Svar:
Den kosmiska bakgrundsstrålningen är en elektromagnetisk strålning, med våglängd i millimeterområdet som fyller universum. Om man iakttar rymden med ett radioteleskop kan man se en svag strålning överallt. Denna strålning kommer inte från något enskilt objekt som en stjärna eller en galax utan är nästan helt lika i alla riktningar, isotropisk. En sådan strålning är vad man kan förvänta sig av Big Bang-teorin och ses därmed som ett starkt stöd för denna. Nedanstående figur från Kosmisk_bakgrundsstrålning visar intensiteten som funktion av våglängd.

Denna strålning som fyller hela rymden har samma våglängdsfördelning som
strålningen från en svart kropp med temperaturen 2,7 K, se nedanstående figur. Den är mycket homogen dvs
kommer lika mycket från alla håll. På senare tid har man dock upptäckt små inhomogeniteter.

Varför bevisar denna strålning Big Bang-teorin?

Om man tänker igenom det scenario som universum gick igenom enligt Big Bang så var det väldigt varmt i början.
Det måste då även finnas en gas av fotoner som har samma våglängdsfördelning som inne i en svart kropp. När sedan
universum expanderar och svalnar så svalnar också fotongasen. Vid den tidpunkt då elektroner och protoner (samt en
del heliumkärnor) slog sig ihop och bildade atomer blev universum genomskinligt och
fotongasen blev "frikopplad" från materien och utvecklade sig självständigt. Detta skedde ungefär 380000 år efter big bang. Denna utveckling
innebar att alltmedan universum expanderade så avkyldes bakgrundstrålningen. Räknar vi på det
så får vi svaret att temperaturen idag ska vara ca 3 K.

Det är svårt att tänka sig en annan mekanism som ger en bakgrundsstrålning och dess egenskaper
är precis de vi förväntar oss enligt Big Bang-scenariet.
Läs: Boken "Perspektiv på Universum" beskriver både bakgrundsstrålningen och Big Bang bra. Se även Big_bang.

/GO/lpe 1999-08-07

Svar:
Vi har haft lite svårt att förstå frågan. Kanske har du läst
om att en gång var universum dominerat av strålning. Så var
det de 3000 första åren. Nu är strålningens bidrag till massan
i universum obetydlig. Nu dominerar den mörka energin och materien.

Man föreställer sig, att de fyra fundamentala typerna av växelverkan
(gravitation, svag, elektromagnetisk, stark) en gång var förenade
i en gemensam växelverkan, och att de skiljde ut sig vid olika epoker.

1. Planck tiden. 10^-43 s = 0.0000000000000000000000000000000000000000001 s. Då fanns
varken tid eller rum. Det finns inget "före" eller "var?".
Då uppstår gravitationen som just skapar tid och rum.

2. 10^-36 s. Nu skiljer stark växelverkan ut sig. Det leder till
en enorm expansion, som kallas inflation (=uppblåsning).

3. 10^-12 s. Då separerar svag och elektromagnetisk vävelverkan.

Detta har alltså hänt på en miljondels miljondels sekund. Rum - tids
strukturen bestäms ju av gravitationen, som i sin tur beror på
massan. Under denna epok och hela 3000 år framåt, är den dominerande
delen av universums massa strålning, den mörka energin och
materien spelar obetydlig roll.

Detta enligt standard "Big Bang" teori. 
/KS 2000-10-23

Svar:
Vi ska inte nu ge oss på att besvara dina frågor. Det är inget fel på frågorna,
tvärt om. De är i högsta grad relevanta idag. I stället sätter vi lite
material i dina händer, som säkert kommer att belysa problemställningarna.
Efter att du gått igenom det, kommer du säkert att formulera om frågorna.

Det fanns en tid när det var förbjudet att tala om tiden före big bang.
Så icke idag. Universums utveckling beskrevs då med allmän relativitetsteori.
Det går bra att räkna sig bakåt till den så kallade Planck-tiden eller då
universum var 10^-43 sekunder gammalt. Det nu synliga universum
var då ungefär 1 mm stort. Det låter pyttigt, men var för dåtida förhållanden
jättestort. Ljuset hinner nämligen bara gå 10^-31 mm på
10^-43 s.
Där blev det stopp.
Då kom kvantmekaniska effekter in, och för en del år sedan var allmänna
relativivitetsteorin och kvantmekaniken oförenliga.

