Hvordan Vokser Universet?

Såvidt vi ved er Universet uendeligt. Universet vokser, og selve rummet udvides. Selvom astronomer har kendt til denne egenskab i årtier, kan det stadig være meget svært at forstå.

Hvordan kan noget strække sig uendelig langt i alle retninger og samtidig øge størrelsen i alle retninger? Hvis Universet allerede er uendeligt, hvordan kan det så samtidigt vokse? Hvis Universet er et uendeligt antal meter langt, hvor langt er det så, efter man har have øget det med endnu 1 meter i alle retninger?


Størrelsen af ​​det observerbare univers

Det observerbare univers er en grænse, der er defineret som den maksimale afstand, som naturens love tillader os at se ud i rummet. Indholdet af det observerbare univers svarer til den del af Universet, som er blevet synligt for os gennem de sidste ~14 milliarder år. Denne grænse kaldes en horisont, og horisonten afhænger af, hvor langt lyset har rejst i Universets tidsalder.

Når du overhører folk i bussen snakke om, at Universet udvider sig, betyder det ofte, at Universets størrelse øges, altså at horisonten bevæger sig længere væk fra os. Den effekt er noget meget forskelligt fra det, vi kender som Universets udvidelse. Men det vender vi tilbage til om lidt.

Universets størrelse øges, fordi lys langt væk fra os, når ned til os på Jorden efterhånden som tiden går. Det er som at vente ved en busstation. Efter 5 minutter ankommer bybussen – den har nemlig ikke kørt så langt. Men hvis du i stedet venter i tre timer, ankommer bussen fra nabokommunen. Den har haft længere tid at rejse i og har derfor nået tilbagelægge en større afstand. Lysstråler i Universet fungerer på nøjagtigt samme måde.

Når størrelsen med tiden øges, og flere lysstråler derfor når ned til os, får vi et bedre udsyn til Universet. Forestil dig, at du står på en græsplæne med en tændt lampe over dit hoved, som giver en fin lyskegle omkring dig. Udenfor lyskeglen er det bælgragende mørkt. Så vidt du kan se, har verden samme størrelse som det grønne græs, du ser omkring dig. Verden er så stor, som du kan se med dine egne øjne. Hverken større eller mindre.

Forestil dig nu, at lampen trækkes højere og højere op, så lyskeglen omkring dig bliver større og større. Det runde oplyste område omkring dig bliver større og får det til at se ud som om verdenen udvider sig. Verden udvider sig dog ikke i fysisk forstand – mere af den afsløres blot for dig. Græsplænen kunne være uendelig i alle retninger, men du ser kun den del af den, der er oplyst af lyskeglen.

Sådan ‘vokser’ Universet i størrelse. Men faktisk vokser det slet ikke. Det viser bare mere og mere af dets uendelighed for os via vandrende lysstråler.

Verden er så stor, som vi ser den. Illustration: Astronomicca.

Det uendelige univers har ingen størrelse fordi det er uendeligt

Det uendelige Univers er hele Universet, uanset hvad vi kan se eller måle. Det uendelige Univers er alt foran og bag det observerbare Univers’ horisont.

For at fortsætte analogien (hvor vi forestiller os, at Universet er en græsplæne) svarer dette til, at selve græsplænen er uendelig. Det har ikke en ende, og det har heller ikke en begyndelse. Græsset dækker simpelthen et uendeligt stort område. Men det observerbare område, dvs. det område, du kan se, observere og validere, er endeligt og udvider sig.

Illustration: Når den rumlige afstand til lyskilden øges, vokser det observerbare område. I virkeligheden: Når den tidslige afstand til Big Bang øges, vokser det observerbare univers. Illustration: Astronomicca.

Når det oplyste område udvides, er det eneste du bemærker, at dit område får mere grønt græs. Ingen lyserøde elefanter eller blå søer. Du ser kun mere af det samme.

Hvis vi nu hopper ud af analogien og tilbage til virkeligheden, opdager vi, at når Universet udvides, fortsætter vi bare med at se mere af det samme: galakser, stjerner, støv osv. Det indikerer, at Universet er det samme overalt. Selvom vi ikke har set, hvad der er uden for horisonten, peger alt indtil videre på, at der ikke er noget nyt, som vil afsløres bag horisonten.


Universets Udvidelse

Måske bemærkede du, at vi i det første afsnit elegant undgik at sætte tal på Universets størrelse. I stedet konkluderede vi bare, at det observerbare Univers defineres af, hvor langt lys har rejst siden Big Bang for ~14 milliarder år siden. Intuitivt ville det få de fleste, måske dig selv inklusiv, til at antage, at Universets horisont er omkring 14 milliarder lysår væk fra os. Lyset rejser trods alt 1 lysår i løbet af et år, så alt andet lige må det rejse 14 millarder lysår på 14 milliarder år.

