Transcript Big-Bang teorin - Finska folkhögskolan

Ramin Rezadoost
Mångkulturella Finska
Folkhögskolan
Högskoleförberedande - kurs
Handledare: Cyrus.F & Saad.M
HT-2012
Big-Bang teorin
Ramin Rezadoost
Mångkulturella Finska Folkhögskolan
Högskoleförberedande - kurs
Handledare: Cyrus.F & Saad.M
Sammanfattning
Detta projekt har vidgat synen på livet och världen runt omkring. Dörrar som tidigare varit
slutna har nu öppnats, och gett en tydligare förståelse om allt ifrån världens och kosmos
minsta byggstenar till skapelsen av stjärnor, solsystem, galaxer och slutligen ett helt
universum med diverse energier och objekt i alla dess former. Tack vare astronomin och
fysiken har människan kunnat skapa sig en allt större och större uppfattning om vad som sker
runt om kring, och med tiden förstoras denna kunskap och öppnar ytterligare dörrar som
tidigare varit utom räckhåll. När en fråga som tidigare varit omöjlig att förstå sig på, blir lika
självklar som dagsljus, väcker detta allt fler frågor. Men en positiv konsekvens utav denna
lärandeprocess, är att det också ger en förståelse och erfarenhet som kan användas för att lösa
nästa gåta. Varje tillräckligt avancerad teknologi är omöjlig att skilja ifrån magi, detta innebär
att utförandet av något som inte går att förklara eller förstå, innebär inte nödvändigtvis Gud
eller magiska krafter. Varje enskild människa kan med rätt förutsättningar och kunskap
repetera och skapa. Detta gäller även för universum, med rätt kunskap och metod kan alla
frågor få ett simpelt och vackert svar, och på så sätt också kartläggas. Därför skall rädsla för
kunskap motverkas med kunskapens ljusa stråle av kärlek och respekt. Detta arbete förnekar
på så sätt inte heller existensen av en eventuell Gud, utan är en ram av kunskap baserat på
uträkningar och faktiska observationer. Således kan detta projektarbete vara nyckeln till en
dörr som tidigare varit stängd, för att på så sätt ge kunskap och förståelse för nya
tankemönster. Varje individ är unik och samtidigt sammanlänkad med naturen och allt annat i
sin omgivning. I ett universum som är oändligt, betyder det enligt sannolikhetsläran att
utfallet för alla möjligheter finns. Vilket innebär, att allt är ett samtidigt som det är skilt, det
betyder också att allt är möjligt samtidigt som det är omöjligt, att allting existerar samtidigt
som det inte existera. Dessa beteenden går också att se hos vissa nyfunna partiklar inom
fysikens värld. I detta projekt kan varje läsare finna ett vetenskapligt alternativ till just
skapelsen och slutligen förintelsen utav universum och allting som existerar i det. Detta arbete
är en mycket liten bit av vad människan idag vet om universum, och en ännu mindre bit av
vad som finns kvar att lära sig.
– Ramin Rezadoost.
1
Innehållsförteckning
Sammanfattning................................................................................................................................... 1
1. Inledning.......................................................................................................................................... 3
2. Syfte ................................................................................................................................................ 3
3. Frågeställningar ............................................................................................................................... 3
4. Metod och material .......................................................................................................................... 3
5. Begreppsförklaringar ....................................................................................................................... 3
6. Introduktion ..................................................................................................................................... 4
7. Universums material; atomer och subatomära partiklar ................................................................. 5
8. De fundamentala naturkrafterna i universum .................................................................................. 7
9. Från här och nu till utkanten av det observerbara universum.......................................................... 9
10. Från utkanten av det observerbara universum till tidens begynnelse .......................................... 14
11. Födelse, förändring, död och återfödelse .................................................................................... 19
12. Universums alternativa öden ....................................................................................................... 19
13. Big Crunch .................................................................................................................................. 21
14. Käll- och litteraturförteckning ..................................................................................................... 22
14a. Faktakällor ............................................................................................................................. 22
14b. Bildkällor ............................................................................................................................... 22
2
1. Inledning
Universum är inte bara vårt hem, det är också den kraft som skapar perfekta förutsättningar
för liv att fodras. Det är här vi föds, lever, dör och återföds i en naturlig och upprepande
process. Hur universums krafter fungerar, för att skapa dem perfekta förutsättningar som
krävs för att vi ska kunna bo och leva här, och när och hur det hela började, har länge väckt
människans nyfikenhet. Även frågor om hur det hela kommer att sluta har tagits upp. I detta
projekt kan du läsa om just detta och mycket mer.
2. Syfte
Utan att utelämna någon viktig information, har i detta projekt mycket och svår information
samlats, förenklats och förkortats, på ett sådant sätt att alla läsare skall kunna förstå och få sig
en bild utav hur kosmos och naturens krafter fungerar. Syftet med detta projekt är också, att
ge ett vetenskapligt alternativ till skapelsen av universum och allting som finns där i.
3. Frågeställningar




”Vem” skapade universum?
”Vad” är universum uppbyggt av?
”Hur” och ”när” skapades universum?
”Hur” och ”när” kommer universum att sluta existera?
4. Metod och material
Material är samlat och översatt från en bok skriven på engelska. Det mesta har översatts direkt
utan hjälp från ordböcker eller dylikt, med undantag för vissa svårare ord. Sedan har all fakta
skrivits ner direkt på Microsoft Word. Relevanta bilder har sedan valts ut från internet och på
ett sammanhängande sätt klistrats fast på respektive sida. Under varje bild har en kort
förklaring av bildens innehåll skrivits, som sedan blivit inramat av en svart box. Försättsbladet
skapades slutligen med hjälp utav Microsoft Words färdiga mallar.
