Jeg er en ganske veloppdratt person. En lærdom jeg har fått med meg hjemmefra, er betydningen av å møte presis til avtaler. I store deler av mitt voksne liv har jeg tatt budet «Du skal ikke komme for sent» så alvorlig at jeg har tilbrakt et betydelig antall minutter med å vente. Med økende alder og kynisme har jeg innsett at det av og til kan være greit å komme for sent.

Men det er en hendelse jeg skulle ønske at jeg ikke hadde kommet for sent til: Big Bang, begynnelsen på universet. Fordi ingen hadde mulighet til å få med seg hva som hendte da materie, rom og tid angivelig oppsto, er vi henvist til å rekonstruere hendelsen ut i fra det vi kan se rundt oss i dag. Selv om vi har funnet ut ganske mye, er det fremdeles mye som er usikkert. For eksempel om Big Bang virkelig var begynnelsen.

Mange har fått med seg at målinger angivelig viser at universet er 13,7 milliarder år gammelt. Hvis modellen dette tallet er basert på er riktig, vil universet fortsette å eksistere og utvide seg i all evighet. Dykker vi litt dypere ned i grunnlaget for dette tallet og ser på hva kosmologer faktisk mener når de sier at universet er 13,7 milliarder år gammelt, vil vi se at virkeligheten er mer komplisert.

Teorien som lar oss beskrive universets historie er Einsteins generelle relativitetsteori. Dette er en teori for tyngdekraften som viser at det er best ikke å tenke på den som en kraft, men som geometrien til et firedimensjonalt rom, der den fjerde dimensjonen er tiden.

Geometrien er bestemt av fordelingen av masse og energi. Dersom vi forutsetter at denne fordelingen er slik at ikke noe sted i universet er spesielt, forteller Einsteins ligninger oss at universet ikke kan være statisk. Massefordelingen må bli enten mer eller mindre konsentrert med tiden. Dette omtales som at universet enten trekker seg sammen eller utvider seg. I 1929 påviste astronomene Hubble og Humason at fjerne galakser systematisk beveger seg vekk fra oss på en slik måte som Einsteins teori sier at de ville gjøre i et univers med jevn massefordeling. Universet utvider seg.

Den generelle relativitetsteorien forteller oss videre at en ekspanderende, jevn massefordeling ikke kan ha utvidet seg uendelig lenge. Bruker vi ligningene til å spole utviklingen bakover i tid, når vi et punkt der universet ikke lenger har noen utstrekning i rom.

Man kunne tenke seg at dette kunne unngås dersom antakelsen om at massen er jevnt fordelt er gal, men på 1960-tallet viste Stephen Hawking og Roger Penrose at alle universmodeller som kan beskrives av generell relativitetsteori, som ekspanderer i dag, og der masse og energi oppfyller visse rimelige krav, alltid har et punkt i fortiden der de var skrumpet inn til ingen størrelse. Dette punktet markerer begynnelsen på både rom og tid. Universets historie kan ikke strekke seg uendelig langt tilbake i tid.

For å oppsummere så langt: Observasjonen av at universet utvider seg, kombinert med Einsteins generelle relativitetsteori, viser at universet må ha begynt å utvide seg på et spesielt tidspunkt. Tiden som er gått siden utvidelsen begynte, kalles universets ekspansjonsalder.

Det er denne kosmologer refererer til når de snakker om universets alder. Ved å sette sammen våre beste målinger av universets egenskaper og sammenligne dem med modellforutsigelser, finner man at modellen som reproduserer målingene best tilsier at det er 13.7 milliarder år siden universet begynte å ekspandere.
I alle modeller inngår antagelser, og etter min mening gir tallet 13.7 milliarder år et i overkant optimistisk inntrykk av hvor godt vi kjenner universets ekspansjonsalder. Men det er en annen og mer teknisk historie.

Men dette er ikke enden på visa. Hawking og Penrose gjorde to antagelser: at universet kan beskrives med generell relativitetsteori, og at masse og energi oppfører seg, i mangel av et bedre ord, normalt. Den ene antagelsen er garantert gal, den andre har vi grunn til å sette et stort spørsmålstegn ved.

