Introduktion
For omkring 13,8 milliarder år siden begyndte universet, som vi kender det. Dette øjeblik, kendt som Big Bang, er, hvor selve rummet hurtigt begyndte at udvide sig. På Big Bang-tidspunktet passer det observerbare univers (inklusive materialerne til mindst 2 billioner galakser) i et rum, der er mindre end en centimeter på tværs. Nu er det observerbare univers 93 milliarder lysår på tværs og ekspanderer stadig.
Der er mange spørgsmål om Big Bang, især om hvad der kom før det (hvis noget). Men forskere ved nogle ting. Læs videre for nogle af de mest mind-bending opdagelser om begyndelsen på alt.
Universet udvides
Indtil 1929 var universets oprindelse helt indhyllet i myte og teori. Men det år opdagede en initiativrig astronom ved navn Edwin Hubble noget meget vigtigt ved universet, noget der ville åbne nye måder at forstå dens fortid på: Det hele udvides.
Hubble gjorde sin opdagelse ved at måle noget kaldet rødskift, som er skiftet mod længere, røde bølgelængder af lys set i meget fjerne galakser. (Jo længere væk objektet er, desto mere udtalt er rødskiftet.) Hubble fandt, at rødskift steg lineært med afstand i fjerntliggende galakser, hvilket indikerer, at universet ikke er stationært. Det udvides, overalt, på én gang.
Hubble var i stand til at beregne hastigheden for denne ekspansion, et tal kendt som Hubble Constant, ifølge NASA. Det var denne opdagelse, der gjorde det muligt for forskere at ekstrapolere tilbage og teoretisere, at universet engang var pakket i et lille punkt. De kaldte det første øjeblik af dens udvidelse Big Bang.
Kosmisk mikrobølgebaggrundsstråling
I maj 1964 arbejdede Arno Penzias og Robert Wilson, forskere ved Bell Phone Laboratories, med at bygge en ny radiomodtager i New Jersey. Deres antenne pluk fortsat med en mærkelig brummer, der syntes at komme overalt, hele tiden. De troede, det kunne være duer i udstyret, men at fjerne rederne gjorde intet. Deres andre forsøg på at reducere interferens gjorde heller ikke. Til sidst indså de, at de afhente noget rigtigt.
Hvad de havde opdaget, viste det sig, var universets første lys: kosmisk mikrobølgebaggrundsstråling. Denne stråling går tilbage til omkring 380.000 år efter Big Bang, da universet endelig afkølet nok til, at fotoner (de bølgelignende partikler, der udgør lys), kan bevæge sig frit. Opdagelsen gav støtte til Big Bang-teorien og til forestillingen om, at universet ekspanderede hurtigere end lysets hastighed i sit første øjeblik. (Det skyldes, at den kosmiske baggrund er ganske ensartet, hvilket antyder en jævn udvidelse af alt på én gang fra et lille punkt.)
Sky kort
Opdagelsen af den kosmiske mikrobølgebakgrund åbnede et vindue ind i universets oprindelse. I 1989 lancerede NASA en satellit kaldet Cosmic Background Explorer (COBE), som målte små variationer i baggrundsstrålingen. Resultatet var et "babybillede" af universet ifølge NASA, der viser nogle af de første tæthedsvariationer i det ekspanderende univers. Disse små variationer gav sandsynligvis anledning til mønsteret af galakser og tomrum, kendt som den kosmiske galaksevane, som vi ser i universet i dag.
Direkte bevis for inflation
Den kosmiske mikrobølgebakgrund gjorde det også muligt for forskere at finde "rygerpistolen" til inflation - den massive, hurtigere end lysudvidelse, der fandt sted ved Big Bang. (Selvom Einsteins teori om særlig relativitet hævder, at intet går hurtigere end lys gennem rummet, var dette ikke en krænkelse; selve rummet udvidede.) I 2016 annoncerede fysikere, at de havde opdaget en bestemt form for polarisering eller retningsbestemmelse i nogle af den kosmiske mikrobølge baggrund. Denne polarisering er kendt som "B-tilstande." B-mode polarisering var det første direkte bevis på gravitationsbølger fra Big Bang. Gravitationsbølger oprettes, når massive genstande i rummet fremskynder eller bremser (den første, der nogensinde blev opdaget, kom fra sammenstødet mellem to sorte huller). B-tilstande giver en ny måde at direkte undersøge det tidlige universets ekspansion - og måske at finde ud af, hvad der drev det.
