det tog lidt mere end syv dage at skabe universet, som vi kender det i dag. SPACE.com ser på himlenes mysterier i vores otte-delte serie: historien & Kosmos fremtid. Dette er del 5 i denne serie.

vores univers blev født for omkring 13, 7 milliarder år siden i en massiv ekspansion, der sprængte rummet op som en gigantisk ballon.

det er i en nøddeskal Big Bang-teorien, som stort set alle kosmologer og teoretiske fysikere støtter. Beviserne, der understøtter ideen, er omfattende og overbevisende. Vi ved for eksempel, at universet stadig ekspanderer selv nu, med en stadigt accelererende hastighed.

forskere har også opdaget et forudsagt termisk aftryk af Big Bang, den univers-gennemtrængende kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling. Og vi ser ikke nogen objekter, der tydeligvis er ældre end 13,7 milliarder år, hvilket tyder på, at vores univers blev til omkring den tid.

“alle disse ting sætter Big Bang på et ekstremt solidt fundament,” sagde astrofysiker Aleks Filippenko fra University of California, Berkeley. “Big Bang er en meget succesfuld teori.”

så hvad lærer denne teori os? Hvad skete der virkelig ved fødslen af vores univers, og hvordan tog det den form, vi observerer i dag?

begyndelsen

traditionel Big Bang — teori hævder, at vores univers begyndte med en singularitet-et punkt med uendelig tæthed og temperatur, hvis natur er vanskelig for vores sind at forstå. Dette kan dog ikke nøjagtigt afspejle virkeligheden, siger forskere, fordi singularitetsideen er baseret på Einsteins teori om generel relativitet.”problemet er, at der overhovedet ikke er nogen grund til at tro på generel relativitet i dette regime,” sagde Sean Carroll, en teoretisk fysiker ved Caltech. “Det vil være forkert, fordi det ikke tager højde for kvantemekanik. Og kvantemekanik vil helt sikkert være vigtig, når du kommer til det sted i universets historie.”

så universets begyndelse forbliver temmelig grumset. Forskere tror, at de kan hente historien omkring 10 til minus 36 sekunder — en trillionth af en trillionth af en trillionth af et sekund — efter Big Bang.

på det tidspunkt tror de, at universet gennemgik en ekstremt kort og dramatisk periode med inflation og ekspanderede hurtigere end lysets hastighed. Det fordobles i størrelse måske 100 gange eller mere, alt inden for et par små brøkdele af et sekund.

(Inflation kan synes at krænke teorien om særlig relativitet, men det er ikke tilfældet, siger forskere. Særlig relativitet hævder, at ingen information eller stof kan transporteres mellem to punkter i rummet hurtigere end lysets hastighed. Men inflationen var en udvidelse af selve rummet.)

“inflationen var Big bangs ‘bang’, “fortalte Filippenko SPACE.com” før inflationen var der bare en lille smule ting, muligvis ekspanderende bare en lille smule. Vi havde brug for noget som inflation for at gøre universet stort.”

dette hurtigt ekspanderende univers var stort set tomt for stof, men det havde enorme mængder mørk energi, går teorien. Mørk energi er den mystiske kraft, som forskere mener driver universets nuværende accelererende ekspansion.

under inflationen fik mørk energi universet til at glatte ud og accelerere. Men det holdt sig ikke længe.

“det var bare midlertidig mørk energi,” fortalte Carroll SPACE.com. ” det konverterede til almindeligt stof og stråling gennem en proces kaldet genopvarmning. Universet gik fra at være koldt under inflationen til at være varmt igen, da al den mørke energi gik væk.”

forskere ved ikke, hvad der kunne have ansporet inflationen. Det er fortsat et af de vigtigste spørgsmål i Big Bang kosmologi, sagde Filippenko.

en anden ide

de fleste kosmologer betragter inflation som den førende teori for at forklare universets egenskaber — specifikt hvorfor det er relativt fladt og homogent, med omtrent samme mængde ting spredt lige i alle retninger.

forskellige beviser peger på, at inflationen er en realitet, sagde teoretisk fysiker Andy Albrecht fra University of California, Davis.

“de hænger alle sammen temmelig pænt sammen med inflationsbilledet,” sagde Albrecht, en af arkitekterne for inflationsteori. “Inflationen har klaret sig utroligt godt.”

inflation er imidlertid ikke den eneste ide derude, der forsøger at forklare universets struktur. Teoretikere er kommet med en anden, kaldet den cykliske model, som er baseret på et tidligere koncept kaldet det ekpyrotiske univers.

denne ide hævder, at vores univers ikke opstod fra et enkelt punkt eller noget lignende. Snarere “sprang” det i ekspansion — i et meget mere roligt tempo end inflationsteorien forudsiger-fra et allerede eksisterende univers, der havde været kontraherende. Hvis denne teori er korrekt, vores univers har sandsynligvis gennemgået en endeløs række af “pandehår” og “crunches.”

” begyndelsen på vores univers ville have været rart og endeligt, ” sagde Burt Ovrut fra University of Pennsylvania, en af ophavsmændene til ekpyrotisk teori.

den cykliske model hævder, at vores univers består af 11 dimensioner, hvoraf kun fire kan vi observere (tre af rummet og en af tiden). Vores firedimensionelle del af universet kaldes en Bran (forkortelse for membran).

der kunne være andre braner, der lurer derude i 11-dimensionelt rum, ideen går. En kollision mellem to braner kunne have rystet universet fra sammentrækning til ekspansion og ansporet Big Bang, vi ser bevis for i dag.

på udkig efter gravitationsbølger

snart kan forskere sikkert vide, hvilken teori — inflation eller den cykliske model — er en bedre repræsentation af virkeligheden.for eksempel vil inflationen sandsynligvis producere meget stærkere gravitationsbølger end en ekpyrotisk “bounce”, sagde Filippenko. Så forskere leder efter tegn på disse teoretiske forvrængninger af rumtid, som endnu ikke er observeret.Den Europæiske Rumorganisations Planck-satellit, der blev lanceret i 2009, kan finde de undvigende gravitationsbølger. Det kan også samle andre beviser, der kunne tippe skalaerne på begge måder, sagde Ovrut.

“Dette er ting, der inden for de næste 10 år vil blive diskuteret og forhåbentlig besluttet,” fortalte Ovrut SPACE.com.

universet, vi kender, tager form

kosmologer har mistanke om, at de fire kræfter, der styrer universet — tyngdekraft, elektromagnetisme og de svage og stærke nukleare kræfter — blev samlet i en enkelt kraft ved universets fødsel, knust sammen på grund af de ekstreme temperaturer og tætheder involveret.

men tingene ændrede sig som universet udvidet og afkølet. Omkring inflationstidspunktet blev den stærke kraft sandsynligvis adskilt. 10 billioner af et sekund efter Big Bang blev de elektromagnetiske og svage kræfter også tydelige.lige efter inflationen var universet sandsynligvis fyldt med et varmt, tæt plasma. Men omkring 1 mikrosekund (10 til minus 6 sekunder) eller deromkring var det afkølet nok til at tillade de første protoner og neutroner at danne, tror forskere.

i de første tre minutter efter Big Bang begyndte disse protoner og neutroner at smelte sammen og danne deuterium (også kendt som tungt brint). Deuteriumatomer sluttede sig derefter sammen med hinanden og dannede helium-4.

rekombination: universet bliver gennemsigtigt

disse nyoprettede atomer blev alle positivt ladede, da universet stadig var for varmt til at favorisere indfangning af elektroner.

men det ændrede sig omkring 380.000 år efter Big Bang. I en epoke kendt som rekombination begyndte brint-og heliumioner at fange elektroner og dannede elektrisk neutrale atomer. Lys spreder betydeligt fra frie elektroner og protoner, men meget mindre så fra neutrale atomer. Så fotoner var nu meget mere fri til at krydse gennem universet.

