I början fanns det en oändligt tät, liten materieboll. Sedan smällde allting och gav upphov till de atomer, molekyler, stjärnor och galaxer som vi ser i dag.

Det är i alla fall vad fysikerna har berättat för oss under de senaste decennierna.

Men ny teoretisk fysikforskning har nyligen avslöjat ett möjligt fönster till det mycket tidiga universum och visar att det kanske inte är ”mycket tidigt” trots allt. Istället kan det bara vara den senaste iterationen av en bang-bounce-cykel som har pågått i … ja, åtminstone en gång, och möjligen för evigt.

Innan fysikerna bestämmer sig för att kasta ut Big Bang till förmån för en bang-bounce-cykel måste dessa teoretiska förutsägelser förstås överleva en anstormning av observationstester.

Bouncing cosmologies

Vetenskapsmännen har en riktigt bra bild av det mycket tidiga universum, något som vi känner till och älskar som Big Bang-teorin. Enligt denna modell var universum för länge sedan mycket mindre, mycket varmare och mycket tätare än det är idag. I det tidiga infernot för 13,8 miljarder år sedan bildades alla de grundämnen som gör oss till vad vi är inom loppet av ungefär ett dussin minuter.

Ännu tidigare, enligt denna tanke, var hela vårt universum – alla stjärnor, alla galaxer, allting – vid en viss tidpunkt lika stort som en persika och hade en temperatur på över en kvadriljon grader.

Och otroligt nog håller den här fantasifulla historien i alla nuvarande observationer. Astronomer har gjort allt från att observera den överblivna elektromagnetiska strålningen från det unga universum till att mäta mängden av de lättaste grundämnena och funnit att allt stämmer överens med vad Big Bang förutsäger. Såvitt vi kan se är detta ett korrekt porträtt av vårt tidiga universum.

Men hur bra det än är så vet vi att bilden av Big Bang inte är komplett – det saknas en pusselbit, och den pusselbiten är de tidigaste ögonblicken av själva universum.

Det är en ganska stor bit.

Relaterat: Från Big Bang till nutid: Från Big Bang till nutid: Problemet är att den fysik som vi använder för att förstå det tidiga universum (en underbart komplicerad blandning av allmän relativitetsteori och högenergipartikelfysik) bara kan ta oss så långt innan den bryter samman. När vi försöker tränga djupare och djupare in i de första ögonblicken av vårt kosmos blir matematiken svårare och svårare att lösa, ända till den punkt där den bara … slutar.

Det viktigaste tecknet på att vi har en terräng som ännu inte har utforskats är närvaron av en ”singularitet”, eller en punkt med oändlig täthet, i början av Big Bang. Om man tar detta för vad det är, säger det oss att universum vid en tidpunkt var hoptryckt i en oändligt liten, oändligt tät punkt. Detta är naturligtvis absurt, och vad det egentligen säger oss är att vi behöver ny fysik för att lösa detta problem – vår nuvarande verktygslåda är helt enkelt inte tillräckligt bra.

Relaterat: För att rädda dagen behöver vi ny fysik, något som kan hantera gravitationen och de andra krafterna i kombination vid ultrahöga energier. Och det är precis vad strängteorin påstår sig vara: en fysikmodell som klarar av att hantera gravitationen och de andra krafterna i kombination vid ultrahöga energier. Vilket innebär att strängteorin hävdar att den kan förklara universums tidigaste ögonblick.

En av de tidigaste strängteoretiska föreställningarna är det ”ekpyrotiska” universumet, som kommer från det grekiska ordet för ”konflagration”, eller eld. I detta scenario utlöstes det som vi känner till som Big Bang av något annat som hände före det – Big Bang var inte en början, utan en del av en större process.

En utvidgning av det ekpyrotiska konceptet har lett till en teori, återigen motiverad av strängteorin, som kallas cyklisk kosmologi. Jag antar att idén om att universum ständigt upprepar sig själv tekniskt sett är tusentals år gammal och föregår fysiken, men strängteorin gav idén en fast matematisk grund. Det cykliska universumet går ungefär precis som man kan föreställa sig. Det studsar ständigt mellan big bangs och big crunches, potentiellt för evigt tillbaka i tiden och för evigt in i framtiden.

Förr i tiden

Och hur häftigt det än låter hade de tidiga versionerna av den cykliska modellen svårt att stämma överens med observationerna – vilket är ett stort problem när man försöker bedriva vetenskap och inte bara berättar historier runt lägerelden.

Det största hindret var att stämma överens med våra observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, det fossila ljuset som finns kvar från den tid då universum bara var 380 000 år gammalt. Även om vi inte kan se direkt förbi denna vägg av ljus, om man börjar pyssla teoretiskt med fysiken i det begynnande kosmos, påverkar man det efterglödande ljusmönstret.

Och så verkade det som om ett cykliskt universum var en snygg men felaktig idé.

Men den ekpyrotiska facklan har hållits tänd under årens lopp, och i en artikel som publicerades i januari i databasen arXiv har man utforskat rynkorna i matematiken och avslöjat en del tidigare missade möjligheter. Fysikerna, Robert Brandenberger och Ziwei Wang från McGill University i Kanada, fann att i ”studsens” ögonblick, när vårt universum krymper till en otroligt liten punkt och återgår till ett Big Bang-tillstånd, är det möjligt att rada upp allting så att man får det korrekta observationellt testade resultatet.

Med andra ord kan den komplicerade (och visserligen dåligt förstådda) fysiken i denna kritiska epok faktiskt möjliggöra en radikalt reviderad syn på vår tid och plats i kosmos.

Men för att fullt ut testa denna modell måste vi vänta på en ny generation av kosmologiska experiment, så låt oss vänta med att ta fram den ekpyrotiska champagnen.

Paul M. Sutter är astrofysiker vid SUNY Stony Brook och Flatiron Institute, värd för Ask a Spaceman och Space Radio samt författare till Your Place in the Universe.

• De största olösta mysterierna inom fysiken
• De 12 märkligaste objekten i universum
• Big Bang till civilisation:

Originally published on Live Science.