hur kom universum att bli?
det är kanske det största stora mysteriet och roten till alla andra. Mänsklighetens största frågor-Hur började livet? Vad är medvetande? Vad är mörk materia, mörk energi, gravitation? – härrörde från det.
”alla andra mysterier ligger nedströms denna fråga”, säger Ann Druyan, författaren och änkan till astronomen Carl Sagan. ”Det är viktigt för mig eftersom jag är mänsklig och inte gillar att inte veta.”
även när teorierna som försöker lösa detta mysterium blir alltmer komplexa, hemsöks forskare av möjligheten att några av de mest kritiska länkarna i deras resonemangskedja är felaktiga.
grundläggande mysterier
enligt standard Big Bang-modellen föddes universum under en inflationsperiod som började för cirka 13, 8 miljarder år sedan. Som en snabbt expanderande ballong svällde den från en storlek mindre än en elektron till nästan sin nuvarande storlek inom en liten bråkdel av en sekund.
ursprungligen genomträngdes universum endast av energi. En del av denna energi stelnade till partiklar, som samlades i ljusatomer som väte och helium. Dessa atomer klumpade först i galaxer, sedan stjärnor, inuti vars eldiga ugnar alla andra element smiddes.
Detta är den allmänt överenskomna bilden av vårt universums ursprung som avbildas av forskare. Det är en kraftfull modell som förklarar många av de saker som forskare ser när de tittar upp på himlen, till exempel rymdtidens anmärkningsvärda jämnhet på stora skalor och jämn fördelning av galaxer på motsatta sidor av universum.
men det finns saker om den här historien som gör vissa forskare oroliga. Till att börja med kan tanken att universum genomgick en period av snabb inflation tidigt i sin historia inte testas direkt, och det bygger på förekomsten av en mystisk form av energi i universums början som för länge sedan försvunnit.
”Inflation är en extremt kraftfull teori, och ändå har vi fortfarande ingen aning om vad som orsakade inflation eller om det ens är rätt teori, även om det fungerar extremt bra”, säger Eric Agol, en astrofysiker vid University of Washington.
för vissa forskare är inflationen ett klumpigt tillägg till Big Bang-modellen, en nödvändig komplexitet bifogad för att passa den med observationer. Detta skulle inte vara det sista tillägget.
”vi har också lärt oss att det måste finnas mörk materia i universum, och nu mörk energi”, säger Paul Steinhardt, en teoretisk fysiker vid Princeton University. ”Så hur modellen fungerar idag är att du säger,” OK, du tar lite Big Bang, du tar lite inflation, du ställer in det för att ha följande egenskaper, då lägger du till en viss mängd mörk materia och mörk energi. Dessa saker är inte kopplade i en sammanhängande teori.”
Steinhardt oroar kosmologer agerar mer som ingenjörer än forskare. Om en observation inte matchar den aktuella modellen bifogar de en annan komponent eller tinker med befintliga för att passa. Komponenterna är inte anslutna och det finns ingen anledning att lägga till dem förutom att matcha observationer. Det är som att försöka fixa en gammal bil genom att lägga till nya delar från nyare men olika modeller. Dessa delar kan fungera på kort sikt, men så småningom behöver du en ny bil.
ett tidlöst universum
under de senaste åren har Steinhardt arbetat med Anna ijjas, en teoretisk fysiker vid Harvard University, på ett radikalt alternativ till standard Big Bang-modellen.
enligt deras ide, kallad bouncing cosmology, föddes universum inte bara en gång, men möjligen flera gånger i oändliga cykler av sammandragning och expansion. Teorin ersätter ”big bang” med en ”big bounce”, som smidigt förbinder perioder av sammandragning och expansion av universum och löser många av de problem som plågar inflationsteorin.
paret hävdar att deras ekpyrotiska eller ”cykliska” teori skulle förklara inte bara inflationen utan även andra kosmiska mysterier, inklusive mörk materia, mörk energi och varför universum verkar expandera vid ett ständigt accelererande klipp.
medan kontroversiell, studsande kosmologi väcker möjligheten att universum är tidlöst och självförnyande. Det är en möjlighet kanske ännu mer imponerande än ett universum med en bestämd början och slut, för det skulle innebära att stjärnorna på himlen, även de äldsta, är som kortlivade eldflugor i den stora planen av saker.
”jag skulle vilja hoppas att ansträngningssamhället häller in i vetenskaplig forskning får oss närmare grundläggande sanningar, och inte bara ett sätt att göra användbara verktyg”, säger California Institute of Technology astronom Richard Massey. ”Men jag är lika rädd för att ta reda på att allt jag vet är fel, och i hemlighet hoppas att jag inte gör det.”