Tirsdag 6. mai besøker professor Hitoshi Muruyama Institutt for teoretisk astrofysikk for å holde årets Rosselandforlesning.
Muruyama er kjent som en fremragende foredragsholder og popularisator. Temaet er intet mindre enn vårt kosmiske opphav.
Big Bang-modellen
Observasjoner, de første gjort av Edwin Hubble (1889-1953) i 1929, viser at avstandene mellom fjerne galakser øker med tiden. Jo fjernere de er, desto raskere er de på vei vekk fra oss. Det betyr at galaksene en gang var mye nærmere hverandre enn de er nå.
Går vi langt nok tilbake i tid, forteller teorien oss at det ikke fantes galakser, men at universet besto av en varm suppe av materiens minste byggesteiner, elementærpartiklene.
Modellen som beskriver hvordan denne suppen utviklet seg til å bli det universet vi observerer i dag, er kjent som Big Bang-modellen.
Det minste og det største henger sammen
Fysikkens lover er ligninger som forbinder tilstanden til et system ved ett tidspunkt med tilstanden ved et tidligere tidspunkt. Universets tilstand i dag er bestemt av forholdene i begynnelsen.
Siden Big Bang-modellen forteller oss at universet i sine tidlige faser besto av elementærpartikler, må egenskapene til stjerner, galakser, og alt annet vi ser rundt oss være bestemt av hvilke partikler som fins og kreftene som virker mellom dem. At de minste byggesteinene og de største strukturene er nært knyttet til hverandre er kanskje det mest fascinerende fysikken har lært oss.
Mye vi ikke vet
Selv om Big Bang-modellen nå støttes av en stor mengde observasjoner, fins det flere hull i vår forståelse av universets utvikling.
Mørk materie
Et av hullene er den mørke materien. Egenskapene til galaksene og deres fordeling i rommet kan ikke forklares uten å postulere at det finnes masse som bare kan «ses» via tyngdekreftene den utøver på synlig materie. Vi vet ikke så mye mer om den mørke materien enn at den ikke kan bestå av noen av de kjente elementærpartiklene.
Mørk energi
Astrofysikere forstår heller ikke hva det er som får universet til å utvide seg raskere nå enn det gjorde tidligere. Da økningen i utvidelseshastighet ble påvist for første gang i 1998, kom det overraskende på de fleste. Tyngdekraften mellom galaksene er, trodde vi, tiltrekkende. Dermed burde den bremse deres bevegelser vekk fra hverandre, og utvidelsen burde foregå i et avtagende tempo. At det motsatte er tilfellet blir tolket som at det finnes en kilde til frastøtende tyngdekraft i universet. Den kalles mørk energi, men ingen vet hvor den kommer fra.
Strukturdannelsens historie i Universet: nesten 14 milliarder års utvikling oppsummert. Klikk på bildet for større versjon. Bilde: ESA – C. Carreau
Hvordan begynte det?
Et tredje mysterium er hvordan universet begynte å utvide seg. En mulighet er at universet veldig, veldig tidlig var dominert av en energi som fikk rommet til å utvide seg eksponentielt raskt. Denne hypotesen kalles kosmisk inflasjon. Den 18. mars i år fikk ideen viktig empirisk støtte fra observasjoner gjort med BICEP2-teleskopet på Sydpolen. De viste et mønster i den eldste strålingen i universet, den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, som er fingeravtrykket til inflasjon. Dersom observasjonene blir bekreftet, har vi fått et vindu inn til en ekstremt tidlig fase i universets historie.
Spennende forelesning
Forbindelsene mellom det minste og det største, elementærpartiklene og universet, betyr at eksperimenter i partikkelfysikk kan øke vår forståelse av universets utvikling, og at kosmologiske observasjoner kan lære oss om naturens minste byggesteiner. I foredraget sitt vil Muruyama fortelle mye mer om alt dette.
Er du nysgjerrig, bør du møte opp på årets Rosselandforelesning.