3.1 Big bang og universets opprinnelse

Da alt begynte

Neste gang du er ute en klar kveld, se opp. Hver eneste prikk av lys du ser -- hver stjerne, hvert svake glimt -- har en historie som strekker seg tilbake til det samme startpunktet. For ca. 13,8 milliarder år siden oppsto universet i det vi kaller big bang.

Men stopp litt. Big bang var ikke en eksplosjon i rommet, slik du kanskje forestiller deg. Det var en eksplosjon av rommet selv. Før big bang fantes det verken rom eller tid. Det fantes ingen «utenfor» der eksplosjonen kunne skje, og ingen «før» fordi tiden ble til i det samme øyeblikket. I begynnelsen var all materie og energi konsentrert i et ekstremt lite, ekstremt varmt og ekstremt tett punkt -- så lite at det er umulig å forestille seg. Så begynte rommet selv å utvide seg.

Tenk deg en ballong med små prikker tegnet på overflaten. Når du blåser opp ballongen, beveger alle prikkene seg fra hverandre. Men ingen prikk reiser på overflaten -- det er selve overflaten som vokser. Slik er det med galaksene i universet. De beveger seg ikke gjennom rommet; rommet mellom dem vokser. Og det finnes intet sentrum -- fra enhver galakse ser det ut som om alle de andre beveger seg bort. Big bang skjedde ikke på et bestemt sted. Den skjedde overalt samtidig, fordi hele rommet var det lille punktet.

Det opprinnelige punktet kalles en singularitet -- et sted der vare vanlige fysikklover bryter sammen. Den belgiske presten og fysikeren Georges Lemaitre foreslo teorien i 1927 og kalte det «det kosmiske egget». Astronomen Edwin Hubble bekreftet i 1929 at universet virkelig utvider seg.

De første øyeblikkene -- en kosmisk tidslinje

Historien som utfoldet seg etter big bang er nesten for dramatisk til å være sann. La oss følge den trinn for trinn.

I det aller tidligste øyeblikket vi kan beskrive -- 10⁻⁴³ sekunder etter big bang, kalt Planck-tiden -- var universet ufattelig lite, med en temperatur på ca. 10³² grader. Alle de fire naturkreftene var forent i en enkelt kraft. Så, etter bare 10⁻³⁶ sekunder, skjedde noe ekstraordinært: universet gjennomgikk en inflasjon og utvidet seg fra mindre enn et atom til større enn en galakse på et øyeblikk. Denne inflasjonsfasen forklarer hvorfor universet er så «flatt» og ensartet i dag.

Da det hadde gått et milliondels sekund, hadde temperaturen sunket nok til at kvarker kunne kombineres til protoner og noeyttroner. Etter tre minutter begynte disse å fusjonere til atomkjerner i en prosess vi kaller nukleosyntese. Universet laget hydrogen (ca. 75 %), helium (ca. 25 %) og små spor av litium. Ingen tyngre grunnstoffer ennå -- alt karbonet, oksygenet og jernet du er laget av, måtte vente på at stjernene skulle danne dem.

Så gikk det 380 000 år. Temperaturen sank til ca. 3000 K, og noe magisk hendte: elektroner bandt seg til atomkjerner og dannet nøytrale atomer. Plutselig kunne fotoner reise fritt gjennom rommet uten å kollidere med frie elektroner. Universet gikk fra å være ugjennomsiktig til gjennomsiktig. Dette øyeblikket kalles rekombinasjon, og lyset som ble frigitt den dagen kan vi faktisk se i dag -- som kosmisk bakgrunnsstraaling.

Etter 200 millioner år tente de første stjernene i mørket, og etter 400 millioner år dannet de første galaksene seg. Solsystemet vårt ble til for ca. 4,6 milliarder år siden -- omtrent 9 milliarder år etter big bang. Og i dag, 13,8 milliarder år etter det hele begynte, sitter du her og leser dette.

Det usynlige universet

Her kommer kanskje den mest overraskende delen av historien: det meste av universet er usynlig for oss.

Alt du kan se og føle -- atomer, stjerner, planeter, gass, støv, deg og meg -- utgjor bare ca. 5 % av universet. Vi kaller det vanlig materie. Men hva er resten?

Omtrent 27 % er noe vi kaller mørk materie. Vi vet ikke hva det er! Vi kan ikke se det, det sender ikke ut lys, det absorberer ikke lys, og det reagerer ikke med vanlig materie -- bortsett fra gjennom gravitasjon. Men vi vet at det må være der. Galakser roterer for fort til at synlig materie alene kan holde dem sammen. Galaksehoper inneholder mer masse enn vi kan se. Og lys boyes av usynlig masse, noe vi kaller gravitasjonslinser. Det er litt som vinden: du ser ikke luften, men du ser bladene som beveger seg.

De resterende 68 % er enda mer mystisk: mørk energi. Denne kraften driver universets akselererende utvidelse. I 1998 oppdaget astronomer noe forbløffende: fjerne supernovaer var svakere enn forventet, noe som betyr at universet ikke bare utvider seg -- det utvider seg raskere og raskere. Mørk materie bremser universets utvidelse gjennom gravitasjon, mens mørk energi akselererer den. Sammen utgjor disse to usynlige komponentene 95 % av alt som finnes.

Så når du ser opp på nattehimmelen, husk: det du ser er bare en bitteliten broekkdel av det som faktisk er der. Det meste av universet er fullstendig usynlig -- og vi forstår det knapt.

Oppsummering

I dette kapittelet har du lært om universets opprinnelse og utvikling:

- Big bang skjedde for 13,8 milliarder år siden. Det var ikke en eksplosjon i rommet, men starten på rommet og tiden selv. Det opprinnelige punktet kalles en singularitet.

- Tidslinjen etter big bang går fra Planck-tiden (10⁻⁴³ s) gjennom inflasjon (ekstremt rask utvidelse), nukleosyntese (dannelse av hydrogen og helium etter ca. 3 minutter), rekombinasjon (universet ble gjennomsiktig etter 380 000 år), de første stjernene (200 millioner år), til solsystemet (9 milliarder år) og oss i dag.

- Universets sammensetning er overraskende: vanlig materie utgjor bare ca. 5 %, mørk materie ca. 27 %, og mørk energi ca. 68 %. Vi vet svart lite om de to siste.

- Grunnstoffene fra big bang var bare hydrogen (75 %) og helium (25 %). Alle tyngre grunnstoffer ble dannet senere i stjerner.

- Georges Lemaitre foreslo big bang-teorien i 1927, og Edwin Hubble bekreftet universets utvidelse i 1929.