Big Bang-teorien er ikke lenger veldig omstridt. De fleste kosmologer og astrofysikere har godtatt at det er sannsynlig at universet vårt ble til i en gigant-eksplosjon en gang for mellom 10 og femten milliarder år siden. I det siste har det også kommet påstander om at astronomene faktisk har observert gammaglimt som kan stamme fra Det store smellet, og som kan gi oss helt unik lærdom om hvordan det hele henger sammen.

Gåten om de tunge metallene

I følge kosmologene ble all materie som eksisterer i universet i dag, skapt i denne kjempeeksplosjonen. Det betyr at alt du ser rundt deg - ja, til og med deg selv, består av materie som er femten milliarder år gammelt. Eller som kosmologen Carl Sagan sa det, “We are made of star stuff”.

Men hvorfor er det en gåte knyttet til dette? Jo, materien som ble skapt, var ennå ikke samlet i det vi kjenner som grunnstoffer. Materien var bare en mengde protoner, nøytroner og elektroner som svirret rundt i et raskt voksende kosmos. Det var bare hydrogen, det letteste grunnstoffet, som dannet seg av seg selv.

Karbon, grunnstoff 12, er det grunnstoffet vi forbinder med liv. Uten karbon og oksygen, grunnstoff 16, som altså er enda tyngre enn karbon, ville alt liv vi kjenner på jorda være umulig.

Gåten er altså: hvor kommer de tunge grunnstoffene fra? Hva er det som kan ha omskapt hydrogenet og heliumet fra rett etter Smellet til alle de periodiske elementene vi kjenner i dag?

To teorier

I boka “The Magic Furnace”, eller oversatt til “den magiske ovnen”, skriver Marcus Chown at det er to teorier om hvordan dette kan ha skjedd.

Den første teorien sier at alt skjedde i selve Big Bang. Kreftene der var så store at samtlige grunnstoffer ble til under eksplosjonen, og deretter slynget ut med så stor kraft at de ble spredt omtrent likt utover i universet. Men denne teorien har et stort problem. Vi kan nemlig observere svært gamle stjerner i universet. Ved å bruke spektralanalyse, en metode som viser hvilke grunnstoffer stjernene består av, viser det seg at de stort sett inneholder bare lette grunnstoffer som hydrogen og helium! I følge disse observasjonene fantes ikke de tunge grunnstoffene da disse stjernene ble til.

Den andre teorien er at grunnstoffene blir til inne i selve stjernene. Men også denne teorien har problemer. Se bare på vår egen sol: den består av enorme mengder hydrogen som fusjoneres til helium. Så store mengder er det, at den vil leve i over ti milliarder år, og den er omtrent midtveis i dette livsløpet. Men i vår egen sol kan vi også observere tyngre grunnstoffer. Altså er vår sol blitt til i en periode der disse grunnstoffene har eksistert, fordi vår egen sol er ikke i stand til å produsere dem på egen hånd.

Når vi ser på stjerner som er dannet senere enn vår egen sol, kan vi se tyngre grunnstoffer i langt større grad. Dette kan altså tyde på at stjernene gjennomgår en evolusjon, der stadig tyngre stoffer blir til etterhvert som universet utvikler seg.

Men det er fortsatt et problem her. En vanlig stjerne er utmerket når det gjelder å forbrenne hydrogen og danne helium. Men hva slags stjerne må til for å forbrenne helium? Eller karbon? Eller oksygen? Eller hvordan i all verden blir jern til, som er langt tyngre enn noen av disse grunnstoffene? Og for å gå til den andre enden av skalaen: hvordan i all verden blir de tunge, radioaktive stoffene dannet, som plutonium og beryllium? For å skape disse grunnstoffene, kreves nemlig så store krefter at det nesten er umulig å forestille seg at de i det hele tatt kan dannes i universet vårt.

Problemstillingen er altså: enten ble alle grunnstoffene til i the Big Bang, noe som ikke stemmer med observasjonene, eller så finnes det en metode for å danne grunnstoffer i universet som vi ikke har sett ennå. Og det er dette fenomenet Marcus Chown kaller “den magiske ovn”.

Spektralanalyse og atomenes opprinnelse

Boka har undertittel “jakten på atomenes opprinnelse”, og begynner som en historisk gjennomgang av hvordan vår oppfatning av universet har utviklet seg. Boka er bygd opp slik at gåten med materiens omdannelse til tunge grunnstoffer løses trinnvis, uten at boka på noen måte framstår som en fasit. Kanskje tvert i mot, det ligger en god del spekulasjoner til grunn her. Forfatterens styrke er at han er i stand til å forklare hvorfor en spekulasjon kan være gyldig, og han forkaster også en del teorier mens han er i gang.

Den sterkeste delen av boka er den siste tredelen, der Chown på merkelig lesbart vis demonstrerer hvordan stjernenes utvikling kan forklares utifra teori nummer to. Han viser at stjernene gjennomgår en gradvis evolusjon, der den eneste måten å skape en ny generasjon stjerne på, er at den forrige eksploderer som en supernova.

Løsningen ligger i stjernene

For det er supernovaene som er nøkkelen til gåten. Når en stjerne har brukt opp all sitt brennstoff, faller den sammen og skaper et enormt trykk før den eksploderer med fantastisk kraft og slynger all materien utover. I denne situasjonen oppstår et så høyt trykk at det er mulig å skape tyngre grunnstoffer enn dem som stjernen besto av før ekslosjonen.

Og det er altså slik det skjer, i følge forfatteren, at gjennom 15 milliarder år har stjernene utviklet seg fra prototyper til avanserte fabrikker som skaper alle grunnstoffene. Det store smellet var bare begynnelsen - det er stjernene som har skapt det materialet vi består av. Vi er direkte knyttet til universet vårt - og når vi ser gammaglimtene fra Big Bang, så er det vår egen fødsel vi ser.

The Magic Furnace - The search for the origin of atoms
Av Marcus Chown
Vintage, 2000
240 sider
Isbn: 0099578018