Az elején az univerzum nagyon, nagyon gyorsan bővült.
(Kép: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Paul Sutter az Ohio Állami Egyetemen asztrofizikus és a COSI tudományos központ vezető tudósa. Sutter a Ask Spaceman és az Space Radio házigazdája, valamint azAstroTours világszerte vezetője. Sutter hozzátette ezt a cikket az Space.com szakértői hangjaihoz: Op-Ed & Insights.
13,8 milliárd évvel ezelőtt az egész megfigyelhető univerzumunk őszibarack méretű volt, és hőmérséklete több mint trillió fok volt.
Ez egy nagyon egyszerű, de nagyon merész nyilatkozat, amelyet nem könnyű vagy könnyű megfogalmazni. Valóban, akár száz évvel ezelőtt is egyenesen udvariasan hangzott volna, de itt vagyunk, mondván, hogy ez nem nagy ügy. De mint a tudományban, az ilyen egyszerű állítások több független bizonyítéksor hegyéből épülnek fel, amelyek mind ugyanazon következtetésre mutatnak - ebben az esetben a Nagyrobbanásról, a világegyetem történetének modelljéről. [Az univerzum: a nagy robbanás most 10 egyszerű lépésben]
De, amint mondják, ne vegye bele a szavamat. Íme öt bizonyíték a Big Bangról:
# 1: Az éjszakai égbolt sötét
Képzelje el egy pillanatra, hogy tökéletesen végtelen világegyetemben élünk, mind időben, mind térben. A csillogó csillaggyűjtemények örökké folytatódnak minden irányba, és az univerzum egyszerűen mindig is volt és mindig is lesz. Ez azt jelentené, hogy bárhová is nézett az égen - csak válasszon egy véletlenszerű irányt és bámuljon - akkor kötelező lenne egy csillagot találni odakinn, valahol, valamilyen távolságban. Ez egy végtelen világegyetem elkerülhetetlen eredménye.
És ha ugyanaz a világegyetem örökké körül volt, akkor sok idő telt el ettől a csillagtől, hogy a kozmoszon át viszonylag lassú c sebességgel mászjon be a szemgolyójához. Még bármilyen beavatkozó por jelenléte sem csökkentené a csillagok végtelenségéből felhalmozódott fényt a végtelenül nagy kozmoszban.
Ergo, az égnek lángolnia kell a csillagok sokaságának kombinált fényével. Ehelyett inkább sötétség. Üresség. Üres. Feketeség. Tudod, űr.
Heinrich Olbers német fizikus talán nem volt az első, aki észrevette ezt a látszólagos paradoxont, ám neve ragaszkodott az ötlethez: Olbers paradoxonjának nevezik. Az egyszerű felbontás? Vagy az univerzum nem végtelen méretű, vagy időben nem is végtelen. Vagy talán sem.
# 2: kvazárok léteznek
Amint a kutatók érzékeny rádiótávcsöveket fejlesztettek ki, az 1950-es és 60-as években furcsán hangos rádióforrásokat észleltek az égen. Jelentős csillagászati rámutatással a tudósok megállapították, hogy ezek a kvázi-csillagú rádióforrások vagy „kvazárok” nagyon távoli, de ritkán fényes, aktív galaxisok.
A vita szempontjából a legfontosabb a következtetés „nagyon távoli” része.
Mivel a fénynek időre van szüksége az egyik helyről a másikra történő utazáshoz, nem a csillagokat és a galaxiseket látjuk úgy, ahogy vannak most, hanem olyanok, mint ezer, millió vagy milliárd évvel ezelőtt. Ez azt jelenti, hogy az univerzumba mélyebben tekintve a múltba is mélyebben keresünk. Sok kvazárt látunk a távoli kozmoszban, ami azt jelenti, hogy ezek a tárgyak milliárd évvel ezelőtt nagyon gyakoriak voltak. De a helyi, naprakész környéken alig vannak kvazárok. És elég gyakoriak a távoli (azaz fiatal) világegyetemben, hogy sokkal többet látnunk kellene a közelben.
Az egyszerű következtetés: Az univerzum múltban más volt, mint ma.
# 3: Egyre nagyobb lesz
Bővülő univerzumban élünk. A galaxisok átlagosan távolabb vannak az összes többi galaxistól. Persze, néhány kisebb helyi ütközés történik a maradék gravitációs kölcsönhatásokból, például hogy a Tejút miként fog összeütközni Andromeda-val néhány milliárd év alatt. De nagy léptékben ez az egyszerű, expanzív kapcsolat igaz. Edwin Hubble csillagász ezt fedezte fel a 20. század elején, miután rájött, hogy a galaxisok valójában dolog. [A Tejútrendszer galaxisának ütközése Andromeda-val: előadó képek]
A bővülő univerzumban a szabályok egyszerűek. Minden galaxis távolodik (szinte) minden más galaxistól. A távoli galaxisokból származó fény pirosra váltódik - a felszabaduló fény hullámhosszai hosszabbá válnak, és így vörösesek lesznek más galaxisok szempontjából. Gondolkodhat arra, hogy azt gondolja, hogy ennek oka az egyes galaxisok mozgása, amelyek az univerzum körül haladnak, de a matematika nem adja hozzá.
