Big Bang - universums uppkomst

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

1. Inledning

Människan har alltid undrat hur vi kom hit och varför. Vi måste hela tiden veta hur allt som händer omkring oss hänger ihop, och helst hitta en logisk förklaring till det också. Människan är vetgirig, och kommer alltid att vara. Det kommer alltid att vara något nytt som vi måste ta reda på, vi kan aldrig bara sätta oss ner och vara nöjda med det vi vet. Men vad skulle ha hänt om vi inte hade varit så kunskapstörstiga och uppfinningsrika? Då hade vi nog fortfarande levt med samma teknologi som vi hade när människan utvecklades.

Det finns många olika teorier och spekulationer om hur universum kom till, men den mest trovärdiga är Big Bang. Den beskriver universums uppkomst som en kollision. Många forskare stödjer den här teorin. Det är också denna teori som jag tänker fokusera detta arbete på. Det finns olika Big Bang-teorier, och jag vet inte vilken som är mest sann. Jag kommer att försöka att reda ut skillnaderna mellan dessa, och vilken som är mest trovärdig.

2. Metod och källkritik

Jag valde att använda en artikel av Illustrerad Vetenskap (”Universum är på väg mot en ny Big Bang”) och boken ”Kosmos - en kort historik”, skriven av Stephen W. Hawking, som huvudkällor. Jag kommer även att använda Nationalencyklopedins hemsida och Wikipedia som komplettering till mina huvudkällor, eftersom den (Wikipedia) inte alltid är 100% säker (för att alla kan redigera sidorna). Jag har studerat diverse sökmotorer och hittat lite ströartiklar om Big Bang, dessa kommer jag att nämna i källförteckningen.

3. Beskrivning och undersökning

3.1 Frågeställningar
Det skulle bli lättare att undersöka om man ställde sig själv några frågor gällande Big Bang, så jag skrev upp de tre rimligaste.

• När uppkom universum enligt Big Bang?
• Vem lade/hur lades grunderna för teorin?
• Vilka vetenskapliga stöd finns det för Big Bang?

3.2 Beskrivning

Big Bang är en teori som beskriver vårt universums början som en enda singularitet. Det betyder att krökningen av den s.k. rumtiden och även energin var oändlig.

” Man brukar dela in Big Bang-teorin i nio faser. Den första av dessa faser, fas 1, är de första 10-43 sekunderna (en så kallad Plancktid). Om denna fas vet man inte särskilt mycket. Det var ett stadium som kanske helt saknade geometri, definitivt saknades en euklidisk geometri, de fysikaliska lagarna är helt okända och rumtiden är omdiskuterad.

Fas två brukar kallas för den storförenande eran. Temperaturen var mycket hög, hela 1032 Kelvin. Det är i den här fasen kärnkrafterna och elektromagnetiska krafterna började samverka till att accelererande expandera universum. Denna expansion brukar kallas den kosmiska inflationen.

10-34 sekunder efter Big Bang inleddes den tredje fasen. Den starka kärnkraften skiljs från de svaga kärnkrafterna och de elektromagnetiska krafterna. Universum utgörs nu av ett plasma av kvarkar och elektroner. Den kosmiska inflationen upphör, men universum fortsätter att utvidgas.

Fas fyra tog sin början efter 10-10 sekunder. Nu börjar de elektromagnetiska och svaga krafterna att skiljas åt. I det här stadiet finns nu ett överskott på materia gentemot antimateria. Kvarkar kan nu gå samman till protoner och neutroner, partiklarna har fått sin massa.

Efter ca en sekund hade temperaturen sjunkit till ungefär 1010 Kelvin. Nu i den femte fasen frikopplas neutrinerna, varefter elektroner och positroner annihilerar, dvs. förintar varandra, under frigörandet av stora mängder energi. Detta ger till slut en liten rest av elektroner, men framför allt all den kosmiska bakgrundsstrålningen.

När den sjätte fasen inleddes efter tre minuter har temperaturen sjunkit till 109 Kelvin. Nu kan protoner och neutroner bindas samman till kärnor eftersom bindningsenergin nu är större än den kosmiska bakgrundsstrålningens energi. Tidigare skulle fotonerna från bakgrundsstrålningen ha splittrat kärnorna pga. den energi de besatt.

Efter 300 000 år har strålningstemperaturen sjunkit till 3000 Kelvin. Materian och den kosmiska bakgrundsstrålningen frikopplas när elektronerna binds till kärnor och bildar neutrala atomer. Detta är fas sju.

Ytterligare 700 000 år senare har temperaturen sjunkit till 18 Kelvin. I den åttonde fasen har materieanhopningar bildats och ger upphov till kvasarer, stjärnor och protogalaxer.

Den nionde fasen är nu, ca 15 miljarder år efter Big Bang. Bakgrundsstrålningen har nu sjunkit till knappt 3 Kelvin. Hur universum kommer att utvecklas i fortsättningen råder det delade meningar om.”

Det finns som sagt två stora teorier inom Big Bang, och det största som skiljer dem åt är vad som har hänt innan Big Bang, och vad som kommer att hända efter.


