Big bang

Hur allting tog sin början

För ungefär 15 miljarder år sedan hände en jättesmäll. Denna smäll brukar man kalla för The Big Bang. Egentligen finns det inga bevis på att The Big Bang någonsin har hänt. Men man är ganska säker på att rymden skapades ur The Big Bang.

Från början var universum en sammanpressad ansamling av energi. Temperaturen var omkring 3000 Kelvin under dom första 10 till 43 sekunderna. Man brukar dela in The Big Bang i en standardmodell som består av nio faser. Fas ett har vi redan gått igenom så vi går direkt på fas 2.

Fas 2 tog sig början ungefär 10 - 43 sekunder efter smällen och brukar kallas för den storförenade eran. Temperaturen var uppe i hela 1032 Kelvin, och det är nu som universum börjar utvidga sig. Detta skedde i mycket hög hastighet och alla elektromagnetiska krafter, både svaga och starka var förenade till en enda stor kraft som accelererande snabbt.
I fas tre börjar dom starka krafterna skiljas från dom svaga och olika partiklar börjar bildas. Utvidgningen som egentligen borde avta p.g.a. att dom två krafterna skiljs åt fortsätter av bara farten. Fas tre höll på i ungefär tio sekunder.
I den fjärde fasen finns ett överskott av materia och tack vare det kan kvarkarna börja bilda protoner och neutroner.
Fas fem börjar ungefär samtidigt som fas fyra. Nu är temperaturen nere i 1010 Kelvin, och nu börjar elektroner och protoner förinta varandra under frigörande av jättestora energimängder. Detta beror på neutronerna frikopplas. Det är tack vare, eller på grund av, denna fas som det finns bakgrundstrålning i rymden.
Tre minuter efter själva explosionen inleds fas 6. Temperaturen är nu nere i 109 Kelvin. Det är först nu som elektronerna och protonerna kunde slås ihop till kärnor. Orsaken till att dom inte hade kunnat göra det tidigare var att bakgrundstrångingens energi hade varit starkare än bindningsenergin. så om dom hade försökt att bildat en kärna innan fas 6 skulle dom ha "slagits sönder" direkt. Väte, helium och litium var dom första grundämnena som bildades. Ungefär 75% av kärnorna är väte och ungefär 25% är helium.
Allt som står här ovan har hänt inom en tidsrymd på tre minuter, men för att komma till fas sju måste vi hoppa fram 300.000 år. Strålningtempraturen har nu sjunkit till 3000 Kelvin. Nu börjar också naturella atomer att bildas. Efter 700.000 år är temperaturen nere i 18 Kelwin. Nu har materieanhopningar bildas och gett upphov till stjärnor och galaxer. Tack vare förbränningen av väte och helium i stjärnornas inre bildas tyngre grundämnen som kol, syre, järn och kväve. Dom här ämnenerna sprids ut i rymden med hjälp av stjärnvindar och supernovaexplosioner. Det här möjliggör skapade av nya stjärnor, planeter och på lång sikt även liv. Nu hoppar vi fram några miljarder år till och hamnar i nuet, 15 miljarder år efter Big Bang. Bakgrundstrålningen är nu nere i 3 Kelvin.
Nu finns det två sätt från rymden att gå vidare. Det första är att bara fortsätta så här i all oändlighet eller att börja krympa ner till noll igen.

Vad hände sen?

Som jag skrev här ovanför så utvidgas universum hela tiden och det kommer nog växa ett bra tag till. Så i terion borde vi, och alla andra saker i rymden, bli utdragna och uppblåsta, men som du säkert har märk blir vi inte det. Orsaken till att vi och alla andra där ute inte blir med uppblåsta och utdragna är att på nära håll är gravitationen starkare än den kraft som vill dra isär oss. Men om man skulle kunna åka till en plats i rymden som är helt saknar gravitation, en sån plats finns inte men vi säger att det finns för resonemangets skull, skulle vi i teorin bli så uppblåsta att vi till slut sprack. Men på den del undrar man om inte dom är det redan. Alltså krymper avståndet till dom galaxer som ligger närmast oss i stället för att växa som vore det naturliga. Varför det gör det vet jag inte, men det kan säkert NASA svara på om du är intresserat.
Det enda avståndet som växer är avståndet mellan galaxhopparna som ligger för lågt bort från varandra för att påverkas av varandras gravitationen. Tycker du att det här låter knäppt, är du nog inte den enda som tycker det. Så med hjälp av matte och av vilken färg som ljuset har som galaxhoppar sänder ut, rött ljus = långt bort. När man har räknat ut hur långt bort som två galaxhopar ligger i förhållande till varandra behöver man bara räkna ut hastigheten som dom rör sig med för att kunna räkna ut hur länge dom varit på väg från varandra.
Det gör man genom att bedöma graden av rödförskjutning och sen är det en smal sak för astrofysikerna att avgöra ljuskällans hastighet jämfört med jorden - ju rödare ljus, desto snabbare förflyttning härifrån.
Ett problem kan vara att avgöra vilken färg ljuskällan hade från början - när det gäller t ex kvasarerna, som ligger (eller snarare för några miljarder år sedan låg) fruktansvärt långt bort, är man inte riktigt säker. Ett någorlunda noggrant värde har astronomerna i alla fall enats om, så att man åtminstone kan göra ungefärliga beräkningar.
Men för att kunna räkna ut avståndet till galaxer som ligger långt bort så behöver man också kunna förhållandet mellan fart och hur lång sträcka som galaxerna har färdas.