Men i virkeligheden er horisonten meget længere væk: svimlende 45 milliarder lysår væk fra os, og det virker kontraintuitivt på næsten alle måder. Hvordan kan lys rejse 45 milliarder lysår på kun 14 milliarder lysår? Det svarer jo til en bil, der kører 100 km i timen, kan køre 300 km i løbet af 60 minutter. Det giver simpelthen ingen mening!

Det kan ved første øjekast synes at være i strid med fysikkens love. Men det er det ikke. Forklaringen skal findes i Universets udvidelse. Den mekanisme som gør det muligt for lyset at rejse så langt på så kort tid, adskiller sig markant fra mekanismen, der får det observerbare Univers til at øges i størrelse. Altså den del vi beskrev med lyskeglen på græsplænen, hvor vi opdagede, at det stigende Univers skyldes, at ‘mere og mere af Universets område bliver oplyst’.

Universets udvidelsen er meget anderledes. Det er en mekanisme i Universet, som ingen virkelig forstår. Mekanismen får rummet til at udvides overalt hele tiden, og det betyder, at i modsætning til horisonten for det observerbare univers, er udvidelsen ikke noget, der kun sker ved Universets grænse.

Udvidelsen er noget, der sker i hver enkelt kvadratmeter overalt i Universet. Universet udvider sig overalt. En almindelig misforståelse er, at Universet udvider sig ‘i noget’, og at ekspansionen kun sker ved ‘grænsen’ som et tæppe, der rulles ud. Illustration: Astronomicca.

Universet udvides som tyggegummi

Udvidelse er et vanskeligt koncept at forstå. For at få en bedre fornemmelse af hvad det er, kan du sammenligne det med, når du tygger tyggegummi og efter at havde tygget det grundigt igennem, tager det ud af munden for at lege med det (ikke fordi du er uhumsk, men fordi du er en nysgerrig forsker). Hvis du nu strækker tyggegummiet, vil du bemærke, hvordan tyggegummiet strækker sig overalt og ikke kun ved kanten, hvor dine fingre holder fast i den gummiagtige substans.

For at forstå udvidelsen rigtigt er vi nødt til at forstå Hubbles lov. Den lov gælder for galakser med meget stor afstand til hinanden – meget større end afstanden mellem os og vores nabogalakse, Andromeda. I tal gælder Hubbles lov for galakser, der ligger mere end titusinder af lysår væk fra hinanden (det svarer til mere end ~10 megaparsec, Mpc, som er en astronomisk afstandsenhed).

Hubbles lov siger, at udvidelsen tilsyneladende bliver hurtigere med afstanden. For hver Mpc mellem to galakser udvides rummet med en hastighed på ~70 km/s. Det betyder, at den tilsyneladende udvidelseshastighed mellem to galakser er “70 gange afstanden til galaksen”.

Lad os se på, hvad det betyder med et specifikt eksempel: Galakser der ligger 5.000 Mpc væk fra os, bevæger sig tilsyneladende væk fra os med en hastighed på 350.000 km/s (fordi 70 x 5.000 = 350.000). Når vi ved, at lysets hastighed er mindre end 300.000 km/s, giver det os hastighed større end lysets hastighed. Præcis dét er grunden til, at lys fra galakser der findes ved disse afstande, aldrig vil kunne nå os i fremtiden.

Med andre ord er grunden til, at vi kan se galakser, fordi udvidelsen sker i de dele af rummet, som ligger mellem galakserne. Det følger derfor, at jo mere plads der er mellem os og en galakse, jo hurtigere ser galaksen ud til at bevæge sig væk fra os.

Det er vigtigt at bemærke, at den fjerne galakses høje hastighed bare er en tilsyneladende effekt. Der er ingen fysisk bevægelse, og intet rejser faktisk nogen steder. Det er bare selve rummet, der udvides, mens lysstråler fra de fjerne galakser forsøger at nå os med deres begrænsede hastighed. Hvis vi forestiller os, at lysstrålen er en bil, der kører med en endelig hastighed, ville lysets rejse gennem Universet rejse svare til at bilen kører på en vej lavet af tyggegummi, der konstant strækker sig for at blive længere og længere. Helt et uretfærdigt løb, ikke sandt?

Efterhånden som tiden går, og Universets udvidelse øges, vil det resultere i, at lysstråler fra fjerne galakser til sidst ikke er i stand til at nå os og derfor efterlader nattehimlen sort.

Heldigvis for os er der stadig meget lang tid, indtil det sker!

Leave a Reply