Big bang

För andra betydelser, se Big bang (olika betydelser).

Big bang (eller stora smällen^[1]) är den mest vedertagna kosmologiska teorin om universums tidiga utveckling. Teorin täcker tidsperioden sedan universum var mycket, mycket ungt och fram till idag.^[2][3] Universums utveckling tog sin början för cirka 13,8 miljarder år sedan^[4][5], då rymden började expandera. Universum var då extremt tätt och varmt, och hela det observerbara universum var koncentrerat i en punkt. Rum, tid och materia uppkom alla vid big bang.^[6] Den snabba expansionen har resulterat i vårt nuvarande kalla och glesa universum, men det finns kvar värmevågor från big bang, som stora antenner kan fånga upp.

Termerna big bang och steady state myntades av astronomen Fred Hoyle under en radiointervju i BBC den 28 mars 1949, som ett kärnfullt sätt att karakterisera de båda dominerande kosmologiska teorierna vid den tiden.^[7] Den populära versionen är att Hoyle, som själv förespråkade steady state-teorin, använde uttrycket i nedsättande betydelse. Det förnekade Hoyle senare uttryckligen och menade att uttrycket myntades för att belysa den största skillnaden mellan de två teorierna.^[8][9]

Termen big bang i sig är dock något missvisande då det inte handlar om en explosion av materia i en tom rymd utan istället om en expansion av rummet som materian befinner sig i. Grunden till big bang-teorin lades redan 1922 av den ryske och sovjetiske matematikern Aleksandr Fridman och oberoende 1927 av den romersk-katolske prästen och astronomen Georges Lemaître (1894–1966). Fridman var den förste som upptäckte att det fanns lösningar till Albert Einsteins allmänna relativitetsteori där universum inte var statiskt utan kunde utvidgas eller krympa. Einstein hade infört den kosmologiska konstanten i sina fältekvationer för att kunna ha ett statiskt universum, och avfärdade i början Fridmans ekvationer som ofysikaliska. Införandet av den kosmologiska konstanten var något som Einstein ångrade senare. Man får se det som en ovilja att lämna tanken av ett statiskt universum till en början. Lemaître återupptäckte dessa lösningar fem år senare och var den som drog slutsatsen att om universum expanderar måste det ha haft en början.

Det finns inte mycket kunskap om hur det allra tidigaste skedet av expansionen har gått till. I princip förutsäger den traditionella big bang-teorin att universum uppstår ur en singularitet vid tiden 0, men den allmänna relativitetsteorin är inte tillförlitlig när universum är yngre än planck-tiden, utan den måste då ersättas av kvantgravitation, för vilken det ännu inte finns någon allmänt accepterad teori. Singulariteten vid big bang är också ovanlig så till vida att den direkt påverkar universum vid senare tidpunkter och därmed i princip är observerbar, medan den singularitet som finns i centrum av ett svart hål döljs för oss av en händelsehorisont, och därmed inte är observerbar. Därför täcker inte big bang detta allra tidigaste skede eller ursprungstillståndets precisa karaktär. Istället beskriver den hur universum utvecklats efter en viss tidpunkt, vilken ofta tas som slutet av inflationsfasen, men andra möjligheter har också diskuterats. En sådan möjlighet är att vårt universum skulle kunna uppstå när en stjärna kollapsar till ett svart hål i ett universum med fyra rumsdimensioner.^[10][11] På så sätt kan man komma undan att universum uppstår ur en observerbar singularitet, och istället får man en singularitet som döljs av det svarta hålets händelsehorisont. En intressant konsekvens av en sådan modell är att den eliminerar behovet av att införa mörk energi för att förklara varför universums expansion accelererar, för att inflytandet av en extra rumsdimension på gravitationen ger en likartad effekt på universums expansion som den mörka energin^[12].