KAPITTEL 11 Uniersets utikling Menneskene har alltid stilt sørsmål om hordan erden har blitt til. I de aller fleste religionene finnes det fortellinger om en gud som har skat erden. Mange ganger er dette akre og dramatiske skildringer. Men felles for dem alle er at de er bygd å tro. I dette kaittelet skal i se å naturitenskaens forklaring a hordan unierset har utiklet seg fra like etter at det ble til. Vi skal se at i leer i et uniers i stadig forandring. Vi skal også se nærmere å hordan man har funnet ut det i i dag et om unierset. Og ikke minst: Det er mye i faktisk ikke et. UTFORDRING
190 KAPITTEL 11 Uniersets utikling Big Bang Det store smellet Har unierset alltid ært slik i ser det i dag Har det alltid eksistert Vil det eksistere for alltid Dette er sørsmål i skal se nærmere å i dette asnittet. Galaksene beeger seg ekk fra herandre I 1920-årene studerte den amerikanske forskeren Edwin Hubble galakser. Han fant ut at galaksene beeger seg ekk fra herandre. Han så også at jo lenger unna galaksene ar, desto fortere beegde de seg. Men det er ingen grunn til å tro at det er noe sesielt med det stedet der i er i unierset. Derfor mener man at uansett hor i måtte ære i unierset, il man obserere at galaksene fjerner seg fra herandre. Hubbles resultater iser at unierset utider seg. Men det må bety at alt som finnes i unierset, har ært nærmere herandre tidligere. På et tidsunkt har alt kanskje ært samlet i ett lite unkt. En modell som iser at alle galakser fjerner seg fra herandre, får i dersom i tegner galaksene å en ballong og blåser den o. Unierset ble til i «Big Bang» Den teorien om uniersets utikling som de fleste forskerne mener er riktig, kaller i Big Bang-teorien. Ifølge denne ble alt til i noe i kan tenke som en oldsom ekslosjon. I Big Bang ble alt stoff, all stråling, tid og rom til. Alt ar samlet i et sært lite område med ufattelig høy temeratur før det begynte å sre seg utoer. Etter hert som unierset har utidet seg, har temeraturen sunket, og det har blitt dannet atomer, molekyler, stjerner og galakser. Hele denne rosessen, fra star ten i Big Bang fram til unierset slik i ser det i dag, har tatt ca. 13,7 milliarder år. En tidslinje iser ha som har skjedd siden Big Bang Ha har skjedd med erdensrommet mellom Big Bang og i dag Vi kan ise dette å en tidslinje. På den har i satt o de iktigste hendelsene og når de omtrent har funnet sted. Kanskje det iktigste som skjedde, foregikk i løet a de første minuttene erdensrommet eksisterte. Dette ar komliserte rosesser, og i skal ikke gå inn å det i denne boka. Vi nener bare at kjernene i det som i dag er hydrogen-, helium- og litiumatomer, ble til i løet a disse første minuttene.
www.gyldendal.no/eureka 191 13,7 milliarder år Unierset slik det er i dag. 5 milliarder år Solsystemet dannes for 4,6 milliarder år siden. 1 milliard år De første galaksene blir til. De første stjernene dannes. n n e n n e 380 000 år 10 2 sekund Protoner og nøytroner danner atomkjerner. Unierset blir gjennomsiktig. Stoff og stråling «kobles» sammen. e w z 10 10 sekund Protoner og nøytroner dannes. y e e e L 10 34 sekund 10 43 sekund Karker og antikarker (byggesteiner i rotoner og nøytroner dannes). Big Bang, ukjente naturloer gjelder. x Tidslinjen iser noe a det som har skjedd med unierset siden Big Bang.
