Det følgende er et uddrag fra Det store billede af Sean Carroll.
Vores moderne billede af vores kosmos blev omhyggeligt stykket sammen gennem data indsamlet af astronomer, som ofte bragte resultater tilbage, der trodsede datidens konventionelle teoretiske visdom. For et århundrede siden, i 1915, lagde Albert Einstein sidste hånd på sin generelle relativitetsteori, som opfatter rumtiden som et dynamisk objekt, hvis krumning giver anledning til den kraft, vi kender som tyngdekraften. Før det tidspunkt er det sikkert at sige, at vi næsten intet vidste om, hvordan universet virkelig var i store skalaer. Rumtiden blev anset for at være absolut og evig, i overensstemmelse med newtonsk mekanik, og astronomerne var uenige om, hvorvidt Mælkevejen var den eneste galakse i universet, eller blot en af utallige mange.
Nu er det grundlæggende blevet godt etableret. Mælkevejen, vi ser strækker sig hen over den mørke nattehimmel, er en galakse - en samling af stjerner, der kredser under deres gensidige tyngdekraft. Det er svært at tælle præcist hvor mange, men der er over 100 milliarder stjerner i Mælkevejen. Det er ikke alene; spredt i det observerbare rum finder vi mindst 100 milliarder galakser, typisk med størrelser, der nogenlunde kan sammenlignes med vores egen. (Ved en tilfældighed er tallet 100 milliarder også en meget grov optælling af antallet af neuroner i en menneskelig hjerne.) Nylige undersøgelser af relativt nærliggende stjerner tyder på, at de fleste af dem har planeter af en slags, og måske en ud af seks stjerner har en 'Jordlignende' planet, der kredser omkring den.
Det måske mest bemærkelsesværdige træk ved fordelingen af galakser gennem rummet er, at jo længere ud vi kigger, jo mere ensartede bliver tingene. På de allerstørste skalaer er universet ekstremt glat og uden træk. Der er intet center, ingen top eller bund, ingen kanter, ingen foretrukken placering overhovedet.
Spred alt det materiale ud i rummet, og den generelle relativitetsteori siger, at det ikke bare kommer til at sidde der. Galakser kommer til at trække på hinanden, så universet skal enten udvide sig fra en mere tæt tilstand eller trække sig sammen fra en mindre tæt. I 1920'erne opdagede Edwin Hubble, at vores univers faktisk udvider sig. Med denne opdagelse kan vi bruge vores teoretiske forståelse til at ekstrapolere tilbage i tiden. Ifølge generel relativitetsteori, hvis vi fortsætter med at køre filmen om det tidlige univers baglæns, kommer vi til en singularitet, hvor tætheden og ekspansionshastigheden nærmer sig uendelig.
Det scenarie, udviklet af den belgiske præst Georges Lemaître under navnet 'det oprindelige atom', men til sidst døbt 'Big Bang-modellen', forudsiger, at det tidlige univers ikke kun var tættere, men også varmere. Så varmt og tæt, at det ville have glødet som det indre af en stjerne, og al den stråling burde stadig fylde rummet i dag, klar til at blive opdaget i vores teleskoper. Det er netop, hvad der skete i det skæbnesvangre forår 1964, da astronomerne Arno Penzias og Robert Wilson ved Bell Laboratories opdagede den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, restlys fra det tidlige univers, der er kølet af, efterhånden som rummet udvidede sig. I dag er det kun en smule mindre end 3 grader over det absolutte nulpunkt; det er et koldt univers derude.
Når vi taler om 'Big Bang-modellen', skal vi være omhyggelige med at skelne den fra 'Big Bang' selv. Førstnævnte er en overordentlig vellykket teori om udviklingen af det observerbare univers; sidstnævnte er et hypotetisk øjeblik, som vi næsten intet ved om.
Big Bang-modellen er simpelthen ideen om, at stoffet i universet for cirka 14 milliarder år siden var ekstremt varmt, tæt pakket og spredte sig næsten ensartet gennem rummet, som ekspanderede meget hurtigt. Efterhånden som rummet udvidede sig, blev stoffet fortyndet og afkølet, og stjerner og galakser kondenserede ud af det glatte plasma under tyngdekraftens ubarmhjertige træk. Desværre var plasmaet så varmt og tæt på tidlige tidspunkter, at det i det væsentlige var uigennemsigtigt. Den kosmiske mikrobølgebaggrund afslører, hvordan universet så ud, da det først blev gennemsigtigt, men før det kan vi ikke direkte se.
Det store billede: Om livets oprindelse, mening og selve universet
KøbeSelve Big Bang, som forudsagt af den generelle relativitetsteori, er et øjeblik i tiden, ikke et sted i rummet. Det ville ikke være en eksplosion af stof til et tomt, allerede eksisterende tomrum; det ville være begyndelsen på hele universet, med stof jævnt fordelt over hele rummet, alt på én gang. Det ville være det øjeblik forud for hvilket der ingen øjeblikke var: ingen plads, ingen tid.
Det er også, højst sandsynligt, ikke ægte. Big Bang er en forudsigelse af generel relativitetsteori, men singulariteter, hvor tætheden er uendelig stor, er præcis dér, hvor vi forventer, at den generelle relativitetsteori brydes ned - de er uden for teoriens anvendelighedsdomæne. Kvantemekanikken burde i det mindste blive afgørende vigtig under sådanne forhold, og generel relativitetsteori er en rent klassisk teori.
