Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Kosmologi - Big Bang og den slags

Rødforskydningen og lysets hastighed

Christian spørger: Er det muligt at lysets hastighed aftager over tid og at dette kan forklare at fjerne galakser er røde?

Hans Kjeldsen, Aarhus Universitet svarer under DR1 TVudsendelsen den 31.1.2018:

Nej, det er ikke forklaringen på hvorfor fjerne galakser er røde. Målinger viser at fysikkens love er de samme her på Jorden og på fjerne galakser og at lysets hastighed er den samme på Jorden og i det fjerne univers. Årsagen til fjerne galaksers rødforskydning er Universets udvidelse.


Udenfor Universet

Lasse spørger: Hvad er der uden om vores univers?

Ole J. Knudsen, Aarhus Universitet svarer under DR1 TVudsendelsen 31.1.2018:

Universet er så vidt vi ved uendeligt, og selvom det er meget svært at forstå, så er der logisk set ikke noget “udenfor”.


Før Big Bang!

Carsten spørger: Der MÅ have været noget før “Big bang”, men hvad? Forstår videnskaben hvad “uendelig” er?

Ole J. Knudsen, Aarhus Universitet svarer under DR1 TVudsendelsen 31.1.2018:

Det kan godt være, at der har været noget før det Big Bang, hvorved vores nuværende Univers opstod, men der er indtil nu ikke fundet spor af det, og derfor kan vi ikke som naturvidenskabsforskere sige noget som helst om det – vi har ingen målinger. Ja, videnskaben forstår helt og aldeles hvad uendelig er. Det er en størrelse i matematikken, som man kan regne på – men inde i vores hoveder forstår vi det ikke!


Fordelingen i Universet

Peter spørger: Er det sandt at 5% af universet er galakser, planeter og stjerner mens 95% af universet er mørk energi.

Professor Hans Kjeldsen, Aarhus Universitet svarer under DR1 TVudsendelsen den 31.1.2018:

Ja, næsten. Universets energi er fordelt sådan at 5 % af det stof vi har i Universet består af stjerner, galakser og planeter. 25 % består af mørkt stof og resten, altså 70 % består af noget vi kalder for mørk energi. Om vi skriver procenterne op i energi eller i masse er eet og det samme.


Mørkt Stof

Nikolaj spørger: Hvad er mørkt stof?

Professor Hans Kjeldsen, Aarhus Universitet svarer under DR1 TVudsendelsen 31.1.2018:

Mørkt stof er, som navnet siger, stof vi ikke kan se. Faktisk vil det være bedre at kalde det usynligt stof. Vi har konstateret at der er store mængder at stof i rummet, som vi ikke kan se. Vi kan måle eksistensen af det, fordi stoffets tyngdekraft påvirker de stjerner og galakser vi kan observerer og derved kan vi konstatere hvor det ligger. Hvad det mørke stof består af, ved vi endnu ikke, men, det mest oplagte er at der er tale om partikler som fylder rummet og at de partikler ikke udsender lys.


Skrumper Universet?

Kunne man forestille sig at i stedet for at universet ekspanderer, så skrumper alting inde i det?

Mvh
Sofie


Hej Sofie

Det er et godt spørgsmål.

Man kunne faktisk godt overveje, om universet i virkeligheden er statisk (altså hverken udvider sig eller trækker sig sammen) og det så bare er indholdet der fysisk ”skrumper”.

Der er dog gode grunde til, at det ikke kan lade sig gøre som forklaring. For eksempel kan vi måle, at bølgelængden af lys bliver længere og længere, når det bevæger sig gennem universet. Det kan kun ske, hvis rummet fysisk udvider sig mens lyset bevæger sig.

Et andet eksempel er det, man kalder den kosmiske baggrundsstråling. Den er et levn fra det tidlige univers og kan kun være blevet dannet hvis den fysiske tæthed af stof i det tidlige univers var langt højere end den nuværende – den kan altså kun være blevet dannet hvis universet udvider sig.

Med venlig hilsen
Steen Hannestad
Professor, IFA


Alt for mange lysår

For nogle måneder siden, måske et års tid siden, dukkede en nyhed op  på forskellige nyhedssites, bl.a. BBC, om at astronomer havde identificeret en stjernehob/galakse som befandt sig 30 mia. lysår  borte! Jeg checkede flere steder for, om der mon var tale om en fejl i afstanden, men det lod til at stå til troende!!

Nu melder sig det spørgsmål, hvordan en sådan afstand kan være gældende, når astrofysikere stadig arbejder med en big-bang teori, som angiveligt skulle have indtruffet for ca. 15 mia. år siden! Noget  stemmer ikke, men hvad??

 Mvh PC.


Kære PC.

Du har ret i, at det umiddelbart kunne forekomme mærkeligt, at en galakse befinder sig 30 milliarder lysår fra Jorden, når Universets alder kun er 14 milliarder år. Dette ville også være en umulighed, hvis afstandene mellem galakserne var uforanderlige.