192 KAPITTEL 11 Uniersets utikling Noen anlige sørsmål om Big Bang Å forstå ha som skjedde i Big Bang, er anskelig. I den første tiden ar unierset helt annerledes enn det i kjenner i dag, og dette er det anskelig å beskrie med ord i forstår. Ofte danner i oss ofatninger som er gale fordi åre dagligdagse erfaringer «narrer» oss litt. Her er noen eksemler å anlige sørsmål, og sarene som Big Bang-teorien gir: 1 Ha eksisterte før Big Bang Sar: Tiden ble til i Big Bang, så det har ingen mening å sørre ha som ar før. Men noen forskere sekulerer å om unierset årt kommer fra et sart hull i et annet uniers. 2 Ha utider unierset seg inn i Sar: Det er ikke er noe å «utsiden» a unierset. Unierset er alt som finnes. Det er ikke noe det kan utide seg inn i. 3 Hor skjedde Big Bang Sar: Oeralt! Big Bang foregikk oeralt i unierset, slik det ar den gangen. 4 Er det unierset som i ser alt som finnes Sar: Det et i ikke. Noen forskere mener at årt uniers er ett a mange uniers, omtrent som såeboblene i et skumbad. Dette er anskelig å forstå, men Big Bang-teorien er den beste beskrielsen i kan gi a unierset. Vi skal se at det finnes mange obserasjoner som støtter denne teorien.
www.gyldendal.no/eureka 193 Vi et ikke sikkert om unierset alltid il utide seg Vi et at masser trekker å herandre med graitasjonskrefter. Hor sterke disse kreftene er, ahenger a hor store massene er, og hor langt de er fra her andre. For å finne ut om unierset il utide seg for bestandig, er det derfor iktig å bestemme hor mye masse det er i unierset. Er denne massen stor nok, il graita sjonen «inne» og trekke alt sammen igjen. Unierset il slutte i «The Big Crunch» «det store kræsjet». De siste målingene man har gjort, iser at massen i unierset er litt mind re enn det som skal til for å trekke det sammen igjen. Dessuten har forskerne funnet ut at unierset utider seg fortere nå enn da det ar ungt. Dette har man forsøkt å forklare med at det må finnes mørk energi som motirker de tiltrekkende graitasjonskreftene. Ha denne mørke energien er, et i ikke. Ut fra det i et i dag, tror i altså at unierset il utide seg for bestandig. Men helt sikkert er det ikke. NØKKELSPØRSMÅL 1 Ha fant Edward Hubble ut 2 Når ble tiden til 3 Ha skal til for at unierset skal «klae sammen» i «det store kræsjet» 4 Ha er mørk energi UTFORDRING Hordan ser unierset ut Er det flatt, en kule eller en kure Hilken obserasjon ar det som førte til ideen om at unierset startet i Big Bang
194 KAPITTEL 11 Uniersets utikling Hordan kan i ite at Big Bangteorien stemmer Big Bang-teorien er én a mange teorier om hordan unierset har ostått og hordan det har utiklet seg. Ha som skal til for at en teori blir itenskaelig I dagligsråket bruker i ofte ordet «teori» om noe i tror. Da kan i finne å å si at i har en teori om hem som inner fotballkamen i morgen, eller i kan ha en teori om hilke sørsmål i får å røen. Dette er eksemler å at i blander ordet «teori» med «hyotese». En hyotese er en antakelse som synes rimelig ut fra det i et. I itenska skal det mer enn en antakelse til for at noe skal bli en teori. For at en teori skal ære itenskaelig, må man kunne sette den inn i en større sammenheng. En teori må kunne forklare obserasjoner som er gjort, og den må kunne forutsi resultatet a nye forsøk. Andre forskere må kunne bruke den og etterrøe resultatene. Når man framsetter en ny teori, må man ære illig til å la andre forskere få innsyn i det man har gjort. Man må diskutere nye ord og uttrykk, og man må komme fram til en forståelse som deles a de fleste som arbeider innen fagfeltet. Først når disse og andre kra er ofylt, kan man si at man har en itenskaelig teori. Vi skal se litt å ha som gjør at i stoler å at Big Bang-teorien er itenskaelig. Unierset utider seg I 1915 ubliserte Albert Einstein sin generelle relatiitetsteori. Ifølge denne teorien skal unierset utide seg his noen sesielle kra er ofylt. Tanken å et uniers som utider seg, irket å den tiden meningsløs, så Einstein røde å justere teorien sin. Som i et, odaget Edwin Hubble senere at galaksene er å ei ekk fra herandre, akkurat som den generelle relatiitetsteorien forutsa. Einsteins teori har siden blitt testet gjennom mange forsøk, og hittil har alle resultatene ært i oerensstemmelse med teorien. Unierset har blitt kaldere Alle ting sender ut armestråling. Det kan man bruke til å lete etter sanede ersoner når det er mørkt. Da bruker man sesielle briller som omdanner armestrålingen til synlig lys. Ved å studere armestrålingen fra et himmellegeme kan man finne ut hilken temeratur himmellegemet har.
