Grenseløst univers

Big Bang gir oss det tilsynelatende ubesvarbare spørsmålet om hva som skjedde på forhånd. Hawking har kanskje ikke funnet svaret, men han fant en plausibel vei utenom det.

Universet har ikke eksistert evig, det ble født. For 13,82 milliarder år siden spontanoppsto all materie og alt rom, til og med tiden, i en kolossal ildkule vi kaller Big Bang. Ildkula begynte å utvide seg, og etter hvert som restene kjølnet, koagulerte de til galakser – enorme øygrupper av stjerner. Vår egen Melkeveien er en av disse gruppene, og etter beregningene finnes det to billioner andre. Dette er Big Bang-teorien i et nøtteskall.

Det finnes overveldende mange tegn som tyder på at universet simpelthen dukket fram fra intet, som en kanin opp av en tryllekunstners hatt. Hadde det ikke vært så mye som støttet den teorien, ville fysikerne gladelig ha forkastet den som rent vanvidd. Men de ble høyst motstrebende tvunget til å godta teorien om et Big Bang, og det er ikke vanskelig å forstå hvorfor de kviet seg. Om vi godtar at Big Bang skjedde, må vi forholde oss til det vemmelige spørsmålet om hva som skjedde før Big Bang.

I de senere år har mange kosmologer begynt å tro at vårt eget Big Bang-univers bare er ett av utallige andre, og at universer oppstår som skumbobler i et enormt hav av inflatorisk vakuum. Inflatorisk vakuum er noe underlig som ekspanderer fortere og fortere og sender stadig flere Big Bang-universer inn i en grenseløs framtid. Og dette ga teoretikerne håp. Hvis inflasjonen er evigvarende og aldri ender, har den kanskje ikke hatt noen begynnelse heller? Dessverre er teoretikernes håp blitt knust. Visstnok kan ikke engang inflasjonen ha pågått evig. Igjen møter vi det leie spørsmålet om hva som skjedde før Big Bang.

Stephen Hawking refererte til dette problemet i en anekdote han fortalte på første side av A Brief History of Time. En velkjent vitenskapsmann – som Hawking sier kan ha vært Bertrand Russell – holdt foredrag om vårt nåværende bilde av universet. Han beskrev hvordan Jorda kretser rundt Sola, og hvordan Sola i sin tur kretser rundt sentrum av en enorm stjernesamling som vi kaller galaksen vår. Etter foredraget reiste en gammel dame seg bakerst i salen. «Professor», sa hun, «det du har snakket om er noe ordentlig tull. Alle vet at Jorda ligger på ryggen av en skilpadde.»

«Ålreit», sa Russell tålmodig. «Men hva står skilpadda på?»

«Å, du skal ikke få sette meg fast der, professor!» svarte den påståelige dama. «Det er skilpadder helt til bunns!»

Å vende tilbake til en uendelig rekke av «hva skjedde før det»-spørsmål kan virke uunngåelig, men tidlig på 1980-tallet fant Stephen Hawking en måte å unngå det på, utrolig nok. På den tiden samarbeidet han med en annen fysiker som het Jim Hartle ved University of California i Santa Barbara.

Hawking og Hartle var fullt klar over at Einsteins tyngdekraftteori forutsa en meningsløs singularitet ved universets begynnelse. Hvordan kunne de unngå det når det var Hawking selv, i samarbeid med Roger Penrose, som hadde vist at en slik

«Å vende tilbake til en uendelig rekke av ‘hva skjedde før det’ -spørsmål kan virke uunngåelig»

singularitet var uunngåelig, og at den generelle relativitetsteorien derfor brøt sammen? Mer om dette i det tidligere kapitlet om singulariteter.

I de tidligste øyeblikkene av Big Bang var universet mindre enn et atom, og kvanteteorien var læren som på en svært vellykket måte beskrev den submikroskopiske verdenen. Derfor trodde de fleste fysikere at hvis vi noen gang skulle forstå universets fødsel og hvor det kom fra, måtte vi finne en kvanteteori for tyngdekraften.

Kvanteteorien sier at alt som er mulig å vite om en ting, for eksempel et atom, ligger innkapslet i et matematisk uttrykk som vi kaller en bølgefunksjon. Hawking og Hartle prøvde derfor å skrive ned en bølgefunksjon som representerte hele universet.

Svært raskt gjorde de en oppsiktsvekkende oppdagelse. Einsteins tyngdekraftteori kan omformuleres slik at den ikke beskriver tre romdimensjoner og én tidsdimensjon, men derimot tre romdimensjoner og en dimensjon som gjelder imaginær tid. Imaginær tid er et merkelig matematisk begrep, men kjernepunktet er at det oppfører seg akkurat som rom. Nå kunne Hawking og Hartle demonstrere at bølgefunksjonen av universet, som i dag eksisterer i rom og tid, kan ha begynt bare i rom.

Konsekvensen av dette er at Big Bangsingulariteten som forutsies i Einsteins teori bare eksisterer i tid, og fjerner vi tiden, fjernes automatisk singulariteten. Teorien sprekker ikke med et smell slik som Einsteins tyngdekraftteori. Men det viktige er at spørsmålet om hva som skjedde før Big Bang, blir som å spørre hva som befinner seg nord for Nordpolen. Og det blir meningsløst, selvfølgelig. Med denne såkalte grenseløse betingelsen hadde Hawking og Hartle unngått spørsmålet om hva som skjedde før Big Bang. Det fantes ikke noe «før», for et «før» eksisterer bare i tid.

Med andre ord ga det ingen vitenskapelig mening å spørre hva skilpadda sto på.

«I de tidligste øyeblikkene av Big Bang var universet mindre enn et atom, og kvanteteorien var læren som beskrev det»