Kevés olyan dolgot tudunk elképzelni, ami olyan észbontóan nagy, mint az űr. A mi megfigyelhető Univerzumunk, egészen a világűr általunk látható legmélyebb zugaiig, minden irányban mintegy 46 milliárd fényévnyire terjed. Az ősrobbanástól napjainkig Univerzumunk tágult, miközben egyúttal gravitációsan is terjeszkedett, és csillagokat és galaxisokat hozott létre, amelyek szétszóródtak a világűr kiterjedésében. Összességében jelenleg mintegy 2 trillió galaxis van jelen benne.

És mégis, ha visszamegyünk az időben, megtudjuk, hogy a mi Univerzumunk nemcsak sokkal kisebb volt, hanem a legkorábbi szakaszában egyáltalán nem volt lenyűgözően nagy. A világűr talán nem volt mindig nagy hely, és csak az a tény, hogy a mi Univerzumunk olyan alaposan és könyörtelenül kitágult, az, ami miatt ma olyan nagynak és üresnek látjuk.

Ha ma az Univerzumot nézzük, nem tagadhatjuk a hatalmas méreteit. A valahol 400 milliárd csillagot tartalmazó Tejútrendszerünk galaxisa több mint 100 000 fényév átmérőjű. A csillagok közötti távolságok óriásiak, a Napunkhoz legközelebbi csillag (Proxima Centauri) mintegy 4,24 fényévre található: több mint 40 billió kilométerre.

Míg egyes csillagok csoportokba tömörülnek, akár többcsillagos rendszerekbe, akár különböző típusú csillaghalmazokba, a többség olyan, mint a mi Napunk: egyes csillagok, amelyek viszonylag elszigetelten helyezkednek el az összes többitől a galaxisban. És amint túllépünk a saját galaxisunkon, az Univerzum valóban sokkal ritkábbá válik, és az Univerzum térfogatának csak egy kis töredéke tartalmaz galaxisokat. Az Univerzum nagy része, amennyire meg tudjuk állapítani, teljesen mentes a csillagoktól és galaxisoktól.

Lokális csoportunk például egy másik nagy galaxist tartalmaz: Az Androméda, amely tőlünk 2,5 millió fényévre található. Számos jelentősen kisebb galaxis is jelen van, köztük a Triangulum-galaxis (a Helyi Csoport 3. legnagyobb galaxisa), a Nagy Magellán-felhő (#4) és körülbelül 60 másik, sokkal kisebb galaxis, amelyek mind körülbelül 3 millió fényéven belül vannak tőlünk.

Ezeken túl a galaxisok az egész Univerzumban csomókban és halmazokban találhatók, a kozmikus háló nagy galaxishalmazokból áll, amelyeket galaxispöttyös fonalak kötnek össze. Az Univerzum azért alakult így, mert nemcsak tágult és lehűlt, hanem mert gravitált is. A kezdetben túlsűrű régiók előnyösen vonzották az anyagot, és így jöttek létre az általunk látott struktúrák; az alulsűrűbb régiók átadták anyagukat a sűrűbbeknek, és a nagy kozmikus üres terekké váltak, amelyek az Univerzum térfogatának nagy részét uralják.

Mindenestre a megfigyelhető Univerzumunk ma valóban hatalmas. Bármely megfigyelőre – magunkat is beleértve – középpontba állítva bármelyik irányban akár 46,1 milliárd fényévre lévő objektumok is lehetnek. Ha mindezt összeadjuk, ez 4,1 × 1032 köbös fényévnyi térfogatnak felel meg. Ha még kétbillió galaxis is van az Univerzumban, ez azt jelenti, hogy minden galaxisnak átlagosan körülbelül 2 × 1020 köbös fényévnyi térfogata van.

