Wielki Wybuch i pochodzenie wszystkiego

Jak powstał wszechświat? To pytanie zadali sobie naukowcy i filozofowie w całej historii, patrząc na rozgwieżdżone niebo nad nimi. Odpowiedzią jest astronomia i astrofizyka. Jednak nie jest to łatwe do rozwiązania.

Pierwsze duże przebłyski odpowiedzi nadeszły z nieba w 1964 roku. Właśnie wtedy astronomowie Arno Penzias i Robert Wilson odkryli zakotwiczony w danych sygnał mikrofalowy, którego szukały w poszukiwaniu sygnałów odbijanych od satelitów balonu Echo. Zakładali wtedy, że był to po prostu niepożądany hałas i próbowali odfiltrować sygnał.

Okazuje się jednak, że to, co wykryli, miało miejsce wkrótce po rozpoczęciu wszechświata. Chociaż wtedy nie wiedzieli o tym, odkryli Kosmiczne tło mikrofalowe

Co zapoczątkowało narodziny wszechświata? Według fizyki wszechświat powstał z osobliwości - terminu, którego fizycy używają do opisania obszarów kosmicznych, które są sprzeczne z prawami fizyki. Niewiele wiedzą o osobliwościach, ale wiadomo, że takie regiony istnieją w rdzeniach czarne dziury. Jest to region, w którym cała masa pochłonięta przez czarną dziurę zostaje ściśnięta w maleńki punkt, nieskończenie masywny, ale także bardzo, bardzo mały. Wyobraź sobie, że wbijasz Ziemię w coś wielkości jednego punktu. Osobliwość byłaby mniejsza.

Nie oznacza to jednak, że wszechświat powstał jako czarna dziura. Takie założenie rodziłoby pytanie o coś istniejącego przed Wielki Wybuch, który jest dość spekulacyjny. Z definicji nic nie istniało przed początkiem, ale ten fakt stwarza więcej pytań niż odpowiedzi. Na przykład, jeśli nic nie istniało przed Wielkim Wybuchem, co spowodowało powstanie osobliwości? To pytanie „gotcha”, które astrofizycy wciąż próbują zrozumieć.

Jednak po utworzeniu osobliwości (jakkolwiek się to zdarzyło) fizycy mają dobre pojęcie o tym, co wydarzyło się później. Wszechświat był w gorącym, gęstym stanie i zaczął się rozszerzać w procesie zwanym inflacją. Stało się bardzo małe i bardzo gęste, do bardzo gorącego stanu. Potem ostygło, gdy się rozszerzyło. Proces ten jest obecnie nazywany Wielkim Wybuchem, termin po raz pierwszy wymyślony przez Sir Freda Hoyle'a podczas audycji radiowej British Broadcasting Corporation (BBC) w 1950 r.

Chociaż termin ten oznacza jakąś eksplozję, tak naprawdę nie było wybuchu ani wybuchu. To była naprawdę szybka ekspansja przestrzeni i czasu. Pomyśl o tym jak o wysadzeniu balonu: gdy ktoś wdmuchuje powietrze, zewnętrzna część balonu rozszerza się na zewnątrz.

Wczesny wszechświat (kilka ułamków sekundy po rozpoczęciu Wielkiego Wybuchu) nie był związany prawami fizyki, jakie znamy dzisiaj. Tak więc nikt nie może z wielką dokładnością przewidzieć, jak wszechświat wyglądał w tym czasie. Jednak naukowcy mieć był w stanie skonstruować przybliżoną reprezentację ewolucji wszechświata.

Po pierwsze, dziecięcy wszechświat był początkowo tak gorący i gęsty, że nawet cząstki elementarne takie jak protony i neutrony nie mogły istnieć. Zamiast tego różne typy materia (zwane materią i antymaterią) zderzyły się, tworząc czystą energię. Gdy wszechświat zaczął się ochładzać w ciągu pierwszych kilku minut, zaczęły powstawać protony i neutrony. Powoli protony, neutrony i elektrony złączyły się, tworząc wodór i niewielkie ilości helu. W ciągu następnych miliardów lat powstały gwiazdy, planety i galaktyki, aby stworzyć obecny wszechświat.

Wróćmy więc do Penziasa, Wilsona i CMB. Co znaleźli (i za co wygrali nagroda Nobla) jest często opisywane jako „echo” Wielkiego Wybuchu. Pozostawił po sobie sygnaturę, podobnie jak echo słyszane w kanionie reprezentuje „sygnaturę” oryginalnego dźwięku. Różnica polega na tym, że zamiast słyszalnego echa, wskazówka Wielkiego Wybuchu jest sygnaturą cieplną w całej przestrzeni. Podpis ten został specjalnie zbadany przez statek kosmiczny Cosmic Background Explorer (COBE) i Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Ich dane dostarczają najbardziej wyraźnych dowodów na kosmiczne wydarzenie porodowe.

Podczas, gdy Big Bang teoria jest najczęściej akceptowanym modelem, który wyjaśnia pochodzenie wszechświata i jest poparta przez wszystkich dowody obserwacyjne, istnieją inne modele, które używają tego samego dowodu, aby powiedzieć nieco inaczej fabuła.

Niektórzy teoretycy twierdzą, że teoria Wielkiego Wybuchu opiera się na fałszywej przesłance - że wszechświat jest zbudowany na stale rozszerzającej się czasoprzestrzeni. Sugerują statyczny wszechświat, który pierwotnie przewidział teoria Einsteina ogólna teoria względności. Teorię Einsteina zmodyfikowano dopiero później, aby uwzględnić sposób, w jaki wszechświat się rozszerza. A ekspansja jest dużą częścią tej historii, zwłaszcza, że ​​wiąże się z istnieniem ciemna energia. Wreszcie ponowne obliczenie masy wszechświata wydaje się potwierdzać teorię wydarzeń Wielkiego Wybuchu.

Chociaż nasze rozumienie faktycznych wydarzeń jest wciąż niepełne, dane CMB pomagają kształtować teorie wyjaśniające narodziny kosmosu. Bez Wielkiego Wybuchu nie mogłyby istnieć gwiazdy, galaktyki, planety ani życie.

• Wielki Wybuch to nazwa nadana wydarzeniu narodzin wszechświata.
• Uważa się, że Wielki Wybuch miał miejsce, gdy coś rozpoczęło ekspansję niewielkiej osobliwości, około 13,8 miliarda lat temu.
• Światło z krótko po Wielkim Wybuchu jest wykrywalne jako kosmiczne promieniowanie mikrofalowe (CMB). Reprezentuje światło z czasów, gdy nowonarodzony wszechświat zapalił się około 380 000 lat po wybuchu Wielkiego Wybuchu.

• "Big Bang." NASA, NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• „Początki wszechświata”. National Geographic, National Geographic, 24 kwietnia 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Zaktualizowany i edytowany przez Carolyn Collins Petersen.