Big bang teorien forteller om hvordan universet har utviklet seg fra en tidlig tilstand. Her er et vakkert skue av en stjernehop i Melkeveien.
Big bang teorien forteller om hvordan universet har utviklet seg fra en tidlig tilstand. Her er et vakkert skue av en stjernehop i Melkeveien.

5 myter om big bang

Hvor skjedde big bang, og hva var utenfor? To fysikere tar oss igjennom de vanligste misforståelsene av hva teorien går ut på.

Publisert

Hele universet var pakket sammen i et uendelig lite punkt, så eksploderte det, og all massen universet er laget av ble sendt ut i rommet.

Alt ved den setningen er feil, vil astrofysikere si.

- Det er slett ikke slik man skal tenke på big bang-teorien, sier Torsten Bringmann.

Han er professor og jobber med kosmologi og astropartikkelfysikk ved Universitetet i Oslo (UiO).

Professor i teoretisk fysikk, Are Raklev ved UiO, har lagt merke til at mange beskrivelser gir et misvisende bilde av hva big bang-teorien egentlig sier.

Raklev og Bringmann tar oss igjennom de vanligste misforståelsene.

Varmt og tett

Først hva menes egentlig med big bang?

- Big bang-teorien er at universet for cirka 14 milliarder år siden var i en tilstand som var mye varmere og mye tettere og at det ekspanderte. Det er det hele, det er ikke så mye mer enn det, sier Raklev.

Senere har verdensrommet fortsatt å utvide seg, og blitt kaldere.

Are Raklev er professor ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Are Raklev er professor ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.

Ut fra teorien har forskere god oversikt over universets historie, som når elementærpartikler ble til og når atomer, stjerner og galakser ble dannet.

De har god peiling på hva som skjedde tilbake til universet var omtrent 10^-32 sekunder gammelt. Altså 0,00000000000000000000000000000001 sekunder, ifølge en artikkel skrevet av astrofysiker Jostein Riiser Kristiansen.

Så til mytene.

1. «Det var en eksplosjon»

Selve ordet big bang får det til å høres ut som det var en eksplosjon, sier Are Raklev. Men det er ikke en så god beskrivelse. Hvorfor får du vite snart.

På begynnelsen av 1920-tallet fant matematikeren Aleksander Friedmann ut at Einsteins generelle relativitetsteori gir et univers som utvider seg. Den belgiske presten Georges Lemaître kom fram til det samme.

Kort tid senere viste Edwin Hubble at galakser faktisk beveger seg fra hverandre.

Galaksene er på vei vekk fra oss. Lyset fra dem er rødforskjøvet, bølgene har blitt lenger og forskjøvet mot den røde enden av lys-spekteret. Ikke bare det, galaksene forsvinner fortere og fortere fra oss.

En dag vil nesten alle galaksene vi kan se i teleskoper i dag, være ute av syne. Til slutt vil stjernene slukne og en observatør ville sett ut i en evig mørk og ensom himmel.

Det er heldigvis ekstremt lenge til.

Vi kan også spille historien motsatt vei. Galaksene er på vei fra hverandre og de har vært nærmere før.

- Om du tar hele det observerbare universet og spoler helt tilbake, så får alt plass i et veldig, veldig lite område, sier Raklev.

Da kommer vi til tidspunktet for big bang. Hva skjedde?

Det er lett å tenke at big bang var en eksplosjon, der stoffet ble slynget ut, som plankebiter som flyr avsted etter en håndgranat går av.

- Men når det gjelder big bang, så er det ikke stoffet som farer utover, sier Raklev.

- Selve universet ekspanderer, selve romtiden ekspanderer.

En eksplosjon der massen fyker ut til alle kanter, er ikke et så godt bilde på big bang.
En eksplosjon der massen fyker ut til alle kanter, er ikke et så godt bilde på big bang.

2. «Universet utvider seg inn i noe»

Det er altså ikke galaksene som reiser fra hverandre, men verdensrommet som utvider seg.

Vi kan tenke på det som en bolledeig med rosiner. Deigen er rommet og rosinene er galaksene. Sett deigen til heving, og rosinene vil havne lenger unna hverandre, uten at de egentlig har flyttet på seg.

Torsten Bringmann bruker overflaten på en ballong som et eksempel. Tegn på prikker og se hvordan avstanden til hvert punkt øker når den blåses opp.

- Samtidig er det sant at også galaksene beveger seg på grunn av gjensidig gravitasjonstiltrekning, det er en tilleggseffekt, sier Raklev.

Noen få galakser har blåforskyvning, de beveger seg mot oss. Dette gjelder noen nære galakser. Men over store avstander blir denne effekten overgått av Hubble-Lemaîtres lov, som sier hvor fort galaksene flytter seg vekk proporsjonalt med avstanden. Faktisk øker avstanden raskere enn lyset mellom punkter som er veldig ,veldig langt unna hverandre.

En bolledeig i ovnen utvider seg i et eksisterende rom inne i ovnen. Hva med universet? Hva er utenfor?

Universet ekspanderer ikke inn i noe. Forskere tror ikke at universet har noen «kant».

Det som kalles det observerbare universet, er en boble rundt oss på 93 milliarder lysår i diameter. Jo lenger unna vi ser, jo lenger tilbake i tid ser vi. Vi kan ikke observere eller måle noe lenger vekk enn den distansen lys har rukket å reise mot oss siden big bang.

Siden universet har utvidet seg, er det observerbare universet kontraintuitivt større enn 14 milliarder lysår.

