I begyndelsen var tvivlen

Lad os begynde denne tidsrejse med at stille uret tilbage til begyndelsen. Ikke til begyndelsen på alting, men til dengang teorien om begyndelsen på alting fik sit navn.

Den 28. marts 1949 holdt den britiske astrofysiker Fred Hoyle et radioforedrag på BBC, hvor han redegjorde for sin personlige teori om, hvordan hele vores univers hænger sammen.

Ved den lejlighed kom han til at navngive den idé om universets skabelse, han selv tvivlede på.

I foredraget forklarede han lytterne om nogle ”tidligere teorier”, som var...

”…baseret på den hypotese, at alt stof i universet var skabt i ét big bang på et bestemt tidspunkt i en fjern fortid”.

Disse tidligere teorier havde imidlertid flere begrænsninger, mente Hoyle. Det førte ham frem til den nye teori, han ville redegøre for: At universet har været der altid, men at der til stadighed finder skabelse af nyt stof sted.

Det er 70 år siden i dag, at Fred Hoyle holdt sit foredrag om sin såkaldte steady-state-teori.

Dén taler videnskaben ikke så meget om mere. Til gengæld er de teorier, han håbede at kunne tilbagevise, blevet stadig mere anerkendte. De teorier, som eksperter kalder Lemaître-Friedmann-Robertson-Walker-modellen, men som den brede offentlighed siden 28. marts 1949 har kendt som The Big Bang.

 

I begyndelsen var et univers, der udvider sig

Vi må hellere stille uret yderligere cirka et kvart århundrede tilbage til begyndelsen. Ikke begyndelsen på alting, men på teorien.

I de tidlige 1920’ere revolutionerede Albert Einstein fysikken med sin berømte relativitetsteori. Dét er der, Martin S. Sloth, professor, fil.dr. i fysik og medarbejder ved CP3 Origins, Syddansk Universitets forskningscenter for kosmologi og partikelfysik – herunder forskning i universets oprindelse – plejer at begynde fortællingen om The Big Bang.

”Einsteins generelle relativitetsteori var udgangspunktet for, at man kunne lave en beskrivelse af rumtiden, kosmologien og universet som helhed. Einstein forsøgte også at finde en løsning for universet på store skalaer. Men Einstein levede i en tid, der var nedarvet fra Aristoteles og Newton. Stjernerne så ud til at være, hvor de altid havde været, så universet formodes at være evigt og uforanderligt. Så da Einstein gjorde sin opdagelse, fandt han hurtigt, at en statisk løsning for universet ikke er særlig naturlig, på grund af tyngdekraften. Einstein forsøgte at løse det ved at indføre en kosmologisk konstant, som han ikke kunne forklare hvor kom fra, der kunne balancere den tiltrækkende effekt af stof,” forklarer han.

Men forskningen gjorde enorme fremskridt i de år. Den amerikanske astronom Edwin Hubble foretog observationer i verdens indtil da kraftigste teleskop og opdagede blandt andet, at galakser består af hobe af stjerner. Han opdagede også stjerner med varierende intensitet, som han kunne bruge til at afstandsbedømme stjerner. Og ved at iagttage den såkaldte rødforskydning kunne han også bestemme stjerners hastighed. Det dækker over den effekt, at når noget bevæger sig væk fra os, påvirker det lysspektret. Proportionaliteten mellem afstanden og hastigheden kaldes i dag Hubbles konstant.

I mellemtiden havde den belgiske astronom og præst Georges Lemaître regnet videre på Einsteins regnestykke og udregnede faktisk Hubble-konstanten før Hubble, i 1927, men baseret på hans observationer.

”Hvis Einstein skulle have ret i, at universet er konstant, skulle der for hver galakse, der bevægede sig væk fra os være én, der bevægede sig imod os. For hver galakse, der var rødforskudt, skulle der være én, der var blåforskudt. Det, Hubble fandt, var, at jo længere væk, galakserne er, jo mere rødforskudte er de. Kun de allernærmeste galakser kan være blåforskudt, altså bevæge sig imod os, og det sker, fordi de er påvirket af vores lokale tyngdefelt. De, der er længere væk, kan ikke mærke det og bliver derfor trukket væk af universets udvidelse,” forklarer Martin S. Sloth og tilføjer:

”Derfor var der fra en stor del af det videnskabelige miljø en konklusion om, at universet udvider sig. Også Einstein, der betegnede det som sit livs største fejltagelse, at han ikke havde fundet denne forklaring i stedet for at indføre sin kosmologiske konstant.”

