af en bombe er en eksplosion; en granat er en eksplosion.
Men Big Bang er ikke en eksplosion [på engelsk Big Bang, Big Bang, betyder bogstaveligt "Big Bang" - ca. transl.]. Når vi taler om en "hot Big Bang", mener vi det allerførste øjeblik, hvor universet kan beskrives som en tilstand, der indeholder partikler, antipartikler og stråling. Fra det øjeblik begyndte universet at udvide sig og afkøle i henhold til loven om generel relativitet, og vi fulgte stien til ødelæggelse af antimaterie, dannelsen af atomkerner og neutrale atomer, og som et resultat stjerner, galakser og storskala strukturer synlige i dag. Nøglen til det første spørgsmål er at forstå nøjagtigt, hvad universet gjorde i det øjeblik: i et øjeblik, som vi kan beskrive for første gang, baseret på denne platform af den varme Big Bang.
Salgsfremmende video:
Så vidt vi ved var der ikke noget særligt udgangspunkt. Der var ingen "kilde", hvorfra universet begyndte. Alle beviser taler for en modintuitiv, men ikke mindre rigtig konklusion: Big Bang skete overalt på samme tid. Der er masser af beviser for dette, og universet selv giver dem dem til os. Universet, bedømt af de store strukturer, galakser, galaksernes udseende, udseendet af Big Bang-efterglød, den gennemsnitlige massefylde af rumområder i flere hundrede millioner lysår i størrelse osv. Giver os to vigtige observerbare fakta. Dens egenskaber er de samme overalt, og det ser ens ud i alle retninger. Fysisk set er universet homogent og isotropisk.
Sådanne egenskaber ved universet kan ikke opnås med en eksplosionsperiode. I en eksplosion er fragmenterne, der er hurtigst i bevægelse, de fjerneste, men også de mest spredte i rummet. Jo større afstanden er, desto mindre burde der have været galakser pr. Volumenhed - men dette er ikke tilfældet i universet. I tilfælde af en eksplosion ville det være muligt eksplicit at angive dens udgangspunkt. Universet fungerer på en sådan måde, at dette punkt kun ville være et par millioner lysår fra Mælkevejen, på grænsen til den lokale gruppe. Statistisk set er chancerne for at have et sådant punkt, i betragtning af tilstedeværelsen af mere end 170 milliarder galakser i universet, 100 gange dårligere end at vinde Powerball eller Mega Millions-lotteriet.
Den kendsgerning, at universet er homogent og isotrop, antyder, at Big Bang skete i samme øjeblik, for ca. 13,8 milliarder år siden, og er det samme på alle steder. Men vi kan ikke se ham alle steder. Vi ser ham kun, hvor vi er. Vores anmeldelse er begrænset. Derfor kan du ofte finde sådanne illustrationer: hvordan vores univers ses fra vores punkt, med os i centrum.
Men dette betyder ikke, at universet er en sfære! Vi kan faktisk måle universets form og sætte nogle begrænsninger på det. Hvis du går ud og sender dine to venner i to forskellige retninger, så du kan se hinanden, danner I tre en trekant. Hver af jer vil kunne måle den tilsyneladende vinkel mellem de to andre. Så kan du tilføje disse vinkler, og du får 180º - dette er summen af vinklerne i trekanten.
Enhver trekant i fladt rum.
Men pladsen behøver ikke at være flad! Det kan have en negativ krumning som en sadelflade, når summen af vinklerne er mindre end 180º. Det kan krumme positivt, som overfladen på en kugle, når summen af vinklerne er større end 180º. Hvis du står ved ækvator i Sydamerika, står en af dine venner ved ækvator i Afrika, og den anden på nordpolen, vil du opdage, at vinkelforskellen vil være stor. Summen af vinklerne viser sig at være tættere på 270º end 180º. Vi har ikke venner i rummet, men vi har noget lige så godt: udsving i baggrundstråling. Afhængig af rumets krumning skal de se helt forskellige ud.
Vi gjorde observationer og fandt noget forbløffende: Universet er så vidt vi kan fortælle fladt. Meget, meget flad. De seneste data fra Planck-eksperimenterne og Sloan Digital Sky Survey antyder, at hvis universet er krummet - positivt eller negativt - kan det ses på en skala, der er mindst 400 større end den del af universet, vi observerer. Og vi kan se en del af den med en diameter på 92 milliarder lysår.
Så, Big Bang skete overalt samtidig, for 13,8 milliarder år siden, og vores univers er rumligt fladt efter vores bedste målinger. Big Bang forekom ikke på et tidspunkt, og vi kan dømme dette ud fra universets ekstreme isotropi og homogenitet. Disse egenskaber er så nøjagtige, at når vi støder på en inhomogenitet med et afvigelse på 0,01% af middelværdien, tror vi allerede, at noget er galt. Så hvis du hævder, at Big Bang skete nøjagtigt, hvor du er, og du står lige i midten af alt, hvad der sker, vil ingen gøre indsigelse mod dig. Det er bare det, at alt og alt i hele universet kan sige det samme om sig selv.