Nu är läget annorlunda. Supersträngteorierna förenar de båda teorierna,
och nu kan man räkna sig baklänges förbi big bang. Det visar sig, att med
supersträngar uppstår ingen singularitet, universums täthet blir hög, men
inte oändlig. Intressant är att egenskaper hos universum före big bang,
skulle kunna vara observerbara i dagens universum.

I CERN Courier 2, Mars 1999 publicerades en populär artikel om dessa saker
med titeln Challenging the Big Bang: a longer history of time, länk 1 nedan. Författaren, Gabriele Veneziano har en hemsida där det finns många referenser till
artiklar, länk 2 nedan. Vad du lär dig av detta är att det arbetas intensivt på detta
område. Du har nog mest glädje av bilderna i alla fall.

Till sist: Inget är säkert fastlagt inom detta område, kosmologerna
trevar sig fram. Men det är väl kul att vi nu får prata om tiden
före big bang!
/KS/lpe 2000-02-09

Svar:
Det synliga universum begränsas av att universum har en bestämd
ålder. Ju längre bort vi ser, desto yngre är det universum vi betrakrar.
Vi kan inte se bortom Big Bang.

När man talar om universums storlek kan
man inte använda klassisk fysik, man måste använda relativitetsteori.
"Storlek" är inget oproblematiskt begrepp i relativitetsteorin, man
måste tala om vad man menar. Det finns ett sätt att ange en sträcka,
som funkar både i klassisk fysik och relativitetsteorin. Man multiplicerar
en hastighet med en tid, då får man en längd. Om jag i en timmes tid
kör med 100 km/tim, har jag färdats en sträcka på 100 km.

Som hastighet väljer vi ljushastigheten i vakuum, och som tid väljer
vi universums ålder (14 miljarder år). Då får vi det synliga universums
storlek till 14 miljader ljusår. Det är alltså den längsta sträckan
ljuset kan ha färdats sedan Big Bang.

Denna sträcka kan inte tolkas som en längd i vardaglig mening. Den kan
bara förstås inom ramen av relativitetsteorin. Man tycker kanske att ju
längre ut man tittar med de stora teleskopen, desto större rymder ser
man. I själva verket är det universum vi ser allt mindre. Tiden från
Big Bang är ju allt kortare ju längre ut vi tittar.

Vi har här bara använt den speciella relativitetsteorin. Ska man göra
sig en korrekt bild av universum, måste man använda den allmänna
relativitetsteorin, som ju också omfatter gravitationen (tyngdkraften).
Det vill vi inte ge oss in på här.

Det som är utanför det synliga universum kommer vi aldrig i kontakt med.
Indirekta tecken tyder på att universum i själva verket är mycket större,
kanske 1000000000000000000000000000000 (10³⁰) gånger större än
det synliga universum. En sådan iaktagelse är att rummet inte är krökt,
det är plant inom det synliga universum. Det är samma sak som att jorden
verkar vara platt, därför att vi ser ju så liten del av den från marken.
En annan iaktagelse är att strålningen i rymden
(den kosmiska bakgrundsstrålningen)
har samma temperatur i
alla riktningar. Dessa saker kan förklaras med att universum på ett
tidigt stadium gick igenom en enorm expansion. På engelska kallas det
inflation (uppblåsning). Det synliga universum skulle då vara en ytterligt
liten del av det hela. Det är möjligt att universum i själva verket är
oändligt stort.

Flera tecken talar starkt för att
universum inte kommer att krympa ihop igen, tvärtom verkar expansionen
öka i takt.
/KS 2003-05-09

Svar:
Rörelsemängdsmomentets bevarande spelar stor roll vid galaxbildning, se Galaxy_formation_and_evolution.
Tänk dig en sfärisk roterande gasmassa, som krymper under inverkan
av gravitationen. Den kan fritt krympa paralellt med rotationsaxeln,
men vinkelrät mot axeln hindrar rörelsemängdsmomentets bevarade gasen
att röra sig inåt. Resultatet blev en roterande skiva.
Ur gasen bildades sedan stjärnor genom likartade processer.
Också vårt solsystem är ju tillplattat.

På senare år har man kommit underfund med att ungefär 85% av galaxens
massa inte består av vanlig materia. Vi vet faktiskt inte vad det är,
den kallas mörk materia. Dessa partiklar verkar bilda ett sfäriskt
moln, många gånger större än galaxen. Av allt att döma har dessa
partiklar mycket liten kontakt med vanlig materia eller med varandra.
Därför blev inte detta mystiska moln utplattat. Det enda sätt
(hittills) det kunnat påvisas är genom gravitationen.