Teori #1, (”Den klassiska Big Bangmodellen”):
Denna teori är den som anses äldst av de två nuvarande teorierna. Den beskriver Big Bang som universums uppkomst, alltings början. Den visar också på att universum kommer att dö ut, efter att universum utvidgats i oändlighet och mörklagts pga. att materian spridits och temperaturen sjunkit.


”Den gamla modellen
Enligt den gamla Big Bang-modellen hade allting en definitiv början. För cirka 14 miljoner år sedan var all materia och strålning samlad i en punkt, en singularitet, som plötsligt började utvidga sig. Denna expansion är förklaringen till universums nuvarande tillstånd. Vad som orsakade Big Bang kan teorin på grund av sin singularitet dock inte förklara.”

Många anser att det måste ha varit en gud eller allsmäktig kraft som satte igång Big Bang, eftersom vi enligt denna teori inte kan ta reda på vad som var innan Big Bang.

Teori #2, (”Den Ekpyrotiska modellen”):
Denna teori är den ”nya” teorin, och beskriver Big Bang som en ”konsekvens av en kollision mellan vårt synliga universum och ett skugguniversum”. Den nya modellen visar på att en fjäderliknande kraft (som består av ett vakuum) har dragit ihop dessa två universum för att efter en bråkdel av en sekund stöta dem ifrån varandra igen. Den visar också att Big Bang är en oändlig process som fortsätter i all evighet genom att branerna kolliderar av trycket från vakuumet och skapar nytt liv. Den Ekpyrotiska modellen har fått sitt namn ifrån grekiskan, där det betyder ”Skapad av eld”, eftersom kollisionen frigjorde en extrem värme som gav liv åt ett döende universum.

”Den nya modellen
All materia i vårt universum är enligt den ekpyrotiska modellen bunden till en fyrdimensionell ö – en bran – som flyter runt på ena sidan av en vakuumskiva i den femte dimensionen. Eftersom vi lever inne i en bran, uppfattar vi inte den femte dimensionen, och vi kan heller inte uppfatta ljuset från materian i branen på andra sidan vakuumet.”

Forskare har förut försökt ställa upp en cyklisk modell för universums utveckling, men de tidigare modellerna har skrotats eftersom temperaturen ökade för varje cykel. Den stigande temperaturen blir då som en tidvisare, och då måste universum ha haft en början.

I den nya modellen finns ingen temperaturökning. Man kan se den nya modellen som en brödkavel på en deg. Som kaveln sträcker ut degen, sträcker utvidgningen branerna. Även om universum får ett energitillskott så sprids den totala energin över ett större område. Därför ökar inte temperaturen för varje cykel. Den nya teorin är därför äkta cyklisk; den påstår att universum inte har haft en början!

3.3 Undersökning

När uppkom universum enligt Big Bang?
Enligt den ena Big Bang-teorin skapades universum för ungefär 13.7 miljarder år sedan. Universum började då expandera efter att ha varit koncentrerad i en oändligt het och tät punkt; en singularitet. Enligt den andra teorin har Big Bang ingen egentlig skapelsepunkt och cykeln av ”Big Bangs” kommer alltid att existera.

Vem lade/hur lades grunderna för teorin?
Aleksander Friedmann, den ryske fysikern och matematikern, och Georges Lemaître, den belgiske astronomen och prästen, tog fram (oberoende av varandra) två modeller som båda liknade varandra mycket och förutsade att universum expanderade. Detta var tidigt på 20-talet, och 1929 förvandlades deras förutsägelser till vetenskap. Ju längre tiden går, ju längre blir avståndet mellan galaxerna, och eftersom Einsteins relativitetsteori väver samman rum och tid så betyder det att själva rummet utvidgas - inte att galaxerna förflyttar sig i ett redan existerande rum. Om man vänder på det ser man att universum måste ha varit mer hopkrympt i ett tidigare tillstånd. Lemaître sa att allt började som en ”uratom”, och dagens Big Bang-teori är lite lik Lemaîtres.

Vilka vetenskapliga stöd finns det för Big Bang?
År 1929 upptäckte den amerikanska astronomen Edwin Hubble något helt enastående; galaxerna, som man förr trott står stilla, verkade nu nästan alla röra sig ifrån varandra. Dessutom så demonstrerade han att också att ju längre ifrån oss en galaxhop befinner sig, ju snabbare rör den sig ifrån oss; något som även är känt som Hubbles lag.
Han jämförde stjärnspektra från stjärnor i andra galaxer med stjärnor i vår galax, och såg att uppsättningen utav färger var densamma men att det relativa läget för färgerna hade förskjutits mot spektrets röda ände. Detta förklaras genom Dopplereffekten, ”som innebär en förändring av frekvensen (svängningstalet) hos en ljud- eller ljussignal beroende på om källan närmar sig eller avlägsnar sig i förhållande till observatören” .
Man kan lätt märka av Dopplereffekten i vardagen, då man kan höra att t.ex. motorljudet från en bil låter ljusare när bilen kommer emot en, respektive mörkare när den är på väg bort.

Denna upptäckt om att universum ständigt utvidgas pekar tydligt på att universum måste ha börjat i ett supertätt tillstånd.

År 1964 upptäckte Arno Penzias och Robert Wilson av en slump den kosmiska bakgrundsstrålningen. Denna är en isotropisk elektromagnetisk strålning som tolkas som en rest av Big Bang, och visar därför på att universum har haft en början. Redan vid år 1940 förutsåg Big Bang-förespråkarna att universums början måste lämna efter sig rester av värmestrålning, och eftersom Penzias och Wilson uppmätte samma temperatur på strålningen som teorin hade förespråkat fick den extra stöd och man skrotade den teori om att universum skulle stå stilla. Vid 1978 fick Penzias och Wilson Nobelpriset för sin upptäckt.

Bakgrundsstrålningens jämna temperatur och isotropi gjorde det svårt att förklara hur galaxer och strukturer skulle kunna ha uppstått, och dessutom så borde spektret för strålningen likna en svartkroppstrålares. NASA drog därför igång ett projekt kallat COBE (en satellit), utrustad med en spektrometer och en högupplöst temperaturmätare, för att undersöka problemet. År 1989 fick man resultat som visade på att det finns små temperaturskillnader i strålningen, och att spektret från bakgrundsstrålningen liknade en svartkroppstrålares till en väldigt stor del.

Ett annat starkt vetenskapligt bevis är att helium och väte finns i stora mängder i universum, något som aldrig skulle ha kunnat skapas av sig själv.

3.4 Jämförelse mellan Big Bang och olika teologiska teorier

Den första Big Bang-teorin är oftast mer accepterad än den andra, eftersom man inte kan ta reda på vad som fanns eller vad som hände innan Big Bang; den släpper in en Gud i bilden i form av en skapare. Den andra teorin däremot, säger att Big Bang är en kontinuerlig händelse som kommer att fortsätta i det oändliga.

”Första Moseboken är boken om begynnelsen. Den börjar med Guds skapelse av universum…”. I kristendomen säger man alltså att Gud skapade universum, men inte hur. De nämner bara hur Gud skapade jorden, med första kapitlet i Första Moseboken; även kallat ”Skapelseberättelsen”.

Det är för övrigt känt att de flesta stora forskare tror på Gud, och ofta motsäger sina egna teorier, eftersom det inte stämmer med deras Gudsbild. Ta exemplet med Albert Einstein, som efter att ha kommit på den generella relativitetsteorin, insåg att universum omöjligen kunde vara statiskt och införde (som en nödåtgärd) en kosmologisk konstant som var tänkt att förklara att inte universum utvidgar sig. Han kom senare att se på händelsen som sitt livs största misstag.
Ett annat exempel är Stephen Hawking, som efter att ha demonstrerat (tillsammans med kollegan Roger Penrose) … skriver följande: ”Följaktligen anser nuförtiden nästan alla att universum började i en Big Bang-singularitet.” Han poängterar också att de ”nästan alla” som han syftar på, inte inkluderar honom själv.


4. Egna åsikter och teorier

När jag skrev det här arbetet läste jag samtidigt boken ”Kosmos - en kort historik” av Stephen Hawking. Den fick mig att förstå teorier och lagar bättre, eftersom han beskrev allting anpassat efter ”vanligt folk”, inte toppfysiker. Han börjar t.ex. sin bok med
”Någon talade om för mig att varje ekvation jag tog med i boken skulle halvera försäljningen. Jag bestämde mig därför för att inte ta med några ekvationer alls.”

När jag tog in fakta från flera olika håll, blev det ganska snurrigt i min skalle, varför jag ställde upp två teorier. Jag har bara sett den andra teorin i Illustrerad Vetenskap, och som en möjlig teori i Kosmos. Där menar Hawking att om massan i universum är mer än ett ”kritiskt värde”, kommer den att sprängas igen. Han säger också att om massan är exakt det här ”värdet” kommer universum sluta att utvidgas och sluta som stillastående. Om massan är mindre än det ”kritiska värdet” kommer universum att dö ut av utvidgningen och temperatursänkningen. I nuläget verkar det som att värdet är mindre än det ”kritiska värdet”, eftersom det framställs så i väldigt många faktakällor. Man vet dock inte hur stor den totala massan i universum är, eftersom man inte kan se t.ex. svarta hål.

Jag vet inte vilken av de två teorierna som är mest trovärdig, men jag skulle lägga min röst på den första (”Den gamla modellen”), eftersom den är framställd i flera källor och för att den andra låter lite flummig. Det kan ju också vara så att den andra (nya) är så pass ny att den inte är allmänt accepterad och tolkad som en seriös teori. Det kan också vara så att teorin (som ändå är 5 år gammal) har blivit motbevisad på någon punkt och avfärdad som seriös teori. Jag har dock inte sett något tecken på detta, även om det skulle kunna vara mycket möjligt.

Själv så tror jag på Gud, men jag tror också på vetenskapen. Jag väljer hellre att tro på folk s...