Big Bang
Man regner med at Universets alder er omkring 13,8 mia. år gammel. Som vist på tidslinjen har man rimelig sikker viden om Universet selv under ét sekund, hvor det første stof dannes. Det tidligste tidspunkt man kan ekstrapolere tilbage til og stadig få meningsfulde resultater, er, da Universet var 10-44 sekunder gammelt 1. Prøver man at gå længere tilbage end det, bryder de grundlæggende teorier, den generelle relativitetsteori og kvantemekanikken, sammen. Dette tidspunkt er altså en slags nedre grænse, og derfor ved forskerne ingenting om, hvad der skete til tidspunktet ”0”. Selv om Big Bang teorien ikke giver svar på alt, er der stadig mange gode grunde til at have tiltro til den. Her er to observationer, man anser som noget af det bedste belæg for Big Bang teorien:
Universets udvidelse
Den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling
Den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling er en direkte rest fra det tidlige univers, og er derfor meget interessant for forskerne. Den vil du møde igen på tidslinjen, under begivenheden ”Rekombination”.
At Universet udvider sig blev for første gang observeret af Edwin Hubble i 1929. Han observerede, at jo længere væk galakser befinder sig fra os, des hurtigere bevæger de sig, ligeledes i retningen væk fra os. Og dette gjaldt, uanset hvilken retning han kiggede i. At det gælder for alle galakser, uanset hvor på himlen de befinder sig, må betyde at Universet selv udvider sig. Man kan tænke på det som en ballon, der pustes op; forestil dig, at rummet er en ballon, og galakserne repræsenteres af tapestykker, du har sat på ballonen. Når ballonen pustes op, vil alle tapestykkerne bevæge sig væk fra hinanden, og de der i forvejen befinder sig langt fra hinanden, vil fjernes fra hinanden endnu hurtigere end dem, der fra start lå tæt på hinanden.
På billedet er Universet repræsenteret som en ballon. Når ballonen pustes op, vil alle galakserne bevæge sig væk fra hinanden. Dette svarer til, at Universet udvider sig.2
At der er denne sammenhæng mellem galaksers indbyrdes afstand og den hastighed, hvormed de fjerner sig fra hinanden, er i dag kendt som Hubbles lov. Skrevet med symboler ser den ud på formen:
v = H0 d
Hvor v betegner galaksens hastighed, og d er afstanden til den. H0 er den såkaldte Hubble-konstant, der i dag har en værdi på ca. 71 km/s/Mpc. Mpc står for ”mega-parsec”, som er en længdeenhed. Plotter man hastigheden som funktion af afstanden, får man altså en ret linje, og denne linjes hældning er Hubblekonstanten H0. Herunder ses det plot, som Edwin Hubble oprindeligt lavede. Bemærk, at hastighedens enhed oprindeligt var km i stedet for km/sec, som det skal være. Selv de bedste fysikere laver fejl i enhederne:
Hubbles oprindelige data.3
Hubble bestemte galaksernes hastighed ud fra det lys de udsendte, som undergår en såkaldt rødforskydning. Princippet i det kan du læse mere om ved at trykke på linket her: Rødforskydning af lys. Vha. Hubbles lov kan man estimere hvor gammelt universet er. Se hvordan i videoen herunder:
I dag ved man, at Universet udvider sig hurtigere og hurtigere, hvilket ikke fremgår af Hubbles lov. Kilden til denne accelererende udvidelse kaldes mørk energi. Man ved ganske enkelt ikke hvad det er, og kan kun indirekte detektere det netop igennem Universets udvidelse. Mørk energi vil du møde flere gange ned ad tidslinjen.
En tredje indikation på et Big Bang, som vi alle kender til, er det faktum at nattehimlen er mørk. Hvorfor det ikke altid har været åbenlyst, kan du læse mere om på linket her: Olbers paradoks.
[1] Video om Universets historie, uge 10 aktivitet 3 (BlackBoard), Steen Hannestad
[2] http://www.sciencephoto.com/media/334264/view
[3] PowerPoint forelæsning 16 (BlackBoard), Ole Bjælde