Egy adott galaxis vöröseltolódásának mértéke függ attól, hogy milyen messze van. A közelebbi galaxisok bizonyos mértékű vöröseltolódást kapnak. A kétszer messze lévő galaxis kétszer akkora vöröseltolódást fog elérni. A távolság négyszerese? Így van, a vöröseltolódás négyszerese. Ahhoz, hogy ezt csak a körülzáródó galaxisokkal magyarázhassuk, nagyon furcsa összeesküvésnek kell lennie, ahol az univerzum minden galaktikus állampolgára beleegyezik abba, hogy ebben a nagyon sajátos mintában mozog.
Ehelyett sokkal egyszerűbb magyarázat van: A galaxisok mozgása annak köszönhető, hogy a galaxisok között a tér megfeszül.
Dinamikus, fejlődő univerzumban élünk. A múltban kisebb volt, és a jövőben is nagyobb lesz.
# 4: A relikvi sugárzás
Játsszunk egy játékot. Tegyük fel, hogy a világegyetem a múltban kisebb volt. Ez azt jelenti, hogy sűrűbb és melegebb is lett volna, igaz? Igaz - a kozmosz összes tartalmát egy kisebb térben összegyűjtötték volna, és a nagyobb sűrűség magasabb hőmérsékletet jelent.
Egy bizonyos ponton, amikor az univerzum, mondjuk, milliószor kisebb, mint jelenleg, minden oly össze lett összetörve, hogy plazma lenne. Ebben az állapotban az elektronok nem lesznek kötve a nukleáris gazdaszervezetektől és szabadon tudnak úszni, és az összes anyag intenzív, nagy energiájú sugárzásban fürdött.
De amint az a csecsemő világegyetem kibővült, addig lehűlt volna, amikor az elektronok hirtelen kényelmesen letelepedhetnek a magok körül, és így hidrogén és hélium első teljes atomját képezik. Abban a pillanatban az őrült-intenzív sugárzás akadálytalanul mozoghat az újonnan vékony és átlátszó univerzumon. És amint az univerzum kibővült, a szó szerint fehéren meleg elkezdett fény lehűlni, lehűlni, alig néhány fokkal abszolút nulla feletti hőmérsékletre hűtött, és a hullámhosszokat szilárdan a mikrohullámú tartományba helyezte.
És amikor a mikrohullámú távcsöveinket az ég felé mutatjuk, mit látunk? Háttér-sugárzó fürdő, amely mindkét oldalán körülvesz minket és szinte tökéletesen egyenletes (100 000-re egy részre!) Minden irányba. Babakép az univerzumról. Képeslap egy rég halott korszakból. Világosság olyan időről időre, mint maga az univerzum.
# 5: Ez elemi
Tolja az órát még tovább, mint a kozmikus mikrohullámú háttér kialakulása, és egy bizonyos ponton a dolgok annyira intenzívek, annyira őrültek, hogy még protonok és neutronok sem léteznek. Ez csak leves azok alapvető részeiből, a kvarkokból és a gluonokból. De az univerzum kibővülése és lehűlése a létének első néhány percétől kezdve a legkönnyebb magok, mint például a hidrogén és a hélium, összehúzódtak és kialakultak.
A nukleáris fizika manapság nagyon tisztességes kezünkkel rendelkezik, és ezeket az ismereteket felhasználhatjuk az univerzumban a legkönnyebb elemek relatív mennyiségének előrejelzésére. A jóslat: Ennek a zsíros levesnek körülbelül háromnegyed részét hidrogént, egynegyed héliumot és "más" összetört képességét kellett volna szülnie.
A kihívás ezután a csillagászok felé fordul, és mit találnak? Nagyjából háromnegyed hidrogénből, egynegyed héliumból és kisebb százalékban az "egyébből" álló univerzum. Bingó.
Természetesen több bizonyíték is van. De ez csak a kiindulópont a kozmoszról alkotott modern Big Bang képünkhöz. Több, egymástól független bizonyítási vonal ugyanazon következtetésre mutat: A világegyetemünk körülbelül 13,8 milliárd éves volt, és egy időben őszibarack méretű volt, és több mint trillió fok hőmérséklete volt.
Tudjon meg többet az "Mi történik, ha a galaxisok összeomlnak" című rész hallgatásával. az Ask A Spaceman podcaston, amely elérhető az iTuneson és a weben a http://www.askaspaceman.com címen. Köszönet Mike D.-nek, Tripp B.-nek, Sedas S.-nek, Isla-nak és Patrick D.-nek a kérdésért, amely a darabhoz vezetett! Tegye fel saját kérdését a Twitteren a #AskASpaceman segítségével, vagy Paul @PaulMattSutter és facebook.com/PaulMattSutter követésével. Kövessen minket @Spacedotcom, a Facebook és a Google+. Eredeti cikk a Space.com oldalon.