Man faktisk skulle det senere vise sig, at det også var en fejltagelse at se den kosmologiske konstant som en fejltagelse. For i forbindelse med senere erkendelser af mørk energi og universets accelererende udvidelse, fik forskerne brug for denne konstant igen.

Hvis man accepterer den tanke, at universet ikke er statisk, men fortsat udvider sig, og hvis udvidelsen til alle tider er sket i samme hastighed, kan man logisk slutte sig til, at universet engang har været ét lille, nærmest ubegribeligt fortættet punkt, som lige siden er vokset ud i ingenting til et univers af umådelige dimensioner og med milliarder af stjerner. Og man kan regne sig frem til begyndelsen.

Da Fred Hoyle lancerede sin modteori om det uforanderlige univers med en indbygget, næsten umærkelig og umålelig, fortsat skabelse af stof, var big bang-teorien imidlertid en smule i modvind. For universet så ikke ud til at være nær så gammelt som jorden.

”Lamaître havde opstillet Hubbles konstant som angivelse af den hastighed, udvidelsen af universet foregår med. Han regnede sig frem til at den 600 kilometer pr. sekund pr. 3 millioner lysår (kaldet Megaparsec). Hubble beregnede den til 500 kilometer pr. sekund pr. 3 millioner lysår. Men dette skulle vise sig at være cirka fem gange mere, end vi i dag ved, at den er. Det betød logisk nok, at Hubble udregnede universets alder til at være cirka fem gange for lavt, nemlig omkring to milliarder år. På dét tidspunkt vidste videnskaben ud fra målinger af geologi og radioaktivitet, at jorden er cirka 4,5 milliarder år gammel. Det kaldte man aldersproblemet,” fortæller Martin S. Sloth.

Det gav Hoyles idé medvind. Han kunne ikke forklare, hvordan der skulle kunne skabes stof hele tiden, men han argumenterede med, at i big bang-teorien var man også nødt til at slutte helt tilbage til et punkt, hvor der tilsyneladende opstod noget ud af ingenting, hvilket skulle forklare universets udvidelse. Men op gennem 1950’erne blev Hubbles afstandsbedømmelse løbende revideret, og Hubbles konstant blev derfor sat ned fra 500 til 100 kilometer pr. sekund pr. 3 millioner lysår. Det femdoblede universets anslåede levetid. Til mere end 10 milliarder år. Aldersproblemet var løst.

Dermed blev tæppet blev revet væk under den væsentligste anke imod big bang-teorien. Og i 1964 kom så den opdagelse, der med Martin S. Sloths ord endegyldigt sørgede for, at ”sømmet blev slået i kisten” for Hoyles teori om det evige univers. Det skete, da to videnskabsmænd så at sige modtog radiosignaler fra en fjern, fjern fortid. Fra kun 380.000 år efter The Big Bang.

To amerikanske radioastronomer, Arno Penzias og Robert Wilson, arbejdede i 1960’erne med at måle radiobølger fra vores galakse. De to forskere benyttede sig af et radioteleskop bygget til USA’s første allerførste kommunikationssatellit. Til deres store overraskelse modtog de noget radiostøj, som ikke kunne komme fra galaksen. De forsøgte også at eliminere alle andre mulige støjkilder, men uden at radiostøjen forsvandt. Til sidst konkluderede de, at det var en stråling, som kom længere væk fra end vores galakse. Men de var usikre på, hvad det var, de hørte lyden af.

”En lang række tilfældigheder førte til, at de blev bekendt med, at en ven af en ven havde hørt en forsker fra Princeton-universitetet, Jim Peebles, holde et foredrag om noget upubliceret forskning. Foredraget handlede om, at hvis man skulle forklare den mængde hydrogen, altså brint, der er i universet, måtte den være påvirket af en stråling, der har været i universet siden big bang. Hvis ikke der var denne stråling, ville hydrogenen omdannes til tungere kerneelementer og forekomme i mindre mængder end observeret i universet. Det hørte Penzias og Wilson om,” fortæller Martin S. Sloth.

Han tilføjer, at opdagelsen var en af de vigtigste ikke bare i big bang-teoriens historie, men i hele historien om menneskets forsøg på at forstå universet. Det, forskerne fandt – og fik Nobelprisen for – kaldes den kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling og betragtes som det endelige bevis på, at big bang-teorien er korrekt. Hvis ikke der har været et big bang, kan man ikke forklare, hvor denne stråling kommer fra.

Den kosmiske stråling stammer ikke fra selve big bang-tidspunktet, men fra det tidspunkt, hvor universet skiftede fra et glødende varmt, hurtigt voksende, mørkt legeme, til en masse, der var så afkølet, at de første atomer kunne danne sig, hydrogen, og lyset kunne trænge uhindret frem. Ud at den kosmiske stråling kunne måles et sortlegemespektrum med præcis den form, som teorien om big bang forudsagde, at det ville have.

”Opdagelserne i 1964 var den rygende pistol. Hvis nogen nu tvivlede på big bang, ville det svare til, at forskere havde gravet et helt dinosaur-skelet op af sandet, men at man stadig skulle diskutere, om der overhovedet havde levet dinosaurer,” siger Martin S. Sloth.

 

I begyndelsen var troen

Hvis vi på ny stiller uret tilbage – ikke til begyndelsen på alting, men til den moderne videnskabs barndom – finder vi astronomen Kopernikus, der i 1543 opstillede den teori baseret på iagttagelser, at solen ikke roterer om jorden. Det er jorden, der roterer om solen. Den katolske kirke var noget skeptisk over for at lade denne teori offentliggøre, men den troende Kopernikus fik med hjælp fra protestantiske venner offentliggjort sin teori. Flere senere naturvidenskabsfolk har haft konflikt med kirken om deres teorier. Herunder Darwin, som fik kritik for sin berømte teori om evolution.

For en naturvidenskabsmand er det nærliggende at se alle videnskabelige opdagelser som et fortsat opgør med alle religiøse forestillinger om verden i retning af, at det hele kan måles og vejes. At menneskene ved menneskehedens begyndelse havde brug for tro til at forklare det hele, men efterhånden tager videnskaben over.

Men selvom det ifølge Niels Henrik Gregersen, professor i systematisk teologi ved Københavns Universitet, var et mindre chok for de kristne kirker, da big bang-teorien tog form i det 20. århundrede, så passer teorien faktisk udmærket sammen med centrale elementer i den kristne tro.

”Kirken havde aldrig for alvor et problem med big bang-teorien. Lemaître var selv præst, og han brugte i øvrigt aldrig betegnelsen big bang. For ham var det ikke en teori om universets skabelse, men om universets ekspansion,” siger Niels Henrik Gregersen.

Man kan sige, at såvel ideen om et evigt, statisk univers som Hoyles teori om et univers med fortsat, indbygget skabelse, spillede dårligere sammen med ideen om en skaber, som rummes i kristendommen og andre religioner.

”Det, der gør big bang-teorien så teologisk attraktiv, er, at der tydeligvis er sket noget spændende og afgørende på ét bestemt punkt i universets historie, som i sidste ende har ført os hele vejen til, at vi sidder her,” forklarer Niels Henrik Gregersen.

Flere forskere har hældet i retning af det antropiske princip, blandt andre den amerikanske fysiker Robert H. Dicke, som var en af de forskere, der bidrog til forskningen i den kosmiske stråling i 1960’erne og 1970’erne. Princippet går ud på, at menneskets eksistens kan være med til at forklare fysiske og især kosmologiske fænomener. Kan det være en ren tilfældighed, et ufatteligt held, at et punkt, der ekspanderer til et univers, 13,8 milliarder år senere fører til, at der sidder mennesker og tænker over det hele. Eller er der et eller andet i universet, der har styret det i retning af, at betingelserne for liv opstår? Princippet er omdiskuteret og kan ikke bevises, men Niels Henrik Gregersen finder det påfaldende, at tyngdekraften og alle naturlovene fører frem til et menneske.

”Især hvis man forestiller sig, at vi har med et singulært univers at gøre, altså at dette er det eneste univers nogensinde, er det da tankevækkende, at der kommer så fint afstemte naturlove ud af det. Mange kristne – og tilmed en pave i 1951 – har forsøgt at omklamre big bang-teorien, men den er ikke et gudsbevis. Den er en naturvidenskabelig teori og kun det, hvilket allerede Lemaître slog fast,” betoner Niels Henrik Gregersen.

I forlængelse af dette oplyser Martin S. Sloth, at Lemaître afskrev den bibelske skabelsesberetning, som indleder Første Mosebog - den hvor Gud på syv dage skaber himlen og jorden og skaber lys i mørket – ikke bare som fysikbog. Det eneste, man kan lære om verden af den tekst, er, at det er fornuftigt at holde fri om søndagen, mente han.

Men Bibelen har mere end én skabelsesberetning.