En illustrasjon av det observerbare universet. Innerst ser vi solsystemet, Kuiperbeltet, Orts sky, de nærmeste solsystemene og galaksene, deretter den kosmiske veven, mikrobølgebakgrunnsstrålingen og usynlig plasma til slutt.
En illustrasjon av det observerbare universet. Innerst ser vi solsystemet, Kuiperbeltet, Orts sky, de nærmeste solsystemene og galaksene, deretter den kosmiske veven, mikrobølgebakgrunnsstrålingen og usynlig plasma til slutt.

Men forskere regner med at universet utenfor vår boble er mye, mye større enn det, kanskje uendelig.

Universet kan være «flatt», slik ser det ut til. Da vil to lysstråler forbli parallelle og aldri møtes. Om du hadde forsøkt å reise til universets ende ville du aldri nå dit. Universet fortsetter i det uendelige.

Hvis universet har positiv krumming kan det i teorien være endelig. Men da vil det være som en slags merkelig kule. Hvis du hadde reist til «enden» ville du havne samme sted du startet, uansett hvilken retning du tok. Det blir litt på samme måte som at du kan reise jorden rundt og havne tilbake der du begynte.

I begge tilfeller kan universet utvide seg, uten at det trenger å utvide seg inn i noe.

Et uendelig univers som blir større, er fortsatt uendelig. Et «kule-univers» har ingen kant.

3. «Big bang hadde et sentrum»

Hvis man tenker seg at big bang var en eksplosjon, er det lett å tenke at det eksploderte utover, fra et sentrum. Slik er det med eksplosjoner.

Men det var ikke tilfelle ved big bang. Nesten alle galaksene beveger seg vekk fra oss, i alle retninger. Det ser ut som jorden var sentrum for universets begynnelse. Men det var den jo ikke.

Alle andre observatører vil se det samme fra sin hjem-galakse, forklarer Torsten Bringmann.

Universet utvider seg overalt samtidig. Big bang skjedde ikke på noe spesielt sted.

- Det skjedde overalt, sier Raklev.

En galaksehop bestående av tusener av individuelle galakser, 2,1 milliarder lysår fra jorden. Universet vi kan se er ufattelig stort, det fortsetter kanskje i det uendelige.
En galaksehop bestående av tusener av individuelle galakser, 2,1 milliarder lysår fra jorden. Universet vi kan se er ufattelig stort, det fortsetter kanskje i det uendelige.

4. «Hele universet var samlet i et bitte lite punkt»

Det stemmer at hele vårt observerbare univers var samlet utrolig tett sammen på veldig lite plass ved begynnelsen av big bang.

Men hvordan kan universet være uendelig, og samtidig ha vært lite?

Man kan lese at universet først var mindre enn et atom og deretter på størrelse med en fotball. Men da henviser jo det til at rommet i begynnelsen hadde grenser, en kant.

- Det er ingenting som sier at universet ikke var uendelig allerede ved big bang, sier Raklev.

- Det var bare mindre på den måten at det som den gangen var en meter, har nå blitt enorme avstander på mange milliarder lysår.

Når man snakker om hvor stort universet var på gitte tidspunkter, er det vårt observerbare univers det handler om.

- Hele det observerbare universet kommer fra et bitte lite område som man kan kalle et punkt. Men punktet ved siden av, det har også ekspandert, og punktet ved siden av der igjen. Det er bare det at det er så langt vekk fra oss at vi ikke kan observere det, sier Raklev.

Illustrasjon av big bang og universets utvidelse og utvikling.
Illustrasjon av big bang og universets utvidelse og utvikling.

5. «Universet var uendelig lite, varmt og tett»

Du har kanskje hørt at universet begynte som en singularitet? Det var uendelig lite, varmt og så videre. Det kan hende, men mange fysikere tror ikke det gir et riktig svar.

Singulariteter er et uttrykk for at matematikken man forsøker å bruke, bryter sammen, og at det ikke kan beskrives med den vanlige fysikken. Det forklarte kosmolog Steen H. Hansen, i en artikkel som tidligere er publisert på forskning.no.

Torsten Bringmann er professor i teoretisk fysikk ved Universitetet i Oslo.
Torsten Bringmann er professor i teoretisk fysikk ved Universitetet i Oslo.

Torsten Bringmann oppummerer hva det betyr når det gjelder big bang.

- Universet i dag er litt større enn det var i går. Og det er enda litt større enn det var for en million år siden. Big bang teorien handler om å ekstrapolere dette tilbake i tid. Da trenger man en teori for det: den generelle relativitetsteorien.

- Om jeg ekstrapolerer helt tilbake, blir universet mindre og mindre, det blir tettere og tettere, og varmere og varmere. Til slutt kommer man til et punkt der det er skikkelig lite, skikkelig varmt og tett. Det er egentlig big bang teorien, at man begynte med en slik tilstand. Der må man egentlig slutte, sier Bringmann.

Kjører man den generelle relativitetsteorien helt tilbake når man et punkt med uendelig høy tetthet og varme og hvor utstrekningen er null.

- Det er ren matematisk ekstrapolasjon utover det teorien egentlig tillater, sier Bringmann.

- Man kommer da til et punkt hvor energitettheten og temperaturene er så høye, at vi ikke lenger har fysiske teorier til å beskrive det.

Han sier at fysikere behøver en annen teori. Og det er folk som forsker på akkurat det.

- Hva trenger vi for å beskrive en slik ekstremtilstand? Da kommer vi inn i et område hvor man trenger en teori som kombinerer gravitasjon og kvanteteori. Det har ingen klart å formulere. Det er nettopp forventningen at en kvantegravitasjonsteori, ikke ville lede til konklusjonen at alt går tilbake til et punkt.

Hva som skjedde på dette tidspunktet, aller tidligst i universets historie er altså skjult for oss, enn så lenge.