Hvor stort er universet?
Selvom universet næppe er uendeligt, er det umuligt at sige, præcis hvor stort det er - men matematiske modeller og tankeeksperimenter kan hjælpe.
hvor stort er universet hubble teleskop ældste univers lysår fjerneste kant NASA rummet uendeligt

De fjerneste galakser, vi indtil nu har set, og som er dannet inden for den første milliard år efter Big Bang. Dette billede er taget af Hubble-teleskopet, og Videnskab.dk har tilføjet tegningen af artiklens skribenter, Henrik og Helle Stub. (Foto: NASA)

De fjerneste galakser, vi indtil nu har set, og som er dannet inden for den første milliard år efter Big Bang. Dette billede er taget af Hubble-teleskopet, og Videnskab.dk har tilføjet tegningen af artiklens skribenter, Henrik og Helle Stub. (Foto: NASA)

Det er umuligt at give et præcist svar på, hvor stort universet er, af den simple grund, at universet hele tiden udvider sig.

Desuden er der meget stor forskel på størrelsen af hele universet, og størrelsen af det univers, vi kan se: Det såkaldt synlige univers.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger, foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

To universer: Det synlige og resten

Vi synes jo nok, at det univers, vi kan se med vores teleskoper, er meget stort, men det er i virkeligheden kun en meget lille del af hele universet.

Forklaringen er, at universet kun er 13,8 milliarder år gammelt - og det sætter grænsen for, hvor langt vi kan se, nemlig 13,8 milliarder lysår.

Dette er altså grænsen for det synlige univers, men selve universet er langt større.

I den tid, lyset fra de første galakser har været på vej til os, er universet vokset, og tager man det med i beregningerne, finder man, at disse galakser nu har en afstand til os på lidt over 46,5 milliarder lysår.

Det giver så en diameter for universet på 2 x 46,5 milliarder lysår eller 93 milliarder lysår.

Vi kan ikke se disse fjerne galakser, fordi der vil gå milliarder af år, før lyset fra dem når ned til os, men beregningerne viser, at de må være der.

Universet er dog helt sikkert meget større end de 93 milliarder lysår, men hvor meget større kan man ikke sige.

Det, vi ved, er, at lige da universet blev dannet, udvidede det sig meget hurtigt, hvor det på en meget lille brøkdel af et sekund gik fra at være meget mindre end et atom til mindst på størrelse med en badebold - eller måske endnu større, som en lille galakse.

synligt univers simpel usynligt afstand uendeligt rummet

Det synlige univers og hele universet. (Illustration: S. Larson)

Denne meget kortvarige fase af universets udvikling kaldes inflation, og under inflationen udvidede universet sig, langt hurtigere end lyset kan bevæge sig.

Inflation er ikke i modstrid med Einsteins relativitetsteori. Den siger nemlig kun, at man ikke kan bevæge sig hurtigere end lyset i universet, men sætter ingen begrænsning på, hvor hurtigt selve rummet, altså universet, kan udvide sig.

Det må dog nævnes, at inflation er en teori, som stadig debatteres. Vi mangler også en god fysisk forståelse af, hvordan inflationen fik universet til at vokse så hurtigt et kort øjeblik. Men det er den bedste model, vi for tiden har for universets begyndelse.

Det er dog ikke enden på historien, for vi er også nødt til at se på, hvad Big Bang var.

Big Bang udvidelse universet

Universet startede med at udvide sig så ekstremt hurtigt, at langt det meste af universet for altid vil være usynligt for os. Det skete under Inflations-fasen, som kun varede en brøkdel af et sekund. Som tegningen viser, er udvidelsen siden da gået i et mere roligt tempo. (Illustration: NASA)

Da universet begyndte

Det er vigtigt at slå fast, at Big Bang ikke var en eksplosion i et allerede eksisterende rum. Det var Big Bang, som skabte rummet, og man kan derfor ikke pege på et sted og sige: Her skete Big Bang. Det fandt sted alle vegne i det nyskabte rum.

Denne begyndelse har betydning for den måde, vi ser universet på. Først må vi slå fast, at vi ikke har nogen mulighed for på nogen måde at se hele universet.

Det univers, vi kan se, befinder sig inden for en kugle med en radius på 13,8 milliarder lysår. Denne kugle vokser naturligvis hele tiden.

jordens placering universet centrum

Ni udsnit af universet, der med stadig større målestok viser vores placering – lige fra Jorden og Månen til hele universet. Billederne skal læses fra venstre mod højre, øverste linje først. (Illustration: Andrew Z. Colvin - CC BY-SA 4.0)

Da Jorden blev dannet for 4,6 milliarder år siden, havde det synlige univers en radius på kun 9,2 milliarder lysår.

Når Solens lysstyrke om en milliard år er steget så meget, at liv på Jorden bliver umuligt, så vil det synlige univers have en radius på 14,8 milliarder lysår.

Men det ændrer intet ved, at det synlige univers altid kun vil udgøre en meget lille del af hele universet. Næsten alle stjerner og galakser befinder sig på grund af inflationen ved universets begyndelse så langt borte, at lyset fra dem endnu ikke har haft tid til at nå ned til den del af universet, vi kan se.

Hvis der findes civilisationer i disse fjerne egne, vil de også observere, at de sidder midt i en kugle med en radius på 13,8 milliarder lysår. Og når de observerer, vil de også kunne se tilbage til Big Bang – for Big Bang fandt sted alle vegne i universet.

Så det billede, vi skal have, er, at universet er ufattelig stort, og at vi, uanset hvor vi bor, vil opleve, at vi sidder i midten af en kugle, der hele tiden vokser.

Hver eneste potentielle civilisation i universet sidder i midten af sin egen lille boble, de kan se og overskue. Hvis ikke disse bobler overlapper, vil vi føle os helt alene, selv om der altså er andre.

Serie: 10 Astronomiske Mysterier

Der har altid været ubesvarede spørgsmål i astronomien, og selvom vi hele tiden bliver klogere, kommer der også hele tiden flere mysterier til.

I serien '10 Astronomiske Mysterier' vil Videnskab.dk's faste rumeksperter dykke ned i de mysterier, der i dag giver astronomerne hovedbrud.

Her kan du få en smagsprøve på serien og læse mere om baggrunden for artiklerne. Du finder en oversigt over alle de udgivne artikler i boksen under denne artikel.

Artiklerne i serien udkommer cirka med en måneds mellemrum. Vil du sikre dig ikke at gå glip af dem, så tilmeld dig vores gratis nyhedsbrev om rummet.

Vi kan kun komme i kontakt med væsener, der befinder sig i det synlige univers, men det er heldigvis også stort nok til, at vi nok ikke vil opleve at være alene.

De utallige civilisationer, der er uden for vores synlige univers, kan vi ikke komme i kontakt med, før vores ’bobler’ i en meget fjern fremtid bliver så store, at de overlapper.

Einsteins univers

Udgangspunktet for vores forståelse af universet er Einsteins almene relativitetsteori. Teorien beskriver universet, på en måde som mange nok vil finde meget abstrakt, men alligevel er accepteret af den moderne videnskab.

I Einsteins univers taler vi nemlig ikke bare om rummets størrelse, men også om rummets form.

Einstein viste, at tyngdekraft kan krumme selve rummet, og det viser sig, ved at tyngdekraft fra en stjerne eller galakse kan afbøje lys.

Det er bekræftet ved mange observationer, og i sin mest ekstreme form kender vi det krumme rum omkring de sorte huller.

Men det betyder også, at vi bliver nødt til at tale om rummets geometri.

Fra matematikken ved vi, at der er stor forskel på geometrien på et fladt stykke papir og geometrien på overfladen af en kugle – eller for den sags skyld geometrien på overfladen af en sadel.

geometri globe globus vinkler overflade længdegrader ækvator uendeligt rum jorden

På overfladen af en kugle kan vinkelsummen i en trekant godt være over 180 grader – her er den 270 grader, da trekanten har tre rette vinkler. Det er kun på et lille udsnit af Jordens overflade, der er så lille, at det er næsten fladt, at vinkelsummen er (næsten) 180 grader. Bemærk at længdegraderne mødes ved polerne, selv om de er parallelle ved ækvator. (Illustration: Lars H. Rohwedder, Sarregouset - CC BY-SA 3.0)

På et stykke papir gælder den gode gamle geometri, vi lærte i skolen: Parallelle linjer mødes aldrig, og vinkelsummen i en trekant er 180 grader.

På overfladen af en kugle som Jorden mødes parallelle linjer.

Det kender vi jo fra længdegrader på en globus. Længdegraderne står vinkelret på ækvator og er derfor parallelle – men alligevel mødes de, nemlig ved nordpolen og sydpolen. I dette tilfælde taler vi om et positivt krummet rum. Desuden er vinkelsummen i en trekant tegnet på en globus større end 180 grader.

Tegner man på en sadel, vil man se, at parallelle linjer kommer bort fra hinanden, samt at vinkelsummen i en trekant er mindre end 180 grader.

Matematisk siger vi, at overfladen af en kugle er positivt krummet, mens overfladen af en saddel er negativt krummet.

I Einsteins univers har selve universet disse tre muligheder: Fladt, positivt eller negativt krummet.

Matematisk beskriver Einstein universet som en tre-dimensionel overflade i et fire-dimensionelt rum. Det kan vi naturligvis ikke forestille os, så det bliver altid illustreret med de to-dimensionelle overflader, vi kan tegne.

Vi ved, at masse i form af planeter, stjerner og galakser lokalt kan ændre rummets geometri. Men vi er ikke interesserede i lokale fænomener, men i universet som helhed, og her bestemmes rummets geometri af den gennemsnitlige massetæthed.

synlig univers hvor stort er udvidelse big bang NASA illustration

Vores plads i universet: Vi ser os selv som centrum i et stort univers. (Illustration: NASA Pablo Carlos Budassi - CC BY-SA 3.0)

Et tankeeksperiment

Vi kan i princippet (men ikke i praksis) måle universets geometri ved at sende to kraftige laserstråler ud i rummet. Vi sender dem afsted, så strålerne er parallelle.

Der er nu tre muligheder, når laserstrålerne har rejst milliarder af lysår gennem rummet:

  • Strålerne vil stadig være parallelle. I så tilfælde er rummet ikke krummet, og vi taler om et fladt univers. Det vil kun være tilfældet, hvis universets massetæthed har en ganske bestemt værdi, den såkaldte kritiske tæthed.
  • De to stråler vil gradvist komme nærmere hinanden. I dette tilfælde taler vi om et positivt krummet rum. Det kræver en massetæthed større end den kritiske massetæthed, og hvis man rejser ud, vil man til sidst komme tilbage til udgangspunktet.
  • De to stråler vil gradvist komme længere bort fra hinanden. Et sådant univers siges at have en negativ krumning, og geometrien svarer til geometrien på en sadel. Et negativt krummet univers kræver en massetæthed mindre end den kritiske massetæthed.

Både det flade univers og det negativt krummede univers er i princippet uendelige, mens det positivt krummede univers vil vokse til en vis størrelse, hvorpå det trækker sig sammen igen.

universet kant krumning vinkel

Der er tre muligheder for rummets geometri: Flad, positivt krummet som en kugleoverflade, negativt krummet som en sadel. Det er universets massetæhed i forhold til den kritiske massetæthed – her kaldet  Ωo  -  som afgør geometrien. Kun i et fladt univers er vinkelsummen i en trekant 180 grader. I et positivt krummet univers er vinkelsummen over 180 grader, mens den er under 180 grader i et negativt krummet univers. (Illustration: Wikimedia Commons)

Men hvis det er uendeligt, så må det altid have været det, for man kan ikke på de 13,8 milliarder år siden Big Bang skabe et uendeligt univers. Inflationen ved universets begyndelse var nok lynhurtig, men ikke uendeligt hurtig.

Det er umuligt at give noget, der bare ligner et præcist tal, så det bedste, vi kan sige, er, at hele universet er meget, meget større end det synlige univers.

Det er for teknisk hér at komme ind på, hvordan man i praksis måler universets krumning, så vi vil blot slå fast, at det store flertal af målinger tyder på, at universet er fladt. Der er dog enkelte afvigende målinger, som tyder på et svagt positivt krummet univers.

Man ville dog på forhånd nok regne med et næsten fladt univers, for hvis vi kun kan se en meget, meget lille del af hele universet, så vil næsten ethvert lille afsnit af universet nok virke fladt.

Det svarer jo til, at Jorden er så stor, at den virker flad, fordi vi normalt kun kan se et par kilometer væk. For at se, at Jorden er rund, skal vi helst 100 kilometer eller mere op.

Så noget endeligt svar på universets størrelse har vi ikke.

Multiverset

Endelig vil vi nævne en populær, men stadig helt ubevist, teori - nemlig at der findes mere end ét univers.

En sådan samling af universer kaldes et multivers, og det kræver jo, at Big Bang ikke var en enkeltstående begivenhed.

Det lyder ikke helt urimeligt, for hvis Big Bang var resultatet af nogle for os ukendte love, så må man da forvente, at det sker mere end en gang.

Der er også spekuleret over, om andre universer kan have andre naturlove, som kan gøre dem enten mere egnede eller mindre egnede til at rumme liv.

Det er umuligt at sige meget mere, fordi vi ikke kan observere disse mulige andre universer.

Det eneste, vi kan sige, er, at de vil være en logisk følge af nogle moderne teorier for fysik og kosmologi.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte, døde og vaccinationer i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om, hvorfor denne 'sort hul'-illusion narrer din hjerne.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk