Det er en god tommelfingerregel i videnskab,
at de enkleste spørgsmål ofte er de sværeste at besvare.
Spørgsmål som: "Hvordan begyndte Universet?"
Faktisk har videnskaben, indtil for nylig, ikke haft værktøjerne
til at begynde at besvare spørgsmål om universets oprindelse.
Men i de sidste hundrede år har en række gennembrud,
skabt af mænd og kvinder,
som gennem observation, beslutsomhed og selv ren og skær held,
har gjort det muligt at løse dette episke kosmiske mysterium.
Dette var ægte astronomisk guld.
Jeg vil genskabe deres mest fantastiske opdagelser
og udføre deres største eksperimenter.
30.000 kilometer per sekund.
Som tager os fra de absolut største objekter i universet,
til de allermindste.
Indtil jeg når vores videns begrænsning, ved at rejse tilbage i tiden
for at genskabe universets begyndelse.
Den milliontedel af et sekund efter universet sprang sig ind i eksistensen.
Dette er før stof
har formet sig på en hvilken som helst måde, så vi kunne genkende det.
Det er som tæt som vi kan komme til skabelsen.
Tidernes begyndelse.
Universets begyndelse.
Det er et markant faktum, at det tog videnskaben hundreder af år
for at komme med en teori til at forklare universets tilblivelse,
desto mere overraskende,
når man tænker på, hvilket simpelt og grundlæggende spørgsmål det er.
Der er noget typisk menneskeligt at stille spørgsmålet,
Hvor kommer alt dette fra?
Måske fordi det er en dybere, mere grundlæggende version af,
hvor kommer jeg fra?
Men i det meste af menneskets historie
har svarerne til sådan et simpelt spørgsmål,
kun kunne forsøges af religion.
Det var ikke før midten af det 20. århundrede,
at videnskaben opbyggede sin egen sammenhængende og overbevisende historie.
Det var en historie baseret på teori, prognose og observation.
Historien, som endelig kunne forklare,
hvad der skete ved tidernes begyndelse.
Begyndelsen af selve universet.
For lidt over 100 år siden,
hvis videnskabsfolk overhovedet betragtede universets liv,
betragtede de det evigt, uendeligt og stabilt.
Ingen begyndelse og ingen ende.
Så selv at formulere spørgsmålet
om universets oprindelse var umuligt,
men i begyndelsen af det 20. århundrede begyndte det at ændre sig.
Nye opdagelser chokerede de gamle visheder
og banede vejen for spørgsmål, omkring hvor universet kom fra.
En observation transformerede vores idé om universets sande skala.
Det begyndte med et mysterium i himlen.
Men i de tidligste dele af det 20. århundrede
var det velkendt, at vores solsystem lå inde i en galakse,
Mælkevejen.
Hver eneste stjerne, vi kan se med det blotte øje,
er inden for vores egen galakse.
Og indtil 1920 var alle disse stjerner,
denne ene galakse, hele universet.
Udover det, var det bare tomrum.
Men der var nogle mystiske objekter deroppe også,
som lige kunne ses med det blotte øje,
som så anderledes ud.
Og en af de mest bemærkelsesværdige er Andromeda.
Du kan finde Andromeda, hvis du ved, hvor du skal kigge.
Hvis du begynder fra Cassiopeia,
de her fem stjerner, som er formet efter et sidelæns M,
hvis du flytter dig over fra M' ets punkter
og lidt op, så finder du den.
Nu vil jeg bruge min kikkert til at hjælpe mig.
I første tilfælde...
Og hvis jeg...
Zoomer, ja, her er det.
Det kan se, det ikke er en stjerne.
Det er dybest set en meget svag klat
mellem disse to stjerner.
Det er den lige deroppe.
Det er M31, den store Andromedatåge.
De blev kaldt nebulae,
fordi de havde denne her klattede, svage skyet natur.
Faktisk kommer ordet nebula fra det latinske ord for sky.
Disse uklare objekter blev fundet spredt
gennem nattehimlen.
Teleskoper afslørede, at mange af disse nebulae
var meget mere komplekse end simple skyer af interstellar gas.
De synes at være en enorm samling af stjerner,
og det rejste to interessante muligheder.
Var dette stjerne-udklækningssteder, hvor stjerner blev født
og derfor residerende inden for vores egen galakse?
Eller meget mere dybt,
var disse smukke mystiske objekter helt deres egne galakser,
placeret langt uden for Mælkevejen?
Konsekvenserne fra denne anden mulighed var enorme.
Var det sandt, ville det helt og aldeles med det samme transformere vores idé
omkring universets størrelse.
Her var en mulighed
for en ambitiøs astronom
til at skabe sig et navn,
måske en med et meget stort teleskop.
Denne mand.
Edwin Hubble, en mand fra Missouri.
Selvom du mødte ham, ville du aldrig have gættet det,
fordi han udviklede denne underlige personlighed, en piberygende tedrikker,
med en meget affekteret aristokratisk engelsk accent.
Hubble er formentlig den mest berømte astronom nogensinde,
ikke mindst på grund af hans fuldendte evne i at være selvpromoverende,
men også på grund af de fantastiske opmålinger han lavede.
I Hubbles dage, når det kom til observationer
og nye opdagelser, betød størrelsen noget.
I dag er dette det mest kraftige optiske teleskop i verden.
GTC,
med et hovedspejl på over 10 meter,
eller 400 tommer i diameter.
Meget større end noget Hubble havde.
I september 1923,
arbejdede Hubble på, det som dengang var det største teleskop i verden.
Det 100 tommer Hooker-teleskop ved Mount Wilson Observatoriet,
anbragt på toppen af de høje Sierra-bjerge
med udsigt over Los Angeles og Californien
Han brugte teleskopet
til at studere den mest prominente stjernetåger på himlen,
Andromedatågen.
Den samme jeg så på tidligere.
Og det var mens han observerede den,
at en meget særlig stjerne fangede Hubbles opmærksomhed,
en som kunne afsløre Andromedas sande natur,
og jeg vil bruge dette teleskop til at finde den nu.
Dette er GTC's kontrolrum,
og i aften har de peget teleskopet mod Andromeda,
og de vil tage et billede af den.
Taget det omkring et minut for at give et klart billede?
- Det er rigtigt, det gør det. - Okay.
Nu er billedet færdigt, så vi begynder at åbne det.
Okay, dette er Andromeda.
Det er Andromeda, ja.
Dette er Hubbles originale plade.
- Ja. - Ja, Hubbles stjerne
er nede i dette hjørne.
Kan du finde det på dit billede?
Ja, hvis du tager billedet, og du sammenligner det.
Vil du bemærke at vi ikke ser den der, hvad vi ser er universets kant,
så vi går...
Vi skal gå lidt længere væk.
Jeg forstår, så... alt dette er bare kant?
Dette er kanten.
Jeg gik ud fra, det var galaksens centrum.
Det viser bare, hvor meget bedre opløsning
- jeres teleskop har. - Det er rigtigt.
Kan vi se den bestemte stjerne?
Ja, for at finde den bestemte stjerne, fordi det er så svagt,
så vi kigge efter en reference, som er klarere,
og i dette tilfælde vil du se fire stjerner her,
hvilket er disse fire stjerner,
og stjernen Hubble fandt, er denne her.
- Det er den, det er Hubbles... - Den lille stjerne
er den, Hubble fandt.
Det er fantastisk.
Er det muligt at forstørre denne stjerne?
Ja, vi skal behandle billedet lidt,
- men vi kan godt gøre det. - Okay.
Hubble havde fundet sin stjerne.
Han vidste, den var særlig, fordi han sammenlignede sin plade
med andre taget tidligere nætter,
og han opdagede, at hans stjerne ændrede lysstyrke.
Nogle nætter var den klarere, nogle nætter var den svagere.
Han indså, det er en vekslende stjerne,
og han så dens betydning.
Han kunne se, at dette var ren astronomisk guld.
Hans stjerne var en Cepheid.
I stjerne-bestiariet har Cepheid stjerner
en meget særlig plads.
Fordi ved at studere den måde deres lysstyrke ændres,
kan astronomer beregne, hvor langt væk de er.
Hubbles Cepheid var den første, som blev opdaget i en stjernetåge,
så han vidste, at hvis han kunne måle dens periode,
ville han kunne måle afstanden til os.
Så Hubble begyndte at omhyggeligt måle,
hvordan hans stjernens luminositet varierede.
Det er ikke svært at forestille sig, hvor spændende det må have været for ham.
Han havde nu muligheden
for at løse et grundlæggende, men stadig simpelt spørgsmål.
Var denne stjernetåge inden for Mælkevejen eller udenfor?
Svaret ville genskabe vores viden om universet.
Hubble målte luminositeten eller lysstyrken på sin stjerne
over mange nætter og lavede denne kurve her.
Da vi målte den i nat, så vi, at den havde en værdi på 18,6.
Og jeg ved, fordi de målte den sidste nat til at være lidt svagere,
at den falder på denne side af kurven,
men mere vigtigt er perioden,
tiden i dage fra maksimal lysstyrke til maksimal lysstyrke.
Hubble målte det til 31.415 dage.
Dette er den kritiske måling.
Bevæbnet med det og dens klare lysstyrke,
beregnede Hubble afstanden til Andromedatågen.
Det var meget klart, at hans stjerne var meget langt væk,
men da Hubble lavede sin beregning,
fandt han ud af at den var 900.000 lysår væk,
hvilket gjorde denne stjerne til det mest fjerne opdagede objekt.
Det kunne kun betyde en ting,
ikke kun er Andromeda sin helt egen galakse,
men den ligger langt væk fra vores egen Mælkevej,
og de utallige elliptiske og snoede stjernetåger,
var også individuelle fjerne galakser.
Det var et øjeblik i menneskets bevidsthed,
hvor universet pludseligt
var blevet væsentligt større.
Med denne observation,
havde Hubble gentegnet det observerbare univers.
Det har måske ikke direkte udfordret idéen om et stabilt univers,
men det knuste lang tids bevarede formodninger
og åbnede muligheden for andre større hemmeligheder,
som en tilblivelse til universet.
I dette meget forstørrede kosmos
gik en, som ville, uden at indse det,
give værktøjerne til at låse den hemmelighed op.
Denne fyr.
En historie så fantastisk som en der forklarer universets tilblivelse,
ville på en måde føles forkert uden at involvere en videnskabsmand
så fantastisk som Albert Einstein
og selvfølgelig, gør den det,
fordi det var Einstein, det gav det teoretiske grundlag, der var nødvendigt
til at studere universet,
og dermed effektivt opfandt videnskaben kosmologi.
For hundrede år siden foreslog han sin almene relativitetsteori.
Det revolutionerede fysisk
og gav os en fuldkommen ny forståelse af verden.
Han foreslog, at tyngdekraften
var skabt af at forvrænge og bøje rumtid,
af massive objekter som planeter og stjerner.
Hans teorier var revolutionære.
Einstein var en enspænder, som ignorerede det vedtagne
for at følge sine egne markante instinkter.
En af hans undervisere fortalte ham:
"Du er en meget klog dreng, Einstein, en meget klog dreng.
Men du har en stor fejl,
du lader ikke nogen fortælle dig noget."