5. Begreppsförklaringar
Nya ord och begrepp i den rinnande texten har markerats med en siffra i ett hakparantes, som
sedan förklaras i botten av varje sida efter respektive siffra. En liten svartramad box har också
klistrats in under varje bild med en kort beskrivning utav bildens innehåll.
3
6. Introduktion
1. ”I begynnelsen skapade Gud himmel och jord. 2. Och jorden var öde och tom, och mörker
var över djupet, och Guds Ande svävade över vattnet. 3. Och gud sade: ”Varde ljus”; och det
vart ljus.” - Första Moseboken 1;1-3
”Först fanns det stora kosmiska ägget. Inuti ägget var det kaos, och i kaoset flöt
P’an Ku, den outvecklade, det gudomliga embryot. Och P’an Ku brast ut ur ägget, fyra gånger
större än någon människa som finns idag, med en hammare och mejsel i sin hand skapade han
världen.” - P’an Ku mytologierna, Kina (ca år tvåhundra e. Kr)
”Vem” skapade universum?
”Vad” är universum uppbyggt av?
”Hur” och ”när” skapades universum?
”Hur”o”när”kommer universum att sluta existera?
Dessa frågor är lika gamla som filosofin, lika
spännande som mytologin, lika grundläggande
som mänsklig nyfikenhet, och lika universella som
teologin. Svaret till en fråga väcker flera nya frågor.
Tanken att urskilja ”när” och ”hur” och av ”vem”
eller av ”vad”, gjorde att det hela började, och har en
andlig innebörd som tröstar och berika den mänskliga
själen. I tusentals år lade teologer fram vissa förslag, och
på grund utav teologernas grepp om människans
Foto 6.1 P’an ku från de kinesiska
sinne och själ, vågades aldrig dessa förslag prövas
mytologierna – ca 200 e. Kr
genom observation som bevis. Dem religionerna
som överlevde tiderna, förespråkar existensen av en
enda allsmäktig skapare, och kallar denne Gud. Dyrkandet och iden av en Gud, överväldigade
och sysselsatte dem äldre civilisationerna på ett sådant sätt, att svaren till frågorna ”vad, hur
och när”, överskuggade verkligheten. Så småningom togs frågan snart upp igen utav nyfikna
filosofer och poeter, som utan att helt neka iden av en allsmäktig skapare (på brist utav ett
bättre alternativ), började gräva djupt i frågan om vad universum är. Dem som kollade upp i
skyn och in i den kosmiska världen, skapade astronomin ur vilket fysiken sedan kom att växa.
Sedan denna tid har fysikens värld expanderat, från förklaringen till planeternas och den yttre
världens rörelse, till att urskilja atomen och den inre världen. Idag kan astronomer med hjälp
av sina teleskop titta ofattbara avstånd ut i rymden, medan fysiker med deras partikelacceleratorer[1] kan kolla lika ofattbart djupt in i den inrevärldens dimensioner. Och var dem
än tittar så hittar dem samma saker, nämligen födelse, förändring, död och återfödelse. För att
få en förståelse för den yttre världen, måste vi först förstå den inre världen. Vad den är gjord
utav, och vilka dem krafter är som binder och håller ihop allt som vi ser runt omkring oss, och
ju djupare vi kommer in i forskningen utav den inre världen, ju närmare kommer vi
förståelsen utav händelserna kring universums skapelse.
1
Stora maskiner som avslöjar arbetet i den inre världen av atomen.
4
7. Universums material;
atomer och subatomära partiklar
Den inre världen är beskriven med atomteorin, som först var en hypotes
av den Grekiska filosofen Demokritos ca år 500-400 f. Kr. Platon och
Aristoteles diskuterade atomteorin, och den Romerska poeten Lucretius
som levde under samma tid som Julius Ceasar, spred och populariserade
den genom 7000 rader av verser. Newton trodde att atomen styrdes och
hölls ihop utav gravitationskraften. I efterföljande århundraden,
avslöjade andra vetenskapsmän att atomen är mer komplex, och
innehåller fler fundamentala partiklar, vars beteenden styrs utav andra så
kallade nukleära krafter. Det grundläggande förslaget inom teorin att allt
är skapat av atomer, har inte endast förblivit oförändrat, men har också
bekräftats utav experimentella resultat och visuella observationer.
Forskare som arbetar på
IBM-laboratoriet i San
Foto 7.1 Från vänster, Platon & Aristoteles.
Jose, Kalifornien,
lyckades med hjälp av ett sveptunnelmikroskop[2],
arrangera atomer i en ordning där dem bokstaverade
IBM, och sedan fotograferade detta. Jorden är ca 5
miljarder år gammal, men ännu äldre än vår planet är
dess luft, vattnet i havet, sanden, stenarna, mineralerna
och alla levande ting, som existerar eller har existerat på
dess yta och under dess havsyta. Alla objekt som vi kan
Foto 7.2 Isaac Newton, 1642 -1727
se och röra vid består mestadels utav tomrum, och är
därför i verkligheten en illusion skapad utav dem elektromagnetiska krafterna, som binder
ihop objektets atomer. Titta på en blomma eller huden på din handflata. Dessa är gjorda av
miljoner unga celler, men generna som skapar dem är äldre än
cellerna. Generna i sin tur är gjorda utav DNA molekyler, som är
så små att dem endast är synliga när dem förstoras runt en miljon
gånger. När vi tittar ännu längre in ser vi kolatomer, som är
sammanbundna utav den elektromagnetiska kraften. Dessa
kolatomer är till och med äldre än jorden, och skapades djupt inuti
den nukleära ugnen av en stjärna som slocknade för tio miljarder
år sedan, och genom sin död, födde solen och alla planeter som är i
omloppsbana runt den. Dem yttre lagren av atomen, består utav ett
moln av små partiklar som kallas elektroner. För att jämföra
avståndet mellan atomkärnan och elektronerna, föreställ dig att
solen är atomkärnan och Jupiter är den närmsta elektronen, det
mesta består alltså utav tomrum. Djupt här inne, efter att ha
passerat elektronmolnet, har vi nått den äldsta och mest magnifika
Foto 7.3 Democritus ca500–400 f. Kr
struktur i naturen, kärnan av atomen. Den subatomära regionen av
den inre världen, börjar här med protoner och
2
Ett icke-optiskt mikroskop som gör det möjligt att särskilja atomer.