Men den omtalte Big-Bang teori går netop ud på, at alle galaksernes indbyrdes afstande vokser med den kosmiske tid. Man kan forestille sig, at alle galakser i en bestemt retning udgør knuder på en elastik, hvis længde forøges med tiden. Afstanden mellem to galakser afhænger derfor af tidspunktet. Astronomerne angiver konventionelt afstanden til en galakse til det nuværende tidspunkt, hvor lyset modtages. Afstanden til galaksen var meget mindre til tidspunktet for lysets udsendelse.

Lyset bevæger sig med en konstant hastighed langs den omtalte elastik, som imidlertid bliver længere og længere under lysets bevægelse.

Vi kan forestille os, at vi afmærker lysets position for hvert år. Vi afsætter således 14 milliarder mærker på elastikken; men afstanden mellem mærkerne forøges i tidsrummet mellem lysets passage og ankomsten til Jorden. Afstanden mellem mærkerne nær galaksen forøges mest.

Resultatet er, at afstanden mellem galaksen og Jorden til det nuværende tidspunkt bliver 30 milliarder lysår, selvom der kun er 14 milliarder mærker. Det er lidt som at sælge elastik i metermål.

Venlig hilsen Bjarne Thomsen
Lektor emeritus
Institut for fysik og Astronomi, Aarhus Universitet


Beregnet tid siden Big Bang

Hvordan har man beregnet tiden siden Big Bang?  I den første ”tid” gik tiden jo meget langsomt grundet den store tyngdekraft, kan den ikke have været uendelig, så Universet på den måde altid har eksisteret?

Venlig hilsen EH.


Det er korrekt at tiden går langsommere, jo stærkere tyngdefeltet bliver, men det er kun set udefra. En lokal observatør vil intet bemærke – hendes meterstokke og ure opfører sig som vanligt. Og da man ikke kan se Universet udefra, er der altså ikke et problem med det stærke tyngdefelt.

Mvh

Ulrik Ingerslev Uggerhøj
professor
Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet


Big Bang og mørkt stof

Hej IFA

Nu har jeg set alle afsnit af serien "How the universe Works" hvor der bl.a. er afsnit om big bang, galakser, stjerner, sorte huller og meget andet. Men disse programmer giver også grund til en række spørgsmål, som jeg ikke umiddelbart kan finde svar på via nettet.

1) ifølge programmet udvider universet sig med accelererende fart. Kan dette skyldes at big bang var så kraftigt at det, her 13,7 milliarder år efter stadig er i accelerationsfasen?

2) der er ingen forklaring på hvad dark matter er, men vi ved det eksisterer. Kan dark matter ikke være "produktet" af sammenstød mellem stof og antistof, som ifølge "how the universe works" begge eksisterede i de allerførste sekund af big bang?

Vh MF

(editeret)

Svar:

Kære MF.

Lad mig kort prøve at svare på de to spørgsmål:

1)      Nej. Universet udvidede sig ganske rigtigt meget hurtigt umiddelbart efter big bang, men dog langsommere og langsommere. Man kan faktisk måle ret præcist, at universets udvidelseshastighed aftog indtil for omkring 4 mia. år siden og derefter begyndte at vokse igen. Præcis hvad forklaringen på ændringen er, ved vi stadig ikke.

2)      Nej. Når stof og antistof mødes dannes der rigtig nok masser af energi, men det er primært i form af gammastråling og andre partikler med høj energi. Denne stråling har ikke de samme egenskaber som det mørke stof – eksempelvis kan den ikke klumpe sammen i galakser.

Mvh

Steen Hannestad
professor
Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet


Big Bang i terajoule

Er det muligt at beregne sig frem til hvor kraftig Big bang var, målt i terajoule?
Hvis ja, hvordan?

Venlig hilsen MF


Kære MF

Det korte svar er nej. Der er flere grunde til, at det ikke kan lade sig gøre at beregne energien i Big Bang på en så simpel måde.

For det første er Big Bang ikke en eksplosion i ordets normale forstand. Det er en betegnelse for den første fase af universets eksistens, hvor det udvidede sig meget hurtigt. Big Bang er altså noget der sker alle steder på en gang i et meget stort - måske uendelig stort - univers. Vi kan tale om en energi per volumen, men det giver ikke mening at tale om en samlet energi.

For det andet ved vi, at de fysiske love vi kender i vores nuværende univers ikke bare kan bruges ukritisk i det meget tidlige univers. Når man går tilbage i tiden vokser universets temperatur. I princippet kan den blive uendelig høj, men det giver ikke fysisk mening. Der må være en maksimal temperatur, som formentlig er givet ved den såkaldte Planck temperatur, T_P = 10^32 grader Kelvin = 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 grader Kelvin.

Hvis man udregner energien i en kubikmeter af universet ved den temperatur er det omkring 10^148 TJ, altså et 1-tal efterfulgt af 148 nuller, men det giver som sagt ikke mening at tale om den samlede energi i Big Bang.