Här är en simulering av Big Bang och galaxbildning, se länk 1 och 2:

/KS/lpe 2000-11-02

Svar:
Universums ålder är enligt ett naturvetenskapligt sätt att se, den tid som förflutit sedan big bang. De senaste mätningarna med Planckteleskopet, från 2013, ger vid handen att universum är 13,798±0,037 miljarder år gammalt, enligt standardmodellen för kosmologin, Lambda-CDM-modellen. (Universums_ålder)

Det finns i huvudsak två metoder att bestämma universums ålder: kosmologiska och astrofysikaliska.
För en del år sen var det en besvärlig situation. De
äldsta stjärnorna tycktes vara 15 miljarder år, medan de kosmologiska
beräkningarna gav universums ålder till 10 miljarder år. Idag är
diskrepansen i stort sett borta (ungefär 14 miljarder år).

De kosmologiska beräkningarna baseras på universums expansionstakt,
som ges av hubblekonstanten (H).
Wendy Freedman, en av de främsta specialisterna på området,
har skrivit en artikel i Scientific American om saken (mars 1998). I princip är
universums ålder proportionell mot 1/H. Fullt så enkelt är det inte. Man måste också veta om H ändras med tiden, och det är modellberoende.
Nu pekar två oberoende metoder (baserade på supernovor och den kosmiska
mikrovågsstrålnigen) på att expansionen ökar med tiden, och det ger
ett högre värde på universums ålder.

Det är inte möjligt här att presentera de fullständiga beräkningarna.
Det har skrivits hundratals hyllmeter om saken, men sajterna Chandra will target the age of the Universe och Age of the Universe ger mera information.

Hubbles lag

Edwin Hubble upptäckte i slutet på 1920-talet att galaxerna uppvisade rödförskjutning - ju längre bort galaxen var desto större var rödförskjutningen. Hubble tolkade rödförskjutningen som en rörelse bort från oss (med hastigheten v, se länk 1) och fann en proportionalitet

v = Hd

där d är galaxens avstånd, se nedanstående figur, och H är en konstant, hubblekonstanten. Den rimliga tolkningen av denna observation var att universum expanderar och att universum från början var mycket litet. Detta var början av vad som i dag är den kosmologiska standardmodellen, big bang teorin. Den förste som föreslog att universum börjande som en "uratom" var Georges Lemaître.

Bilden är från Indiana University, länk 2. Se vidare Edwin_Hubble, Hubble's_law, Big_bang och Georges_Lemaitre.

Ett par kommentarer om Hubbles lag

Man kan förstå ett par viktiga aspekter på universums expansion med ett enkelt experiment.

Tag en vanlig, rund ballong och måla små prickar på den med en märkpenna. Prickarna skall representera galaxer. Blås upp ballongen lite grann. Mät avståndet mellan två närliggande prickar och två lite längre från varandra. Rita in förbindelselinjerna mellan de uppmätta prickarna. Låt oss säga det mindre avståndet är 1 cm och det större 3 cm. Blås nu upp ballongen så det mindre avståndet är 2 cm. Vad är då det större avståndet? Det bör vara c:a 6 cm. Om expansionen tog t sekunder så är hastighetena 1/t och 3/t. Vi har alltså att expansionshastigheten är proportionell mot det urspungliga avståndet, vilket är Hubbles lag.

Föreställ dig att du sitter på en prick (galax) på ytan av ballongen. Alla andra prickar rör sig bort från dig med en hastighet som alltså ökar med avståndet. Kan du därav dra slutsatsen att du sitter i centrum? Nej, det kan du inte eftersom du gör precis samma observation från alla prickar på ballongytan. Ytan på en ballong har ju inget centrum! Det är samma sak med universums expansion - vår observation betyder inte att vi befinner oss i universums centrum, något som dessutom är ett omöjligt begrepp för ett oändligt universum.

Förenklad beräkning av universums ålder från H

Om vi antar att hubblekonstanten
är H=72 km/s/Mparsek kan vi få en uppskattning
av universums ålder som tiden = sträckan/hastigheten = d/v = 1/H. (Lägg märke till att dimensionen av 1/H är tid eftersom det finns längd både i nämnare och
täljare.) Vi måste först emellertid konvertera Mparsek till km:

1 ljusår = 310⁵[c i km/s]365.24246060 = 9.4710¹² km

1 parsek = 3.26 ljusår

1 Mparsek = 3.2610⁶9.4710¹² km = 30.810¹⁸ km

Universums ålder 1/H blir då

(30.810¹⁸ km)/(72 km/s) = 0.42810¹⁸ s = 0.42810¹⁸/(606024365.24) år = 1410⁹ år

I verkligheten är expansionshastigheten inte konstant så man använder sig av lite mer sofistikerade kosmologiska modeller, se fråga [11987] och [18686].

/KS/lpe 2003-05-05

Svar:
Det finns data som tyder på att universums expansion accelererar. Därför är det inte många som räknar med någon "big chrunch" längre. Orsaken till accelerationen är troligen att universum nu inte domineras av materia,
utan av en egenskap hos vakuum som kallas mörk energi, som enligt Wikipedia är: en hypotetisk form av energi som genomtränger hela rymden och synes öka universums expansionstakt. Mörk energi är numera det gängse sättet att förklara, vad som enligt observationer och experiment tolkats som en accelererande expansion hos universum, det vill säga att rumtiden förefaller att expandera allt fortare och fortare.

Några av de data som ligger bakom införandet av den mörka energin visas i bilden längst ner i svaret. Man kan se att avvikelsen (punkterna för höga värden på rödförskjutningen Z ligger över den heldragna linjen) är ganska måttlig och dessa data är egentligen inte helt övertygande. Det finns nu emellertid ganska övertygande ytterligare stöd för en accelererande expansion, tillräckligt för den normalt konservativa nobelkommittén att ge 2011 års nobelpris i fysik för upptäckten, se List_of_Nobel_laureates_in_Physics och Accelerating_expansion_of_the_cosmos.

Universum tycks nu bestå av:

70 % mörk energi (OBS! detta är inte materia)

26 % exotisk mörk materia (vi vet inte vad det är)

3.5 % osynlig vanlig materia

0.5 % synlig vanlig materia

Det är alltså dessa ynka 0.5 % som astronomerna kan studera.

Det finns delade meningar om vad den mörka energin är för något. Somliga
vill tolka den som Einsteins kosmologiska konstant. Andra menar att detta
skulle leda till orimliga konsekvenser, och har infört en variant, som
kallas Quintescence. Dessa frågor behandlas i ett par artiklar i
Scientific American januari, 2001. Det medges att de inte är särkskilt
lättlästa för den oinvigde, men det här är inga lätta saker. Men spännande!

Den sammansättning av universum som ges ovan är vad som gäller nu. I en tidigare
epok dominerade strålningen, som spelar liten roll idag. Den mörka energin
deltar idag inte alls i universums expansion. Det är viktigt,
hade den gjort det, hade galaxhopar, galaxer och stjärnor inte kunnat bildats.
I modellen med "Einsteins kosmologiska konstant" är den mörka energin
verkligen konstant. Den spelade alltså en obetydlig roll i det unga
universum. Vad som då blir svårförklarligt, är att vi lever i en epok just
när den mörka energin börjar dominera över materien. Detta blir lättförklarligt
i "quintescens" modellen. Där deltar den mörka energin i universums expansion
ända tills den epok då universum upphör att vara strålningsdominerat.

Bland nyare upptäckter är att det storskaliga rummet i universum är plant,
alltså inte krökt. Vidare nämns i artiklarna en modell som på engelska
kallas "inflatory universe model". Det kan närmast översättas med
"uppblåsningsmodellen av universum". Det innebär att universum i ett
mycket tidigt stadium undergick en enorm expansion.
Det förklarar mycket som inte går att förklara med den klassiska
Big Bang modellen.

Se vidare Dark_Energy, mörk-energi, mörk-materia och (vad gäller universum accelererande expansion) Länk 1. Under länk 2 (Ask an astronomer) finns ett stort antal länkar och frågor/svar om kosmologi.

/KS/lpe 2001-01-29

Svar:
Bakgrundsstrålningen finns kvar och den kommer alltid finnas kvar.
Den sändes inte ut från någon bestämd plats. Den uppkom i hela universum,
överallt.
Den deltar i universums expansion. Vad som händer är att temperaturen
sjunker med tiden. I dag är temperaturen 3 K. Den sändes ut vid en epok
då rödförskjutningen var z = 1000. Det innebär att temperaturen då
var 3000 K. Det var då som den joniserade vätgasen rekombinerade och
blev en neutral vätgas. Universum blev plötsligt genomskinligt.
Det hände när universum var ungefär 400000 år gammalt. När vi studerar
bakgrundsstrålningen är det ett mycket ungt universum vi ser.
Det är faktiskt själva källan vi ser. Då fanns
varken stjärnor eller galaxer.

