Există puține lucruri pe care le putem concepe care sunt atât de uluitor de mari precum este spațiul. Universul nostru observabil, până în cele mai adânci colțuri ale spațiului pe care le putem vedea, ne duce la aproximativ 46 de miliarde de ani-lumină în toate direcțiile. De la Big Bang și până în prezent, Universul nostru s-a extins și, în același timp, a gravitat, dând naștere la stele și galaxii răspândite pe toată întinderea spațiului cosmic. În total, în prezent sunt prezente în el aproximativ 2 trilioane de galaxii.

Și totuși, dacă ne întoarcem în timp, aflăm că nu numai că Universul nostru a fost un loc mult mai mic, dar că, în primele etape, nu a fost deloc impresionant de mare. Este posibil ca spațiul să nu fi fost dintotdeauna un loc mare și doar faptul că Universul nostru s-a extins atât de temeinic și implacabil ne face să îl vedem astăzi atât de mare și de gol.

Dacă privim astăzi Universul, nu putem nega enormitatea dimensiunii sale. Conținând undeva în jur de 400 de miliarde de stele, galaxia noastră Calea Lactee se întinde pe o distanță de peste 100.000 de ani-lumină în diametru. Distanțele dintre stele sunt enorme, cea mai apropiată stea de Soarele nostru (Proxima Centauri) fiind situată la o distanță de aproximativ 4,24 ani-lumină: peste 40 de trilioane de kilometri.

În timp ce unele stele sunt grupate în grupuri, fie în sisteme multi-stelare, fie în roiuri stelare de diferite tipuri, majoritatea sunt ca Soarele nostru: stele singure care sunt relativ izolate de toate celelalte din cadrul unei galaxii. Și odată ce trecem dincolo de galaxia noastră, Universul devine într-adevăr un loc mult mai rarefiat, doar o mică parte din volumul Universului conținând galaxii. Cea mai mare parte a Universului, din câte ne putem da seama, este lipsită complet de stele și galaxii.

Grupul nostru local, de exemplu, conține o altă galaxie mare: Andromeda, situată la 2,5 milioane de ani-lumină distanță de noi. Un număr de galaxii semnificativ mai mici sunt, de asemenea, prezente, inclusiv galaxia Triangulum (a treia ca mărime din Grupul Local), Marele Nor al lui Magellan (nr. 4) și aproximativ 60 de alte galaxii mult mai mici, toate conținute pe o rază de aproximativ 3 milioane de ani-lumină de noi.

Dincolo de acestea, galaxiile se găsesc grupate și aglomerate în tot Universul, cu o rețea cosmică formată din grupuri mari de galaxii conectate prin filamente punctate de galaxii. Universul a ajuns să fie astfel pentru că nu numai că s-a extins și s-a răcit, dar și pentru că a gravitat. Regiunile inițial supradense au atras în mod preferențial materia și au dat naștere structurilor pe care le vedem; regiunile subdense au cedat materia lor în favoarea celor mai dense, devenind marile goluri cosmice care domină majoritatea volumului Universului.

În concluzie, Universul nostru observabil este cu adevărat enorm astăzi. Centrat pe orice observator – inclusiv pe noi înșine – putem observa obiecte aflate la o distanță de până la 46,1 miliarde de ani-lumină în orice direcție. Când adunăm toate acestea, acest lucru echivalează cu un volum de 4,1 × 1032 ani-lumină cubi. Cu chiar două trilioane de galaxii în Univers, asta înseamnă că fiecare galaxie, în medie, are pentru ea însăși un volum de aproximativ 2 × 1020 de ani-lumină cubi.

Dacă galaxiile ar fi toate distribuite uniform în Univers, și cu siguranță nu sunt, ai putea pune degetul pe o galaxie și să desenezi în jurul ei o sferă cu o rază de aproximativ 6 milioane de ani-lumină și să nu atingi niciodată o altă galaxie. Locul în care ne aflăm în Univers are o densitate de sute de ori mai mare decât cea la care ne așteptăm, în medie, de galaxii. Între grupurile de galaxii și roiurile de galaxii din Univers se află cea mai mare parte a volumului său, iar acesta este în mare parte spațiu gol.

Dar motivul pentru care Universul este atât de mare astăzi este că s-a extins și s-a răcit pentru a ajunge în acest punct. Chiar și astăzi, Universul continuă să se extindă cu o viteză extraordinară: aproximativ 70 km/s/Mpc. La cea mai îndepărtată parte a Universului, la 46,1 miliarde de ani-lumină distanță, cantitatea de Univers pe care o putem observa crește cu încă 6,5 ani-lumină cu fiecare an care trece.

Aceasta înseamnă că, dacă extrapolăm în direcția opusă în timp – privind cât de departe dorim în trecut – vom găsi Universul așa cum era când era mai tânăr, mai cald și mai mic. Astăzi, Universul se întinde pe o distanță de 46 de miliarde de ani-lumină în toate direcțiile, dar acest lucru se datorează faptului că au trecut 13,8 miliarde de ani de la Big Bang, iar Universul nostru conține un amestec specific de energie întunecată, materie și radiație în diferite forme.

Dacă ne-am întoarce la momentul în care Universul avea doar 3 miliarde de ani (aproximativ 20% din vârsta sa actuală), am descoperi că avea o rază de doar 9 miliarde de ani-lumină (doar 0,7% din volumul său actual).

