ÅTTA VANLIGA MISSFÖRSTÅND OM

The Big Bang

Alla har hört talas om big bang-teorin, men många har missuppfattat delar av den.
Och det är inte så konstigt – fällorna är många och det är lätt att dra helt felaktiga slutsatser.
Till exempel att big bang var en ­explosion eller att ­universum har ett slut.
Vi reder ut vad teorin egentligen säger.

Illustration över universums utveckling. Bild: SPL.

Illustration över universums utveckling. Bild: SPL.

Explosion med rymden Big bang var inte en explosion i vanlig mening eftersom även rymden skapades. Allt innehåll i universum spreds inte i en redan färdig rymd, utan rymden skapades och utvidgades under processen.

Explosion med rymden Big bang var inte en explosion i vanlig mening eftersom även rymden skapades. Allt innehåll i universum spreds inte i en redan färdig rymd, utan rymden skapades och utvidgades under processen.

Explosion i rymden Det är så här vi är vana vid att föreställa oss big bang. En gigantisk explosion som slungade ut den materia som senare blev till galaxer genom rymden. I själva verket inträffade emellertid aldrig någon explosion av det här slaget. Det är istället själva rymden som materian befinner sig i som expanderat, efter att ha skapats i big bang. Detta betyder i förlängningen att universum varken har någon mittpunkt eller någon yttre gräns.

Explosion i rymden Det är så här vi är vana vid att föreställa oss big bang. En gigantisk explosion som slungade ut den materia som senare blev till galaxer genom rymden. I själva verket inträffade emellertid aldrig någon explosion av det här slaget. Det är istället själva rymden som materian befinner sig i som expanderat, efter att ha skapats i big bang. Detta betyder i förlängningen att universum varken har någon mittpunkt eller någon yttre gräns.

Big bang-teorins beskrivning av universum ser hittills ut att stödjas av de observationer som gjorts. De överväldigande bevisen har lett till att teorin idag anses vara standardmodellen för hur vårt universum utvecklats. Men big bang-modellens goda anseende hindrar inte att den omges av missförstånd.
Många av missförstånden kring big bang härstammar just från själva namnet. Benämningen big bang kan nämligen vara vilseledande eftersom den för tankarna till en detonerande bomb. Den enda likheten mellan big bang och en bomb är emellertid att det i båda fallen förekommer en hastig expansion. Men till skillnad från en bomb har big bang till exempel ingen bestämd utgångspunkt och ingen sprängradie som drar en gräns mellan explosionen­ och omgivningen utan­för. Universums expansion styrs inte heller av fysikens lagar på samma sätt som en bomb, eller allt annat i universum för den delen.
Men även om bilden av big bang som en stor bomb är inkorrekt, så är den svår att göra sig av med. Att det är på det viset beror utan tvekan på att verkligheten är betydligt mer abstrakt och svårsmält.

Mitt i allt Universum har inget centrum. Var man än befinner sig, så sträcker det sig lika långt åt alla håll.

Mitt i allt Universum har inget centrum. Var man än befinner sig, så sträcker det sig lika långt åt alla håll.

UNIVERSUMS MITTPUNKT
Synen på big bang som en bomb har i sin tur givit upphov till andra missförstånd. Ett av de vanligaste är att universum precis som en vanlig explosion måste ha en central punkt, där big bang ägde rum och expansionen började. Detta centrum skulle i så fall gå att hitta genom att gå bakåt i tiden tills allt vi kan se i universum strålar samman i en enda punkt. Principen är densamma som att spola tillbaka en film av en detonerande bomb för att se var explosionen började.
Sanningen är emellertid att universum inte har någon sådan mittpunkt.
Det är visserligen sant att allt det vi nu kan se en gång i tiden befann sig i en och samma punkt, men denna punkt är numera hela det synliga universum. Den punkt där allting började står således inte att finna på någon speciell plats i universum, utan finns snarare överallt.
Att det verkligen är så det ligger till går faktiskt att se genom att titta på den kvarleva från big bang som vi kallar för den kosmiska bakgrundsstrålningen och det faktum att den inte kommer från någon speciell riktning, utan från alla håll och kanter.
Man kan också se det på hur avlägsna galaxer rör sig i förhållande till oss. Om alla galaxer var på väg utåt från en central punkt, som i en explosion, så skulle de galaxer som var på väg åt samma håll som vi inte avlägsna sig från oss med tillnärmelsevis lika stor hastighet som de galaxer som var på väg åt ett annat håll. Så ser det emellertid inte ut. Andra galaxer rör sig bort från oss med samma hastighet oavsett åt vilket håll man tittar. Det betyder att varje punkt i universum avlägsnar sig från varje annan punkt allteftersom universum expanderar och att universums beståndsdelar inte rusar iväg från något som kan sägas vara centrum.