För att kunna hantera detta rätt måste man använda relativitetsteori.
/KS 2002-03-18

Svar:
Big Bang inträffade inte i någon särskild punkt, utan överallt.
Vi sitter inne i universum, och måste beskriva det under detta villkor. Universum kan inte betraktas utifrån. Relativitetsteorin tillåter inte detta, och relativitetsteorin är ett måste i detta sammanhang. Det enda vettiga måttet på det synliga universums storlek är att multiplicera universums ålder med ljushastigheten. Idag är då det synliga universum 13.7 miljarder ljusår.

Tittar vi allt längre ut i rymden, tittar vi också tillbaka i tiden. Det universum vi ser är alltså allt mindre ju längre ut vi tittar. Tittar vi så långt att det motsvarar en rödförskjutning på 1000, ser vi den kosmiska bakgrundsstrålningen, som då hade en temperatur på 3000 K. Nu har den sjunkit till 3 K. Universum var då 1000 gånger mindre än idag. Det var ungefär 400000 år efter Big Bang.

Genom att undersöka ojämnheterna i den kosmiska bakgrundsstrålningen kan man utforska ännu tidigare epoker. Det ser numera ut som att de största strukturerna vi idag känner i universum (100 - 500 miljoner ljusår) har sitt ursprung i slumpmässiga kvantfluktuationer när universum var 10^-32 s gammalt. Vårt synliga universum var då stort som en golfboll ungefär.

Se vidare sajten för satellitexperimentet WMAP: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). I detta experiment har man mätt temperaturen hos den kosmiska bakgrundsstrålningen i olika riktningar och bland annat bestämt universums ålder till 13.7 miljarder år. Tolkningen av data från WMAP är ganska komplex och innehåller många paramerar man kan bestämma, se bilden nedan från länk 1. Universums ålder t₀ finns strax över mitten i högra kolumnen. Tiden t_dec när strålningen frikopplades från materien är som synes mer exakt 379000 år.

21st Century Science innehåller bra föreläsningsanteckningar bland annat om Big Bang. Studierna av bakgrundsstrålningen belönades med 2006 års nobelpris i fysik till John C. Mather och George F. Smoot, se länk 2.

Mer information om bakgrundsstrålningen: Cosmic_Background_Radiation.

/KS/lpe 2003-12-21

Svar:
Big Bang (eller Stora smällen), är standardteorin om universums uppkomst. Enligt denna teori skapades universum och rumtiden för ca 13,7 miljarder år sedan, då universum började expandera från att ha varit koncentrerat i en punkt. Termen myntades av astronomen Fred Hoyle (som var motståndare till den) under en radiointervju i BBC den 28 mars 1949. Termen i sig är dock missvisande då det inte handlar om en explosion av materia i en tom rymd utan istället om en expansion av rummet självt som materian befinner sig i. (Från Wikipedia Big_Bang).

Man är ganska överens om beskrivningen hur Big Bang gick till. Vad som fanns före Big Bang och vad som finns utanför vårt universum vet man inget om även om det finns spekulationer. Speciellt vet vi inget om hur universum skapades (dvs vad som orsakade Big Bang). Vi kan med våra observationer bara "famla lite i kanterna", ungefär som en blind utforskar ett djupt hål genom att känna längs kanten.

Fysiken för det tidiga universum är i gränslandet mellan kosmologi (vetenskapen som behandlar universums uppkomst och utveckling) och filosofi eftersom vi ännu inte har en fullständig teori för hur alla de fyra grundläggande krafterna förenas. Det finns därför inget som länkar vad som hände i det tidiga universum (före Planck-tiden 10^-43 s) med vad vi kan observera i dag. Detta gör sådana spekulationer till mer filosofi än vetenskap.