rekombination ændrede dramatisk universets udseende; det havde været en uigennemsigtig tåge, og nu blev den gennemsigtig. Den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, vi observerer i dag, stammer fra denne æra.

men alligevel var universet temmelig mørkt i lang tid efter rekombination, kun virkelig lysende, da de første stjerner begyndte at skinne omkring 300 millioner år efter Big Bang. De hjalp med at fortryde meget af, hvad rekombination havde opnået. Disse tidlige stjerner — og måske nogle andre mystiske kilder-kastede nok stråling til at opdele det meste af universets brint tilbage i dets bestanddele protoner og elektroner.

denne proces, kendt som reionisering, ser ud til at have kørt sin kurs omkring 1 milliard år efter Big Bang. Universet er ikke uigennemsigtigt i dag, som det var før rekombination, fordi det har udvidet sig så meget. Universets stof er meget fortyndet, og fotonspredningsinteraktioner er således relativt sjældne, siger forskere.

over tid graviterede stjerner sammen for at danne galakser, hvilket førte til mere og mere storskala struktur i universet. Planeter smeltede sammen omkring nogle nyligt dannende stjerner, inklusive vores egen sol. Og for 3,8 milliarder år siden slog livet rod på jorden.

før Big Bang?

mens meget om universets første få øjeblikke forbliver spekulativt, er spørgsmålet om, hvad der gik forud for Big Bang, endnu mere mystisk og svært at tackle.

til at begynde med kan selve spørgsmålet være meningsløst. Hvis universet kom fra ingenting, som nogle teoretikere tror, markerer Big Bang det øjeblik, hvor tiden selv begyndte. I så fald ville der ikke være noget som “før”, sagde Carroll.

men nogle forestillinger om universets fødsel kan foreslå mulige svar. Den cykliske model antyder for eksempel, at et kontraherende univers gik forud for vores ekspanderende. Carroll, såvel, kan forestille sig noget eksisterende før Big Bang.

“det kunne bare være tomt rum, der eksisterede før vores Big Bang skete, så fødte nogle kvantesvingninger et univers som vores,” sagde han. “Du kan forestille dig en lille boble af plads, der klemmer ud gennem en udsving og bliver fyldt med bare en lille lille dukke af energi, som så kan vokse ind i universet, som vi ser gennem inflationen.”

Filippenko har også mistanke om, at noget i den retning kan være sandt.”jeg tror, at tiden i vores univers startede med Big Bang, men jeg tror, vi var en udsving fra en forgænger, et moderunivers,” sagde Filippenko.

vil vi nogensinde vide det?kosmologer og fysikere arbejder hårdt på at forfine deres teorier og bringe universets tidligste øjeblikke i skarpere og skarpere fokus. Men vil de nogensinde virkelig vide, hvad der skete på Big Bang?

det er en skræmmende udfordring, især da forskere arbejder på en 13,7 milliarder års fjernelse. Men tæl ikke videnskaben ud, sagde Carroll. For 100 år siden forstod folk meget lidt om universet. Vi vidste ikke om generel relativitet, for eksempel eller kvantemekanik. Vi vidste ikke, at universet ekspanderede, og vi vidste ikke om Big Bang.

“Vi ved alle disse ting nu,” sagde Carroll. “Tempoet i fremskridt er faktisk forbavsende hurtigt, så jeg ville aldrig give efter for pessimisme. Der er ingen grund i den nylige historie om kosmologi og fysik til at være pessimistisk over vores udsigter til at forstå Big Bang.”

Albrecht gav udtryk for lignende optimisme og sagde, at vi måske en dag endda finder ud af, hvad der eksisterede før Big Bang.

“jeg baserer mit håb på, at kosmologi har været så vellykket,” fortalte han SPACE.com. ” det ser ud til, at naturen har sendt os en klar besked om, at vi virkelig kan gøre videnskab med universet.”

Du kan følge SPACE.com senior forfatter Mike væg på kvidre: @michaeldmur. Følg SPACE.com for det seneste inden for rumvidenskab og udforskning nyheder på kvidre @Spacedotcom og på Facebook.