Zrozumienie teorii Wielkiego Wybuchu

Teoria wielkiego wybuchu jest dominującą teorią pochodzenia wszechświata. W gruncie rzeczy, teoria ta stwierdza, że ​​wszechświat zaczął się od początkowego punktu lub osobliwości, która rozszerzyła się przez miliardy lat, tworząc wszechświat, jaki znamy.

W 1922 r. Rosyjski kosmolog i matematyk Alexander Friedman znalazł takie rozwiązanie Albert Einstein„s ogólna teoria względności równania pola zaowocowały rozszerzającym się wszechświatem. Jako wierzący w statyczny, wieczny wszechświat, Einstein dodał do swoich równań stałą kosmologiczną, „korygując” ten „błąd”, a tym samym eliminując ekspansję. Później nazwałby to największym błędem swojego życia.

W rzeczywistości istniały już dowody obserwacyjne na poparcie rozszerzającego się wszechświata. W 1912 roku amerykański astronom Vesto Slipher zaobserwował galaktykę spiralną - wówczas uważaną za „mgławicę spiralną”, ponieważ astronomowie jeszcze nie wiedzieli, że poza galaktyką znajdują się galaktyki

W 1924 r. Astronom Edwin Hubble był w stanie zmierzyć odległość do tych „mgławic” i odkrył, że były one tak daleko, że w rzeczywistości nie były częścią Drogi Mlecznej. Odkrył, że Droga Mleczna była tylko jedną z wielu galaktyk i że te „mgławice” były w rzeczywistości galaktykami.

W 1927 r. Rzymskokatolicki kapłan i fizyk Georges Lemaitre niezależnie obliczyli rozwiązanie Friedmana i ponownie zasugerowali, że wszechświat musi się rozszerzać. Teorię tę poparł Hubble, gdy w 1929 roku odkrył, że istnieje korelacja między odległością galaktyk a ilością przesunięcie ku czerwieni w świetle tej galaktyki. Odległe galaktyki oddalały się szybciej, co dokładnie przewidywały rozwiązania Lemaitre.

W 1931 r. Lemaitre poszedł dalej ze swoimi przewidywaniami, ekstrapolując wstecz w czasie, stwierdzając, że materia wszechświata osiągnie nieskończoną gęstość i temperaturę w określonym czasie w przeszłości. Oznaczało to, że wszechświat musiał rozpocząć się w niewiarygodnie małym, gęstym punkcie materii, zwanym „pierwotnym atomem”.

Fakt, że Lemaitre był kapłanem rzymskokatolickim, dotyczył niektórych, ponieważ przedstawiał teorię, która przedstawiała wszechświatowi określony moment „stworzenia”. W latach dwudziestych i trzydziestych większość fizyków - jak Einstein - była skłonna wierzyć, że wszechświat zawsze istniał. Zasadniczo teoria Wielkiego Wybuchu była postrzegana przez wielu ludzi jako zbyt religijna.

Chociaż na jakiś czas przedstawiono kilka teorii, tak naprawdę był to tylko Fred Hoyle teoria stanu ustalonego które stanowiły prawdziwą konkurencję dla teorii Lemaitre. Jak na ironię, Hoyle ukuł frazę „Wielki Wybuch” podczas audycji radiowej z lat 50. XX wieku, zamierzając ją szydzić z teorii Lemaitre.

Teoria stanu ustalonego przewidywała, że ​​nowa materia został stworzony w taki sposób, że gęstość i temperatura wszechświata pozostały stałe w czasie, nawet podczas rozszerzania się wszechświata. Hoyle przewidywał również, że w wyniku procesu powstały gęstsze pierwiastki z wodoru i helu nukleosynteza gwiazd, co w przeciwieństwie do teorii stanu ustalonego okazało się trafne.

George Gamow - jeden z uczniów Friedmana - był głównym orędownikiem teorii Wielkiego Wybuchu. Wraz z kolegami Ralphem Alpherem i Robertem Hermanem przewidział kosmiczne tło mikrofalowe Promieniowanie (CMB), czyli promieniowanie, które powinno istnieć w całym wszechświecie jako pozostałość Wielkiego Huk. Gdy atomy zaczęły tworzyć się podczas era rekombinacji, pozwolili promieniowaniu mikrofalowemu (formie światła) podróżować przez wszechświat, a Gamow przewidział, że to promieniowanie mikrofalowe byłyby do dziś widoczne.

Debata trwała do 1965 r., Kiedy Arno Penzias i Robert Woodrow Wilson natknęli się na CMB, pracując dla Bell Telephone Laboratories. Ich radiometr Dicke, używany do radioastronomii i komunikacji satelitarnej, osiągnął temperaturę 3,5 K (zbliżoną do prognozy Alphera i Hermana 5 K).

W późnych latach sześćdziesiątych i wczesnych siedemdziesiątych niektórzy zwolennicy fizyki stanu ustalonego próbowali wyjaśnić to odkrycie zaprzeczając teorii Wielkiego Wybuchu, ale pod koniec dekady stało się jasne, że promieniowanie CMB nie ma innego prawdopodobnego wyjaśnienie. Za to odkrycie Penzias i Wilson otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 1978 roku.

Pozostały jednak pewne obawy dotyczące teorii Wielkiego Wybuchu. Jednym z nich był problem jednorodności. Naukowcy zapytali: Dlaczego wszechświat wygląda identycznie pod względem energii, niezależnie od tego, w którym kierunku się patrzy? Teoria wielkiego wybuchu nie daje czasu na dotarcie do wczesnego wszechświata Równowaga termiczna, więc powinny występować różnice w energii we wszechświecie.

W 1980 roku amerykański fizyk Alan Guth oficjalnie się oświadczył teoria inflacji rozwiązać ten i inne problemy. Teoria ta mówi, że we wczesnych momentach po Wielkim Wybuchu nastąpiła niezwykle szybka ekspansja powstającego wszechświata napędzana przez „energię próżni podciśnieniowej” (która może być w jakiś sposób związane z aktualnymi teoriami ciemna energia). Alternatywnie teorie inflacji, podobne w koncepcji, ale z nieco innymi szczegółami, zostały przedstawione przez innych od lat.

Program Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) przeprowadzony przez NASA, który rozpoczął się w 2001 roku, dostarczył dowodów, które silnie wspierają okres inflacji we wczesnym wszechświecie. Dowody te są szczególnie mocne w trzyletnich danych opublikowanych w 2006 r., Choć nadal istnieją pewne niewielkie niespójności z teorią. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki z 2006 r. Otrzymał John C. Mather i George Smoot, dwóch kluczowych pracowników projektu WMAP.

Chociaż teoria Wielkiego Wybuchu jest akceptowana przez zdecydowaną większość fizyków, wciąż istnieją pewne drobne pytania na jej temat. Najważniejsze są jednak pytania, na które teoria nie może nawet próbować odpowiedzieć:

• Co istniało przed Wielkim Wybuchem?
• Co spowodowało Wielki Wybuch?
• Czy nasz wszechświat jest jedyny?

Odpowiedzi na te pytania mogą istnieć poza sferą fizyki, ale mimo to są fascynujące, a odpowiedzi takie jak wieloświatowy hipoteza stanowi intrygujący obszar spekulacji zarówno dla naukowców, jak i nienaukowców.

Kiedy Lemaitre pierwotnie zaproponował swoją obserwację wczesnego wszechświata, nazwał ten wczesny stan wszechświata pierwotnym atomem. Po latach George Gamow zastosował do tego nazwę ylem. Nazywano go także pierwotnym atomem, a nawet kosmicznym jajkiem.