Și nu avem nicio problemă în a privi înapoi pentru a vedea galaxiile și roiurile de galaxii atunci când Universul era atât de tânăr; Telescopul spațial Hubble, printre altele, ne-a dus înapoi mult mai departe decât atât. În acest moment, galaxiile erau mai mici, mai albastre, cu o masă mai mică și mai puțin evoluate, în medie, deoarece Universul nu avusese suficient timp să formeze cele mai mari și mai masive structuri dintre toate.

Universul, în acest stadiu timpuriu, este mult mai dens în general decât este astăzi. Numărul de particule de materie rămâne același în timp, chiar și pe măsură ce Universul se extinde, ceea ce înseamnă că Universul la vârsta de ~3 miliarde de ani este de aproximativ 150 de ori mai dens decât este Universul astăzi, la vârsta de ~13,8 miliarde de ani. În loc de o masă de aproximativ 1 proton pe metru cub, există mai mult de 100 de protoni. Cu toate acestea, putem să ne întoarcem în timpuri mult mai vechi și să găsim un Univers care nu numai că este mai mic și mai dens, dar este și dramatic de diferit.

Dacă ne întoarcem la momentul în care Universul avea doar 100 de milioane de ani – mai puțin de 1% din vârsta sa actuală – lucrurile încep să arate dramatic de diferit. Primele stele începuseră să se formeze abia de curând, dar nu existau încă galaxii, nici măcar una. În acest moment, Universul are aproximativ 3% din dimensiunea sa actuală, ceea ce înseamnă că are doar 0,003% din volumul său actual și o densitate de 40.000 de ori mai mare decât cea actuală. Fondul cosmic de microunde este suficient de fierbinte, în acest moment, pentru a fierbe azotul lichid.

Dar putem merge mult mai departe în timp și să descoperim un Univers și mai mic. Lumina din Fondul Cosmic de Microunde pe care o vedem a fost emisă atunci când Universul avea doar 380.000 de ani: când era de peste un miliard de ori mai dens decât este astăzi. Dacă ați desena un cerc în jurul superclusterului nostru local de astăzi, Laniakea, acesta ar îngloba un volum mult mai mare decât întregul Univers observabil în acele stadii timpurii, calde și dense.

Înseamnă că, dacă ne-am întoarce la un moment în care Universul avea aproximativ un deceniu, la zece ani după ce Big Bang-ul a avut loc pentru prima dată, întregul Univers observabil – care conține toată materia care alcătuiește astăzi 2 trilioane de galaxii (și chiar mai mult) – nu ar fi mai mare decât galaxia Calea Lactee.

Înseamnă că, dacă ne-am întoarce la un moment în care a trecut doar o secundă de la Big Bang, atunci când ultima antimaterie a Universului timpuriu (sub formă de pozitroni) se anihila, întregul Univers observabil ar avea un diametru de doar aproximativ 100 de ani lumină.

Și înseamnă că în stadiile foarte timpurii ale Universului, atunci când de la Big Bang trecuse poate doar o picosecundă (10-12 secunde), întregul Univers observabil ar fi putut încăpea într-o sferă nu mai mare decât dimensiunea orbitei Pământului în jurul Soarelui. Întregul Univers observabil, în stadiile timpurii ale Big Bang-ului, era mai mic decât dimensiunea sistemului nostru solar.

Ai putea crede că ai putea duce Universul până la o singularitate: până la un punct de temperatură și densitate infinită, unde toată masa și energia sa s-au concentrat într-o singularitate. Dar știm că aceasta nu este o descriere exactă a Universului nostru. În schimb, o perioadă de inflație cosmică trebuie să fi precedat și să fi pregătit Big Bang-ul.

Din dovezile din fondul cosmic de microunde de astăzi, putem concluziona că trebuie să fi existat o temperatură maximă pe care Universul a atins-o în timpul Big Bang-ului fierbinte: nu mai mult de aproximativ 5 × 1029 K. Deși acest număr este enorm, nu numai că este finit, dar este mult sub scara Planck. Atunci când faci calcule matematice, găsești un diametru minim al Universului la începutul Big Bang-ului fierbinte: aproximativ 20 de centimetri (8″), sau aproximativ dimensiunea unei mingi de fotbal.

Este adevărat că nu știm cât de mare este cu adevărat partea neobservabilă a Universului; poate fi infinită. De asemenea, este adevărat că nu știm cât timp a durat inflația sau ce a precedat-o, dacă a existat ceva. Dar știm că atunci când a început Big Bang-ul fierbinte, toată materia și energia pe care le vedem astăzi în Universul nostru vizibil, toate lucrurile care se întind pe o distanță de 46,1 miliarde de ani-lumină în toate direcțiile, trebuie să fi fost concentrate într-un volum de aproximativ mărimea unei mingi de fotbal.

Pentru cel puțin o perioadă scurtă de timp, vasta întindere a spațiului pe care o privim și o observăm astăzi a fost orice, dar nu mare. Toată materia care compune galaxii întregi și masive ar fi încăput într-o regiune de spațiu mai mică decât o radieră de creion. Și totuși, prin 13,8 miliarde de ani de expansiune, răcire și gravitație, am ajuns la vastul Univers din care ocupăm astăzi un colț minuscul. Poate că spațiul este cel mai mare lucru pe care îl cunoaștem, dar dimensiunea Universului nostru observabil este o realizare recentă. Spațiul nu a fost întotdeauna atât de mare, iar dovezile sunt scrise pe Univers pentru ca noi toți să le vedem.

.