Supersträng-teorin hävdar att universum hade 10 dimensioner under Planck-eran. Dessa övergår 4 dimensioner efter Planck-eran, och de 6 dimensionerna är fortfarande förkrympta och märks alltså inte. Under Planck-eran kan man beskriva universum som ett kvant-skum med 10 dimensioner och som innehåller Planck-längd stora svarta hål som skapades och försvann utan orsak och verkan. Med andra ord: försök att inte tänka på denna eran! :-)

C:a 10^-35 sekunder efter Big Bang var det en mycket snabb expansion av universum. Detta fenomen kallas inflation. Observera att denna inflation skedde med överljushastighet. Detta är inget brott mot den speciella relativitetsteorin eftersom den var en expansion av universum självt och inte materian. Vårt synliga universum är då en bubbla - i nedanstående bild den gula bubblan markerad "us". De andra bubblorna är då i någon mening inte reella eftersom de är utanför vår horisont och vi kommer aldrig att kunna kommunicera med dem. Observera alltså att HELA rymden expanderar- även avståndet mellan bubblorna. Detta betyder att två bubblor som inte är i kontakt med varandra vid en viss tidpunkt aldrig kommer att bli det!

Inflationen orsakades av att symmetrin mellan den starka kärnkraften (färgkraften) och den elektrosvaga växelverkan bröts. Detta orsakade en "fasövergång" som gav energi till att driva den snabba expansionen.

Vissa teorier säger att hela vårt universum är ett svart hål med energin noll, se Zero-energy_universe. Eftersom vi aldrig kan kontrollera detta är det en teori som är lika mycket värd som andra. Fenomen som inte kan mätas brukar inte klassificeras som vetenskap. Men det kan ändå vara roligt att filosofera om det :-)! I artikeln nedan (länk 1) finns en ljudfil som visar hur Big Bang lät. Länk 2 ger mer ganska elementär information på svenska om big bang. Se även övriga frågor big bang och Wikipedia-artikeln Big_bang. Den kände populärvetenskaplige författaren John Gribbin har intressanta funderingar om universum i John Gribbin's home page (Introduction to Cosmology). James Schombert v6.2 är en guldgruva med föreläsningar bland annat om kosmologi. TalkOrigins Evidence for the Big Bang är en omfattande och ganska avancerad FAQ.

Tidslinje för Big Bang

Tid Temperatur Händelse

0 Big Bang

10-43 s Planck-tiden, kända naturlagar gäller

10-35 s Inflation

300 s Bildande av 4He

380000 år 3000 K Kosmisk bakgrundsstrålning 

13.7109 år 3 K Nu

Låt mig avslutningsvis försöka besvara några vanliga frågor om Big Bang.

Vem hittade på big bang?

Aleksandr Fridman och Georges Lemaître föreslog redan på 20-talet att universum uppkommit genom att en "uratom" expoderade. Den ukrainske fysikern George Gamow (George_GamowGeorge Gamow (George_Gamow förutsade 1948 även att det överallt i universum skulle finnas mikrovågsstrålning med temperaturen c:a 5 K. Uttrycket big bang var från början en nedlåtande beteckning som en motståndare Fred Hoyle (som föreslagit den s.k. steady state teorin, Steady_State_theory) hittade på.

Vad hände före Big Bang?

Frågan är, som antytts ovan, meningslös eller utan innehåll. Det är som att fråga: vad finns norr om nordpolen? Före Big Bang fanns ingen tid, och man kan därför inte tala om vad som hände.

Vilka bevis finns det för Big Bang teorin?

De viktigaste är

• Olbers paradox
  
• Universums expansion (upptäckt av Hubble på 1920-talet)
  
• He-förekomsten i gamla stjärnor (fråga 13117)
  
• Kosmisk bakgrundsstrålning

Anses Big Bang-teorin numera vara så etablerad att man inte kan ifrågasätta den?

I stora drag, ja. Alternativet, Fred Hoyles Steady State teori, får nog anses överspelad. Dels var den lösningen på problemet att universum tycktes vara yngre än vissa gamla stjärnhopar. Detta är löst i dag genom att avståndsskalan har ändrats mycket. Dels förklarar Steady State teorin inte den kosmiska bakgrundsstrålningen och heliumförekomsten i gamla stjärnor, något som Big Bang teorin gör elegant. Detaljerna i Big Bang teorin kan säkert komma att revideras med nya observationer. Vi skall också komma ihåg att en fysikalisk teori beskriver vad vi kan observera, och säger inget om t.ex. varför universum började expandera eller vad som händer utanför vår händelsehorisont (så långt vi teoretiskt kan se, dvs i princip ljushastighetenuniversums ålder).