Ha a galaxisok mind egyenletesen helyezkednének el az Univerzumban, ami egészen biztosan nem így van, akkor az ujjunkat rátehetnénk egy galaxisra, és egy körülbelül 6 millió fényév sugarú gömböt rajzolhatnánk köré, anélkül, hogy egy másik galaxishoz érnénk. A mi helyünkön az Univerzumban több százszor akkora a galaxisok sűrűsége, mint amekkorára átlagosan számítunk. Az Univerzum galaxiscsoportjai és galaxishalmazai között fekszik a térfogatának nagy része, és ez többnyire üres tér.

Az Univerzum azonban azért ilyen nagy ma, mert kitágult és lehűlt, hogy elérje ezt a pontot. Az Univerzum még ma is óriási ütemben tágul: körülbelül 70 km/s/Mpc. Az Univerzum legtávolabbi pontjain, 46,1 milliárd fényévre, az általunk megfigyelhető Univerzum kiterjedése minden egyes év elteltével további 6,5 fényévvel nő.

Ez azt jelenti, hogy ha az időben az ellenkező irányba extrapolálunk – olyan messzire tekintünk vissza a múltba, amennyire csak akarunk -, akkor az Univerzumot olyannak találjuk, amilyen akkor volt, amikor fiatalabb, forróbb és kisebb volt. Ma az Univerzum minden irányban 46 milliárd fényévre terjed ki, de ez azért van, mert az ősrobbanás óta 13,8 milliárd év telt el, és a mi Univerzumunk a sötét energia, az anyag és a sugárzás sajátos keverékét tartalmazza különböző formákban.

Ha visszamennénk abba az időbe, amikor az Univerzum még csak 3 milliárd éves volt (a jelenlegi korának kb. 20%-a), akkor azt találnánk, hogy csak kb. 9 milliárd fényév sugarú volt (a jelenlegi térfogatának mindössze 0,7%-a).

És nem okoz gondot visszatekinteni, hogy galaxisokat és galaxishalmazokat lássunk, amikor az Univerzum még ilyen fiatal volt; többek között a Hubble Űrteleszkóp sokkal messzebbre vitt vissza minket. Ebben az időben a galaxisok kisebbek, kékebbek, kisebb tömegűek és átlagosan kevésbé fejlettek voltak, mivel az Univerzumnak még nem volt elég ideje arra, hogy kialakuljanak a legnagyobb, legnagyobb tömegű struktúrák.

Az Univerzum ebben a korai szakaszban összességében sokkal sűrűbb, mint ma. Az anyagrészecskék száma az idő múlásával, még az Univerzum tágulása során is változatlan marad, ami azt jelenti, hogy a ~3 milliárd éves korú Univerzum körülbelül 150-szer sűrűbb, mint a mai, ~13,8 milliárd éves korú Univerzum. Az egy köbméterre jutó kb. 1 protonnyi tömeg helyett közelebb van a 100 protonnyi tömeghez. Visszamehetünk azonban sokkal korábbi időkbe is, és egy olyan Univerzumot találunk, amely nemcsak kisebb és sűrűbb, hanem drámaian más is.

Ha visszamegyünk oda, amikor az Univerzum mindössze 100 millió éves volt – a jelenlegi korának kevesebb mint 1%-a -, a dolgok drámaian másképp kezdenek kinézni. A legelső csillagok csak nemrég kezdtek kialakulni, de még nem voltak galaxisok, még egy sem. Az Univerzum ekkoriban a jelenlegi méretének körülbelül 3%-át tette ki, ami azt jelenti, hogy a jelenlegi térfogatának mindössze 0,003%-a, és a jelenlegi sűrűségének 40 000-szerese. A kozmikus mikrohullámú háttér jelenleg elég forró ahhoz, hogy folyékony nitrogént forraljon.

De sokkal messzebbre is visszamehetünk az időben, és egy még kisebb Univerzumot fedezhetünk fel. A Kozmikus Mikrohullámú Háttér általunk látott fényét akkor bocsátották ki, amikor az Univerzum mindössze 380 000 éves volt: amikor több mint egymilliárdszor sűrűbb volt, mint ma. Ha ma egy kört rajzolnánk a helyi szuperhalmazunk, Laniakea köré, az sokkal nagyobb térfogatot foglalna magába, mint a teljes megfigyelhető Univerzum azokban a korai, forró, sűrű szakaszokban.

