Spørgsmålet
Når 1 kg vejer 1 kg på Jorden, men mindre på Månen, hvordan kan man estimere en samlede vægt for Universet? For når vægten er relativ i forhold til hvor i Universet man vejer det henne, så er vel umuligt at veje Universet. Hvis vi boede på Jupiter og ikke Jorden, ville vægten være en helt anden?
Hvorfor blev Universet ikke et stort sort hul fra starten?
Med nærmest al Universets masse samlet på et lille bitte sted, er det vel næsten umuligt ikke at blive et af tidernes største sorte hul?
Hvorfor skete Big Bang så?
Kunne man sige - at da hele Universet var samlet i den berømte basketball, så havde Universet ingen vægt?
For hvis der ikke var noget udenfor basketballen så må Universet have været vægtløst — da tyngdekraft er en forudsætning for vægt?
Mvh. Kevin
Det korte svar
I fysik skelner vi mellem begreberne vægt og masse, og det er Universets masse vi kan estimere.
Universet kollapsede ikke, fordi sorte huller kræver en høj tæthed med en mindre tæthed udenom, og fordi det udvidede sig så hurtigt.
Relaterede spørgsmål
Baggrundsviden fra encyklopædien
Du kan få lidt baggrundsviden om sorte huller (og en smule om Big Bang) her:
Det lange svar
Vægt og masse er ikke det samme
I dagligdags tale er ordene "vægt" og "masse" det samme, men i virkeligheden — eller i hvert fald i fysik — er der en forskel:
Masse
Masse er en egenskab, som en partikel (eller et objekt bestående af flere partikler) kan have, og den er uafhængig af hvor partiklen er, og hvad den laver. Masse måles f.eks. i kg.
Vægt
Vægt er i virkeligheden en kraft, og bør derfor måles i f.eks. "Newton", som er SI-enheden for kræfter. Ifølge Newton's (altså personen, Isaac, ikke enheden) 2. lov er [kraft] = [masse] × [acceleration], eller $$ F = m \times a. $$
Acceleration
På Jorden føler vi en tyngde-acceleration fra Jorden, så derfor påvirkes vores kroppe af en vis kraft, som vi kalder "vægt". Min masse er 73 kg, og Jordens tyngde-acceleration er 9.82 m/s2 (i Danmark), så min vægt er $$ [73\,\mathrm{kg}] × [9.82\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^2] = 717\,[\mathrm{kg}\times \mathrm{m}/\mathrm{s}^2]. $$
Enheden [kg×m/s2] er dét man kalder 1 Newton, så jeg vejer altså faktisk "717 N".
På Månen er tyngde-accelerationen 6 gange mindre, så dér er min vægt også 6 gange mindre, men min masse er den samme. Og ude i det tomme rum, langt fra alt, hvor der ikke er nogen tyngde-acceleration, er min masse også 73 kg, men jeg er vægtløs.
Hvorfor blander vi ordene sammen?
Fordi vi normalt ikke bekymrer os om at veje os andre steder på Jorden, har vi valgt i daglig tale at skippe dét der med at gange med tyngde-accelerationen, og derfor siger jeg ikke at jeg vejer 717 N, men bare 73 kg.
Når man taler om ting der foregår ude i Universet, er vi dog nødt til at skelne. Og derfor giver det, som du er inde på, ikke mening at beregne Universets vægt, men kun dets masse.
Kan Universet kollapse til et sort hul?
Ved Big Bang var alt det, som i dag udgør vores "observerbare" Univers — altså det område, vi kan se — samlet på et meget lille sted (nok lidt større end en basketball, måske omkring 10 meter, men det skal ikke skille os ad). Om Universet er endeligt eller uendeligt ved vi ikke, men det er nok i hvert fald noget større end det observerbare Univers. Ved Big Bang var dette så udenfor "basketbolden".
Universet er homogent
Men uanset om Universet er endelig eller uendeligt, er det meget homogent, dvs. mere eller mindre ens over det hele. Og jo længere tilbage i tiden vi går, jo mere homogent var det. Ved Big Bang var det stort set ens overalt.
Som jeg skrev ovenfor, giver begrebet "vægt" ikke rigtig mening, med mindre du siger vægt i forhold til hvad? Så lad os holde os til at snakke om masse. Alt den masse, som i dag findes i vores observerbare Univers, var der også dengang, så tætheden var ekstremt stor. Og der var derfor masser af tyngdekraft. Men fordi Universet var så homogent, så der ikke var mere masse det ene sted end det andet, ville du ikke blive trukket i hverken den ene eller den anden retning, hvis du var til stede dengang.
Sorte huller
Et sort hul skabes, hvis tilstrækkelig meget masse er samlet indenfor et tilstrækkelig lille område i rummet. Altså hvis tætheden er over en vis grænse. Men det er ikke nok at tætheden bare er stor; der skal også være mindre tæthed udenfor dette område. Man kan sige, at der ellers vil være lige så meget masse der trækker "udad" som "indad".
Et race mellem massetiltrækning og udvidelse
Ikke desto mindre kunne man godt forestille sig, at Universet kunne kollapse pga. dets store masse. Og hvis du tog et hypotetisk og statisk univers — altså et univers som ikke udvider sig — ville dette også ske.
Vores Univers startede heldigvis ud med at udvide sig meget hurtigt, men bremsede langsomt op pga. al massen. Man kan så spørge sig selv om det en dag bremser nok op til at vende om og begynde og kollapse, eller om det måske fik nok fart fra starten af til at fortsætte for evigt.
En god analogi er, hvis du kaster en sten op i luften med høj fart. Den vil sagtne farten, og måske på et tidspunkt vende om. Men hvis du har kastet hårdt nok — faktisk hvis du har kastet hurtigere end 11 km/s — vil den godt nok sagtne farten, men alligevel slippe fri af Jordens tyngdefelt.
Om Universet vil kollapse eller fortsætte sin udvidelse for evigt, er altså en kamp mellem hvor meget masse det indeholder, og hvor meget "fart" det fik fra starten af, ved Big Bang.
Vi tror at svaret er følgende: Vi ligger lige på grænsen af, hvad der skal til for at få det til at kollapse. Men en del af Universet har vist sig at være det, man kalder for "mørk energi", som ændrer hele historien: Det har nemlig den virkelig mærkelige egenskab, at det ikke som andet energi og masse tiltrækker, men tværtimod frastøder. Vi er åbenbart nået til et punkt hvor denne mørke energi dominerer over det "almindelige" stof, og det ser derfor ud til, at Universet vil udvide sig for evigt.
Bedste hilsener,
Peter