Vad finns i ballongen? Big bang kan illustreras av ytan på en ballong som blåses upp mycket hastigt. Det är ett tvådimensionellt exempel av en tredimensionell rymd, och lika lite som att ytan på ballongen har en mittpunkt har universum det.

Vad finns i ballongen? Big bang kan illustreras av ytan på en ballong som blåses upp mycket hastigt. Det är ett tvådimensionellt exempel av en tredimensionell rymd, och lika lite som att ytan på ballongen har en mittpunkt har universum det.

Ballonganalogin
Det kan vara svårt att visualisera hur universum kan sakna mittpunkt, men ett sätt att försöka förklara det är att jämföra universum med ytan på en ballong. Detta brukar kallas för ballonganalogin. Tänk dig att en ballongs yta då den blåses upp fylls med prickar som får representera galaxer. Avstånden mellan dessa galaxprickar ökar då i takt med att ballongens yta blir större, på samma sätt som avstånden mellan galaxerna i universum ökar allteftersom universum växer. Men precis som universum så har ballongens yta ingen specifik punkt som kan sägas vara centrum för expansionen.
Ballonganalogin i sig kan emellertid också vara missvisande. För att undvika missförstånd är det därför viktigt att komma ihåg att ballongens tvådimensionella yta i det här fallet är ett substitut för rymdens tre dimensioner. Det innebär att alla punkter som inte befinner sig på ballongens yta, så som ballongens mitt, inte kan anses tillhöra universum.

Världens ände Hur långt vi än åker ut i rymden, så hittar vi inget slut. Det är svårt att förstå, men alternativet är inte lättare.

Världens ände Hur långt vi än åker ut i rymden, så hittar vi inget slut. Det är svårt att förstå, men alternativet är inte lättare.

UNIVERSUMS ÄNDE
En annan vanlig missuppfattning är att universum har en yttre gräns. Eftersom universum ständigt utvidgas är det nämligen naturligt att dra slutsatsen att det finns någonting utanför som det utvidgas i, precis som chockvågen från en explosion fortplantar sig genom luften. Det måste i så fall finnas en gräns mellan universum och den omgivning som universum ännu inte tagit i besittning.
Problemet är bara att denna slutsats i själva verket är helt felaktig och att universum inte har någon ände.
Den del av universum vi kan se är visserligen begränsad, till följd av att ljuset har en begränsad hastighet och att det haft en begränsad tid på sig att nå fram till oss. Men universum i stort har så vitt vi vet inget slut.
Det existerar helt enkelt inte någonting ”utanför universum”, inte ens tomrum. Eftersom tid och rum är en produkt av big bang, och därför bara existerar i universum, saknar nämligen begreppet ”utanför universum” mening. Enkelt uttryckt skulle man kunna säga att universum är allt som finns. Följaktligen kan det inte existera någon yttre gräns där universum slutar och någonting annat tar vid.

Krökt universum Vid första tanken låter det orimligt att något som är utan slut har en begränsad storlek. Men universum är krökt enligt rådande teorier, och då blir det rimligt på samma sätt som att jordens yta inte har ett slut men ändå en begränsad storlek.

Krökt universum Vid första tanken låter det orimligt att något som är utan slut har en begränsad storlek. Men universum är krökt enligt rådande teorier, och då blir det rimligt på samma sätt som att jordens yta inte har ett slut men ändå en begränsad storlek.

