A Nagyrobbanás elmélete a kozmológusok arra irányuló legjobb kísérleteit ábrázolja, hogy rekonstruálják az univerzum 14 milliárd éves történetét a ma látható létező rés alapján.
Különböző emberek különböző módon használják a "Nagy Bang" kifejezést. Általánosabban a megfigyelhető világegyetem ívét szemlélteti, amikor az eredetileg sűrű, forró állapotból lehűlt és lehűlt. Ez a leírás arra a gondolatra vezethető vissza, hogy a kozmosz kibővül, egy olyan széles körű elv, amely analóg a biológiában a legmegfelelőbb túléléshez, amelyet kevés ember vitathatónak tart.
Pontosabban, a Nagyrobbanás utalhat magának a megfigyelhető világegyetemnek a születésére is - az a pillanat, amikor valami megváltozott, elindítja a mai eseményeket. A kozmológusok évtizedek óta vitatkoznak a másodperc töredékének részleteiről, és a vita ma folytatódik.
A klasszikus Big Bang elmélet
Az emberi történelem nagy részében az ég megfigyelői örökké és változatlanul feltételezték. Edwin Hubble az 1920-as években egy kísérleti csapással tárgyalta ezt a történetet, amikor megfigyelései mind azt mutatták, hogy a Tejút utáni galaxisok léteznek, és hogy fényük megfeszültnek látszik - jele annak, hogy rohannak a Földtől.
George Lemaître, a kortárs belga fizikus, a Hubble és mások adatait a bővülő univerzum bizonyítékaként értelmezte - ezt a lehetőséget az Einstein által nemrégiben közzétett általános relativitáselméleti egyenletek teszik lehetővé. Visszafelé gondolva Lemaître arra a következtetésre jutott, hogy a mai elválasztó galaxisoknak együtt kellett volna kezdődniük az úgynevezett "ősatonban".
A modern kifejezés első nyilvános használata Lemaître ötletére valójában egy kritikustól - Fred Hoyle angol csillagásztól származik. 1949. március 28-án Hoyle megalkotta a kifejezést az örök világegyetem által preferált elméletének védelme során, amely anyagot teremtett az expanzió hígításának kiküszöbölésére. Hoyle szerint irracionális volt az a gondolat, hogy "a világegyetem minden anyagát egy nagy pattanással hozzák létre egy távoli múltban egy adott időpontban". A későbbi interjúkban Hoyle tagadta szándékosan egy rágalmazó név feltalálását, ám a moniker ragaszkodott néhány ember csalódásához.
"A nagy robbanás nagyon rossz kifejezés" - mondta Paul Steinhardt, a Princeton kozmológusa. "A Big Stretch megragadná a helyes ötletet." A robbanás mentális képe mindenféle zavart okoz Steinhardt szerint. Ez egy központi pontot, egy bővülő határt és egy jelenetet jelent, ahol a könnyű shrapnel gyorsabban repül, mint a nehezebb darabok. De a növekvő világegyetem nem úgy néz ki mint ilyen - mondta. Nincs központ, nem él, a nagy és a kicsi galaxisok mindegyike ugyanúgy elcsúszik (bár a távoli galaxisok a sötét energia kozmológiai szempontból legutóbbi hatása alatt gyorsabban elmozdulnak).
Nevétől függetlenül, a Nagyrobbanás elmélete széles körben elfogadottnak találta páratlan képességét, hogy megmagyarázza azt, amit látunk. A fény és a részecskék, például a protonok és a neutronok egyensúlya például az első 3 percben lehetővé teszi, hogy a korai elemek olyan sebességgel alakuljanak ki, hogy megjósolják a hélium és más könnyű atomok jelenlegi mennyiségét.
"Volt egy kis ablak az időben, ahol a magok kialakulhatnak" - mondta Glennys Farrar, a New York-i Egyetem kozmológusa. "Ezt követően az univerzum tovább bővült, és nem találták meg egymást, és mielőtt túl forró volt."
A következő 378 000 évig egy zavaros plazma töltötte be az univerzumot, amíg további hűtés nem engedi, hogy az elektronok és protonok semleges hidrogénatomokat képezzenek, és a köd kitisztuljon. A folyamat során kibocsátott fény, amely azóta mikrohullámúvá vált, a legkorábbi ismert tárgykutatók közvetlenül tanulmányozhatók. Kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) sugárzásként ismert, sok kutató úgy véli, hogy ez a Big Bang legerősebb bizonyítéka.