Den typen modeller som beskriver et ekspanderende univers er bedre kjent som Big Bang-modeller. På 1980-tallet ble det klart for kosmologene at en rekke tilsynelatende merkelige trekk ved Big Bang-modellene kunne forstås dersom de startet med en såkalt inflasjonsfase, en kort periode der universets utvidelse foregikk eksponentielt raskt.

Universets ekspansjonsrate er bestemt av masse- og energifordelingen, og bare noen helt spesielle typer energi kan gi eksponentiell vekst. Disse fomene for energi er av typen som bryter med den ene forutsetningen for Hawking-Penrose-resultatet. Dermed ser vi ut til å ha en åpning for at universet kan være eldre enn 13,7 milliarder år. Men hvordan skal vi se dette for oss?

Inflasjon innebærer en radikal endring av vår oppfatning av hva universet er. Scenen for inflasjon er et rom fylt av en type energi som varierer fra sted til sted, og som noen steder får bobler av rom til å skyte opp og ekspandere. Mange av disse boblene vil ligne på det vi ser rundt oss, og som vi er vant til å kalle "universet".

Det er dette scenariet som ganske misvisende kalles «multiverset». Misvisende, for det er fremdeles bare ett univers. Dette universet inneholder flere ekspanderende områder, deriblant vårt eget. Videre vil slike områder fortsette å vokse frem uendelig langt fram i tid. Lenge mente man at denne prosessen kunne ha pågått uendelig langt tilbake i tid også. Vår universboble kunne ha begynt å ese ut for 13,7 milliarder år siden, men den vokste ut av en univers som er uendelig gammelt.

For noen år siden klarte imidlertid Paul Borde, Alan Guth og Alexander Vilenkin å vise at Hawking-Penrose-teoremet kan utvides til å gjelde for den type energier som driver inflasjon også, forutsatt at man kan anta multiversets, i mangel av et bedre ord, ekspansjonsrate midlet over tid er positiv. I universmodeller der denne betingelsen er oppfylt vil det alltid finnes partikkelbaner som ikke kan forlenges uendelig langt tilbake i tid. Inflasjon kan kanskje fortsette uendelig langt inn i fremtiden, men den må ha begynt en gang.

Borde, Guth og Vilenkin har allikevel ikke fått siste ord i saken, og kosmologer har utforsket om det er mulig å konstruere fornuftige modeller som bryter med antagelsen om gjennomsnittlig ekspansjon. Noen kandidater er funnet, men det gjenstår ennå mye arbeid for å se om de oppfyller alle krav som stilles til en god kosmologisk modell.

Alt jeg har skrevet om her gjelder dersom hele universets historie kan beskrives med generell relativitetsteori. Men vi har gode grunner til å mene at dette ikke er tilfellet. I det veldig tidlige univers var forholdene så ekstreme at de krever en såkalt kvantegravitasjonsteori for å la seg beskrive. Dessverre har vi ikke noen slik teori, men det er blitt grublet mye over hvordan den bør se ut og hvilke konsekvenser den har for universets historie. Noen mener at kvantegravitasjon igjen åpner muligheten for et univers som er uendelig gammelt. Andre mener at rom og tid ikke vil være fundamentale begrep i en slik teori, men at de i stedet er avledet av andre størrelser. Det eneste som er sikkert, er at det inntil videre er høyst usikkert hvor gammelt universet er.

Det finnes de som mener at man ikke trenger fysiske teorier og observasjoner for å avgjøre om universets alder er endelig eller uendelig. Tanken om at fortiden er uendelig er absurd, for det vil for eksempel bety at universet må gå gjennom uendelig mange øyeblikk for å komme fram til dagen i dag. Å avgjøre holdbarheten til denne type argumenter er det best å overlate til profesjonelle filosofer, men jeg må innrømme at jeg ikke har stor tro på at spørsmålet lar seg avgjøre uten kosmologenes hjelp. Det absurde i argumentet over dukker for eksempel opp fordi man ser for seg at man må starte å telle fra et gitt tidspunkt, og må telle uendelig mange øyeblikk for å komme fram til vår tid. Men da har man jo antatt at tiden startet!

Kosmologi er inne i en spennende fase der nye observasjoner og eksperimenter gjør oss i stand til å nærme oss svar på fundamentale spørsmål om universet vi lever i. Den delen av universet vi kan se begynte å utvide seg for omtrent 13.7 milliarder år siden. Om det er hele historien, vil tiden vise.