Strax efter stora smällen utvidgades vårt nyfödda universum från att ha varit stort som en elektron till en volym motsvarande en fotboll. Utvidgningen gick extremt snabbt. Den skedde i högre hastighet än ljusets och varade i en biljarddel av en biljarddel av en biljarddels sekund. Därefter fortsatte utvidgningen i långsammare takt.
Universums utvidgning kallas inflation, och kosmologin är uppbyggd på denna bärande grund. Inflationsteorin innebär dock en stor utmaning för vår bild av hur världsrymden är organiserad – den förutsäger att inflationen inte bara skedde i det lilla område som växte och blev till vårt universum.
Processen var mer kaotisk och skedde i en betydligt större rymd, där myriader av universum uppstod samtidigt, ungefär som popcorn i en gryta med het olja. Enligt denna teori finns det i dag miljardtals bubblor av universum runt vårt eget universum. Vi lever med andra ord i ett multiversum.
I årtionden har astronomerna debatterat om teorins förutsägelse om multiversum kan stämma, men en forskargrupp har hittat det första eventuella beviset. Det finns nämligen en mystisk kall fläck i universum som kan vara en krater efter en kollision med ett annat universum.
Expansion förklarar universum
På 1980-talet fördes inflationsteorin in i forskarnas modell för stora smällen. Det gjordes för att förklara hur det kommer sig att galaxerna är jämnt fördelade i universum.
Om universums utvidgning efter stora smällen enbart skedde i jämn takt hade gravitationen fått galaxhopar att klumpa ihop sig och skapat stora skillnader i massans fördelning.
Den blixtsnabba inflationen fördelade emellertid massan jämnt från första början, ungefär som när luften fördelas jämnt i en ballong som blåses upp. Inflationen förklarar också varför temperaturen är den samma överallt i universum.
När vårt nyfödda universum var stort som en elektron hade all materia samma temperatur. Under inflationen spreds temperaturen och bevarades överallt.
Universum är – nästan – lika varmt överallt
Den jämna temperaturen kan utläsas ur universums kosmiska bakgrundsstrålning, som avgavs i universums barndom, 380 000 år efter stora smällen.
Dessförinnan var universum så varmt att strålningen omvandlades till materia, och då släpptes inget ljus ut. När universum blev tillräckligt stort och kallt för att de första väteatomerna skulle uppstå släpptes dock ljus ut ur materian i ett hastigt sken.
Sedan blev universum mörkt igen eftersom de nybildade, neutrala väteatomerna inte avger något synligt ljus. Ljuset återvände inte förrän de första galaxerna bildades hundratals miljoner år senare.
Årtionden av observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen visar att temperaturen normalt bara varierar några miljondelar av en grad – förutom på ett ställe.
År 2004 upptäckte astronomerna en kall fläck i bakgrundsstrålningen som befinner sig tre miljarder ljusår från jorden. Fläcken, som täcker fem grader av himlavalvet, är 0,00015 grader kallare än strålningens normala 2,73 grader över absoluta nollpunkten.
Kyla är synvilla
Tills nyligen trodde forskarna att det kalla området kunde förklaras med ett stort vakuum – 1,8 miljarder ljusår – mellan oss och den kalla fläcken.
När ljusvågor från bakgrundsstrålningen rör sig genom ett så stort vakuum tappar ljusvågorna energi på väg in i det och återfår energi på vägen ut.
Astronomerna jämför fenomenet med en kula som förlorar energi på väg uppför en backe och sedan snabbt rullar ner på andra sidan.
I ett stillastående universum hade ljusvågorna kommit ut ur vakuumet med exakt samma mängd energi som de kom in med, men eftersom universum har utvidgats under de 1,8 miljarder år som det har tagit ljuset att färdas genom supervakuumet är backen på väg ut ur vakuumet inte lika brant.
Därför återfår ljuset inte all sin energi, utan blir aningen mer långvågigt och kallare.
Forskarna trodde därför att den kalla fläcken var en synvilla skapad av vakuumet.
Gammal teori faller
Men astronomer vid Durham University i England har förkastat denna teori genom att visa att det inte finns något stort vakuum. Det finns lika många galaxer mellan jorden och den kalla fläcken som mellan vår planet och övriga delar av bakgrundsstrålningen.
Astronomerna lutar åt en annan förklaring: att fläcken är en krater från en kollision mellan vårt universum och ett annat universum som inträffade under inflationen.
Kollisionen blåste bort massa och energi och skapade en särskilt kall plats i bakgrundsstrålningen.
Multiversum har flera former
De engelska astronomernas upptäckt har gett nytt liv åt diskussionen av de många teorierna kring multiversum. I de enklaste varianterna har multiversum uppstått för att inflationen inträffade på fler platser än i det område som blev vårt universum. Därmed skapades miljardtals universum samtidigt.
Enligt en annan teori byggdes det enkla multiversum ut genom att inflationen inte bara ägde rum när vårt universum bildades. I stället är den en ständig process som lägger till fler multiversum runt platsen där vårt eget universum existerar.
Enligt en tredje, mer komplex variant styrs multiversum av kvantmekanikens lagar. Då uppstår nya universum genom avknoppning från redan existerande universum.
Varje gång en situation har flera tänkbara utfall uppstår ett dotteruniversum för varje alternativ. Den allra mest spekulativa modellen utgår från supersträngteorin, enligt vilken det finns minst tio dimensioner i rymden.
Enligt multiversumteorins tolkning är de extra dimensionerna emellertid lika stora som hela universum och innehåller parallella världar som är dolda för oss. Endast gravitationen kan färdas obehindrat mellan dimensionerna.
Forskare jagar bevis
Hittills är den kalla fläcken i universums bakgrundsstrålning multiverumsanhängarnas enda påtagliga indikation på att vårt universum bara är ett av ett oändligt antal universum.
Forskarna vet nu att den första vetenskapliga förklaringen av fläcken – en synvilla skapad av ett supertomrum – är felaktig.
Men fläcken är inte något entydigt bevis för de engelska forskarnas teori om att ett annat universum kolliderat med vårt under inflationen i universums barndom.
Därför måste de ge sig ut på jakt efter upptäckter som kan styrka idén om att vi lever i ett multiversum.