Gradvis og lagvis viten i kosmologien del 2

I og med at selve rommet utvider seg, altså at kosmos i seg selv blir større og ikke bare avstanden mellom galaksene, ser vi som Hubble først oppdaget at de galaksene som er lenger borte fra vår egen, fjerner seg fortere fra oss enn de nærmere. Det skyldes at det er mer rom som utvider seg mellom oss enn mellom to nærmere planeter. Dette kan vi illustrere med å ta noen klumper på en strikk og dra det ut. Avstanden til de fjerneste klumpene blir større enn til naboklumpen. Dette illustrerer også et annet viktig poeng. Det er ikke noe sentrum blant galaksene og fra hver galakse vil vi se at andre galakser flytter seg vekk fra oss selv.

Doppler-effekten er det som gjør at når noe beveger seg mot oss eller vekk fra oss hører vi endring i lyden. Det samme vil vi se på radiobølger fra atomer. Kommer noe mot oss får vi en blåforskyvning og vekk fra oss får vi en rødforskyvning. Dette målte som nevnt Hubble systematisk og hans observasjoner viser at nesten alle galakser flytter seg vekk fra oss. Og jo lenger borte de er, jo fortere går de fra oss. Dette skjønner vi nå i forhold til hvordan vi akkurat har beskrevet universets utvidelse, men dette var uventede resultater da de kom.

De viktigste bevisrekkene en har i forhold til big bang teorien er den nevnte kosmiske bakgrunnsstrålingen som er i den bølgelengen vi på forhånd kunne regne oss til i forhold til big bang. Så har vi våre observasjoner rundt hvordan universet utvider seg hvor vi kan regne tilbake i forhold til det. Vi ser ting er eldre og eldre jo lenger bort (og tilbake i tid) vi ser i universet. Det er slik at vi kan lage en graf med avstand og tid som akser; jo lenger vekk i avstand vi ser ut i universet, jo lenger tilbake i tid ser vi!

Vi har også Olberts teorem som påpeker at om universet hadde vært uendelig gammelt og uendelig stort ville det i alle slags retninger vært en stjerne og hele himmelen hadde vært blendende hvitt. Deretter har vi selve grunnstoffsammensetningen i universet. Deuterium, Helium og Hydrogen stemmer overens med teorien til big bang, og særlig er det interessant å se på Deuterium som er et ustabilt materiale i seg selv som krever veldig spesielle forhold for å forbli i den tilstanden – normalt sett vil det bli Helium inni stjerner. Dette skjedde ikke da big bang brått avsluttet den kjernefysiske prosessen i det tidlige univers hvor fremdeles en del atomer var i mellomtilstanden som Deuterium.

Selv om den kosmologiske modellen med big bang etter hvert nesten fikk konsesus blant forskerne, hadde den flere uløste spørsmål også som problemet med tidspila (som vi kommer tilbake til i en egen artikkel senere), universets struktur og ujevnheter. Et av de største var hvorfor temperaturen i rommet er så lik overalt. En forstod ikke hvorfor et så stort univers har rukket å få lik temperatur ennå. Sammenlign med at det tar tid når du heller varmt vann i et badekar med kaldt vann før det varme vannet utjevner og regulerer alt det kalde vannet. Likeså mente man at universet i forhold til de ekstreme avstandene ikke skulle være gammelt nok til at det hadde rukket få en helt jevn temperatur.

Ut fra dette fikk vi inflasjonsteorien lansert av Alan Guth. Den sier at helt tidlig var universet så samla at det fikk «påvirket hele seg selv». Litt etter big bang så fikk vi en enorm ekspansjon raskere enn lysets hastighet. Inflasjonsfasen var dominert av vakuumenergi som varte i 10–33 og pågikk nesten umiddelbart etter big bang oppstod. Denne var frastøtende og førte til en enorm ekspansjon i en størrelsesfaktor på minst 1054. Eller for å si det mer folkelig. Inflasjon går ut på at universet i et kort øyeblikk fikk en ekstrem vekst som var større en en million trillion trillion fordobling i størrelse i løpet av under et million million millontedels sekund. Så gikk vakuumenergien over til å bli partikler og stråling og universet var blitt homogent (likt alle steder) og isotropt (likt i alle retninger). En tenker dette ikke bryter fysikkens hastighetsgrense fordi det er ikke materien i seg selv som gikk fortere enn lyset, men selve rommet.

Inflasjonsteorien er, selv om den er veldig populær, noe som enda inneholder mange spørsmål. Guth regner med at inflasjonen skjedde etter at gravitasjon hadde brutt ut fra de andre tre kreftene, men mens de andre enda var forent. WMAP-målingen av universets bakgrunnsstråling ble sett som en støtte til inflasjonsteorien, selv om det strengt tatt ikke er noe direkte bevis for denne. Det WMAP og senere Planck blant annet viser er at kvantefluktuasjoner nok har forekommet i stor skala tidlig i universet, og dette er en nøkkelegenskap i forhold til inflasjonsteorien.

Men den klassiske standardmodellen for «det varme big bang» fikk seg en nesestyver i 2013 da Planck kom med mer detaljert kartlegging enn noengang før rundt temperaturvariasjonene i rommet. Observasjonene viser 10%  mindre temperaturvariasjon enn modellen tilsier. Kanskje enda mer overraskende er det at Planck ser ut til å vise at universet har en foretrukket retning. Det er 6% mer temperatur i en himmelretning enn en annen. Dette rokker med selve grunnpilaren i kosmologi hvor man forutsetter at universet er isotropt. Vi har ingen gode forklaringer på hva dette betyr enda.

I