Vad hände innan Big Bang?

Big Bang anses ofta vara början på allt: För 13,8 miljarder år sedan gick det observerbara universum bom och utvidgades till att vara.

Men hur var saker innan Big Bang?

Kort svar: Vi vet inte. Långt svar: Det kunde ha varit mycket saker, varje sinnesböjning på sitt sätt. [Hur massiv är mjölkvägen?]

I början

Det första att förstå är vad Big Bang faktiskt var.

"Big Bang är ett ögonblick i tid, inte en punkt i rymden," sade Sean Carroll, en teoretisk fysiker vid California Institute of Technology och författare till "The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself" (Dutton, 2016).

Därför är det möjligt att universumet vid Big Bang var småfittigt eller oändligt stort, sa Carroll, för det finns inget sätt att titta tillbaka i tiden på de saker vi inte ens kan se idag. Allt vi verkligen vet är att det var väldigt, väldigt tätt och att det mycket snabbt blev mindre tätt.

Som en följd av detta finns det verkligen inget utanför universum, eftersom universumet per definition är allt. Så vid Big Bang var allt tätare och hetare än nu, men det fanns inte mer en "utanför" av det än det är idag. Så frestande som det är att ta en gudlik uppfattning och föreställa sig att du kan stå i ett tomrum och titta på det klippta babyuniverset precis före Big Bang, det skulle vara omöjligt, sa Carroll. Universum expanderade inte ut i rymden; rymden i sig utvidgades.

"Oavsett var du befinner dig i universum, om du spårar dig själv tillbaka 14 miljarder år, kommer du till denna punkt där det var extremt hett, tätt och snabbt expanderande," sade han.

Ingen vet exakt vad som hände i universumet förrän en sekund efter Big Bang, då universum svalnade tillräckligt för att protoner och neutroner skulle kollidera och hålla sig ihop. Många forskare tror att universum genomgick en process med exponentiell expansion som kallas inflation under den första sekundet. Detta skulle ha utjämnat rymdtidens tyg och kan förklara varför materien är så jämnt fördelad i universum idag.

Innan pallen

Det är möjligt att universumet före Big Bang var en oändlig sträcka av ett ultrahott, tätt material, kvarstår i ett stabilt tillstånd tills Big Bang av någon anledning inträffade. Detta extra täta universum kan ha styrts av kvantmekanik, fysiken i extremt liten skala, sa Carroll. Big Bang, då, skulle ha representerat det ögonblick som klassisk fysik tog över som den viktigaste drivkraften för universumets utveckling. [Vad är kvantmekanik?]

För Stephen Hawking var detta ögonblick allt som betydde: Innan Big Bang, sade han, är händelser omöjliga att mäta och därmed odefinierade. Hawking kallade detta förslaget utan gränser: Tid och rum, sade han, är begränsade, men de har inga gränser eller utgångs- eller slutpunkter, på samma sätt som planeten Jorden är begränsad men har ingen kant.

"Eftersom händelser före Big Bang inte har några observativa konsekvenser, kan man lika gärna skära dem ur teorin och säga att tiden började vid Big Bang," sade han i en intervju på National Geographic-showen "StarTalk" 2018.

Eller kanske var det något annat innan Big Bang som är värt att fundera över. En idé är att Big Bang inte är tidens början, utan snarare att det var ett ögonblick av symmetri. I denna idé, före Big Bang, fanns det ett annat universum, identiskt med det här men med entropi som ökade mot det förflutna istället för mot framtiden.

Ökande entropi, eller ökande störning i ett system, är i huvudsak tidens pil, sa Carroll, så i detta spegelunivers skulle tiden gå motsatt till tiden i det moderna universum och vårt universum skulle vara i det förflutna. Förespråkare för denna teori antyder också att andra egenskaper hos universum skulle vändas i detta spegelunivers. Till exempel skrev fysiker David Sloan i University of Oxford Science Blog, asymmetrier i molekyler och joner (kallad kiraliteter) skulle vara i motsatta riktningar till vad de är i vårt universum.

En relaterad teori hävdar att Big Bang inte var början på allt, utan snarare ett ögonblick i tiden då universum växlade från en period av sammandragning till en period av expansion. Denna "Big Bounce" -uppfattning antyder att det kan finnas oändliga Big Bangs när universum expanderar, kontrakterar och expanderar igen. Carroll sa att problemet med dessa idéer är att det inte finns någon förklaring till varför eller hur ett expanderande universum skulle sammandras och återgå till ett lågt entropitillstånd.

Carroll och hans kollega Jennifer Chen har en egen vision före Big Bang. 2004 föreslog fysikerna att kanske universumet som vi känner det är avkomman till ett föräldraunivers från vilket lite rymdtid.

Det är som en radioaktiv kärna som förfaller, sade Carroll: När en kärna sönderfall spottar den ut en alfa- eller beta-partikel. Föräldraruniverset kunde göra samma sak, utom i stället för partiklar, spottar det ut babyunivers, kanske oändligt. "Det är bara en kvantfluktuation som låter det hända," sade Carroll. Dessa babyunivers är "bokstavligen parallella universum", sa Carroll och interagerar inte med eller påverkar varandra.

Om allt låter ganska trippy, så är det - eftersom forskare ännu inte har ett sätt att kika tillbaka till till och med ögonblicket för Big Bang, mycket mindre vad som kom före det. Men det finns utrymme att utforska, sa Carroll. Upptäckten av gravitationsvågor från kraftfulla galaktiska kollisioner 2015 öppnar möjligheten att dessa vågor kan användas för att lösa grundläggande mysterier om universums expansion under den första avgörande sekunden.

Teoretiska fysiker har också arbete att göra, sa Carroll, som att göra mer exakta förutsägelser om hur kvantkrafter som kvanttyngdkraft kan fungera.

"Vi vet inte ens vad vi letar efter," sa Carroll, "tills vi har en teori."

• Varför roterar jorden?
• Hur fick Vintergatan sitt namn?
• Svarta hål är fantastiska. Varför är deras namn vanligtvis så tråkiga?

Ursprungligen publicerad den .