 

I begyndelsen var mørke. Så blev der lys

Vi sætter nu uret på en mastodontisk, svimlende tidsrejse og skruer det så langt tilbage, vi overhovedet kan, i retning af begyndelsen. 13,8 milliarder år tilbage i tiden. Minus ”en ti milliontedel af en milliardtedel af en milliardtedel af en milliardtedel af et nanosekund efter big bang-singulariteten,” som Martin S. Sloth formulerer det.

Her har vi med hans støtte formuleret en forenklet gennemgang af udviklingen siden The Big Bang:

Denne brøkdel af et sekund efter verdens skabelse kan vi begynde at forstå rum og tid ved hjælp af Einsteins generelle relativitetsteori.

Lige efter undergår universet ifølge inflationsteorien en lynhurtig. accelereret ekspansion og vokser sig mere end en milliard gange en milliard gange en milliard gange større. Alle partikler og alt stof, vi ser i universet, kan derfor stamme fra et område med en diameter mindre end en milliardtedel af en protons størrelse og med en stofmængde, der svarer til mindre end et gram.

En brøkdel af et nanosekund efter big bang er universet, som forsætter med at udvide sig langsommere og køle ned, fyldt af et plasma af quarker, gluoner, elektroner og andre partikler.

Da universet er nogle milliontedele af et sekund gammelt har universet en temperatur på ca. 1000 milliarder grader Celsius og det bliver muligt for quarker at samle sig i protoner og neutroner.

Da universet er et par minutter gammelt, er temperaturen faldet til en milliard grader Celsius, og de første grundstoffer i den periodiske tabel dannes ved kernefusion.

380.000 år efter big bang er temperaturen faldet til 3000 grader Celsius og brintkerne-partiklerne (protoner) samler sig med elektronerne i elektrisk neutrale brintatomer. Universet bliver gennemtrængeligt for lys og den kosmiske mikrobølgestråling er skabt.

Efter 150 millioner år får tyngdekraften brint og helium til at samle sig i skyer, der er tætte nok til, at kernefusion genstartes og de første stjerne fødes og lyser universet op. De første galakser begynder herefter at formes. Den ældste galakse, vi har observeret med Hubble-teleskopet, eksisterede 400 millioner år efter big bang.

Tungere grundstoffer dannes ved kernefusionen i stjernerne. Blandt andet kulstof, som jordens livsformer er baseret på. Når de første stjerner dør, frigøres materialet, som bliver til nye stjerner og de første planeter.

Vores solsystem, herunder jordkloden, dannes cirka 9 milliarder år efter big bang, for cirka 4,6 milliarder år siden.

9,5 milliarder år efter big bang er mørk energi dominerende i universet, der igen er begyndt at undergå accelereret ekspansion.

Sådan kan universets udvikling gennem 13,8 milliarder år beskrives i store træk. Som Martin S. Sloth tørt konstaterer: Hvis der på noget tidspunkt var nogen, der sagde: ”Lad der blive lys!”, var det ikke på skabelsens første dag som i Det Gamle Testamente, men 380.000 år senere. Men det er korrekt nok, at i begyndelsen var der først mørke, og så blev der lys.

 

Men hvad var der før begyndelsen? Ingenting? Mange begyndelser? Tidligere begyndelser?

Prøver man at stille uret yderligere tilbage fra det allerførste brøkdel af et nanosekund efter The Big Bang, begynder uret at krakelere. Vi ved ikke, hvad der skete ved selve The Big Bang, Vi ved ikke, hvad der gik forud for den store udvidelse fra ét punkt til et univers.

Ifølge Martin S. Sloth er der i naturvidenskaben mange hypoteser, som kan deles i tre kategorier.

Der er den forestilling, som måske er bedst kendt fra den britiske fysiker Stephen Hawkings populærvidenskabelige bog ”A Brief History of Time” fra 1988, som kort fortalt går ud på, at noget opstod af ingenting. Rum og tid og alle naturlove fandtes ikke før The Big Bang. Alt kom i ét øjeblik, hvorefter den videre udvikling foregik i henhold til den generelle relativitetsteori og kvantemekanikkens love. Dette er ifølge Martin S. Sloth den opfattelse, der er mest udbredt i befolkningen, men ikke den mest gængse blandt naturvidenskabelige forskere.