Det var selvfølgelig denne særlige kvalitet, som ville lade ham
ændre opfattelsen af fysik,
og selvfølgelig, at markere ham som en af de store tænkere
i det 20. århundrede.
Og i 1917, tog han sin almene relativitetsteori
og anvendte den for hele universet.
Ved at følge sin teoris logik kom han til noget ret foruroligende,
den kombinerede tiltrækning af tyngdekraft fra al stof i universet,
ville trække ethvert objekt i kosmos sammen,
begyndende langsomt men gradvist øge hastigheden.
indtil...
tyngdekraften til sidst ville, og uundgåeligt,
lede til universets kollaps.
Men Einstein troede, som praktisk talt andre andre,
at universet var evigt og statisk
og i hvert fald ikke ustabilt eller i stand til at kollapse.
Men hans ligning ser ud til at vise det modsatte.
For at forhindre universets bortgang
og holde alt i balance,
tilføjer han i sin ligning Lambda eller den kosmologiske konstant.
Det er en slags selvopfundet kraft af anti-tyngdekraft,
som handler mod den normale tyngdekraft.
Han havde intet bevis for dette,
men det hjalp ham til at sikre, at hans ligninger beskrev et stabilt univers.
Indenfor hans rækkevidde var hemmeligheden til universets tilblivelse,
men Einstein kunne ikke eller ville ikke få sig selv til at acceptere
konsekvenserne af sine egne ligninger.
Set i bakspejlet er det påfaldende, at Einstein gjorde dette.
Jeg mener, her var en mand, som havde revolutioneret videnskab
ved at afvise vedtaget visdom,
og stadigvæk kunne han ikke få sig selv til at stole på sin egen teori.
Han følte sig tvunget til at tilpasse sin ligning til det almindelige synspunkt.
Han indrømmede endda, at den kosmologiske konstant kun var nødvendig
for at skabe en kvasistatisk fordeling af stof,
i bund og grund for at bevare tingene som de var.
Uanset hans grunde,
så har dette lille bogstav, Lambda,
vendt tilbage for at jage ham.
Fordi mens det forhindrede Einstein i at forstå konsekvenserne,
så åbnede hans idéer for nye veje for andre til at foreslå
en teori for universets tilblivelse.
Han var en ung deltids-universitetsforelæser
i teoretisk fysisk.
Hans idéer var så radikale, at det chokerede fysiskverdenen
og splittede det videnskabelige samfund.
Han startede et argument, der ikke ville blive løst i et halvt århundrede.
Hans navn var Georges Lemaitre.
Den skarpe vil måske spotte halsbåndet.
Faktisk var han både en fysiker og en ordineret præst.
På grund af hans åbenbart ejendommelige dobbeltrolle
sagde Lemaitre: "Der var to måder at forfølge sandheden på,
jeg besluttede at følge begge."
Ved at bruge relativitetsteorien udviklede han sine egne kosmologiske modeller.
Lemaitres model beskrev et univers, som var langt fra at være statisk.
det var faktisk udvidende, med galakser der susede fra hinanden.
Udover det, så Lemaitre konsekvenserne af dette.
Ved at spole tiden tilbage
sluttede han, at der måtte være et øjeblik,
hvor hele universet var presset sammen til en lillebitte størrelse,
noget han navngav uratomet.
Det var i bund og grund den første beskrivelse
af det som blev kendt som Big Bang-teorien,
øjeblikket for universets tilblivelse.
Disse var revolutionære idéer, så han offentliggjorde dem
i Annales de la Société Scientifique de Bruxelles,
hvor de straks blev afvist af det videnskabelige samfund.
Så han rejste til Bruxelles for at forsøge få støtte til sin idé.
Solvay-konferencen i 1927 her i Bruxelles,
var nok det mest berømte og største møde af tænkere,
der nogensinde er samlet.
Men til vores historie skete det vigtigste møde
ikke her.
Det var ikke planlagt og skete væk fra konferencen.
Det skete her.
LEOPOL PARK: BRUXELLES
I denne park henvendte den udkendte Lemaitre sig til den mest berømte,
den mest feterede videnskabsmand i verden, Albert Einstein.
Han var endelig hans chance for at forklare sin idé om et udvidende univers,
til præcis den person hvis teori han havde brugt for at udlede den.
Det er nemt at forestille sig Lemaitres angst, da han henvendte sig.
Hvis Einstein sagde god for hans radikale ide, så ville den blive accepteret.
Denne geniale hjerne, denne fysikkens titan,
denne dybt originale tænker, ville se hans teoris værdi.
Men efter en kort diskussion, afviste Einstein hans idé.
Ifølge Lemaitre sagde han: "Vos calculs sont corrects,
mais votre physique est abominable."
Ifølge Einstein, var hans beregninger måske korrekte.
men hans forståelse af, hvordan den virkelige verden fungerede
var, ja, modbydelig.
Endnu engang afviste Einstein idéen om et dynamisk univers.
Lemaitres afhandling skulle have antændt videnskaben,
men uden støtten fra en så stor og indflydelsesrig figur som Einstein,
var hans banebrydende idé dømt til at blive glemt,
hvis ikke noget observation eller bevis ville komme frem for at støtte idéen
om et udvidende univers.
Edwin Hubble havde succes, efter hans opdagelse
som beviste, at der var galakser uden for vores egen.
Han blev feteret af Hollywood glitterati, gæstestjerne ved Oscar-uddelingen,
og med adgang til verdens mest kraftfulde teleskop,
var han klar til sin næste udfordring.
Han havde hørt om nogle usædvanlige observationer,
at mange galakser syntes at bevæge sig væk fra os.
Ingen kunne forstå, hvorfor dette skete.
Så i 1928, drejede verdens mest berømte astronom
sin opmærksomhed mod dette nye kosmiske mysterium,
og begyndte at måle hastigheden
som disse galakser bevægede sig med relativt til jorden.
For at måle hastigheden som en galakse trækker sig tilbage fra os,
brugte Hubble noget, der kaldes rødforskydning.
Det er ikke en perfekt analogi,
men effekten er lig med, en de fleste os er bekendte med i lyd.
Tonen fra en bilmotor, når den kommer mod os,
er højere fordi lydbølgerne er komprimeret,
men den bliver lavere, da bilen fortager sig
fordi lydbølgerne bliver strækket.
Den effekt er den samme med lysbølger. Når lysets kilde bevæger sig mod os,
bliver den observerede bølgelængde klemt
mellem den violete og blå ende af spektrummet.
Men hvis kilden bevæger sig fra os os, bliver bølgelængden strukket
mod den røde ende af spektrummet eller rødforskudt
med astronomernes sprog,
og jo højere hastighed, som objektet bevæger sig væk med,
jo større rødforskydning.
Med sin assistent Milton Humason, tilbragte Hubble det næste år
med omhyggeligt at måle galaksernes rødforskydning.
Og jeg har mulighed for at gøre det samme lige nu,
ved at bruge dette teleskop.
Okay, Massimo, har du fundet en galakse til mig?
Ja, jeg fandt den her galakse.
Hvor langt væk er den?
Den er omkring 430 mega-parsecs væk.
Så hvis du konverterer det til lysår, så 430 gange 3,26,
så det er omkring 1,5 milliard lysår væk.
Ja.
Hubble var nødt til måle det gennemsnitlige lys, der kom fra galaksen,
for at kunne få et spektrum så kan kunne beregne rødforskydningen.
Humason gjorde dette ved at eksponere en fotografisk plade,
og det tog ham en hel uge
at samle nok lys til at få spektrummet.
Men her ved TNG, Galileo-teleskopet,
bruger de en meget sensitiv chip,
som kan gøre det meget hurtigere.
Hvor lang tid tager det for dig at få et spektrum?
Omkring 10 eller 15 minutter, tror jeg.
Så 10 eller 15 minutters eksponering sammenlignet med en uge
tilbage i Hubbles tid.
Meget mere kraftfuldt end noget de havde dengang.
- Nu er det færdigt. - Spektrummet er ret godt.
Det er der...
Okay, så dette er det rå spektrum, som er...
- Ja. - Det er taget.
Er der en særlig emisisonslinje her, som du vil bruge
som din reference til at mål rødforskydningerne?
Ja, her for eksempel.
Du er en emissionslinje, men for at opnå et rigtigt spektrum,
skal du rense det for at opnå det endelige.
Dette er den rensede version af det.
Ja, af det.
Så det er de faktiske emissionslinjer fra galaksen.
Emisisonslinjer. Ja.
Og denne her nedenunder. er vel referencen.
Referencen, ja, af galaksen med rødforskydning nul.
Okay, så den, der ikke bevæger sig væk relativt til os.
- Ja. - Det er meget klart her,
hvis du sammenligner den øverste med denne her.
- Hvert emissionsmaksimum er forskudt. - Ja.
Forskudt i det røde er referencelinjen for eksempel H-alpha,
og fra disse kan du beregne galaksens rødforskydning.
Og du kan udarbejde,
hvor hurtigt galaksen bevæger sig væk fra os?
I princippet kan du opnå disse.
Så hvad er formularen?
Formularen er forskellen
mellem rødforskydningens bølgelængde og så at observere bølgelængden,
divideret med reference-bølgelængden og ganget med C,
det er Dopplereffeken.
Lad os se, om vi kan gøre det nogenlunde.
Okay.
Så dette er omkring...
Syv, to, nul, nul, omkring.
- Okay. - Minus.
- Minus, seks, fem. - Fem, seks, tre. Seks, tre.
- Okay. - Divideret med.
Seks, fem, seks, tre.
Og dette er brøkdelen af lysets hastighed.
- Ja. - Jeg skal vel bare gøre det.
Jeg burde gøre det med min lommeregner, men...
Så syv, to, nul, nul. Seks, fem, seks, tre.
Så det er syv, tre...
Så seks...
Okay, så vi dividerer med seks,
fem, seks, tre, okay, så det er omkring...
En 1/10 af lysets hastighed.
.1C.
Så det er omkring 30.000 kilometer i sekundet, ikke?
- Korrekt. - Tak.
Jeg er faktisk ret tilfreds med mine matematikevner her,
fordi jeg var under pres...
Så denne galakse er
halvanden milliard lysår væk
fra Mælkevejen,
og den... Fra de rødforskydninger vi udarbejdede
bevæger den sig væk fra os med 1/10 af lysets hastighed,
hvilket betyder, at den bevæger sig væk med tre...
Ved, undskyld, 30.0000 kilometer i sekundet.
Videnskab.
Da han havde beregnet galaksens hastighed,
begyndte Hubble at måle, hvor langt væk den var.
Da Hubble havde begge sine opmålinger, kunne han begynde at plotte dem
på en graf, der viste hastighed mod distance.
Han havde lavet 46 forskellige opmålinger,
og da han satte dem på grafen, opdagede han et mønster komme frem.
Han kunne trække en linje gennem alle disse punkter.
Hvert af dem er en individuel galakse.
Han opdagede en forbindelse mellem hastigheden
og en galakses distance.
Faktisk jo længere væk den var, jo hurtigere bevægede den sig væk fra os.
I et stabilt univers
skulle galaksers hastighed vise sig tilfældige.
Du ville ikke forvente et klart forhold
mellem en galakses distancen og dens hastighed.
Hubbles graf viste, at universet udvidede sig,
hvilket havde omfattende betydning for idéen
om en begyndelse for universet.
Hvad dette betyder, er, at det ikke bare er sådan,
at galakserne bevæger sig væk fra os og fra hinanden,
men hvis man kunne skrue tiden tilbage,
ville der have været engang, hvor alt var presset sammen
på det samme sted.
Her var endelig den første observation, det første stykke bevis,
at Lemaitres idé om et tilblivelsesøjeblik
af et univers, som blev udviklet fra et Big Bang, nok er korrekt.
Takket være Hubbles arbejde,
blev George Lemaitre, den ukendte belgiske præst,
teoretikeren uden behørige internationale anbefalinger.
Manden, hvis fysik Einstein kaldte for modbydelige,
forsinket dybt anerkendt
for sin modige teori.
Mest bemærkelsesværdigt
ændrede fysikkens største navn sin holdning til hans revolutionære idéer.
I 1931 i et besøg hos Hubbles observatorium
støttede Einstein offentligt modellen om at udvidende univers.
"Rødforskydningen af fjerne stjernetåger
har smadret min gamle konstruktion som et hammerslag," sagde han.
Einstein droppede den kosmologiske konstant.
Han skrev endda til Lemaitre:
"Siden jeg introducerede begrebet,
har jeg haft dårlig samvittighed.
Jeg kan ikke tro, at sådan en grim ting
skulle blive realiseret i naturen."
Det må have været en ret stor tilgivelse for Lemaitre,
som praktisk talt havde været smidt ud til det videnskabelige vildnis,
var han nu solidt i centrum af en kosmologisk revolution.
Idéen om et Big Bang begyndte endelig at blive accepteret.
Men på trods af Einsteins godkendelses- stempel og Hubbles observationer
var argumentet langt fra færdigt.
Der var stadig betragtelige indvendinger,
hvis idéen om et Big Bang skulle blive bredt accepteret.
En videnskabelige teori om tilblivelse
handler ikke bare om at forklare universets udvidelse.
Der er meget mere markante problemer at løse.
Problemet var,
at Big Bang stillede ligeså mange spørgsmål, som det besvarede.
Som om universet var brudt ud fra et enkelt punkt,
hvor kom alt det stof fra?
For at gå videre skulle Big Bang-teorien forklare,
hvordan stof selv var blevet formet.
Før dette kunne blive besvaret,
er vi nødt til at vide, hvad universet er lavet af.
De elementære byggesten.
Og at udarbejde det krævede en ufattelig indsigt
af en markant kvinde.
Cecilia Payne.
Hun studerede på Cambridge Universitet,
men havde ikke fået en grad, fordi, tja, hun var en kvinde.
Så for at fortsætte sine studier
skulle hun tage til et mere oplyst sted.
Hun forlod England for Amerika
og det var der, hun afslørede universets sammensætning.
Hvis du skulle spørge en, hvad de mest elementære elementer var,
ville den atmosfæriske videnskabsmand måske sige nitrogen.
Det er alligevel mere end 3/4 af atmosfæren.
Geologer ville måske sige kisel eller jern eller oxygen,
hvilket lyder meget mærkeligt, og Jord-centreret
og virkelig ret snæversynet.
Astronomer tænkte, det var bedre at kigge på Solen.
Hvilket giver mening, da det meste vi ser,
når vi kigger på kosmos, er stjerner.
De første forsøg på at analysere solens sammensætning,
blev gjort med et setup som dette.
Ikke helt præcist.
Dette er et avanceret solteleskop fra det 21. århundrede.
Men den grundlæggende idé var præcis den samme.
VAKUUMTÅRN SOLTELESKOP: TENERIFE
Den grundlæggende idé er meget simpel.
Solens lys bliver reflekteret fra dette spejl her
op til et andet spejl.
Hvor det springer ned gennem toppen af tårnet
hele vejen ned til bunden 10 etager nede,
hvor det bliver fokuseret og splittet i et spektrum
og analyseret.
Dette er solteleskopets kontrolrum.
Teleskopets base er derovre.
Og her, har jeg et livebillede af Solen.
Og det jeg har her, er en zoomet sektion
af det spektrum af lyset, der kommer fra solen.
Det er i sort og hvid,
men det svarer faktisk til den grønne del af spektrummet.
Og disse tykke mørke linjer svarer til elementet, jern.
De fortæller os, at der er jern i solen.
Her har jeg spektrummet meget mere detaljeret,
og disse to linjer
svarer til disse dyk i optagelses-spektrummet
ved meget specifikke bølgelængder.
Dette er jern.
Hvis jeg kigger på forskellige dele af spektrummet,
kan jeg også se andre elementer.
Dette store dyk her er hydrogen.
Disse to repræsenterer oxygen,
og denne her svarer til elementet magnesium.
Alle disse dyk og linjer i spektrummet,
indikerer tilstedeværelsen af disse elementer i solens atmosfære.
Et fingerpeg om solens sammensætning.
For en geolog er disse elementer alle meget bekendte.
Det ser ud til, ved første øjekast,
at solen er lavet af det samme som jorden.
At solen bare er en meget varm sten.
Og sådan ville det have været,
hvis det ikke havde været for Cecilia Paynes indsigt.
Hun indså, at spektrograferne blev påvirket af processer
i solens atmosfære.
Disse ville fordreje den åbenbare hyppighed af elementer,
som udgør solen.
Hun genberegnede den relative hyppighed af elementerne
og opdagede, at solen var sammensat næsten helt af kun to elementer,
hydrogen og helium.
Alle de andre elementer, kulstof, oxygen, natrium, jern
som fik solen til at ligne jorden så meget,
beløb sig til en meget lille del af dens sammensætning.
Da hun først præsenterede dette resultat,
blev det betraget som umuligt.
Faktisk, da hun skrev sit arbejde ned,
blev hun overtalt til at skrive kommentaren:
"Disse beregnede hyppigheder af hydrogen og oxygen
var næsten med sikkerhed ikke sande."
Idéen blev først accepteret fire år senere,
da en leder af et anerkendt observatorium,
kom til den præcis samme konklusion ved andre metoder.
Ironisk nok var denne leder den samme mand,
som havde afvist Paynes arbejde som helt klart umuligt.
Paynes afsløring om forholdet af hydrogen og helium
blev opdaget til at være påfaldende konsekvent for nærmest alle stjerner.
Det ledte til en stor konklusion.
Universet er domineret af bare to elementer.
De mest simple og letteste elementer,
hydrogen og helium.
Sammen er de mere end 98% af alt stof i universet.
Alle de andre elementer, som er så vigtige for os,
som kulstof, oxygen, jern, beløber sig til mindre end 2%.
Så nu var udfordringen for tilhængere af Big Bang-teorien,
meget mere klar og simpel.
Kunne Big Bang-teorien forklare
tilblivelsen og de observerede forhold af hydrogen og helium fundet i stjernerne?
Men for at besvare dette,
ville det kræve et fundamentalt skifte.
I stedet for at betragte universets næsten uendelige vidtstrakthed,
var det nødvendigt at betragte
den uendeligt lille verden et atom er,
og det krævede ikke en astronom,
men en helt anden slags fysiker.
George Gamow var en russisk atomfysiker
og en entusiastisk advokat for Big Bang-idéen.
Han vendte sin opmærksomhed mod universets tidligste øjeblikke.
Her følte han, at svaret til universets sammensætning lå.
Det var der, hvor han mente, at hydrogen og helium først blev skabt,
og han foreslog, at det ville være sket meget hurtigt
efter universets fødsel.
Han begyndte at bygge en matematisk model af de tidligste stadier af universet.
Han tænkte på universet med hensyn til sekunder og minutter
i stedet for milliarder af år.
Og han rekrutterede en ung protegé.
Denne fyr, Ralph Alpher, til at hjælpe ham.
Efter års hårdt arbejde, nogle, som ifølge Alpher,
blev hjulpet til ved kraftigt drikkeri på en bar,
præsenterede de deres idé.
Ved at spole universet tilbage
var det klart for dem, at der ville have været en gang,
hvor det tidlige univers var ufatteligt kompakt og fænomenalt varmt.
Ved dette stadie,
som de beregnede til at være bare tre minutter efter Big Bang,
ville universet have været så varmt, at ikke engang atomer kunne eksistere.
Kun deres grundlæggende dele.
En slags super-varm ur-suppe
af protoner, neutroner og elektroner.
De gav det endda supernavnet "Ylem" fra et gammelt engelsk ord for "stof."
Så kom det kritiske øjeblik.
Et tidspunkt, hvor betingelserne var korrekte
for de første elementers kerne til at blive skabt.
På kort tid,
hvilket de estimerede til at være mindre end 50 minutter,
samledes hydrogenkerne-protoner
for at forme helium i en nuklear fusionsproces.
Udover dette matchede forholdene af hydrogen og helium,
som deres model havde varslet, det der var blevet målt i stjernerne.
De annoncerede deres resultat i en afhandling offentliggjort i 1948.
Men Gamow tilføjede endnu en forfatter til afhandlingen.
Den berømte atomfysiker, Hans Bethe, som ikke havde noget at gøre med arbejdet.
Gamow tilføjede hans navn for sjov.
Han tænkte, det ville være et godt videnskabeligt ordspil,
fordi afhandlingens forfattere nu var, Alpher, Bethe og Gamow.
Den unge Alpher var dog
ikke særlig tilfreds med at dele æren med en, som ikke havde lavet noget.
Ifølge historien var forsoningen,
at Gamow producerede en flaske Cointreau til Alpher,
men hvor der stod "Ylem" på etikken i stedet.
Muligheden for at lave beregninger,
som forklarede stofs tilblivelse i de første minutter efter et Big Bang,
var bemærkelsesværdige i sig selv.
Men der var en meget væsentlig forudsigelse,
som viste sig fra deres arbejde.
En forudsigelse, som havde potentialet til at levere beviset,
for at universet var begyndt med et Big Bang.
Alpher fortsatte med at studere det tidlige udviklende univers,
ved at fokusere på hvad der så skete.
Han forestillede sig en sydende tåge ved dette stadie
af frie elektroner og atomare kerner.
Så faldt det til en kritisk temperatur.
En temperatur kold nok for elektroner
til at klynge sig til hydrogens og heliums kerner.
Ved dette præcise punkt blev lys udledt til at rejse frit gennem universet.
Det første tilblivelseslys.
Dette havde måske bare forblevet en akademisk kuriositet,
hvis det ikke havde været for Alphers indsigt.
Ser ud, han indså, at dette lys fra universets begyndelse
stadig skulle nå os nu
efter milliarder af år.
Meget svagt, meget vagt, men observerbart i alle retninger.
Han beregnede, at universets udvidelse
skulle strække dette lys' bølgelængde
udover rækkevidden af det synlige spektrum
og skulle nu ankomme som mikrobølgestråler.
Så find denne forudsete gamle mikrobølgesignatur,
og det vil bevise ikke bare teorien om en tidlig udvikling af universet,
men hele Big Bang-teorien.
Simpelt.
Problemet var, at dette var de sene 40'ere,
og ingen havde nogen måde til at opfange et så svagt signal.
Syretesten blev stille glemt.
Støtter af Big Bang havde nu forudsigelsen og observationen
af et udvidende univers.
Og en teori for, hvordan elementer blev skabt de første få minutter
efter Big Bang.
Men uden det afgørende bevis for dette,
om at argumentet for at Big Bang-teorien var korrekt
buldrede videre.
Modstanderne af Big Bang
fortsatte med at justere og afstemme deres teorier,
for at få deres idé om et evigt og uendeligt univers
til at passe til de nye observationer.
Det videnskabelige samfund var stadig ret ligeligt splittet.
Endegyldigt bevis for Big Bang-teorien
ville først vise sig omkring 15 år senere.
Det ville blive afsløret ret uventet
af to unge radioingeniører.
I 1964 opdagede Amo Penzias og Robert Wilson,
det er Penzias til højre,
noget så betydningsfuldt, at det gav dem Nobelprisen.
Dette teleskop er dedikeret til at studere deres tilfældige opdagelse.
I 1964 arbejdede Penzias og WIlson på Bell Laboratorierne i USA,
hvor de fik dette,
et bizart og forældet stykke udstyr at lege med.
Det lignede en enorm øretragt.
Men da de tændte deres teleskop,
fandt de ud af, at himlen var fyldt med mikrobølgestråling.
Alle varme objekter afgiver mikrobølgestråling,
om det er fra atmosfæren eller fra instrumentet selv,
og vore dages mobile kommunikation, fyldte selvfølgelig himlen op med det.
Så før de kunne lave nogle brugbare målinger,
skulle de kalibrere deres tragtantenne for at se, om de kunne reducere denne støj.
Selv efter at have gjort rede for atmosfæren og instrumentbrugen,
selvfølgelig var der ingen mobiltelefoner at bekymre sig om dengang,
var der stadig en vedvarende og dybt irriterende baggrundsstøj.
Det blev registreret på deres instrument
som en stråling, med en konstant temperatur på tre grader over absolut nul,
en mikrobølgehvislen
som de ikke kunne komme af med, uanset hvor meget de prøvede.
Endnu mere irriterende for dem
var det faktum, at det lod til at være overalt,
hvor de pegede deres himmelske øretragt.
De var ved at give op, da Penzias deltog i et møde,
hvor han forsigtigt nævnte dette irritament for en kollega.
Et par uger senere, ringede den selvsamme kollega til ham
og sagde, at han kendte nogle forskere på Princeton,
som ledte efter lige præcis sådan et signal.
Uforvarende var Penzias og Wilson faldet over denne forudsete stråling,
Alphers lyseksplosion fra den tidlige udvikling af universet.
Her var endelig bevis for Big Bang-teorien.
Det er ret bemærkelsesværdigt at tænke, at denne mikrobølgestråling
har rejst over de fjerneste egne af rummet,
fra 13,8 milliarder år siden
da det første lys fra Big Bang blev udløst.
Som Penzias selv sagde, når man går udenfor,
får man lidt varme fra Big Bang på ens hovedbund,
og ja, jeg føler det nok lidt mere end andre.
Næsten 40 år efter, at Lemaitre havde hævdet det,
var idéen om Big Bang
endelig ankommet som en videnskabelig hovedtendens.
Men opdagelsen af denne kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling,
KMB, og beviset på, Big Bang-teorien selv
er ikke vores histories slutning.
Vi har gransket de første få minutter efter Big Bang,
og udover dette ligger et nyt grænseområde af viden.
Der er stadig meget store spørgsmål at løse
omkring begyndelsen af universet.
Spørgsmål som, hvor kom al det stof fra,
og hvordan får man noget ud af ingenting?
Svarerne til disse spørgsmål ligger længere tilbage,
gemt bag KMB's tæppe.
Hemmelighederne ligger i det oprindelige univers,
indenfor de første sekunder af dets eksistens.
Det er her kanten for vores forståelse nu ligger,
og det er her videnskabsfolk fokuserer deres indsats,
ikke ved at kigge på himlen, men her
på grænsen mellem Schweiz og Frankrig,
mere specifikt, på CERN,
med den største partikelaccelerator i verden,
Large Hadron Collider eller LHC.
ALICEDETEKTOR: CERN
Nu undrer du dig måske over, hvad en partikelaccelerator har at gøre
med det tidlige univers,
fordi forbindelsen mellem disse to er langt fra indlysende.
Det man skal huske er, at da universet var meget ungt,
var det også meget mindre.
Og derfor var alt stof, alt som stjernerne,
galakserne, sorte huller var skabt af, alt skulle være indsnævret
på et meget mindre sted.
Ved dette stadie var universet fænomenalt varmt,
og mere væsentligt var dens energidensitet meget høj.
Det var der, det første stof blev eksisterende.
LHC kan endnu ikke genskabe denne proces,
men den kan tillade os at studere egenskaberne
på disse grundlæggende partikler.
En gang om året stopper LHC dens normale arbejde
med at lade stråler og protoner kollidere
og bruger i stedet meget mere massive partikler,
til at skabe kollisioner med energier, der er mere end 80 gange højere,
end det som bliver produceret fra to protoner.
De gør dette ved at accelerere blyatomer,
hvor alle elektroner er fjernet,
op til hastigheder tæt på lysets og klaske dem sammen,
og det lader os se noget meget særligt.
Kollisionerne er så intense,
at det i et øjeblik vil skabe noget unikt,
en verden ikke af atomer eller endda neutroner eller protoner,
men af kvarker, gluoner og leptoner,
eksotisk navngivne partikler, som kom sammen for at forme atomer
i det første milliontedel af et sekund efter Big Bang,
og som har været låst væk lige siden.
Dernede, under denne blyafskærmning,
er vi ved at genskabe et stadie i universets udvikling
kaldet kvark-gluon-plasmaet.
Dette er øjeblikket lige før kvarkerne blev fanget af gluonerne,
for at skabe protoner og neutroner,
som selv vil skabe atomkerner.
Den frase vi normalt bruger er: "Kvarkernes fødsel."
For at udvikle den nødvendige energi,
bliver blykernen passeret gennem en kæde af mindre acceleratorer,
der gradvist får energien til at stige,
indtil de endelig kommer ind i den største accelerator på jorden,
LHC'en.
Den maksimale energi en stråle kan opnå,
er direkte relateret til størrelsen på acceleratoren,
og LHC har en omkreds på 27 kilometer.
Det betyder, at strålerne her
kan opnå en energi på 1.000 tera-elektronvolt.
Det er faktisk mindre, end du måske forestiller dig,
fordi det er den samme energi, som en flue der rammer en rude,
men den kritiske forskel her, er, at energien er koncentreret.
Det er energidensiteten, som er vigtig.
LHC kan presse al den energi
ned til et et sted, som er mindre end en billiontedel af et enkelt atom.
Det er noget, som ikke kan ske noget andet sted i det kendte univers.
De to stråler blykerner rejser gennem ringen
i modsat retning.
De mødes dybt nede under dette kontrolrum ved detektoren.
Vi kan se live-billederne fra detektoren på denne skærm.
De rejser under os nu
med en hastighed på 99.9998% af lysets hastighed.
Det betyder, at de rækker den fulde omkreds af ringens 27 kilometer
mere end 11.000 gange i sekundet.
Når strålerne når maksimum energi,
og vi kan se deroppe, at der står: "Ion Fysisk: Stabile Stråler,"
det betyder, at de kan krydses,
ligesom i Ghostbusters.
Ved dette stadie vil en lille fraktion af blykernen kollidere
og skabe en super varm, super tæt ildkugle
med en temperatur på 400.000 gange varmere end centrum af solen,
og en densitet, som ville være lig med at presse
hele Mont Blanc ned til størrelsen på en vindrue.
Det ligner et fantastisk billede der. Kan du fortælle mig, hvad vi ser?
Det er utroligt, ikke?
Det er bogstaveligt talt tusinder
af partikler og antistof-partikler, som flyver ud.
- Det har fået følger af eksplosionen. - Ja.
Så de farvede partikelspor her er ikke kvarkerne og gluonerne,
men bevis for kvark-gluon-plasma skabt af kollisionen.
Vi må udlede dets egenskaber ved at kigge på de rester, der flyver ud.
Det er lidt ligesom at se på, hvordan et fly virker
ved at kigge på et flys vragrester,
det er det, vi ser.
Det jeg synes er fantastisk, er at det vi gør her,
er at prøve at genskabe det øjeblik i det tidlige univers.
Hvor kvarker og gluoner alle var frie til at flyde rundt,
fordi energien var så høj og så blev det kølet ned og de hang sammen,
Du gør det modsatte, vi begynder med normal stof,
klasker det sammen
og går tilbage til det ikke-trangte rum, det plasma.
Jeg kan godt lide at tænke det som en tidsmaskine,
vi skruer faktisk tiden tilbage,
og det er den eneste måde, vi kan studere frie kvarkers egenskaber,
fordi disse kvarker har været indespærret i partikler som protoner og neutroner
i 13,8 milliarder år.
Det er ret utroligt, ikke?
Endelig efter 13,8 milliarder år, kan I sætte disse kvarker fri,
selvom det kun er en brøkdel af et sekund.
Ja.
Selvom vi stadig ikke ved, hvordan stof blev eksisterende,
tillader det os, ved at studere disse kollisioner,
at lave de foreløbige første skridt til denne opdagelse.
Hvad vi lige har været vidne til er de tidligste stadier af universet,
som alle, hvor som helst, har haft mulighed for at observere.
Det er det tætteste, vi er kommet på Big Bangs øjeblik,
og lad se det i øjnene, det er ikke dårligt,
en milliontedel af et sekund efter Big Bang.
Selvom vi er gået så lang tid tilbage i tiden,
så efterlader det stadig fysikken med ubesvarede spørgsmål.
Længere end dette, hvor nogle af de dybere mysterier
af universet gemmer sig.
Hvordan de fire grundlæggende kræfter, som binder stof sammen,
tyngdekraften, elektromagnetismen og de nukleare kræfter,
er forbundet til hinanden.
Hvordan partiklerne, som skabte stof
fortættet af en energitåge,
hvordan masse bliver skabt fra kraften, som binder protoner og neutroner sammen,
og hvordan universet selv
gennemgik en ekstrem hurtig udvidelse
på en milliard, milliard, milliard, milliardtedel af et sekund,
til at skabe kosmos struktur.
I øjeblikket har vi ingen måde til at observere nogen af disse fænomener.
Dette er abstrakt teoris og spekulations rige.
Hvis vi nogensinde skal genskabe dette tidlige stadie
af universets udvikling,
er vi nødt til at skabe væsentlig højere energier.
For at sige det rent ud, skal vi bygge et endnu større kollisionskammer,
og det er et problem, og det er ikke kun på grund af prisen,
selvom den ville være ekstrem dyr.
Nej, det er at finde stedet at bygge den.
Husk, da jeg sagde, at energien
var relateret til acceleratorens omkreds?
LHC'en under mig
har en omkreds på 27 kilometer.
Det går under Jura-bjergene,
og spænder over både Frankrig og Schweiz.
Hvis vi skal kigge tilbage og observere universet ved dette tidligste stadie,
så skal vi bygge en accelerator,
der har en omkreds større end Plutos kredsløbsbane.
Oversat af: Mads Cunha Vestergaard