Är universum oändligt?
Att ingen gräns för universums utbredning existerar skulle kunna förklaras med att universum är och alltid har varit oändligt, trots att det hela tiden blir större än vad det varit tidigare. Det kan vara svårt att förstå hur någonting som alltid varit oändligt samtidigt kan ha varit mindre i det förflutna. Men om du tänker dig att det hur långt bort du än färdas alltid finns fler galaxer, så spelar det ingen roll hur stora eller små avstånden mellan dessa galaxer är. Universum tar ändå aldrig slut. Det har alltså ingen betydelse hur trångbott universum en gång varit. Bara det sedan starten innehållit en oändlig mängd materia har det alltså alltid varit ändlöst, oavsett om hela den del av universum vi kan se en gång i tiden inte tog mer plats än att den rymdes i en enda punkt.
Att universum inte har någon ände behöver emellertid inte betyda att det är oändligt. Det är möjligt att universum faktiskt har en begränsad storlek, utan att för den sakens skull ha någon utkant. Det låter kanske omöjligt, men faktum är att det går alldeles utmärkt så länge vi lever i ett krökt universum. För att förstå hur det fungerar räcker det med att ta en titt på vår egen planet. Jordytans storlek är begränsad, men tack vare att jorden är krökt och inte platt finns det inte någon kant där världen tar slut och stackars upptäcktsresande trillar av. Jordytan är visserligen bara tvådimensionell, vilket gör att krökningen är lätt att se. Rymdens tre dimensioner gör det hela lite svårare att föreställa sig, men principen är densamma.

Före universum I big bang-teorin är tiden något som skapades samtidigt med rymden. Att fråga sig vad som fanns före big bang är alltså meningslöst.

Före universum I big bang-teorin är tiden något som skapades samtidigt med rymden. Att fråga sig vad som fanns före big bang är alltså meningslöst.

FÖRE TIDENS BÖRJAN
Big bang-teorin talar om för oss att universum har en början och alltså bara varit här en begränsad tid. Tanken att universum inte är oändligt gammalt leder till att man gärna får för sig att big bang måste ha föregåtts av någonting annat.
Föreställningen om att det funnits någonting ”före big bang” är emellertid bara ännu ett missförstånd. På grund av att tid och rum skapades i och med big bang tog nämligen tiden sin början i samma ögonblick som universum föddes. Eftersom universum således bokstavligt talat funnits sedan tidens begynnelse skulle man på sätt och vis kunna säga att universum, trots att det har en begränsad ålder, funnits för alltid. Då universum inte existerade, så existerade ju inte heller tiden.
Att fråga sig vad som kom ”före big bang” är därför precis lika meningslöst som att fråga vad som finns ”utanför universum”.

Den stora smällen i rymden Big bang var ingen explosion – snarare en explosionsartad utvidgning av rymden.

Den stora smällen i rymden Big bang var ingen explosion – snarare en explosionsartad utvidgning av rymden.

BIG BANG-BOMBEN
Det kanske främsta missförståndet är alltså att big bang ofta uppfattas som en bombliknande explosion. Något som egentligen inte är så konstigt. Det faller sig trots allt mest naturligt för oss att se det på det viset.
Men om sanningen ska fram var big bang inte alls en explosion i ordets vanliga bemärkelse. Även om det vi kallar big bang onekligen var en explosionsartad historia, så handlade det nämligen inte om en explosion i rymden utan av rymden.
Big bang var med andra ord inte en explosion någonstans i ett redan befintligt rum på samma sätt som en bomb är. Istället var det själva rummet som exploderade. Ett rum som dessutom skapades i och med big bang. Det universum vi ser omkring oss har alltså inte brett ut sig i en tidigare tom rymd på det vis explosionen från en bomb brer ut sig i sin omgivning, utan det är istället rymden i sig som expanderat och tagit galaxer och annat med sig.

Känd bild När kartan över universums bakgrundsstrålning presenterades för ett par år sedan, var det en triumf för big bang-teorin. Bakgrundsstrålingen är en rest från big bang, och den fördelar sig precis som teorin förutsagt. Bild: NASA/WMAP Science Team

Känd bild När kartan över universums bakgrundsstrålning presenterades för ett par år sedan, var det en triumf för big bang-teorin. Bakgrundsstrålingen är en rest från big bang, och den fördelar sig precis som teorin förutsagt. Bild: NASA/WMAP Science Team

ALLTING VÄXER
En vanföreställning som också förekommer är att allting i universum blir större i takt med att universum expanderar. Om hela universum växer är det ju inte så långsökt att förvänta sig att allt från galaxer till vi människor också skulle göra det.

Växande rymd Tänker man sig rymden som ytan på en ballong, och galaxer som mynt som tejpats fast där, får man en bra analogi till hur det går till när universum växer.

Växande rymd Tänker man sig rymden som ytan på en ballong, och galaxer som mynt som tejpats fast där, får man en bra analogi till hur det går till när universum växer.

Men varken Vintergatan, vårt solsystem, jorden eller du och jag ändrar storlek till följd av universums expansion.
Det beror på att alla sammanhängande objekt av det här slaget hålls ihop av gravitationen. På kortare avstånd, så som inom galaxer, är gravitationens sammanhållande egenskaper mycket starkare än den effekt som expansionen ger upphov till. Universums expansion börjar därför inte märkas förrän man kommer en bra bit utanför vår galax, eller till och med bortom galaxerna i vår närmaste omgivning.
Ballonganalogin bär delvis skulden för att detta missförstånd spridit sig. Prickar som ritats på en ballong växer ju då ballongen blåses upp. Ett sätt att rätta till detta är att byta ut prickarna på ballongen mot fastlimmade småmynt, som ju behåller sin storlek.

Överljusfart Att de objekt som befinner sig i universum inte kan färdas med högra hastighet än ljuset, hindrar inte att rymden själv kan utvidgas snabbare än så.

Överljusfart Att de objekt som befinner sig i universum inte kan färdas med högra hastighet än ljuset, hindrar inte att rymden själv kan utvidgas snabbare än så.

TOPPFART
Det är även mycket vanligt att tro att universums expansion inte kan överskrida ljusets hastighet. Att tro något annat verkar ju befängt. Hur skulle universums beståndsdelar kunna skjuta iväg från varandra med överljusfart? Det har väl knappast undgått någon att fysikens lagar­ inte tillåter att något i universum rör sig fortare än ljuset.
Men hur självklart det än kan verka att universum inte borde kunna expandera fortare än ljuset, så är det just vad det kan. Till råga på allt är det inte ens nödvändigt att bryta mot en enda en av fysikens lagar.
Ju längre bort en galax befinner sig från oss, desto fortare avlägsnar den sig. Det beror på att det finns mer rymd mellan oss och galaxen som kan expandera. Ett resultat av detta är att galaxer som befinner sig på tillräckligt stort avstånd från vår egen galax till slut försvinner bort från oss med mer än ljusets hastighet. Men är det inte omöjligt för en galax att röra sig fortare än ljuset? Strider inte det mot fysikens lagar?
Svaret är att det mycket riktigt är omöjligt för en galax att röra sig fortare än ljuset, men att det i just det här fallet inte utgör något hinder. En galax som motas iväg av universums expansion berörs nämligen inte av några hastighetsbegränsningar, eftersom den i själva verket inte rör sig ur fläcken. Detta är möjligt tack vare att det inte är galaxen som förflyttar sig i rymden, utan att det istället är själva rymden mellan oss och galaxen som sväller och på så vis får avståndet att öka. Med andra ord kan en galax stå fullkomligt stilla i förhållande till den omgivande rymden, samtidigt som dess position i förhållande till avlägsna galaxer förändras fortare än ljushastigheten.
Det är dock ändå möjligt att se galaxerna ifråga, trots att de avlägsnar sig snabbare än ljuset. Även om galaxerna själva alltid kommer att fara iväg med mer än ljusets hastighet­ kommer nämligen galaxernas ljus med tiden att nå fram till den gräns där avståndet till oss inte längre ökar med ljusets hastighet. När ljuset från galaxerna väl kommit så långt är det fritt fram att börja knappa in på oss.
Men det betyder inte att det inte finns en gräns för hur långt vi kan se.

Inflation Strax efter big bang inträffade den så kallade inflationen. Då utvidgades universum i en hastighet som gjorde att ljuset inte hängde med.

Inflation Strax efter big bang inträffade den så kallade inflationen. Då utvidgades universum i en hastighet som gjorde att ljuset inte hängde med.