Ez azt jelenti, hogy ha visszamennénk egy olyan időpontba, amikor az Univerzum körülbelül egy évtizeddel az ősrobbanás első bekövetkezése után tíz évvel volt, a teljes megfigyelhető Univerzum – amely tartalmazza mindazt az anyagot, amely ma 2 trillió galaxist (és még többet) alkot – nem lenne nagyobb, mint a Tejútrendszer galaxisa.

Ez azt jelenti, hogy ha visszamennénk egy olyan időpontba, amikor az ősrobbanás óta mindössze egy másodperc telt el, akkor, amikor a korai Univerzum utolsó antianyagai (pozitronok formájában) megsemmisültek, a teljes megfigyelhető Univerzum átmérője csak körülbelül 100 fényév lenne.

Ez pedig azt jelenti, hogy az Univerzum legkorábbi szakaszában, akkoriban, amikor az ősrobbanás óta csak talán egy pikoszekundum (10-12 másodperc) telt el, az egész megfigyelhető Univerzum egy olyan gömbben fért volna el, amely nem nagyobb, mint a Föld Nap körüli pályája. A teljes megfigyelhető Univerzum az ősrobbanás korai szakaszában kisebb volt, mint a mi Naprendszerünk mérete.

Azt gondolhatnánk, hogy az Univerzumot egészen a szingularitásig visszavezethetjük: egy végtelen hőmérsékletű és sűrűségű pontig, ahol minden tömege és energiája egy szingularitásba koncentrálódott. De tudjuk, hogy ez nem pontos leírása a mi Univerzumunknak. Ehelyett egy kozmikus inflációs időszaknak kellett megelőznie és létrehoznia az ősrobbanást.

A mai kozmikus mikrohullámú háttérben található bizonyítékokból arra következtethetünk, hogy kellett lennie egy maximális hőmérsékletnek, amelyet az Univerzum a forró ősrobbanás során elért: nem több, mint körülbelül 5 × 1029 K. Bár ez a szám óriási, nemcsak véges, hanem jóval a Planck-skála alatt van. Ha kiszámoljuk a matematikát, akkor az Univerzum minimális átmérőjét találjuk a forró ősrobbanás kezdetén: körülbelül 20 centiméter (8″), vagyis körülbelül akkora, mint egy focilabda.

Igaz, hogy nem tudjuk, mekkora valójában az Univerzum megfigyelhetetlen része; lehet, hogy végtelen. Az is igaz, hogy nem tudjuk, meddig tartott az infláció, vagy hogy mi, ha egyáltalán volt előtte. De azt tudjuk, hogy amikor a forró ősrobbanás elkezdődött, az összes anyag és energia, amit ma a látható Univerzumunkban látunk, mindaz, ami 46,1 milliárd fényévnyire terjed minden irányban, körülbelül egy focilabda méretű térfogatba tömörülhetett.

Legalábbis egy rövid ideig az űr hatalmas kiterjedése, amit ma kinézünk és megfigyelünk, minden volt, csak nem nagy. Az egész hatalmas galaxisokat alkotó összes anyag egy ceruzaradírnál kisebb térrészben fért volna el. És mégis, 13,8 milliárd évnyi táguláson, lehűlésen és gravitáción keresztül jutottunk el ahhoz a hatalmas Univerzumhoz, amelynek ma egy aprócska szegletét foglaljuk el. Lehet, hogy a világűr a legnagyobb dolog, amit ismerünk, de a megfigyelhető Univerzum mérete a közelmúlt vívmánya. A világűr nem volt mindig ilyen nagy, és a bizonyíték mindannyiunk számára láthatóan rá van írva az Univerzumra.