Hvor i universet skete Big Bang?

På Videnskab.dk kan man spørge om alt mellem himmel og jord, og et af de fænomener, der optager rigtigt mange læsere, er det lys, der blev udsendt lige efter Big Bang, og som astronomerne nu kan studere ved hjælp af deres teleskoper.

»Hvis vi fra alle sider kan se lys, der har rejst i f.eks. 12 milliarder år, må Jorden jo have været den lille klump, der blev til Big Bang? Ellers skulle lyset f.eks. kun komme fra “den ene side”, hvis vi nu antager at Jorden ligger sådan lidt i yderkanten af universet?« funderer Torben Ibsen og fortsætter:

»Alt det gamle lys kommer til os fra ydersiden af universet og ind mod Jorden. Derfor kan det jo ikke stamme fra tiden omkring Big Bang, synes jeg. Lyset kan jo ikke først rejse ud til kanten af universet for så efterfølgende at komme retur til os, som om det var det lys eller den stråling, der blev skabt ved Big Bang? «

Big Bang skete ikke ét sted

Spørg Videnskaben slipper for at rejse til universets ende for at få svar, for på Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet findes der mindst én forsker, der kan kaste lys over land. Postdoc i kosmologi Ole Bjælde kommer med en forklaring, som er baseret på hans mangeårige intense studier af det 13,7 milliarder år gamle univers.

»Jeres læser misforstår universets udvikling. Det, han tolker ind i det, er, at der skulle være et bestemt punkt i det nuværende univers, der svarer til det oprindelige Big Bang, men sådan et punkt kan man ikke definere. Vi kan ikke kigge i en retning og sige, at dér skete Big Bang. Det giver ikke mening at tænke på et centrum i universet, som alting bevæger sig væk fra,« siger Ole Bjælde.

Han vil hellere beskrive universets udvikling ved hjælp af en ballon, der bliver pustet op, hvor universet er ballonens overflade.

Da vi befinder os oven på ballonen og kun kan kigge langs overfladen, er vi afskåret fra at se ballonens centrum. Skruer vi tiden tilbage, har alle punkter på overfladen af ballonen engang været samlet i centrum – det markerer tidspunktet for Big Bang. Vi kan ikke specificere en eksakt position for Big Bang, for alle punkter på ballonens overflade repræsenterer Big Bang.

Udvidelsen sker i hvert enkelt punkt af universet

Lektor Steen H. Hansen på Dark Cosmology Centret på Københavns Universitet er enig med sin aarhusianske kollega i, at læseren opfatter universets ekspansion på en forkert måde – en opfattelse, som han som forsker, underviser og formidler efterhånden har mødt rigtigt mange gange.

»Den opfattelse er meget udbredt. Det, der går galt, er, at mange tror, at Big Bang fandt sted i et punkt, en såkaldt singularitet. Men i virkeligheden har universet efter alt at dømme altid været uendeligt stort og Big Bang er foregået i hvert eneste punkt af rummet,« siger Steen H. Hansen.

Steen Hansen er ikke på arbejde, da Spørg Videnskaben ringer til ham på mobilen. Han er hjemme i privaten i fuld gang med at slå en bolledej op, og hans gøremål kommer uvilkårligt til at smitte af på den videnskabelige forklaring, han serverer for journalisten i telefonen.

Forestil dig, at hele rummet er fyldt med bolledej, forklarer han. Big Bang angiver tidspunktet for, hvornår bolledejen blev til og begyndte at hæve. Bolledejen rummer en del rosiner, der er jævnt fordelt over det hele.

Når forskere forsøger at forklare, hvad der skete under Big Bang, har de en tendens til at kigge på et undseeligt hjørne af bolledejen, som i løbet af universets levetid hæver op til en stor og saftig rosinbolle. Men den lille bolle fortæller kun om, hvad der skete i dette lille bitte område af den kæmpemæssige bolledej.

Hvis man skal forstå universets udvikling korrekt, må man holde øje med, hvad der sker i hvert eneste punkt af dejen. Astronomerne har altså uendeligt mange boller at holde styr på i deres beskrivelse af universets udvikling.

Bolledej sladrer om universets udvidelse

Steen Hansen fortæller, at han tidligere selv har eksperimentet med netop rosinbolledej for at gøre universets udvikling fuldstændigt klar for sig selv.

Under hævningen skar han indimellem bolledejen op og besluttede for sig selv, hvilken af rosinerne, der var ’masterrosin’, hvorefter han målte afstanden mellem denne masterrosin og alle andre rosiner.

»Det sjove var, at uanset hvilken rosin, der blev udnævnt som master, kunne jeg konstatere, at alle andre rosiner bevægede sig væk fra den, og jo større afstand, der som udgangspunkt var mellem masterrosinen og de andre rosiner, jo hurtigere voksede afstanden i takt med, at dejen hævede. Det illustrerer meget godt, hvordan universet udvider sig og hvad den udvidelse betyder for f.eks. galaksernes indbyrdes afstande,« siger han.

Han holder en kort pause, mens han rører lidt i dejen og giver sig herefter til at opsummere:

»For at give jeres læser et klart svar på den første del af spørgsmålet, så ligger Jorden altså ikke det sted, hvor Big Bang oprindeligt skete. Sådan et sted findes slet ikke i universet. universet er fuldstændigt ensartet, ligegyldigt i hvilken retning, man kigger,« siger han.