Om all materia, ljus som mörk, varit samlad i en punkt, singularitet¹ eller uratom, måste väl gravitationen ha varit oändligt stor, åtminstone ögonblicket efter att expansionen startat och fysikens lagar börjat gälla. Då är det svårt att förstå hur expansionen alls kunde ske, hur den kunde övervinna den ofattbara gravitationen, när inte ens gravitationen i ett s.k. svart hål tillåter något att slippa ut.

Ja, det är svårt att förstå. Fysiken kan ibland med trick hantera sådana här singulariteter (oändligheter), men innan 10^-43 sekunder efter Big Bang kan vi i dag inte ge en bra beskrivning. Ett trick som används t.ex. för svarta hål är kosmisk censur. Detta betyder att singulariteten existerar endast matematiskt och inte som en fysisk verklighet som vi kan observera eller mäta. Svarta hål omger sig nämligen av en händelsehorisont som gömmer ("censurerar") singulariteten. Se vidare fråga 14367.

Vidare är det förbryllande att man kan se universum strax efter big bang när man tittar riktigt långt bort. Att man ser bakåt i tiden förstår jag gott, men det ljus som skickades iväg under den första tiden borde väl sedan länge ha passerat oss och fly bort ifrån oss med ljusets hastighet. Ser vi det ljuset "på ryggen" och i rakt motsatt riktning mot det ställe i universum där det hela började? Hur ser det i så fall ut när vi riktar våra teleskop ditåt, mot expansionens centrum?

Vår del av universum (det synliga universum) är enligt standardmodellen bara en liten den av vad som skapades vid inflationen. Varje liten bubbla i figuren nedan är ett universum, men de är alla ekvivalenta och inget innehåller expansionens centrum. Detta är svårt att förstå om man går ända tillbaka till tiden noll, men det kan vi alltså inte göra. Vad vi ser om vi går så långt bort som möjligt (13.7 miljarder år) är eldklotet som hade en temperatur på 3000 K, men som nu pga expansionen har en temperatur på 3 K.

Man kan fråga sig varför universum är så homogent (den kosmologiska principen, universum har samma egenskaper i alla riktningar). Om man tittar åt ett håll 14 miljarder ljusår bort och i motsatt riktning på samma avstånd, så har båda områdena nästan exakt samma temperatur. Eftersom de inte kan ha stått i kontakt med varandra (avståndet är 28 miljader ljusår så ljuset kan inte ha hunnit gå hela vägen mellan dem) kan man tycka detta är konstigt. Anledningen är inflationen. Detta var ett av skälen till att man införde inflationen. Före denna snabba exansionen var de två områdena så nära varandra att de kunde vara i termisk jämvikt.

En konstighet med universums expansion är det faktum att galaxer kan kollidera trots att rymden mellan dem hela tiden utvidgar sig. Återigen, om de dras till varandra av gravitationen så borde väl gravitationen ha förhindrat att de först avlägsnade sig från varandra.

Mja, man får inte se det så. Det är rymden mellan galaxerna som expanderar. Galaxhopar (grupper av galaxer) är bundna med tyngdkraften och galaxernas rörelse inbördes i hopen bestäms av gravitationen och inte expansionen. Vår granngalax Andromedagalaxen, som befinner sig på c:a 2.5 miljoner ljusårs avstånd, rör sig faktiskt mot vår vintergata i stället för att avlägsna sig som de flesta andra galaxer gör.

Sammanfattning av de viktigaste bevisen för Big Bang

1 Rödförskjutning: Galaxernas spektra är rödförskjutna med ett belopp som är proportionellt mot avståndet: Hubbles lag v=dH, där v är hastigheten, d är avståndet och H är hubblekonstanten.

2 He förekomst: Förekomsten av He i de äldsta stjärnorna är 25% vilket är precis vad Big Bang modellen förutsäger, se fråga [13117].

3 Kosmiska bakgrundsstrålningen: Mikrovågsstrålningen med en temperatur av 3K härrör från c:a 400000 år efter Big Bang då universum blev transparent genom att H/He kärnorna rekombinerade med elektroner.

Se vidare Big_Bang och på engelska Big_Bang_Theory

___________________________________________________________

¹ Singularitet. I matematiken definieras singularitet som en odefinierad punkt hos kurva, yta eller funktion. I kosmologi definieras singularitet som en punkt i rumtiden i vilken rumtidskrökningen är oändlig (svart hål).

/Peter E 2004-09-21