Så Big Bang markerer faktisk ikke begyndelsen på vores univers; det markerer afslutningen på vores teoretiske forståelse. Vi har på baggrund af observationsdata en meget god idé om, hvad der skete kort efter banget. Mikrobølgebaggrundsstrålingen fortæller os med en meget høj grad af præcision, hvordan tingene var et par hundrede tusinde år efter, og overfloden af lette elementer fortæller os, hvad universet lavede, da det var en kernefusionsreaktor, blot et par minutter efter. . Men selve banget er et mysterium. Vi skal ikke tænke på det som 'singulariteten ved tidernes begyndelse'; det er en etiket for et øjeblik i tiden, som vi i øjeblikket ikke forstår.
Lige siden universets udvidelse blev opdaget, har spørgsmålet om universets fremtidige skæbne optaget kosmologernes sind. Ville det blive ved med at udvide sig for evigt, eller i sidste ende vende kursen og trække sig sammen til et ultimativt 'Big Crunch'?
Et vigtigt spor blev afsløret, lige da det tyvende århundrede sluttede, da to hold af astronomer i 1998 annoncerede, at universet ikke kun udvidede sig; det accelererede. Hvis du fokuserede på en bestemt fjern galakse og målte dens hastighed og derefter kom tilbage et par millioner eller milliarder år senere og målte den igen, ville du opdage, at den nu bevæger sig endnu hurtigere fra dig. (Det var selvfølgelig ikke, hvad astronomerne gjorde; de sammenlignede galaksernes hastigheder på forskellige afstande.) Hvis denne adfærd fortsætter for evigt - hvilket virker ret plausibelt - vil universet fortsætte med at udvide sig og fortyndes i evighed.
Normalt ville vi forvente, at universets udvidelse ville blive langsommere, efterhånden som gravitationskræfterne mellem galakserne arbejdede på at trække dem sammen. Den observerede acceleration skal skyldes noget andet end materie, som vi kender det. Der er en meget åbenlys, robust kandidat til, hvad synderen kan være: vakuumenergi, som Einstein opfandt og kaldte den kosmologiske konstant. Vakuumenergi er en slags energi, der er iboende i selve rummet og forbliver ved en konstant tæthed (energimængde pr. kubikcentimeter), selvom rummet udvider sig. På grund af samspillet mellem energi og rumtid i generel relativitetsteori løber vakuumenergien aldrig ud eller forsvinder. det kan blive ved med at skubbe for evigt.
Vi ved ikke med sikkerhed, om det vil fortsætte med at skubbe for evigt, selvfølgelig; vi kan kun ekstrapolere vores teoretiske forståelse ind i fremtiden. Men det er muligt, og i en vis forstand ville det være enklest, for den accelererede udvidelse simpelthen at fortsætte uden ende.
Det fører til en noget ensom fremtid for vores univers. Lige nu er nattehimlen levende med stærkt lysende stjerner og galakser. Det kan ikke vare evigt. stjerner bruger deres brændstof og vil til sidst falme til sort. Astronomer anslår, at den sidste dunkle stjerne vil blinke omkring 1 quadrillion (10femten) år fra nu. På det tidspunkt vil andre galakser være flyttet langt væk, og vores lokale gruppe af galakser vil være befolket af planeter, døde stjerner og sorte huller. Én efter én vil disse planeter og stjerner falde ned i de sorte huller, som igen vil samle sig i ét supermassivt sort hul. I sidste ende, som Stephen Hawking lærte os, vil selv de sorte huller fordampe. Efter ca. 1 Google (10100) år, vil alle de sorte huller i vores observerbare univers være fordampet til en tynd tåge af partikler, som vil blive mere og mere fortyndet, efterhånden som rummet fortsætter med at udvide sig. Slutresultatet af dette, vores mest sandsynlige scenarie for fremtiden for vores univers, er intet andet end koldt, tomt rum, som vil vare bogstaveligt talt for evigt.
Vi er små, og universet er stort. Det er svært, når man overvejer kosmos omfang, at tro, at vores eksistens her på Jorden spiller en vigtig rolle i formålet eller skæbnen med det hele.
Det er selvfølgelig bare det, vi ser. For alt hvad vi ved, kunne universet være uendeligt stort; eller det kunne bare være en smule større end det, vi observerer. Den ensartethed, der kendetegner vores observerbare område af rummet, kan strække sig i det uendelige, eller andre regioner kan være ekstremt forskellige fra vores egen. Vi bør være beskedne, når vi udtaler os om universet ud over, hvad vi kan måle.
Et af de mest slående træk ved universet er kontrasten mellem dets ensartethed i rummet og dets dramatiske udvikling over tid. Vi ser ud til at leve i et univers med en udtalt tidsmæssig ubalance: omkring 14 milliarder år mellem Big Bang og nu, og måske et uendeligt antal år mellem nu og den eventuelle fremtid. Så vidt vi ved, er der en legitim følelse af, at vi lever i en ung og levende periode i universets historie - en historie, der for det meste vil være kold, mørk og tom.
Hvorfor det? Måske er der en dybere forklaring, eller måske er det bare sådan det er. Det bedste, en moderne kosmolog kan gøre, er at tage disse observerede træk af universet som ledetråde til dets ultimative natur, og blive ved med at prøve at sætte det hele ind i et mere omfattende billede. Et afgørende spørgsmål undervejs er, hvorfor stoffet i universet udviklede sig over milliarder af år på en sådan måde, at det skabte os?
Uddrag fra Det store billede af Sean Carroll. Genoptrykt efter aftale med DUTTON, et medlem af Penguin Group (USA) LLC, A Penguin Random House Company. Copyright © 2016 af Sean Carroll