5
neutroner, vilka är uppbyggda av ännu äldre och mer
fundamentala partiklar i naturen, som kallas kvarkar, och
binds ihop utav dem nukleära krafterna. Vi har lärt oss
mycket om subatomära partiklar, genom att accelerera
dem till höga hastigheter i maskiner som kallas
partikelacceleratorer. Partiklarna får kollidera med
varandra i höga hastigheter, där dem splittras sönder till
spillror som vi sedan kan studera. Dessa spillror består
utav extremt kortlivade partiklar. Nästan hela vår
kroppsvolym, och även allt annat runt omkring oss, består
till största delen utav tomrum, där biljoner subatomära
partiklar som kallas neutriner, passerar våra kroppar varje
sekund utan att en enda utav dem kolliderar med oss. Om
jorden skulle tryckas ihop till en enda punkt, utan något
mellanrum mellan dess atomer, skulle jorden vara lika stor
som en golfboll.
Foto 7.4 Lucretius – ca 99-55 f. Kr
Foto 7.5 Foto på atomer som bokstaverar IBM.
6
8. De fundamentala naturkrafterna i universum




Det finns fyra fundamentala naturkrafter som binder ihop hela universum:
Den starka växelverkan/starka kärnkraften, som verkar i den subatomära världens sfär.
Den binder ihop kvarkar för att bilda protoner och neutroner, och verkar via partiklar
som heter gluoner.
Den svaga växelverkan/svaga kärnkraften, som reglerar nukleärt sönderfall, och verkar
genom partiklar kallade svaga bosoner. Den driver solen och stjärnorna, och bär den
energi som är bunden i kärnan av atomer. Vissa kärnor är instabila och kan inte bevara
sin energi, så dem släpper den genom sönderfall. Den svaga växelverkan styr över den
här processen.
Den elektromagnetiska kraften/elektromagnetisk växelverkan, binder ihop atomer.
Den är oändlig i sin räckvidd, och verkar genom fotoner som bär ljuset från stjärnor
och galaxer.
Gravitationskraften, som är den universella attraktionen av massiva kroppar, och är
svagast av de fyra krafterna. Den attraherar alltid, och stöter aldrig ifrån sig. Det är
den här kraften som ger oss vikt på jorden, som gör att saker faller ner på marken, som
binder planeterna, stjärnorna och galaxerna ihop, och håller dom i omloppsbana runt
varandra. Dess kraft ökar när massan utav kroppen som attraherar ökar, på så sätt
väger vi mindre på månen och mer på Jupiter än vad vi gör här hemma på jorden.
Även ett objekt som faller ner på jorden utövar sin egen dragningskraft på jorden, men
eftersom att objektets massa är obetydligt i jämförelse med jordens massa, rör sig
jorden knappast upp mot objektet.
Så småningom upptäcktes det att vid mycket höga energier[3],
arbetar den svaga växelverkan och den elektromagnetiska
kraften ihop, som en och samma kraft, kallad den elektrosvaga
kraften, den bärs av en partikel som kallas Z partikeln. Vid
ännu högre energier, tros det att den elektrosvaga kraften
arbetar ihop med den starka växelverkan, som bärs utav en
ännu inte funnen partikel som kallas X. Det tros att vid ännu
högre energier, så börjar alla dem fyra naturkrafterna att
arbeta tillsammans, som en och samma kraft, och vilka
partiklar eller processer som styr över denna verkan, kommer
då också att avslöjas i all dess skönhet och simpelhet i en teori
som kallas ”the Grand Unified Theory” (GUT). Det var till
upptäckten utav denna teori, som Einstein utan framgång
Foto 8.1 Elektromagnetism.
spenderade sina sista år i livet, efter att han hade upptäckt
relativitetsteorin. År 1983, för första gången sen en tio
miljarddels sekund efter Big bang, skapades Z partikeln igen i en gigantisk
partikelaccelerator placerad under Frankrike och Schweiz. På så sätt kunde
människan för första gången ta bilder på materialet, som omfattade
Foto 8.2 Gravitationskraften.
universum stunder efter Big bang. En partikelaccelerator kraftfull nog för
3
Temperaturer som är miljoner gånger mer än solens kärna.
7
att återskapa energier, där Z partikeln, eller förhållanden där alla fyra naturkrafterna
sammarbetar, hade behövt vara lika stort som vårt solsystem, eller kanske till och med hela
Vintergatan[4]. Så sökandet på svaren till hur, vad och när, tar oss tillbaka i tiden genom de
synliga och de osynliga delarna utav universum, till galaxerna, de svarta hålen och
kvasarernas värld, och längre ut mot tidernas begynnelse.
Foto 8.3 Vårt solsystem.
4
Namnet på vår galax är på svenska; Vintergatan.
8
9. Från här och nu
till utkanten av det observerbara universum
Jorden är den tredje utav åtta planeter[5] som kretsar runt en helt vanlig
stjärna, som är placerad 2/3 delar ifrån mitten utav en diskformad
spiralgalax, som är 100,000 ljusår[6] i diameter och 10,000 ljusår tjock.
Den kallas Vintergatan och tillhör en grupp med galaxer[7] som kallas
lokala galaxhopen[8], som i sin tur är del utav en superhop[9] av galaxer
som kallas Virgogruppen, och sträcker sig 100 miljoner ljusår över
kosmos. Det finns så enormt många galaxer i universum att om du
sträcker ut din arm framför dig, och kollar på din tumme mot himlen,
gömmer den delen utav universum som är bakom din tumnagel 50,000
galaxer. Dessa är bara objekt som avger ljus,
Foto 9.1 En illustration på vår
och som går att fotografera från jordbundna
egen galax, Vintergatan,
teleskop. Det finns även många andra objekt
gjord av NASA.
som avger energi i andra våglängder som det
mänskliga ögat inte kan se, så som radioaktivitet, röntgenstrålning
och infrarödstrålning. Men vi vet att de existerar för att vi kan se
dem med hjälp utav radioteleskop, och spela in deras strålningar
på film som är känslig mot röntgenstrålning och ultraviolet ljus.
1927 upptäckte den Amerikanska astronomen, Edwin Hubble,
genom att studera ljuset från galaxer fångade på foton utav
”the 100 inch telescope” på Mount Wilson observatoriet, att
galaxerna färdas ifrån varandra. Vilket visar att universum
expanderar. Universum skapar
alltså rymd samtidigt som det
växer och expanderar alltså
inte in i rymd som redan finns.
Detta fenomen går att jämföra
med en expanderande ballong
som har massa prickar på sig.
Foto 9.2 “100 inch telescope” i
När du sedan blåser upp
Mt.Wilson observatoriet.
ballongen verkar alla punkter
röra sig ifrån varandra och varje prick ser ut att vara i
expansionens centrum. Släpp nu ut luften ifrån ballongen
Foto 9.3 Radioteleskop i Effelsberg,
Tyskland.
5
Pluto räknas inte längre som en planet.
Ett ljusår är avståndet som ljus färdas på 300,000 kilometer per sekund i ett år. T.ex. tio miljoner-miljoner
kilometer.
7
En galax är en stor ansamling av materia i universum, stjärnor, gaser, rymdstoft och förmodad mörkmateria
som är sammanbunden genom gravitationskraften.
8
En galaxhop är en ansamling med galaxer. Galaxer ligger inte jämnt utspridda i universum, utan de grupperar
sig, vissa grupper har fler galaxer och andra färre. Dessa grupper med galaxer kallas galaxhopar.
9
En superhop är en svag samling galaxhopar med mer än tiotusentals galaxer utbrett på hundratals
miljoner ljusår.
6
9
och alla prickar faller tillbaka mot en punkt. Det är näst in till omöjligt för
den otränade hjärnan, att föreställa sig det fyr-dimensionella universum av
tid och rum, för det finns inget ”centrum” i det. Överallt är samtidigt
”centrum” och ”utkant”. Precis som det skulle vara omöjligt för en fiktiv
varelse utan höjd uppfattning, att föreställa sig den sfäriska formen av
jorden. I vårat universum handlar alltså frågan inte så mycket om var vi är
utan snarare när vi är. Enligt Big bang teorin existerar universum från och
med ca 15-20 miljarder år sedan, alltså efter att expansionen började, eller
om du föredrar det, sen Gud satte på strömbrytaren. År 1915 förutsåg
Einsteins relativitetsteori att universum expanderar, men iden att universum
expanderar verkade så bisarr för Einstein, att han medvetet lade till
Foto 9.4 Albert Einstein, 1879 – 1955.
en term i sin ekvation för att få universum att stå still. Senare kom
han att kalla detta ”det mest dåraktiga misstag i min karriär”. När
vi tittar upp mot skyn, ser vi inte kosmos som det ser ut idag, utan som det såg ut när ljuset
från dem observerade stjärnorna och galaxerna började sin resa mot oss. På så sätt när vi tittar
längre och längre ut i universum så skådar vi dess historia. Med dagens jordbundna teleskop
kan vi se och upptäcka så långt som 12 miljarder ljusår bort. Den mest
signifikanta konsekvens av denna bedrift är inte dem stora avstånden
som är inblandade, utan det faktum att vi ser dessa objekt som dem
var för 12 miljarder år sedan. Vid det observerbara universums yttre
kanter kan vi se kvasarer, dem förmodade föregångarna till galaxer,
som färdas ifrån oss med ljusets hastighet. Under dem 12 miljarder år
som deras ljus började färdas emot oss har dem förmodligen
utvecklats till medelåldersgalaxer, precis som vår egen galax,
Vintergatan. Likaså om en invånare i en sådan galax skulle vända sitt
teleskop mot oss idag, skulle hen se Vintergatan, inte som det ser ut
idag, utan som en kvasar eller en protogalax, eller vad det nu än var
för 12 miljarder år sedan när universum var ung. Vi kan också
överallt i universum skåda, i en repeterande process under
dem senaste 12 miljarder åren,
att väteatomer samlas ihop i
klumpar med hjälp av gravitationskraften, och när trycket och
tempraturen djupt inuti en väteklump når en kritisk punkt, börjar
väteatomer att smälta och förvandlas till helium. Eftersom varje
fusion omvandlar lite materia till mycket energi, spricker denna
energi fram i form av ljus, värme och andra former av strålning,
och plötsligt på ett ögonblick omvandlas väteklumpen till en boll
av nukleär eld. Detta är när en stjärna föds. När klump efter klump
av vätgas antänds, och föder många nya stjärnor börjar galaxer att
formas. Påföljande nukleära reaktioner djupt i varje stjärna börjar
Foto 9.5 Edwin Powell Hubble, 1889-1953.
smälta heliumatomer och skapar i sin tur tyngre element. Efter några
miljarder år, beroende på stjärnans storlek, när några få procent utav
10
Foto 9.6 En Väteatom.
väte bränslet i en stjärna använts, är inte kraften utav
explosionens tryck utåt längre tillräcklig, för att
överkomma stjärnmassans gravitationsdrag inåt. Vid
denna punkt börjar kärnan plötsligt att kollapsa,
vilket resulterar i en implosion (en inåtriktad
explosion), vilket hettar upp gaserna inuti kärnan
och höjer deras tryck. Det förhöjda trycket tvingar
det yttre lagret utav stjärnan att expandera, och den
gigantiska stjärnan börjar plötsligt lysa rött, och
förvandlas till en ”röd jättestjärna”. Efter några få
miljoner år, drar stjärnan ihop sig igen samtidigt
som den förlorar sitt röda sken, för att bli en vit
dvärgstjärna. Detta är när en stjärna dör. Om
stjärnans massa är stor[10], följs implosionen och den
Foto 9.7 Vår sol som en röd jättestjärna.
efterföljande expansionen utav en spektakulär explosion,
som kallas för en supernova. Supernova explosionen
spottar ut alla tunga element som skapats i stjärnan och all återstående väte och helium ut i
rymden. Återfödelse förekommer när kvarblivna väteatomer formar en ny klump, som så
småningom tänds och ger liv till en ny generations stjärnor, samtidigt som de tyngre
elementen klumpar ihop sig och bildar planeter runt den nya solen. Det som återstår från den
döda stjärnan kollapsar, och beroende på dess massa formas några utav universums mest
fascinerande ting. Några av dessa ting är svarta hål, dvärgstjärnor, neutronstjärnor och
pulsarer. Det är också intressant att notera att ju massivare en stjärna är ju kortare är dess liv.
Bortom 12 miljarder ljusår, kan vi inte se och upptäcka någonting med våra teleskop. Därför
måste detta ha varit tiden innan det första ljuset, då kvasarer formades. Med uppskattningen
att universums ålder är ca 15-20 miljarder år, verkar det som att det har tagit universum halva
dess nuvarande liv för att nå mognad.
Foto 9.8 En vit dvärgstjärna i jämförelse med jorden.
10
Foto 9.9 En kvasargalax.
Runt 10 gånger mer massiv än solen.
11
Foto 9.10 Supernova, en jätte sol som exploderat och spottat ut ämnen i ett färgglatt
sken.
Foto 9.11 Konstnärlig tolkning av ett svart hål som suger i sig närliggande
gaser.
12
Foto 9.12 Rymdbild på Hubbleteleskopet, i omlobbsbana 600 km ovanför jordens yta. Den tar skarpare bilder
än markbundna teleskop och har där med bidragit till stora framgångar inom astronomin.
13
10. Från utkanten av det observerbara universum till tidens begynnelse
Efter att ha upptäckt på vilket sätt de subatomära partiklarna
är bundna till varandra, för att skapa alla de olika atomer
som bildar materian som är utspridd över kosmos, och med
kunskapen om materians förmåga att förändras till energi
och vice versa, som finns beskrivet i Einsteins kända
ekvation E=mc2, kan vi nu penetrera den ”mörka zonen”,
bortom kvasarerna och utöka universums historia ända fram
till ett ögonblick efter skapelsen. Vetenskapsmän kan göra
detta genom att använda matematiska formler för att
beskriva några få svårbegripliga teoremer[11]. Vi kan förlänga
Foto 10.1 Arno Penzias och
fysikens ekvationer för att räkna ut vad som hände före och vad
Robert Wilson, upptäckarna av
som kommer att hända i framtiden. Vad dessa förlängningar
den kosmiska
visar oss är att det hände mer under de första sekunderna av
”bakgrundsstrålningen”.
tidens begynnelse, än de påföljande miljarder åren efter. Med tanke på att vi ser universums
historia ju längre ut i kosmos vi tittar, ser vi det tidiga universum som utgörs av kvasarer så
ljusa att vi kan observera dem från 12 miljarder ljusårs
avstånd. Bortom 12 miljarder ljusårs avstånd, ser vi
ingenting, men vi kan spåra kvarbliven energi från en
singelartad explosionspunkt, med en obeskrivlig
explosionsenergi känd som Big Bang. Den här explosionen
satte igång expansionen av rymden och tidens början för ca
15-20 miljarder år sedan. Denna energi genomsyrar hela
universum, men på grund utav universums expansion har
den tunnats ut så mycket att dess tempratur endast är minus
270 grader, och dess våglängd har sträckts ut från synligt
ljus till radiovågor. Denna kosmiska ”bakgrundsstrålning”
upptäcktes utav två vetenskapsmän som arbetade på
problemet med statiskt brus på AT&T:s telefonlinjer.
Denna upptäckt var så viktig att dessa två vetenskapsmän,
Foto 10.2 Ljusfoton
Arno Penzias och Robert Wilson, utdelades nobelpriset för
deras detektiv arbete. Detta arv av Big Bang kan upptäckas
1. En kollision med en partikel hetsar
med ett radioteleskop, eller till och med en vanlig
atomen.
teveapparat som du har hemma. Koppla bara ihop en
2. Detta orsakar en elektron att hoppa till en
högre energinivå.
teveantenn till din tv, slå på teveapparaten, välj en tom
3. Elektronen faller tillbaka till sin
kanal och vrid ner ljusstyrkan. Runt en procent utav alla
ursprungliga energinivå, och släpper ifrån
prickar eller ”snöflingor” av ljus som du nu kan se på din
sig den extra energi den fått i form av en
teveskärm, är överblivna fotoner från självaste Big Bang,
ljusfoton.
och dem har färdats genom universum sen innan de första
11
Den mest betydelsefulla av alla teorem i atomfysik är teorin om kvantmekanik, som bland andra obegripliga
idéer föreslår att du kan vara här och nu och där vid ett annat tillfälle, utan att ha gått härifrån till dit. Den
beskriver också atomära händelser i form av sannolikheter för händelser, om vilka Einstein en gång
kommenterade: "Gud spelar inte tärning med universum."
Neils Bohr, den berömda holländska fysikern skall då ha svarat Einstein: "Ja, men du gav honom tärningen."
14
atomerna bildades. Genom att analysera mottagen data från flera års experimenterande i
kraftfulla partikelacceleratorer, har vetenskapsmän haft möjligheten att sätta ihop följande
bild av vad som hände under de första tre miljarder år efter universums skapelse, och det
verkar som att mer hände under de första tre sekunderna än under påföljande tre miljarder år. I
en serie av händelser, som började från en minut efter Big Bang och som fortlöpte till ungefär
fyra till fem minuter efter, sänktes temperaturer från 1,300 miljoner grader ner till 600
miljoner grader Kelvin. Vid tredje minuten efter Big Bang, liknade universums densitet
vatten. I denna ”kosmiska soppa”, började fotoner förlora mesta delen av sin energi, och på så
sätt möjliggöra för protoner och neutroner att förenas och forma atomkärnan. Under
påföljande en miljon år, fortsatte universum att expandera och svalna tills dess densitet
liknade luften, och temperaturen sjönk till 3000 grader Kelvin. Vid den här punkten hade
fotoner förlorat tillräckligt med energi så att dem inte längre kunde hindra atomkärnan från att
fånga elektroner. Gradvis började mängder av väte och heliumatomer att skapas, och därmed
började ”materiaåldern” så som vi kan observera den idag. Ett resultat av atombildningen var
det gradvisa avskaffandet av den ”kosmiska plasmadimman”, vilket gjorde att rymden nu blev
transparent. Från cirka en miljondelssekund efter Big Bang fram till två sekunder efter,
började gluoner från den starka växelverkan binda samman kvarkar för att bilda protoner och
neutroner och deras antipartiklar. Temperaturerna föll ner från
tio biljoner grader till tio miljarder grader. Materia och
antimateria kolliderade med varandra i ett kosmiskt krig och
förintade varandra, samtidigt som fotoner, energirika nog för
att förhindra formationen av atomer bildades. Under påföljande
58 sekunder slutade neutriner, som är laddningslösa och kanske
till och med masslösa partiklar som utvecklats tidigare, att
interagera med andra materia och på så sätt blev dem näst intill
omöjliga att observera. Neutriner i ofattbara antal fortsätter
varje sekund, än idag att passera genom rymden, våra kroppar
Foto 10.3 En proton och en neutron
med kvarkarna som bygger upp dem
och till och med jorden utan att krocka.
Dem kan till och med passera genom en
blyvägg som är lika tjock som hela vårt solsystem, utan att någonsin
krocka med något. Vi vet att neutriner existerar, eftersom att djupt nere i
saltgruvor i Japan och USA, finns det två vattentankar utrustade med
elektroniska instrument, som kan upptäcka ljuset av den sällsynta
krocken av neutriner och väteatomkärnorna i vattnet. Från en miljard
biljon triljondels (10-32) sekund fram till en miljondels sekund efter Big
Bang, arbetade den elektrosvaga växelverkan med att skapa neutriner,
elektroner, antineutriner och positroner som är elektronens antipartikel.
Foto 10.4 Materia &
Varje partikel kolliderade med sin antipartikel och skapade fotoner och
antimateria. (Motsatser)
en annan partikel, kallad Higgsboson, som separerade den elektrosvaga
växelverkan till den elektromagnetiska kraften och den svaga
växelverkan. Universums temperatur var ett hundra biljoner-biljoner grader, och kosmos
densitet var så hög att hela Vintergatans galax skulle fått plats i en tesked. Under följande
tusendelssekund ökade universums volym mer än en biljon-biljon gånger, och temperaturerna
rasade förbi den kritiska gränsen av tio biljoner biljoner-biljoner grader.
15
Expansion skedde så snabbt att denna era kallas ”inflations eran”. Vid en miljon biljon-biljon
biljondels (10-42) sekund efter Big Bang, var universum en kaotisk soppa av energi-materia,
som var tio biljoner-biljoner gånger hetare än solens kärna. Endast två krafter styrde denna
era, gravitationskraften och den elektronukleära växelverkan, som var en kombination av den
starka växelverkan och den elektrosvaga växelverkan. Materiapartiklar skapades endast för att
hastigt bli förintade när dem kolliderade med sina
antimateriepartiklar. Dessa kollisoner producerade gluoner och
kvarkar, samt partiklar mer massiva än någon känd partikel som
finns idag, och en del andra partiklar som tillät vissa partiklar att
byta identitet. Denna kortvariga men högt energirika era kallas
GUT eran. Den kosmiska soppan var så tät i slutet av denna era
att hela Vintergatans galax skulle fått plats i en volym mindre än
en väteatom. Eftersom att energin från Big Bang skapade en
antipartikel för varje partikel, kunde vetenskapsmännen först inte
förklara hur någon materia kunde överleva denna era och undvika
kollision med sina antipartiklar. Andrei Sakharov, den kända
Ryska vetenskapsmannen och oliktänkande, som efter att ha blivit
avskedad från det Ryska kärnvapenprogrammet, började studera
kosmologi, gav ett möjligt svar genom att föreslå att
antipartiklar har en kortare livslängd än partiklar, och därför
Foto 10.5 Andrei Sakharov, 1921-1989
vittrar sönder innan dem får chansen att kollidera med sina
partikelmotsvarigheter. En annan möjlighet är att för varje
partikel och antipartikel så skapades det en extra partikel. Hur som helst så överlevde
tillräckligt många partiklar för att senare förenas och skapa all materia i universum som vi kan
se idag. En annan möjlighet, men en högst osannolik en, är att något ännu okänt fenomen,
separerade partiklar och antipartiklar från varandra, och på så sätt tillät formandet av
materiaklumpar separat ifrån formandet av antimateriaklumpar. Universums följande
expansion separerade dessa klumpar från varandra, och resulterade i formationen av galaxer
uppbyggda endast utav antimateria för sig och materia för sig, inuti vårat eget universum. En
annan möjlighet är också formationen av ett parallellt universum exakt som vår, fast uppbyggt
av antimateria. Detta betyder att antingen är t.ex. Andromedagalaxen, som är den närmaste
galax till vår, möjligtvis uppbyggt utav antimateria, eller att i ett parallellt anti-universum, kan
det existera en anti-du, bestående av antimateria, som lever på en anti-jord som kretsar runt en
anti-sol och lever ett liv precis som ditt. Hur som helst, händelser före GUT eran förblir utom
räckhåll för kosmologer, och till och med bortom dem flesta vetenskapsmännens förståelse,
för att universum då var så litet och hade ingen struktur. Allting som är och kan vara rymdes i
ett enda litet korn av energi, och det styrdes utav en enda urtids-lag. Vi saknar kunskap om
denna eran och är inte kapabla till att förstå vad som hände då. Bortom denna punkt faller
allting samman, för det verkar som att på en och samma gång fanns ingenting och samtidigt
fanns allting. Vetenskapsmän kallar detta skapelsens moment.
16
Foto 10.6 I en partikelaccelerator, accelereras laddade partiklar till höga hastigheter där dem kolliderar och avslöjar
den inre världen av atomer som sedan studeras.
.
17
Foto 10.7 Andromedagalaxen, den närmaste galaxen till vår galax.
Foto 10.8 Malströmsgalaxen eller M51 som den också kallas.
18
11. Födelse, förändring, död och återfödelse
Mycket har skrivits om universums historia och dess funktioner, baserat på faktiska
observationer och beprövade teorier. Det som förekommer hela tiden är att födelseförändring-död och återfödelse, verkar vara universums huvudsakliga funktion.
Allting i universum visar sig ha en födelse, följt av en period med enorma förändringar, och
slutligen död, ur vilket nya födelser inträffar. Detta stämmer in med planeter, stjärnor, galaxer
och alla levande varelser. Så här långt har vi dock bara bevittnat universums födelse och
enorma förändring. Det finns ingen anledning och tro att universum är immun mot dem andra
två stadier i existensens kedja, vilka är dess död och återfödelse till ett nytt universum.
12. Universums alternativa öden
Från den observerade expansionen av universum, kan vi dra slutsatsen att tre möjliga öden
väntar universum. Den avgörande faktorn är dess nuvarande densitet, eftersom den bestämmer
storleken på den gravitationella attraktionen som dess massa genererar för att motsätta
expansionen.



Om universums densitet är mindre än den så kallade kritiska densiteten, motsvarande
en singel väte atom per kubikmeter, kommer den gravitationella attraktionen inte vara
tillräcklig för att hålla ihop universum, och universum kommer således att fortsätta
expandera i all evighet. Detta kallas för ett ”öppet” universum.
Den mest osannolika händelse är om universums densitet är exakt samma som den
kritiska densiteten. Då kommer hastigheten av expansionen minska tills den når noll,
och kosmos kommer då förbli i detta tillstånd av stillastående för evigt.
Om universums densitet är mer än den kritiska densiteten, kommer den gravitationella
attraktionen övervinna expansionen, som kommer att orsaka dess hastighet att nå noll.
Kosmos kommer då att kontrahera tills den slutligen kollapsar till sitt ursprungliga
tillstånd av energi. Detta kommer då ge upphov till födelsen av ett nytt universum.
Precis som namnet på universums födelse är ”Big-bang”, kallas dess död för ”BigCrunch”.
Eftersom att vi för närvarande inte vet universums exakta densitet, kan vi inte veta vilket av
dessa förslag som är rätt.
19
Foto 12.1 Ett cirkulärt universum med födelse, förändring, död och återfödelse.
Foto 12.2 Ett öppet universum som fortsätter expandera i all evighet.
20
13. Big Crunch
Oddsen för att universum skall fortsätta att expandera för evigt eller att den slutar expandera
och kontraherar, är ungefär lika stora. Det hela beror på universums genomsnittliga
massdensitet. Det exakta momentet för kontraktionens början, beror helt på omfattningen av
denna densitet. Ju närmre detta värde är till den så kallade kritiska densiteten av en väteatom
per kubikmeter, ju längre blir expansionens period. Forskare uppskattar att denna densitet
förmodligen är tillräckligt hög för att tillåta upplösningen av galaxer och stjärnornas död, men
inte upphörandet av svarta hål. I den mörka delen av rymden, mellan stjärnorna och
galaxerna, existerar det en stor mängd av massa i form av damm och vätatomer som är dolda
från vår observation. Vi vet att dem existerar eftersom rotationshastigheten av galaxerna är
sådan att stjärnorna i deras yttre regioner borde flyga utåt, men det gör dem inte. Det betyder
att en gravitationskraft håller dem på plats. Dessa krafter kan bara komma ifrån massa som vi
inte kan observera från jorden. Baserat på beräkningar av den gravitationskraft som krävs för
att upprätthålla galaxerna i den form som vi kan observera, uppskattar forskare mängden av
den osynliga massan att vara nära 90 % utav universums totala massa, och tiden av dess
expansionscykel att vara 50 miljarder år, dvs. ungefär 30-35 miljarder år till. Under
sammandragningsfasen av kosmos, kommer temperaturen av universum att öka, tiden
kommer börja rinna baklänges, och det mesta som hände under expansionsfasen kommer
hända igen fast i omvänd ordning[12]. Detta betyder inte att jorden kommer bli en levande
planet igen, och att vi kommer resa oss från döden och åldras baklänges från gammal till ung.