Edwin Hubble Tack vare en man som hette Edwin Powell Hubble (bild) som i början av vårt århundrade visade att hastigheten uppgick till någonstans mellan 15 och 30 km/s per miljon ljusårs avstånd mellan objekten. Detta innebär att två kroppar utan massa, elektriska laddningar osv belägna en miljon ljusår från varandra, på grund av urexplosionen rör sig åt motsatta håll med sammanlagt 15-30 km i sekunden. Om avståndet från början är två miljoner ljusår, blir hastigheten dubbelt så stor.
T.ex. en galaxhop som ligger på 200 miljoner ljusårs avstånd rör sig dubbelt så fort bort från oss som en på 100 miljoner ljusårs avstånd.
Fattar du?
Om inte så ska jag försöka förklara det på ett lite lättare sätt. För att bruka en gammal och ofta använd liknelse kan världsalltets expansion (utvigning) jämföras med uppblåsandet av en vanlig rund ballong. Små kulor fastklistrade över hela ballongens yta symboliserar galaxhoparna. När ballongen blåses upp, ökar avstånden mellan kulorna stadigt. Ingen kula kan utpekas som centrum för utvidgningen; den är lika stor för alla. Som ett exempel rör sig kula A med hastigheten 1 cm i sekunden bort från kula B. Kula C, som ligger dubbelt så långt bort som B från A, och i linje med dessa, rör sig med samma hastighet (1 cm/s) bort från B, eftersom ytans expansion är lika stor överallt. Därav följer, att C:s hastighet jämfört med A är summan av de båda hastigheterna, dvs 2 cm/s. När punkt B dubblerat avståndet till punkt A, kommer hastigheten att öka i samma omfattning - det vill säga, förflyttningen kommer att gå snabbare och snabbare hela tiden. B borde ta samma hopp som C, alltså från 2 enheters avstånd till 4. Och det är ju omöjligt! Den kvardröjande rörelseenergin från kraften i ursmällen, den som en gång kastade ut all materia på dess färd genom rymden (eller mer exakt startade själva rummets utvidgning), är utspridningens enda drivkraft. Mekaniken säger, att såvida ingen mystisk, okänd kraft inverkar utan vår kännedom, kan det enda som påverkar rörelsen vara gravitationen - och då i motsatt riktning! Sätter sig Hubble upp mot fysikens lagar? Nej då. Lösningen till problemet ligger i konstanten. Hubble var inte dummare än att han anpassade sin konstant efter gravitationens verkningar, så att den alltid ger ett riktigt resultat. Förutsatt att man med jämna mellanrum uppdaterar den - konstanten är nämligen inte konstant på litet längre sikt! Därför kallas den ofta parameter i stället för det missvisande "konstant". Expansionshastigheten minskar hela tiden, på grund av bromsningen från gravitationen, och detsamma gör Hubbles så kallade konstant. När B har flyttat sig dubbelt så långt bort, har konstanten halverats och mer därtill. Alltså rör sig B hela tiden med ungefär samma hastighet - och hoppar från 2 till 3.

Nu finns möjlighet att avgöra såväl hastighet som den eftersökta "konstanten" och genast börjar beräkningarna bära frukt. Genom att dela hastigheten för en godtyckligt utvald himlakropp med Hubbles konstant, får man fram avståndet härifrån och dit. Och dividerar man avståndet med hastigheten har vi hux flux tagit reda på hur länge det varit på väg bort från oss, dvs kosmos ålder. I teorin alltså. Men i praktiken försvåras alla kalkyler av gravitation och osäkra mätmetoder. Ändå har man med rymdens expansion som en av de viktigaste faktorerna enats om en ungefärlig ålder för universum på någonstans mellan tio och tjugofem miljarder år. Exaktare än så är det svårt att få det.
Om du inte fattar ännu så är du inte den enda, även jag fick läsa några gånger innan jag fattade vad det handlare om.
Tyvärr har jag inte kunnat ta reda på vad Edwin Powell Hubbles teori går ut på i detalj.

Ett stort tack till Johnny Rönnberg som delat med sig av ytterligare ett arbete
Johnny har även gjort ett arbete om Apollo 11 som finns på min hemsida.
/Anders

Sidan skapad av
Anders Mattsson

Innehållet på dessa sidor är skyddat enligt lagen om upphovsrätt.
Det är inte tillåtet att sprida materialet vidare utan mitt tillstånd.