Lyset bruger tid på at udbrede sig

Steen Hansen får dog ikke fred, før han har besvaret Torben Ibsens andet spørgsmål om, hvor det mange milliarder år gamle lys, der strømmer til os fra alle sider, kommer fra.

»Det mange milliarder år gamle lys, som vi kan se i dag, stammer fra mange forskellige punkter i universet, som alle sammen har oplevet et Big Bang. Hvert af disse punkter har i sin tid udsendt lys i alle retninger, og det er dette lys, som nu er nået frem til os,« fortæller Steen Hansen.

Grunden til, at vi først ser lyset fra dengang er, at lys har en endelig udbredelseshastighed på 300.000 km per sekund. Lyset i universet blev først tændt kort efter Big Bang, og dengang universet var nyfødt, var den oplyste del af universet af samme grund meget lille, da lyset kun havde udbredt sig i kort tid. Langt størstedelen af universet var altså fuldstændigt afskåret fra omverdenen.

»Vi kan kun se det lys, der har haft tid til at komme ned til os. Vi kan ikke se punkter, der er længere væk, end hvad lyset har nået at bevæge sig i universets levetid. Den radius udgør det synlige univers, men selve universet er sandsynligvis meget større end det,« siger Steen Hansen.

Universets ekspansion rødforskyder lyset

Astronomerne snakker om universets og lysets alder, fordi det er de eneste faktorer, der er entydige. Afstandene i universet kan derimod være svære at holde styr på, fordi universet hele tiden ekspanderer, hvilket Torben Ibsen i sin mail til redaktionen også selv kommer ind på.

»Når vi ser lys, der har rejst i f.eks. 12 milliarder år, så må dette lys altså være afsendt fra det sted, hvor lysobjektet befandt sig for 12 milliarder år siden. Siden den gang må lysobjektet være rejst meget, meget længere væk fra os?« spørger han.

Det spørgsmål er ikke Steen Hansens boldgade, men han henviser til en kollega, postdoc Peter Laursen, der er ansat på Stockholm Universitet. Han bekræfter Torben Ibsen i, at man skal skelne skarpt mellem, om man regner på de afstande, som lyset tilbagelægger og afstanden mellem de to objekter, der udveksler lys.

»Når lyset bevæger sig gennem universet, så bliver lysets bølgelængde strakt ud af universets ekspansion – det bliver rødforskudt. Når man så vil måle, hvor langt lyset har bevæget sig gennem universet fra f.eks. én galakse til en anden, så måler man lysets rødforskydning og bruger den til at regne den tilbagelagte afstand ud,« siger Peter Laursen.

Afstandsmåling er en stor udfordring

Problemerne opstår, når man skal forsøge at omsætte den afstand, som lyset har tilbagelagt, til afstanden mellem de to galakser.

Universet udgør ballonens overflade, og ligegyldigt hvilken retning, vi kigger, ser universet ensartet ud. For at kunne se, at det er selve rummet, der udvider sig, skal man være en observatør, der betragtede universet udefra. Man kan ikke se det indefra, på nær selvfølgelig at alle objekter i universets fjerne egne bevæger sig længere og længere væk fra os.

Ole Bjælde, postdoc

Udfordringen er at definere, hvad det er for en afstand, man har brug for. Er man interesseret i at vide, hvor langt væk galaksen var, dengang den udsendte lyset, eller hvor fjernt fra os den er nu? Eller er man derimod interesseret i at vide, over hvor stor en afstand lyset faktisk har rejst?

Disse afstande er ikke de samme. Man kan sammenligne problemstillingen med at løbe på en bane, der som udgangspunkt er 100 meter lang, når man tager afsted, men som har udvidet sig til i alt 400 meter, når løbet er færdigt. Den strækning, løberen har tilbagelagt, ligger et sted mellem de 100 og de 400 meter.

»Det ældste lys, vi modtager, har tilbagelagt en strækning, der er meget større end universets alder på 13,7 milliarder lysår. Den nuværende afstand til det fjerneste, som vi kan modtage lysår er næsten 50 milliarder lysår. Og det er sådan noget, som folk tit synes er meget mærkeligt – men det skyldes altså, at universet udvider sig, mens lyset er undervejs,« siger Peter Laursen.

Universet ligner sig selv

Universet er i dag meget større end 13,7 milliarder lysår, og forskerne antager, at det er uendeligt stort.

»Vi ved ikke, om universet er uendeligt stort, men vores foreløbige observationer af bl.a. den kosmiske baggrundsstråling tyder på det. Universet er efter vores bedste overbevisning blevet født uendeligt stort og med den jævne fordeling af stof, der præger universet i dag,« siger Peter Laursen og slutter:

»Uanset hvad er det forkert at forestille sig, at universet blev skabt i et punkt. Det var selve rummet, der blev skabt, og alting var fordelt i rummet fra starten. Big Bang satte tiden i gang, tændte lyset og kickstartede universets udvidelse.«

Vi takker for det gode spørgsmål og kvitterer med en Big Bang-farvet T-shirt. Gå på opdagelse i vores andre gode spørgsmål og svar i Spørg Videnskaben eller send en mail med din egen undren til redaktionen@videnskab.dk.

Husk også årets bedste konfirmationsgave: Bogen ‘Hvorfor lugter mine egne prutter bedst?‘ med svar på 77 skarpe spørgsmål om livet, kroppen, historien, dyrene og universet.