Robbanásveszélyes frissítés
Mivel azonban a kozmológusok visszamentek az univerzum első pillanataiba, a történet kibontakozott. Az általános relativitáselméleti egyenletek korlátlan hő- és sűrűségű kezdeti speckre utaltak - a szingularitás. Amellett, hogy nincs sok fizikai értelme, az egyedüli eredet nem egyezett a sima, lapos CMB-vel. A speck félelmetes hőmérsékletének és sűrűségének ingadozása eltérő tulajdonságokkal rendelkező égszínt eredményezne, de a CMB hőmérséklete csak egy fok töredékével változhat. A tér-idő görbülete szintén meglehetősen síknak tűnik, ami arra utal, hogy az anyag és a görbület eredetileg csaknem tökéletes egyensúlyban van, amelyet a legtöbb kozmológus valószínűtlennek tart.
Alan Guth egy új képet javasolt a másodperces első töredékről az 1980-as években, jelezve, hogy a világegyetem a legkorábbi pillanatait exponenciálisan gyorsabban növekedett, mint manapság. Egy bizonyos ponton ez a folyamat megállt, és a fékek behelyezése sűrű és forró (de nem végtelenül) részecskék rendetlenséget okozott, amely helyettesíti a szingularitást. "Saját gondolkodásomban erre gondolok, mint a Nagyrobbanásra, amikor az univerzum felforrósodott" - mondta Farrar.
Az inflációs elméletnek, amint azt nevezik, ma már rengeteg versengő modell van. Annak ellenére, hogy senki sem tudott arról, hogy mi okozta az univerzum ilyen gyors bővülését, az elmélet egyre népszerűbbé vált azzal a képességgel, hogy megmagyarázza a látszólag valószínűtlen jellegtelen CMB-t: Az infláció megőrizte a kisebb ingadozásokat (amelyek a mai galaxis klaszterekké fejlődtek), miközben a nagyobbokat ellaposította. "Nagyon kedves történet" - mondta Steinhardt, aki segített az elmélet kidolgozásában. "Ez az, amit mondunk a gyerekeinknek."
Az infláción túl
A legújabb kutatások két ráncot vezettek be az inflációs elmélet kozmikus narratívájába. Steinhardt és mások munkája azt sugallja, hogy az infláció bizonyos régiókban (például a megfigyelhető világegyetemünkben) megállt volna, de más területeken folytatódott, különféle területek sorozatának elkészítésével, „amelyek minden elképzelhető kozmológiai tulajdonsággal rendelkeznek”, ahogyan Steinhardt állítja. Sok fizikus ezt a "multiverse" képet ártalmatlannak találja, mert végtelen számú vitathatatlan előrejelzést készít.
A kísérleti oldalról a kozmológusok arra számítanak, hogy az inflációnak galaxis-átfogó gravitációs hullámokat kellett volna létrehoznia a CMB-ben, ugyanis enyhe hőmérsékleti és sűrűségi ingadozást eredményezett. A jelenlegi kísérleteknek elég érzékenynek kell lenniük ahhoz, hogy megtalálják őket, de az ősidő-tér-idő hullámai nem jelentek meg (a 2014-es hamis riasztás ellenére).
Számos kutató vár pontosabb CMB-mérésekre, amelyek megsemmisíthetik vagy validálhatják a sok inflációs modellt, amely még mindig fennáll. Más fizikusok azonban a kozmosz simaságát egyáltalán nem látják problémaként - egységesen indult, és nem igényel magyarázatot.
Míg a kísérletezők új pontosságra törekszenek, egyes teoretikusok elfordultak az inflációtól, hogy más módszereket keressenek az univerzum lapossá tételére. Steinhardt például egy „nagy visszapattanási” modelln dolgozik, amely még tovább tolja az indulási órát egy korábbi összehúzódási periódusra, amely kiegyenlítette a tér-időt és megteremtette a helyet a robbanásveszélyes expanzióhoz. Reméli, hogy túl sokáig az új aláírások olyan problémák mellett, mint például az őskori gravitációs hullámok hiánya, felállítják a kozmológusok egy új alkotási történetet. "Van-e más megfigyelhető tulajdonság, amelyet kell keresni?" Steinhardt azt mondta: "Kérdezzen tőlem néhány év múlva, és remélem, hogy választ kapok."
További erőforrások:
