En av de största frågorna om vårt universum är var allt kom ifrån. När vi upptäckte att de gigantiska spiralerna på himlen var galaxer som inte skiljer sig mycket från vår egen Vinterväg, började vi först förstå storleken på det vi uppfattar. Dessa avlägsna “universumöar” finns inte i Vintergatan: de är samlingar av miljarder eller biljoner stjärnor, åtskilda av miljoner eller miljarder ljusår i rymden.
När vi upptäckte att ju längre en galax är från oss, ju snabbare den lämnar vårt perspektiv, öppnade en nyfiken sak framför oss, vilket är förenligt med den allmänna relativiteten: kanske är det inte galaxer som rör sig bort från vårt läge, utan rymdens textil expanderar. Om så är fallet, måste universum inte bara expandera, utan också svalna, och ljusets våglängd måste sträcka sig till lägre och lägre energier över tiden. Dessutom kan vi extrapolera detta inte bara framåt utan också bakåt: i en tid då universum var mindre.
Ser vi i denna riktning ser vi att universum var tätare, hetare, expanderade snabbare och var mer kompakt. I sin tidigaste ungdom var universum så energiska att neutrala atomer rivits isär, och till och med innan kunde de inte ens bilda enskilda atomkärnor.
En sådan bild - Big Bang - bekräftades av upptäckten av relikstrålningen, den kosmiska mikrovågsbakgrunden, mätningar av dess spektrum och fluktuationer samt upptäckten av de primära elementen som har kvar sedan dess. Men lika frestande som det kan vara att gå tillbaka till ett extremt hett och tätt tillstånd, till en singularitet, det är helt enkelt omöjligt i vårt universum.
Du förstår, det finns några allvarliga problem som uppstår om du försöker gå tillbaka så långt tillbaka:
- Universum skulle inte expanderas på obestämd tid, skulle inte kollapsa direkt där, inte tillåta stjärnor eller galaxer att bildas, om den initiala expansionshastigheten och energitätheten inte var perfekt balanserade.
Kampanjvideo:
- Universum skulle ha olika temperaturer i olika riktningar - som vi inte observerar - om något inte ledde till en enhetlig temperaturfördelning.
- Universum skulle fyllas med högenergi reliker som aldrig har hittats, som ett resultat av godtycklig extrapolation tillbaka till det förflutna.
Och igen, när vi observerar universum, ser vi stjärnor och galaxer; hon har samma temperatur i alla riktningar; inga reliker med hög energi är synliga.
Lösningen på dessa problem var teorin om kosmisk inflation, som ersatte idén om en singularitet med en period med exponentiell expansion av rymden och som föreskrev sådana initiala villkor att det inte kunde förekomma ett Big Bang. Dessutom har inflationen gjort sex förutsägelser om vad vi bör observera i vårt universum:
- Perfekt platt universum.
- Ett universum med svängningar i en större skala än ljus kunde övervinna.
- Ett universum med en maximal temperatur som inte är godtyckligt hög.
- Universum vars fluktuationer var adiabatiska eller lika entropi överallt.
- Universum, vars spektrum av fluktuationer var något mindre än den skalvariösa naturen (n_s <1).
- Slutligen universum med ett visst spektrum av svängningar i gravitationsvågen.
Den första har bekräftats, den sjätte söks fortfarande.
Nästa logiska fråga om vårt ursprung är naturligtvis, var kom inflationen ifrån? Var detta tillstånd evigt i förhållande till det förflutna (det vill säga, det hade inget ursprung och fanns alltid) fram till slutet och skapandet av Big Bang? Hade detta tillstånd en början när det kom från det icke-inflationära tillståndet i rymdtiden någon specifik tid tidigare? Eller var det i ett cykliskt tillstånd när tiden låstes i en slinga?
Det svåra med detta är att det inte finns något vi kan observera i vårt universum, som gjorde det möjligt för oss att välja ett av dessa tre alternativ. I alla utom de mest långtgående inflationsmodellerna (och andra än de vi har uteslutit) har vårt universum bara påverkats av de senaste 10 (-33) sekunderna av inflationen eller så. Den exponentiella karaktären av inflation raderar all information som föddes före den och skiljer den från allt vi kan observera och blåser ut det från vårt observerbara universum.
Men vad som återstår för oss i form av det observerbara universum är enormt: 46 miljarder ljusår i radie, 1012 galaxer, 1024 stjärnor, 1080 atomer och cirka 1090 fotoner. Men dessa siffror, även om de är astronomiska, är begränsade och ger oss ingen information om vad som hände i universum före denna lilla sista bråkdel av en sekund av inflationen. Vi kan göra teoretiska beräkningar för att försöka pressa ut några fler antaganden, men de kommer alla att bero på den valda modellen. Med undantag av några specifika modeller som skulle lämna observerbara fotavtryck i vårt universum (de flesta inte) har vi inget sätt att veta hur - eller ens om - universum började.
Den totala mängden information som finns tillgänglig för oss i universum är begränsad och med den mängden kunskap som vi kan få om den. Men det finns fortfarande mycket att lära sig, det finns fortfarande mycket vetenskap vet inte. Men vissa saker som vi sannolikt aldrig kommer att veta. Universum kan vara oändligt, men vår kunskap om det kommer aldrig att vara.
