det tog ganska lite mer än sju dagar att skapa universum som vi känner det idag. SPACE.com tittar på himlens mysterier i vår åtta delar serie: historien & Kosmos framtid. Detta är del 5 i den serien.

vårt universum föddes för cirka 13,7 miljarder år sedan i en massiv expansion som blåste upp rymden som en gigantisk ballong.

det är i ett nötskal Big Bang-teorin, som nästan alla kosmologer och teoretiska fysiker stöder. Bevisen som stöder tanken är omfattande och övertygande. Vi vet till exempel att universum fortfarande expanderar även nu, i en ständigt accelererande takt.

forskare har också upptäckt ett förutsagt termiskt avtryck av Big Bang, den universumgenomträngande kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. Och vi ser inga föremål uppenbarligen äldre än 13,7 miljarder år, vilket tyder på att vårt universum kom till runt den tiden.

”alla dessa saker sätter Big Bang på en extremt solid grund”, säger astrofysiker Alex Filippenko från University of California, Berkeley. ”Big Bang är en oerhört framgångsrik teori.”

Så vad lär denna teori oss? Vad hände egentligen vid vårt universums födelse, och hur tog det den form vi observerar idag?

början

traditionell Big Bang — teori innebär att vårt universum började med en singularitet-en punkt med oändlig densitet och temperatur vars natur är svår för våra sinnen att förstå. Detta kanske dock inte exakt återspeglar verkligheten, säger forskare, eftersom singularitetsideen bygger på Einsteins teori om allmän relativitet.

”problemet är att det inte finns någon anledning att tro på allmän relativitet i den regimen”, säger Sean Carroll, en teoretisk fysiker vid Caltech. ”Det kommer att vara fel, för det tar inte hänsyn till kvantmekanik. Och kvantmekanik kommer säkert att vara viktigt när du kommer till den platsen i universums historia.”

så universums början är fortfarande ganska grumlig. Forskare tror att de kan plocka upp historien på ungefär 10 till minus 36 sekunder — en trillionth av en trillionth av en trillionth av en sekund — efter Big Bang.

vid den tiden tror de att universum genomgick en extremt kort och dramatisk inflationsperiod som expanderade snabbare än ljusets hastighet. Det fördubblades i storlek kanske 100 gånger eller mer, allt inom loppet av några små fraktioner av en sekund.

(Inflation kan tyckas bryta mot teorin om speciell relativitet, men det är inte fallet, säger forskare. Särskild relativitet hävdar att ingen information eller materia kan transporteras mellan två punkter i rymden snabbare än ljusets hastighet. Men inflationen var en expansion av rymden själv.)

”inflationen var” bang ”av Big Bang”, berättade Filippenko SPACE.com ” före inflationen var det bara lite saker, kanske, expanderade bara lite. Vi behövde något som inflation för att göra universum stort.”

detta snabbt växande universum var ganska tomt på materia, men det innehöll enorma mängder mörk energi, teorin går. Mörk energi är den mystiska kraft som forskare tror Driver universums nuvarande accelererande expansion.

under inflationen gjorde mörk energi universum smidigt ut och accelererade. Men det stannade inte länge.

” det var bara tillfällig mörk energi”, berättade Carroll SPACE.com. ” det omvandlades till vanlig materia och strålning genom en process som kallas återuppvärmning. Universum gick från att vara kallt under inflationen till att vara varmt igen när all den mörka energin gick bort.”

forskare vet inte vad som kan ha sporrat inflationen. Det är fortfarande en av de viktigaste frågorna i Big Bang kosmologi, Filippenko sa.

en annan ide

de flesta kosmologer betraktar inflationen som den ledande teorin för att förklara universums egenskaper — specifikt varför den är relativt platt och homogen, med ungefär samma mängd saker utspridda lika i alla riktningar.

olika bevislinjer pekar mot att inflationen är en verklighet, säger teoretisk fysiker Andy Albrecht vid University of California, Davis.

”de hänger alla ganska snyggt med inflationsbilden”, säger Albrecht, en av arkitekterna för inflationsteorin. ”Inflationen har gjort otroligt bra.”

inflationen är dock inte den enda tanken där ute som försöker förklara universums struktur. Teoretiker har kommit med en annan, kallad den cykliska modellen, som bygger på ett tidigare koncept som heter ekpyrotic universe.

den här tanken hävdar att vårt universum inte kom fram från en enda punkt, eller något liknande. Snarare ”studsade” den till expansion — i en mycket mer lugn takt än inflationsteorin förutspår-från ett befintligt universum som hade kontrakterats. Om denna teori är korrekt har vårt universum sannolikt genomgått en oändlig följd av” bangs ”och” crunches.”

”början på vårt universum skulle ha varit trevligt och ändligt”, säger Burt Ovrut från University of Pennsylvania, en av upphovsmännen till ekpyrotisk teori.

den cykliska modellen innebär att vårt universum består av 11 dimensioner, endast fyra av vilka vi kan observera (tre av rymden och en av tiden). Vår fyrdimensionella del av universum kallas en brane (förkortning för membran).

det kan finnas andra branes som lurar där ute i 11-dimensionellt utrymme, tanken går. En kollision mellan två branes kunde ha skakat universum från sammandragning till expansion, vilket sporrade Big Bang vi ser bevis på idag.

letar du efter gravitationsvågor

snart kan forskare säkert veta vilken teori-inflation eller den cykliska modellen — är en bättre representation av verkligheten.

till exempel skulle inflationen sannolikt producera mycket starkare gravitationsvågor än en ekpyrotisk ”studsa”, sade Filippenko. Så forskare letar efter några tecken på dessa teoretiska snedvridningar av rymdtid, som ännu inte har observerats.