Inflationen
Big bang-teorin säger också att universum nästan omedelbart efter big bang genomgick en fas som brukar kallas för inflationen. Under inflationen, som inte varade mer än en bråkdels sekund, växte universum lavinartat. Detta plötsliga skutt får dagens expansion att blekna i jämförelse. Faktum är att expansionshastigheten i detta skede faktiskt översteg ljusets hastighet många gånger om. Detta skenbara brott mot fysikens lagar var återigen möjligt eftersom det var själva universum som växte och det därför inte var något som rörde sig genom universum snabbare än ljuset.
Det faktum att expansionen under det korta ögonblick som inflationen pågick var på tok för snabb för att ens ljuset skulle ha en chans att hänga med fick en viktig konsekvens – efter inflationen var universum helt plötsligt enormt mycket större än den förhållandevis korta sträcka som en ljusstråle hunnit avverka sedan universum föddes. Från en given punkt var det därför bara möjligt att se ljus som sänts ut inom ett relativt snävt område. Ljuset har sedan dess fortsatt att sprida sig med ljusets hastighet och mer och mer av universum har blivit synligt, men ljuset har inte på långa vägar hunnit ikapp. Detta är anledningen till att vi än idag bara kan se en liten del av universum.

Längre bort än längst bort Det mesta tyder på att universum är 13,7 miljarder år gammalt. Det betyder inte att storleken på det synliga universum är 13,7 miljarder ljusår. Beräkningar tyder istället på att det handlar om 46 miljarder ljusår.

Längre bort än längst bort Det mesta tyder på att universum är 13,7 miljarder år gammalt. Det betyder inte att storleken på det synliga universum är 13,7 miljarder ljusår. Beräkningar tyder istället på att det handlar om 46 miljarder ljusår.

DET SYNLIGA UNIVERSUM
Eftersom det som sätter gränsen för hur långt vi kan se är den sträcka som ljuset hunnit färdas under universums livstid och eftersom universum så vitt vi kan avgöra är ungefär 13,7 miljarder år gammalt, så skulle man kunna tro att den synliga delen av universum har en radie på 13,7 miljarder ljusår. Det är ju trots allt den sträcka ljus hinner med att avlägga på den tid som funnits till förfogande.
Men då tror man fel.
På grund av att rymden har haft tid att utvidgas en hel del under tiden som ljuset varit på väg så är det inte fullt så enkelt. Om ljuset från ett objekt tagit närmare 13,7 miljarder år på sig att nå fram till oss, så får universums expansion till följd att det objekt som sände ut ljuset i nuläget befinner sig betydligt mer än 13,7 miljarder ljusår bort. Storleken på det synliga universum är således större än 13,7 miljarder ljusår. Enligt de beräkningar som gjorts rör det sig snarare om 46 miljarder ljusår.

Orsak Bing bang-teorin är en modell för hur universum utvecklats – inte varför det finns. Därför går teorin inte in på spekulationer om vad som gjorde att big bang ägde rum.

Orsak Bing bang-teorin är en modell för hur universum utvecklats – inte varför det finns. Därför går teorin inte in på spekulationer om vad som gjorde att big bang ägde rum.

VEM TÄNDE STUBINEN?
Det hävdas ibland att big bang-modellen är ofullständig eftersom den inte innehåller en beskrivning av vad som egentligen satte igång big bang till att börja med.
Det är fullt förståeligt att idén om att allting skapades i big bang gör att man vill veta hur själva big bang startade. Men avsikten med big bang-teorin har aldrig varit att besvara denna fråga.
Namnet till trots handlar big bang-teorin nämligen inte om själva big bang eller om varför universum blev till. Teorin är enbart en beskrivning av vad som hände efter big bang och hur universum genom att expandera förvandlats från det oerhört täta och heta tillstånd det befann sig i då det skapades till det vi ser idag.
Det finns ett antal andra teorier som ger sig på att försöka förklara vad som låg bakom big bang. Dessa teorier är emellertid inte mycket mer än spekulationer, eftersom ingen av dem än så länge kunnat testas.

Material från
Allt om Vetenskap nr 10 2007

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter