Kosmisk baggrundsstråling påviste Big Bang. Men hvem kan tage æren for opdagelsen?
Kan man opdage noget uden at vide, hvad man har opdaget? Tilsyneladende ja, men så alligevel nej.
kosmisk baggrundsstråling antenne big bang serendipitet

Penzias og Wilson under den store antenne, der i 1964 opfangede de kosmiske mikrobølger. (Foto: NASA)

Hvad der ofte bliver betragtet som den største opdagelse nogensinde i kosmologiens historie blev til i et komplekst samspil mellem teori og observation.

Overalt i rummet findes der svage og usynlige mikrobølger omtrent som dem, vi kender fra en mikrobølgeovn. Den kosmiske baggrundsstråling, som bølgerne kaldes, bærer det umiskendelige fingeraftryk fra universets tidlige barndom.

Strålingen blev observeret i 1964 men først forstået året efter. Opdagelseshistorien er ikke blot et klokkeklart eksempel på serendipitet – den rejser også spørgsmålet om, hvad det egentlig vil sige at have opdaget noget og hvem, der bør krediteres for en videnskabelig opdagelse.

Fra Big Bang er vi kommet

Vi har i mere end et halvt århundrede vidst, at universet har en endelig alder, og at det blev til i en mærkværdig eksplosiv hændelse, der kendes som Big Bang.

Tema om serendipitet

Sætter man serendipitet på formel, kan den hedde:

Indsigt + erfaring + held + tilfældighed = serendipitet.

I den kommende tid kaster Forskerzonen et blik på nogle af de store videnskabelige opdagelser, der er blevet til på baggrund af serendipitet. 

Læs alle artikler i temaet her.

Når vi i dag har en omfattende og finmasket viden om universet og dets historie, skyldes det ikke mindst opdagelsen af baggrundsstrålingen og den fortsatte udforskning af dette fænomen.

Som hieroglyffernes gåde blev løst gennem studier af Rosettastenen i det 19. århundrede, sådan blev gåden om det tidlige univers løst gennem studier af den kosmiske baggrundsstråling.

For mange moderne fysikere og astronomer er opdagelsen af baggrundsstrålingen en skelsættende begivenhed. Ja, det er ligefrem den opdagelse, der gjorde kosmologien til en ægte videnskab på linje med andre anerkendte videnskaber og for alvor kappede båndet til tidligere tiders mere filosofiske og spekulative kosmologi.

Du kan læse mere om baggrundsstrålingen og dens opdagelse i en tidligere Forskerzonen-artikel fra min hånd.

En upåagtet forudsigelse

Idéen om et Big Bang stammer fra 1931, men først i 1948 blev den udviklet til en teori om det tidlige univers af den russisk-amerikanske fysiker George Gamow.

Ifølge teorien var det oprindelige univers umådeligt kompakt og varmt, med en temperatur på mere end en milliard grader. Med universets hurtige udvidelse aftog temperaturen.

I en kort artikel fra 1948 udledte to af Gamows medarbejdere, Ralph Alpher og Robert Herman, at med den fortsatte afkøling, ville stof begynde at blive dannet samtidig med, at hele universet blev fyldt med elektromagnetisk stråling.

De to fysikere beregnede, at den oprindeligt meget varme og kortbølgede stråling i dag ville være afkølet til ca. 268˚C eller blot 5 grader over det absolutte nulpunkt. Men den ville stadig være her i form af en meget svag mikrobølgestråling, der i det mindste i princippet kunne måles.

Alpher og Herman forudsagde med andre ord den kosmiske baggrundsstråling. Hvis den kunne påvises, ville det være et stærkt argument for Big Bang-teoriens gyldighed.

Bemærkelsesværdigt nok vakte forudsigelsen næsten ingen opmærksomhed, og da strålingen endelig blev påvist, skete det helt uafhængigt af den teoretiske forudsigelse.

kosmisk baggrundsstråling big bang serendipitet billede

Moderne billede af detaljerne i den kosmiske baggrundsstråling. (Foto: NASA)

Himmelske mikrobølger

Arno Penzias og Robert Wilson var ansat ved Bell-laboratoriet under den store amerikanske telefonkoncern AT&T. I 1964 undersøgte de radiosignaler fra Mælkevejen ved hjælp af en særlig antenne, der kunne måle signaler ved en bølgelængde på 7,4 cm.

Deres undersøgelser havde intet som helst at gøre med kosmologi, en videnskab der hverken havde deres eller koncernens interesse.

Til deres frustration påviste Penzias og Wilson en form for elektromagnetisk støj, uanset i hvilken retning de drejede deres antenne. Det var irriterende, men lige meget hvad de gjorde, blev støjen ved at være der.

Efter at have bakset med problemet i det meste af et år, måtte de derfor konkludere, at støjen nok slet ikke var støj. Nej, det var derimod en uforklarlig svag stråling, der på en eller anden måde hidrørte fra hele universet. Videre gik de to fysikere ikke.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Et fossil fra Big Bang

Ved lidt af et tilfælde blev fysikere ved Princeton University opmærksomme på den mystiske stråling, Penzias og Wilson havde påvist, og de så fænomenet i et helt andet lys.

I foråret 1965 stod det klart for Robert Dicke og hans medarbejdere fra Princeton, at de kosmiske mikrobølger var den svage glød fra universets fødselsveer.

frimærke nobelpris Penzias Wilson kosmisk baggrundsstråling

Svensk frimærke i anledning af nobelprisen til Penzias og Wilson. (Foto: Shutterstock)

Man kunne så tro, at den kosmologiske fortolkning stod i gæld til Alphers og Hermans forudsigelse fra 1948, men det var ikke tilfældet. Faktisk var Dicke og hans kolleger uvidende om denne forudsigelse, og de kom uafhængigt til deres forståelse af baggrundsstrålingen.

Under alle omstændigheder var katten nu ude af sækken.

Allerede den 21. maj 1965 kunne New York Times på forsiden bekendtgøre, at den kosmologiske baggrundsstråling var noget nær et bevis for den endnu kontroversielle Big Bang-teori.

Et par måneder senere fremkom nyheden i form af to videnskabelige artikler, hvor den ene var skrevet af Penzias og Wilson og den anden af Dicke og hans medarbejdere. Strålingens temperatur blev nu fastlagt til 3,5 absolutte grader, af samme størrelsesorden som forudsagt af Alpher og Herman i deres artikel fra 1948.

Hvem opdagede baggrundsstrålingen?

I løbet af få år viste baggrundsstrålingen sig at være et sandt skatkammer for udforskningen af det tidlige univers, med det resultat, at Nobelprisen i 1978 for første gang blev tildelt for et bidrag til kosmologien.

Valget faldt på Penzias og Wilson for deres »opdagelse af den kosmiske mikrobølgestråling (...) hvorefter kosmologien er blevet en videnskab, der kan bekræftes gennem eksperimenter og observationer«.

Forskerzonen

Denne artikel er en del af Forskerzonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

Forskerzonen er støttet af Lundbeckfonden.

Med andre ord fik de en Nobelpris for at have opdaget noget, de oprindeligt ikke vidste, hvad var.

Der var allerede en tradition for at ære den slags opdagelser, for i 1901 blev W. C. Röntgen tildelt den første nobelpris i fysik for sin opdagelse af røntgenstrålingen, og to år senere fik H. A. Becquerel prisen for sin opdagelse af radioaktiviteten.

I begge tilfælde var der tale om, at fænomenerne kom bag på dem, og at de ikke forstod, hvad de havde opdaget.

Først i sommeren 1965 stod det klart, at Penzias-Wilson strålingen havde en kosmologisk oprindelse, hvilket skyldtes Dicke og hans forskergruppe i Princeton.

Man kan derfor undre sig over, at Dicke ikke fik en del af prisen. Og hvad med Alpher og Herman, der trods alt havde forudsagt strålingen og dens betydning næsten 20 år tidligere?

For så vidt som Penzias og Wilson anerkendes for at have påvist den kosmiske baggrundsstråling i 1964 – og det kan som nævnt diskuteres – var deres opdagelse helt utilsigtet og altså et eksempel på serendipitet.

På den anden side var der ikke tale om rent held, for opdagelsen skyldtes en langvarig og systematisk undersøgelse af de signaler, deres antenne modtog fra de himmelske regioner.

Sådanne signaler var tidligere blevet påvist, men uden at man tog dem alvorligt.

Læs mere om baggrundsstrålingen og kosmologiens historie i Olaf Pedersen og Helge Kraghs 'Fra Kaos til Kosmos: Verdensbilledets Historie Gennem 3000 År' (Gyldendal, 2000).

Videnskab.dk Podcast

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