www.gyldendal.no/eureka 195 Big Bang-teorien forteller oss at unierset ar fylt med enorme mengder energi som ar akket sammen å et sært lite område. Temeraturen har ært mange milliarder grader. Etter hert som unierset utidet seg, sank temeraturen. His teorien stemmer, kan i forente at i finner igjen «restene» a den arme strålingen fra uniersets begynnelse oeralt i unierset, men at den nå kommer fra et uniers med mye laere temeratur. I 1965 arbeidet de to forskerne Arno Penzias og Robert Wilson med å utikle en antenne som skulle fange o radiostråling fra himmelen. Da odaget de støy i signalene, og de ar ikke i stand til å fjerne støyen. Det iste seg at det de hadde odaget, ar restene a strålingen fra Big Bang. I dag kaller i dette for den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Dette er stråling i mikrobølgeområdet, og den som sarer til den man får fra et uniers som har en temeratur å omtrent 270 C. Målinger har ist at den kosmiske bakgrunnstrålingen kommer fra alle deler a himmelen, noe som er med å å støtte Big Bang-teorien. Figuren iser et kart oer den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Her temeratur har fått en fargekode. Forskjellene i temeratur sarer til mindre enn en tusendels grad. Forskjellene er så små at i kan si at temeraturen er jen. I begynnelsen ar det bare hydrogen og helium i unierset Når i studerer galakser som er mange milliarder lysår unna, ser i hordan unierset så ut «kort» tid etter Big Bang. Ved å studere lyset fra disse galaksene kan i finne ut hilke stoffer som da fantes, og hor mye det ar a dem. Det i finner, er at forholdet mellom antall hydrogen- og heliumkjerner er helt i samsar med ha i forenter etter Big Bang-teorien. Dette støtter o om at teorien er riktig. I laboratorier lager man forhold som likner Big Bang I starten ar unierset et sted der artiklene hadde sært stor energi. I dag røer man å etterlikne disse forholdene. Det skjer ed at man gir artikler hastigheter o mot lysfarten og så lar dem kollidere. På den måten kan de få energier som er nesten like store som det artiklene hadde i Big Bang. Ved å studere ha som skjer i slike kollisjoner, har forskerne fått resultater som styrker oss i troen å teorien om Big Bang. n Heliumkjerner blir bygd o ed kollisjoner mellom lettere atomkjerner. n NØKKELSPØRSMÅL 1 Ha er forskjellen å en hyotese og en teori 2 Ha er kosmisk bakgrunnsstråling 3 Hor kommer den kosmiske bakgrunnsstrålingen fra 4 Hilke obserasjoner styrker oss i troen å at teorien om Big Bang er riktig UTFORDRING Ha kommer til å skje med unierset
196 KAPITTEL 11 Uniersets utikling Hallo! Er det noen der ute Etter at unierset har eksistert i 13,7 milliarder år, leer i mennesker å en liten lanet som kretser rundt en anlig stjerne i en helt anlig galakse. Er i alene i dette gigantiske unierset Har det ært li et eller annet sted før oss Vil det komme nytt li etter oss Muligheten for li ahenger a kjemiske og fysiske egenskaer Vi har ikke sikre sar å sørsmålene i stilte i innledningen. Men i et noe om hilke kra som må ære ofylt for at li skal kunne ostå og eksistere. Det første kraet er at det finnes flytende ann. I annet kan oløste stoffer reagere med herandre og danne nye stoffer som inngår i leende organismer. Vi tror at liet å jorda ostod i ann. Den andre forutsetningen for li er at det finnes karbonatomer. Alt li slik i kjenner det, inneholder karbonatomer. Det finnes store mengder karbonatomer i unierset, og dette er et argument for at