Fram till ett år innan Big-Crunch, samtidigt som universums volym minskar, börjar dess
temperatur som en gång var en miljondels grad över noll att öka till samma temperatur som
solens yta. Vid den här tiden, kommer utbrända stjärnkvarlevor som svarta dvärgar och
neutronstjärnor antingen att bli uppätna av svarta hål, eller så kommer de att förångas eller
explodera, och spotta ut överhettade partiklar in i den krympande kosmiska smältugnen.
Slukandet av dem gnistrande spillrorna, får dem svarta hålen att växa och bli större, samtidigt
som dem slukar upp varandra och universum trycks samman av den gravitationella kollapsen.
Under de sista timmarna i en exakt omvänd ordning för tiden efter Big bang, kommer
temperaturen i universum vara så hög, cirka 10 miljarder-miljarder grader Kelvin, att protoner
och neutroner kommer att upplösas till sina beståndsdelar som kallas kvarkar, dessa kommer
med häpnadsväckande energier att kollidera med andra exotiska subatomära partiklar och
producera mer massiva partiklar. Samtidigt kommer svarta hål smälta samman till en
gigantisk gravitationell avloppsbrunn. Då på ett ögonblick, kommer gravitationen att förenas
med de elektromagnetiska och starka och svaga kärnkrafterna för att skapa en "grand unified
force". Medan det oändliga universum med dess temperatur vid en miljard biljoner-biljoner
grader, kommer att sväljas av den gravitationella avloppsbrunnen, då det blir ingenting kvar
förutom en punkt av enorm energi.
12
Helomvändningsprocess existerar inte i naturen. Friktion, värmeväxling, ljusstrålning, kemiska reaktioner och
biologiska processer kännetecknas som oåterkalleliga. Detta är en bestämd utmärkelse mellan det förflutna och
framtiden.
21
14. Käll- och litteraturförteckning
14a. Faktakällor

Victory Ebrahim – The wonders of the Universe. Alik Printing & Publishing Co. Glendale,
California, 910202. 1997.
14b. Bildkällor
 P’an Ku - http://pellegrinilazzari.blogspot.se/2011/03/il-mito-di-pan-ku.html
 Demokritos - http://ahmettanjumusul.blogspot.se/2011/12/demokritos.html
 Platon & Aristoteles - http://www.hikma.se/bloggen/platon/
 Lucretius - http://www.nndb.com/people/772/000087511/
 Newton - http://www.flammor.com/profetior/profetia053.htm
 Atomer bokstaverar ”IBM” - http://www.nanoteknik.org/flytta-atomer.html
 Partikelaccelerator - http://germundandersson.blogspot.se/2008/09/lhc-partikelacceleratorsvarta-hl-och.html
 Radioteleskop - http://www.panoramio.com/photo/2171615
 Väteatom - http://www.youtube.com/watch?v=QP0zFtFkk1s
 Proton & Neutron med Kvarkar - http://www.sr.bham.ac.uk/xmm/atom1.html
 Elektromagnetism & Gravitation http://sv.wikipedia.org/wiki/Fundamental_v%C3%A4xelverkan
 Solsystem - http://sv.wikipedia.org/wiki/Solsystemet
 Galax - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Messier51.jpg
 100-inch-telescope - http://en.wikipedia.org/wiki/File:100inchHooker.jpg
 Hubbleteleskopet - http://www.mobla.hai.fi/
 Edwin Hubble - http://www.oneminuteastronomer.com/5478/edwin-hubble/
 Einstein - http://doubtfulnews.com/2012/09/dowsers-quote-einstein-in-worthless-appeal-forlegitimacy/
 Kvasar - http://danielhansson.se/vatten-hittat-12-miljarder-ljusar-bort/
 Andromedagalaxen – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Andromeda_Galaxy_(with_halpha).jpg
 Solen som röd jättestjärna - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sun_red_giant.svg
 Vit dvärgstjärna jämfört med jordens storlek http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel/waves_universe/stars_origins_univ
erserev3.shtml
 Supernova - http://shakedownthestars.blogspot.se/2010/12/supernova.html
 Svart hål - http://ttt.astro.su.se/news/20080114sv.html
 Arno Penzias och Robert Wilson - http://kids.britannica.com/comptons/art-153586/ArnoPenzias-and-Robert-Wilson-pose-in-1993-with-the
 Foton - http://home.howstuffworks.com/fluorescent-lamp1.htm
 Antimateria - http://sv.wikipedia.org/wiki/Antimateria
 Vintergatan - http://astronet.se/wiki/index.php/Fil:Milky_Way_2005.jpg
 Andrei Sakharov-http://www.wired.com/science/discoveries/news/2007/08/dayintech_0820
 Big crunch - http://science.howstuffworks.com/dictionary/astronomy-terms/big-crunch3.htm
 Död och återfödelse - http://science.howstuffworks.com/dictionary/astronomy-terms/bigcrunch3.htm
22