Europeiska rymdorganisationens Planck-satellit, som lanserades 2009, kan hitta de svårfångade gravitationsvågorna. Det kan också samla andra bevis som kan tippa vågorna på något sätt, sa Ovrut.

”det här är saker som inom de närmaste 10 åren kommer att diskuteras och förhoppningsvis beslutas”, berättade Ovrut SPACE.com.

universum vi vet tar form

kosmologer misstänker att de fyra krafterna som styr universum — gravitation, elektromagnetism och de svaga och starka kärnkrafterna — förenades till en enda kraft vid universums födelse, squashed tillsammans på grund av extrema temperaturer och densiteter inblandade.

men saker förändrades när universum expanderade och kyldes. Runt inflationstiden separerade den starka kraften sannolikt ut. Och med cirka 10 trilliondelar av en sekund efter Big Bang blev de elektromagnetiska och svaga krafterna också tydliga.

strax efter inflationen var universum troligen fyllt med en het, tät plasma. Men med cirka 1 mikrosekund (10 till minus 6 sekunder) eller så hade det svalnat tillräckligt för att låta de första protonerna och neutronerna bildas, tror forskare.

under de första tre minuterna efter Big Bang började dessa protoner och neutroner smälta samman och bildade deuterium (även känt som tungt väte). Deuteriumatomer förenades sedan med varandra och bildade helium-4.

rekombination: universum blir transparent

dessa nyskapade atomer var alla positivt laddade, eftersom universum fortfarande var för varmt för att gynna fångsten av elektroner.

men det förändrades ungefär 380 000 år efter Big Bang. I en epok som kallas rekombination började väte-och heliumjoner fastna elektroner och bildade elektriskt neutrala atomer. Ljus sprider avsevärt bort fria elektroner och protoner, men mycket mindre så av neutrala atomer. Så fotoner var nu mycket mer fria att kryssa genom universum.

rekombination förändrade dramatiskt universums utseende; det hade varit en ogenomskinlig dimma, och nu blev den transparent. Den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen vi observerar idag är från denna tid. men ändå var universum ganska mörkt länge efter rekombination, bara riktigt upplyst när de första stjärnorna började skina omkring 300 miljoner år efter Big Bang. De hjälpte till att ångra mycket av vad rekombination hade åstadkommit. Dessa tidiga stjärnor — och kanske några andra mystiska källor-kastade tillräckligt med strålning för att dela upp det mesta av universums väte tillbaka i dess beståndsdelar protoner och elektroner.

denna process, känd som reionisering, verkar ha gått sin kurs med cirka 1 miljard år efter Big Bang. Universum är inte ogenomskinligt idag, som det var före rekombination, eftersom det har expanderat så mycket. Universums Materia är mycket utspädd, och fotonspridningsinteraktioner är således relativt sällsynta, säger forskare.

med tiden graviterade stjärnor tillsammans för att bilda galaxer, vilket ledde till mer och mer storskalig struktur i universum. Planeter samlades runt några nybildande stjärnor, inklusive vår egen sol. Och för 3, 8 miljarder år sedan slog livet rot på jorden.

före Big Bang?

medan mycket om universums första ögonblick förblir spekulativt, är frågan om vad som föregick Big Bang ännu mer mystisk och svår att ta itu med.

till att börja med kan frågan i sig vara meningslös. Om universum kom från ingenting, som vissa teoretiker tror, markerar Big Bang ögonblicket när tiden själv började. I så fall skulle det inte finnas något sådant som ”tidigare”, sa Carroll.

men vissa uppfattningar om universums födelse kan föreslå möjliga svar. Den cykliska modellen föreslår till exempel att ett sammandragande universum föregick vår expanderande. Carroll kan också föreställa sig något som finns före Big Bang.

” det kan bara vara tomt utrymme som fanns innan vår Big Bang hände, då gav vissa kvantfluktuationer ett universum som vårt”, sa han. ”Du kan föreställa dig en liten bubbla av utrymme som klämmer av genom en fluktuation och fylls med bara en liten liten klick energi, som sedan kan växa in i universum som vi ser genom inflationen.”Filippenko misstänker också att något i den riktningen kan vara sant.

” Jag tror att tiden i vårt universum började med Big Bang, men jag tror att vi var en fluktuation från en föregångare, ett moderuniversum,” sade Filippenko.

kommer vi någonsin att veta?

kosmologer och fysiker arbetar hårt för att förfina sina teorier och föra universums tidigaste ögonblick till skarpare och skarpare fokus. Men kommer de någonsin verkligen veta vad som hände på Big Bang?

det är en skrämmande utmaning, särskilt eftersom forskare arbetar på en 13,7 miljarder år bort. Men räkna inte ut vetenskapen, sa Carroll. För 100 år sedan förstod folk väldigt lite om universum. Vi visste inte om allmän relativitet, till exempel, eller kvantmekanik. Vi visste inte att universum expanderade, och vi visste inte Om Big Bang.

”Vi vet alla dessa saker nu,” sa Carroll. ”Framstegstakten är faktiskt förvånansvärt snabb, så jag skulle aldrig ge efter för pessimism. Det finns ingen anledning i kosmologins och fysikens senaste historia att vara pessimistisk om våra möjligheter att förstå Big Bang.”

Albrecht uttryckte liknande optimism och sa att vi en dag till och med kan räkna ut vad, om något, fanns före Big Bang.

” jag baserar mitt hopp på det faktum att kosmologin har varit så framgångsrik”, berättade han SPACE.com. ” det verkar som om naturen har skickat oss ett tydligt budskap om att vi verkligen kan göra vetenskap med universum.”

Du kan följa SPACE.com senior författare Mike Wall på Twitter: @ michaeldwall. Följ SPACE.com för det senaste inom rymdvetenskap och utforskning nyheter på Twitter @Spacedotcom och på Facebook.