det kan ære li flere steder i unierset. Den tredje betingelsen som må ære ofylt, er at det også finnes andre grunnstoffatomer som inngår i leende organismer. Det er sesielt hydrogenatomer, oksygenatomer, nitrogenatomer og soelatomer som er iktige. Vi et at det finnes store mengder a disse atomene i unierset. Den siste forutsetningen for at det skal finnes li andre steder, gjelder de fysiske forutsetningene å lanetene. Kraet om at det skal finnes flytende ann, gjør at temeraturen må ære mellom 0 og 100 C. Det betyr at lane ten erken må ære for nær eller for langt unna stjernen den kretser rundt. Det er også nødendig at det finnes beskyttelse mot ultrafiolett stråling og gamma stråling, som for eksemel en atmosfære il kunne gi. Er stjernen stor, il den ha et kort li, og det il kanskje ikke ære nok tid til at li skal utikle seg. Det kan ære li å laneter Vi kan ikke utelukke at det finnes li å andre himmellegemer i solsystemet årt. Det er først og fremst Mars og Euroa, en a Juiters måner, som uteker seg som kandidater. Romsonder som har landet å Mars, har slått fast at det en gang må ha ært flytende ann å oerflata. På Euroa er det mulig at det finnes flytende ann under den frosne oerflata. På jorda er det funnet meteoritter som stammer fra Mars. På minst én a disse kan det ære fossiler a rimitie bakterier. Sel om de andre himmellegemene i solsystemet årt er sært ugjestmilde, kan i ikke utelukke at det er rimitit li der. Dette må i ta hensyn til dersom romferder bringer med seg materiale tilbake til jorda. Slike fremmede lisformer kan gjøre stor skade. På tilsarende måte må i hindre at romsonder bringer med seg bakterier og irus fra jorda til andre laneter og måner.
www.gyldendal.no/eureka 197 Man leter etter li i unierset Li i unierset må finnes å laneter. Dette er en a grunnene til at forskerne leter etter andre laneter. I juni 2005 odaget man det som kan ære den første jordliknende laneten. Den går i bane rundt stjernen Gliese 876 som er 15 lysår unna oss. Planeten er sju åtte ganger så tung som jorda og har omtrent dobbelt så stor radius. Om forholdene å denne laneten gir grunnlag for li, et i ikke. Man leter også etter intelligent li i unierset ed å «lytte» å radiostråling som treffer jorda. Det meste a radiobølgene som treffer oss, kommer fra «naturlige» radiokilder. Men det finnes kanskje intelligente lisformer som har sendt ut radiosignaler. Et a roblemene er at i ikke et i hilken retning i skal lytte, eller å hilken frekens. Vi et heller ikke ha i skal høre etter, men i et at «intelligente» signaler il skille seg ut fra den naturlige støyen i mottar hele tiden. Noen kan ha hørt oss Det er litt oer hundre år siden menneskene sendte ut radiobølger for første gang. Hensikten ar å oerføre lyd trådløst fra et sted å jorda til et annet. Men de første radiobølgene som ble sendt å jorda, har også forlatt oss og har beeget seg ut i unierset. Derfor er det mulig å høre radio fra jorda innenfor en kule med radius å omtrent hundre lysår. Inne i denne kula er det omtrent 6300 stjerner. Noen a dem har laneter rundt seg. Men om det finnes intelligent li der som er i stand til å fange o de signalene i har sendt ut de siste hundre årene, et i ikke noe om. Ved å bruke store radioteleskoer «lytter» man etter signaler fra intelligent li i unierset. SETI jakten å intelligent li Jakten å intelligent li i unierset kalles SETI. Det er en forkortelse for det engelske uttrykket Search for Extraterrestrial Intelligence søk