 Med venlig hilsen

Steen Hannestad
professor
Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet


Er der noget "bagved" Universet?

Hej Spørg IFA.

Jeg har et spørgsmål om astronomi, nemlig om Universet:

Jeg undrer mig over, om der ikke er noget ”bag” universet?  Altså noget rum, hvor Universet kan være i?

Jeg har læst, at man mener, at der ikke var noget før Big Bang, da dette startede selve tiden, men det giver jo ingen mening, når man ser på fysikkens love osv.

Før ting kan eksistere, skal der vel være noget de kan eksistere i, altså et rum.

Grunden til man ikke mener, at der er noget bag universet, er det fordi det vil være uden for menneskets forståelse, at der kunne være noget bag universet, og bag ved dette osv. osv…

Venlig hilsen

MB


Hej MB.

Man skal være meget påpasselig med, om man blander filosofi og fysik sammen i spørgsmål om Universets fødsel og hvad der mon kunne tænkes at have eksisteret, før det Univers vi ser omkring os.

Lad mig først sige, at det er en helt forståelig og efter min mening sund skepsis du har over argumentet med, at ”før Universet blev skabt i Big Bang var der ingenting”. Som mennesker har vi stort set altid haft svært ved at forholde os til begreber som intethed og uendelighed (det sidste vender vi tilbage til lige om lidt). MEN det er en misforståelse, at disse skulle være i modstrid med fysikkens love. Universets udvikling og dynamik er beskrevet af Einsteins generelle relativitetsteori som i princippet indeholder alle de fysiske love vi kender fra den klassiske fysik. Sagen er, at relativitetsteorien anvendt på hele Universet tillader løsninger hvor Universet starter fra et punkt og udvikler sig i tid til det synlige Univers vi ser i dag. Denne løsning beskriver præcis, at tiden faktisk starter ved Big Bang. Der er i princippet intet ufuldstændigt ved denne løsning, og man har ikke behov for at kortlægge hvad der foregik ’før Big Bang’.

Når det er sagt, så er der imidlertid mange, der finder det meget problematisk, at man starter fra et punkt i rummet med meget høj temperatur og så får et Univers ud af det. Således er der nu om dage en del fysikere, der forsker i hvordan man kan skabe et Univers ud fra kvantefysikkens love som er meget anderledes end dem vi kender fra klassisk fysik. Nogle af disse nye teorier gør op med problemet om hvad der var ’før’ Universet ved at antage, at det synlige Univers, som vi lever i, er en del af et uendeligt medium hvori Universer bliver født og går til grunde hele tiden. I dette medium er der ikke nogen begyndelse eller slutning, det findes kun for de konkrete Universer, som spontant kan opstå via kvantemekaniske effekter. Ud af disse mange mulige Universer er der kun en lille del der kan udvikle sig som vores Univers med stjerner, planeter og til sidst Livets opståen. Resten lever enten meget kort tid inden de trækker sig sammen igen, eller også lever de meget lang tid men har meget lav tæthed af stof og energi, således at stjernedannelse er udelukket.

Min personlige holdning er, at uendelige modeller som den jeg lige har beskrevet er æstetisk tilfredsstillende. Uendelighed er godt nok svært at forstå som menneske, nok mest fordi vores eget liv er så kort, men fra et matematisk synspunkt er det en meget symmetrisk tilstand. Jeg hælder således til at Naturen vælger denne meget elegante løsning. Når man stiller spørgsmålet om hvorvidt ting giver mening, så er det som oftest set fra et menneskets synspunkt. Jeg mener ikke, at der er noget videnskabeligt belæg for at mennesket skulle spille nogen særlig rolle i forhold til at afgøre hvad der giver mening for Naturen og fysikkens love.

Venlig hilsen

Nikolaj Zinner, adjunkt, PhD.


Hvad forårsagede Big Bang?

Spørgsmål fra MK


Det hurtige svar er meget nemt: Vi ved det ikke endnu!

Når det er sagt, så er det selvfølgelig to meget væsentlige spørgsmål, som rigtig mange forskere beskæftiger sig med.

De veletablerede fysiske teorier, vi normalt arbejder med (kvantemekanikken og relativitetsteorien), giver ikke noget svar. Hvis man prøver at følge universets udvikling tilbage i tiden, møder man en såkaldt singularitet, hvor der er uendeligt meget energi på et uendeligt lille område. I dette punkt kan hverken kvantemekanik eller relativitetsteori bruges, og man kan derfor ikke sige, præcis hvad der er sket. Til gengæld er det i høj grad muligt, at en mere komplet fysisk teori, som f.eks. superstrengteori, vil kunne give et svar på, om universet er dannet ud af ingenting eller altid har været der.

Med hensyn til universets endeligt er svaret, at vores nuværende fysiske teorier forudsiger, at universet lever evigt, og at der derfor ikke kommer noget 'efter universet'. Det er dog som sagt inden for rammerne af vores nuværende forståelse, og vi kan ikke sige det med sikkerhed.

Med venlig hilsen Steen Hannestad, professor