Indtil videre ingen ekstra dimensioner
En konsekvens af opdagelsen af tyngdekraften var, at det gjorde det muligt for forskere at søge efter yderligere dimensioner ud over de sædvanlige tre. Ifølge teoretikere skal tyngdepunktbølger være i stand til at krydse ind i ukendte dimensioner, hvis disse dimensioner findes. I oktober 2017 opdagede forskere gravitationsbølger fra kollisionen mellem to neutronstjerner. De målte den tid, det tog bølgerne at rejse fra stjernerne til Jorden, og fandt intet bevis for nogen ekstra-dimensionel lækage.
Resultaterne, der blev offentliggjort i juli 2018 i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, antyder, at hvis der er andre dimensioner derude, er de små - de ville påvirke områder af universet, der er mindre end 1 mil (1,6 kilometer) i størrelse. Det betyder, at strengteori, der antyder, at universet er lavet af små vibrerende strenge og forudsiger mindst 10 teensy dimensioner, stadig kunne være sandt.
Udvidelse accelererer ...
En af de mærkeligste opdagelser i fysik er, at universet ikke kun ekspanderer, det ekspanderer med en accelererende hastighed.
Opdagelsen stammer fra 1998, hvor fysikere annoncerede resultaterne af adskillige langvarige projekter, der målte særligt tunge supernovas kaldet Type Ia supernovas. Resultaterne (som vandt forskerne Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt og Adam G. Reiss en Nobelpris i 2011) afslørede svagere end forventet lys fra det fjerneste af disse supernovas. Dette svage lys viste, at selve rummet ekspanderer: Alt i universet kommer gradvist længere væk fra alt andet.
Forskere kalder driveren af denne ekspansion "mørk energi", en mystisk motor, der kan udgøre omkring 68% af energien i universet. Denne mørke energi ser ud til at være af afgørende betydning for at få teorier om universets begyndelse til at passe til observationer, der gennemføres nu, såsom dem, der er lavet af NASAs Wilkinson Microbølgeovn Anisotropy Probe (WMAP), et instrument, der har produceret det mest præcise kort over den kosmiske mikrobølge baggrund endnu.
… Endnu hurtigere end forventet
Nye resultater fra Hubble-teleskopet, der blev frigivet i april 2019, har uddybet puslespillet i det ekspanderende univers. Målingerne fra rumteleskopet viser, at universets udvidelse er 9% hurtigere end forventet fra tidligere observationer. For galakser oversættes hver 3,3 millioner lysårsafstand fra Jorden til yderligere 46 miles per sekund (74 km per sekund) hurtigere end tidligere beregninger forudsagt, ifølge NASA.
Hvorfor betyder dette noget for universets oprindelse? Fordi fysikere må mangle noget. Ifølge NASA kan der have været tre separate "energi" bursts under Big Bang og kort derefter. Disse bursts sætter scenen for det, vi ser i dag. Den første kan have startet den første udvidelse; et sekund kan være sket meget hurtigere, og fungere som en tung fod presset på universets gaspedal, hvilket får universet til at ekspandere hurtigere end tidligere antaget. En sidste mørk energi-burst kan muligvis forklare den accelererende udvidelse af universet i dag.
Intet af dette er bevist - endnu. Men forskere kigger efter. Forskere ved University of Texas ved Austin McDonald Observatory bruger et nyligt opgraderet instrument, Hobby-Eberly-teleskopet, til direkte at se efter mørk energi. Projektet, Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), måler det svage lys fra galakser så langt væk som 11 milliarder lysår, hvilket giver forskere mulighed for at se ændringer i universets acceleration over tid. De studerer også ekkoet af forstyrrelser i det 400.000 år gamle univers, skabt i den tætte partikelsuppe, der udgjorde alt lige efter Big Bang. Dette vil også afsløre ekspansionens mysterier og forklare den mørke energi, der kørte den.