etter utenom jordisk intelligens. SETI bruker radioteleskoer som er koblet til store datamaskiner. Men det er så mye data som skal analyseres, at et a rosjektene SETI@home har algt å få hjel a riatersoner. Det skjer ed at en skjermsarer å c-en gjør det mulig å bruke ledig brukstid å maskinen til å gjøre beregninger. NØKKELSPØRSMÅL 1 Hilke forutsetninger mener man må ære ofylt for at det skal kunne eksistere li 2 Horfor er karbonatomet så iktig i obygningen a leende organismer 3 Hordan kan i ite at det har ært flytende ann å oerflata a Mars 4 Hordan røer i å finne ut om det er intelligent li andre steder i unierset UTFORDRING Ha ille det ha å si for liet å jorda dersom ellisebanen jorda følger, hadde ært mer langstrakt Ha il det å ha si for år ofatning om unierset og menneskenes lass i det dersom i fanger o signaler fra intelligente esener utenfor jorda
198 KAPITTEL 11 Uniersets utikling Ogaer Ogae 1 Hilken obserasjon ar det som førte til ideen om at unierset startet i Big Bang Ogae 2 I middelalderen mente Kirken at jorda ar erdens sentrum. Hordan stemmer dette med Hubbles obserasjoner Ogae 3 Horfor gir det ikke mening å sørre om ha som ar før Big Bang Ogae 4 Hor gammelt er unierset Ogae 5 En milliard år er ufattelig lang tid. Dersom du hadde klart å telle til 10 å ett sekund, hor lang tid hadde du brukt for å komme til en milliard Ogae 6 Skri en kort historie om uniersets utikling. Let etter olysninger å Internett. Ogae 7 Hilke atomkjerner ble dannet i løet a de tre første minuttene a uniersets eksistens Ogae 8 Ha slags kraft er det som kan få unierset til å trekke seg sammen igjen Ogae 9 Ha er mørk energi Ogae 10 Edwin Hubble fant ut det ar en sammenheng mellom farten til en galakse og astanden til den. Han satte o uttrykket = Hr der er farten, r er astanden og H er en konstant som i dag heter hubblekonstanten. Skisser en graf som iser sammenhengen mellom farten og astanden. Ogae 11 Nen noen obserasjoner som styrker oss i troen å at Big Bang teorien stemmer. Ogae 12 Ha mener i når i sier at i «ser bakoer i tid» når i ser ut i erdensrommet Ogae 12 Når unierset utider seg, synker temeraturen i det. Når du trykker å en srayboks, kjennes den kald ut. Er det noen sammenhenger mellom disse fenomenene Ogae 13 Ha er kosmisk bakgrunnsstråling Hor kommer den fra Ogae 14 Ha er forskjellen å en teori og en hyotese Ogae 15 De fleste forskerne mener at Big Bang er den beste teorien i har for å kunne forklare hordan unierset har utiklet seg. Betyr det at Big Bang-teorien er riktig Ogae 16 Ha er det som skiller naturitenskaens beskrielse a uniersets utikling fra de beskrielsene i finner i religioner Diskuter i grue eller hold en muntlig resentasjon. Ogae 17 Hilke kra mener i må ære ofylt for at det skal kunne ære li å en lanet
www.gyldendal.no/eureka 199 Ogae 18 Hilke andre himmellegemer i solsystemet kan ha rimitie former for li Ogae 19 Hordan går forskerne fram når de leter etter li andre steder i unierset Ogae 20 Ha står forkortelsen SETI for Aktiitet 1 Blås o en ballong så det er litt luft i den. Tegn noen galakser å den. Blås o ballongen. Kan du si noe om farten «galaksene» fjerner seg fra herandre med 2 Tegn en sirkel midt å arket. Skri BIG BANG i sirkelen. Skri o alle olysninger du kan om Big Bang. BIG BANG 3 Ha er et ormehull Er ormehull science fiction eller itenska 4 Bruk Internett til å finne ut hem Stehen Hawking er, og ha han forsker å. Hilken betydning har Stehen Hawking hatt for år kunnska om Big Bang