De fleste forskere foretrækker de såkaldte evig-inflationsteorier. Det er tænkningen om, at dette univers på en eller anden måde er opstået af et andet univers. At man kan tænke sig flere parallelle universer. Det er, hvad han kalder en ”ekstremt kopernikansk tanke”. Ligesom Kopernikus i 1543 slog fast, at vores jord ikke er det, det hele drejer sig om, går denne tanke ud på, at vores univers ikke engang er det eneste af sin art, men at der kan være uendeligt eller tæt på uendeligt mange universer.

Den tredje kategori af hypoteser om tiden før The Big Bang er ideen om et såkaldt big bounce, også kaldet pre-big bang-teorien. Det vil sige et univers, som trak sig sammen før big bang for så ved big bang at begynde at udvide sig. I nogle versioner af teorien trækker universet sig igen sammen, og så kan det hele begynde forfra.

”Det, som gør, at jeg foretrækker disse tre ideer frem for en religiøs forklaring, er, at det faktisk er teorier, der kan formuleres som hypoteser, og som man kan tænke sig med tiden vil blive enten verificeret eller falsificeret, og først da ved vi noget,” siger Martin S. Sloth, som selv i sin forskning arbejder med at foretage matematiske beregninger på pre-big bang-teorien. Et forsøg på at se, om man kan regne sig frem til en beskrivelse af den allertidligste fase i The Big Bang, som afviger fra det for tiden fremherskende teori om en hurtig inflation:

”På en måde er vi med hensyn til tiden før The Big Bang omtrent på det sted, hvor big bang-teorien var inden 1964. Det er nogle teorier blandt nogle forskere, men vi mangler observationerne og beregningerne til at kunne sige med større sikkerhed, hvad der gik forud. Men hvem siger, at vi ikke kan finde dem? Giv naturvidenskaben lidt tid!”

Eller: ”I begyndelsen var ordet”?

Niels Henrik Gregersen påpeger, at så længe, videnskaben og vi andre er på usikker grund om, hvad der gik forud, står flere tankemuligheder åbne. Ateister læner sig gerne op ad ideen om det uendeligt store antal begyndelser i evig-inflationsteorien. For hvis universet og livet er opstået tilfældigt, øger det sandsynligheden for at det kunne ske, at dette blot er ét univers af mange, som måske ikke alle faldt så heldigt ud.

Blandt mennesker, der bekender sig til østens religioner, er der en tendens til at hælde mod ideen om en ubrudt række af skabelser, fordi dette spiller godt sammen med tankegangen om alting cykliske tilbagevenden og genfødsel. Og som nævnt er det ofte singulariteten og det antropiske princip, kristne hælder til. Fordi det kan stille den enkelte fri til at sætte Gud ind i begyndelsen på alting.

”Jeg ser Johannesevangeliets ’I begyndelsen var ordet’ som en beskrivelse af, hvad der lå før skabelsen. ’Ordet’ er i den oprindelige græske udgave af Det Nye Testamente ’logos’, som egentlig betyder tanke eller idé. Vi kender det fra logik. Sådan kunne man tænke sig skabelsen som en idé fra en designer, der skaber mønstre i verden. Big bang-teorien beviser det ikke, men modsat i biologien giver det her i fysikkens beskrivelse af den allerførste begyndelse mening at overveje sådan en designer-idé,” siger Niels Henrik Gregersen og tilføjer:

”Men der er jo heller ikke noget, der taler imod, at Gud skulle have skabt flere universer. Det er bare en fremmed tanke for de fleste, fordi den er uhyre spekulativ.”

Sådan har religionerne deres bud på, hvad der skete i begyndelsen. Videnskaben har sine.

Men ingen af parterne ved det. Niels Henrik Gregersen ser dette som en mulighed for, at man som kristent menneske kan tænke sig en skaber, en Gud, der igangsatte det univers, som udvidede sig gennem 13,8 milliarder år og blev til galakser og stjerner. De stjerner, som dannede kulstof, når de døde. Det kulstof, som er afgørende bestanddel i alt liv, hvorfor man kan sige, at alt levende, inklusive menneskene, er skabt af døde stjerner.

Martin S. Sloth har adskillige fagfæller, som er religiøse. Selv er han ateist, men erkender, at videnskaben ikke kan sige noget med sikkerhed om The Big Bang. Videnskaben kan kun sige noget med nogenlunde sikkerhed fra et glimt af et øjeblik efter The Big Bang.

Men tænk lige over, at for 100 år siden var det svært at tro andet, end at universet er konstant. Og det er kun 70 år siden, at The Big Bang fik sit navn. Siden hen er videnskaben blevet i stand til at kortlægge universet 13,8 milliarder år bagud i tiden.

Det er da en begyndelse.