Razumevanje teorije velikega poka

Teorija velikega praska je prevladujoča teorija nastanka vesolja. V bistvu ta teorija navaja, da se je vesolje začelo od začetka ali singularnosti, ki se je v milijardah let razširilo na oblikovanje vesolja, kot ga poznamo zdaj.

Leta 1922 je ruski kozmolog in matematik po imenu Alexander Friedman ugotovil, da rešitve za Albert Einsteins splošna relativnost poljske enačbe so povzročile širjenje vesolja. Kot vernik statičnega, večnega vesolja je Einstein v svoje enačbe dodal kozmološko konstanto, "popravil" to "napako" in s tem odpravil širitev. Pozneje bi to poimenoval največjo napako v svojem življenju.

Pravzaprav so že obstajali opazovalni dokazi v podporo vse širšemu vesolju. Leta 1912 je ameriški astronom Vesto Slipher opazoval spiralno galaksijo - ki je takrat veljala za "spiralno meglico", saj astronomi še niso vedeli, da obstajajo galaksije izven mlečna cesta—In posnel svoje rdeče premikanje, premik svetlobnega vira proti rdečemu koncu svetlobnega spektra. Opazoval je, da vse take meglice potujejo stran od Zemlje. Ti rezultati so bili takrat precej kontroverzni, njihove popolne posledice pa niso bile upoštevane.

Leta 1924 astronom Edwin Hubble je lahko izmeril razdaljo do teh »meglic« in odkril, da so tako daleč, da pravzaprav niso del Mlečne poti. Odkril je, da je Mlečna pot le ena izmed mnogih galaksij in da so te "meglice" same po sebi galaksije.

Leta 1927 je rimskokatoliški duhovnik in fizik Georges Lemaitre neodvisno izračunal Friedmanovo rešitev in znova predlagal, da se vesolje širi. Hubble je to teorijo podprl, ko je leta 1929 ugotovil, da obstaja povezava med razdaljo galaksij in količino rdeče premikanje v luči te galaksije. Oddaljene galaksije so se oddaljevale hitreje, kar je bilo natanko to, kar so napovedovale Lemaitrove rešitve.

Leta 1931 je Lemaitre šel naprej s svojimi napovedmi in ekstrapoliral nazaj v čas, ugotovil, da bo zadeva vesolja dosegla neskončno gostoto in temperaturo v končnem času v preteklosti. To je pomenilo, da se je moralo vesolje začeti na neverjetno majhni, gosti točki snovi, imenovani "prvotni atom".

Dejstvo, da je bil Lemaitre rimskokatoliški duhovnik, je zadevalo nekatere, saj je predstavil teorijo, ki je vesolju predstavila dokončen trenutek "ustvarjanja". V dvajsetih in tridesetih letih je bila večina fizikov - kot Einstein - nagnjena k prepričanju, da vesolje obstaja že od nekdaj. V bistvu je veliko ljudi teorijo velikega banga videlo kot preveč religiozno.

Medtem ko je bilo naenkrat predstavljenih več teorij, je bilo to res samo Fred Hoyle teorija stabilnega stanja ki je zagotovila resnično konkurenco Lemaitrejevi teoriji. Ironično je, da je Hoyle med radijsko oddajo iz petdesetih let prejšnjega stoletja skoval besedno zvezo "Big Bang" in jo nameraval kot izsmešen izraz za Lemaitrejevo teorijo.

Teorija stabilnega stanja je napovedovala novo zadeva je bil ustvarjen tako, da sta gostota in temperatura vesolja sčasoma ostala konstantna, tudi ko se je vesolje širilo. Hoyle je prav tako napovedoval, da se bodo iz procesa vodika in helija tvorili gostejši elementi zvezdna nukleosinteza, ki se je za razliko od teorije stacionarnega stanja izkazalo za natančno.

George Gamow - eden izmed Friedmanovih učencev - je bil glavni zagovornik teorije velikega udarca. Skupaj s kolegoma Ralphom Alpherjem in Robertom Hermanom je napovedoval kozmično ozadje mikrovalov (CMB) sevanje, ki je sevanje, ki bi moralo obstajati po vsem vesolju kot ostanek Velikega Udarec. Medtem ko so se atomi začeli oblikovati med rekombinacija, dovolili so mikrovalovno sevanje (oblika svetlobe), da potuje po vesolju, in Gamow je napovedal, da bo to mikrovalovno sevanje bi bilo še danes opaziti.

Razprava se je nadaljevala do leta 1965, ko sta Arno Penzias in Robert Woodrow Wilson naletela na CMB med delom za Bell Telephone Laboratories. Njihov radiometer Dicke, ki se uporablja za radio astronomijo in satelitsko komunikacijo, je povzpel temperaturo 3,5 K (kar je v skladu z napovedjo Alpherja in Hermana 5 K).

Skozi pozna šestdeseta in zgodnja sedemdeseta leta so nekateri zagovorniki fizike v stanju dinamičnega ravnovesja poskušali razložiti to ugotovitev, vendar zanikala teorijo velikega udarca, vendar je bilo konec desetletja jasno, da sevanje CMB nima nobene druge verodostojne pojasnilo. Penzias in Wilson sta za to odkritje prejela leta 1978 Nobelovo nagrado za fiziko.

Nekaj ​​pomislekov pa je ostalo glede teorije velikega udarca. Eden od teh je bil problem homogenosti. Znanstveniki so vprašali: Zakaj je vesolje glede na energijo enako, ne glede na to, v katero smer gleda? Teorija velikega praska ne daje čas, da bi dosegel zgodnji vesolj toplotno ravnovesje, zato bi morale biti razlike v energiji po vsem vesolju.

Leta 1980 je ameriški fizik Alan Guth uradno predlagal teorija inflacije da bi rešili to in druge težave. Ta teorija pravi, da je v zgodnjih trenutkih po velikem udaru prišlo do izredno hitrega širjenja začetnega vesolja, ki ga poganja "vakuumska energija negativnega tlaka" (ki lahko biti na nek način povezan s trenutnimi teorijami temna energija). Druga možnost je, da so te inflacijske teorije, ki so podobne pojmu, vendar z nekoliko drugačnimi podrobnostmi, v zadnjih letih podali tudi druge.

Program NASK-a Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), ki se je začel leta 2001, je zagotovil dokaze, ki močno podpirajo inflacijsko obdobje v zgodnjem vesolju. Ti dokazi so še posebej močni pri triletnih podatkih, objavljenih leta 2006, čeprav še vedno obstajajo majhne neskladnosti s teorijo. Nobelovo nagrado za fiziko za leto 2006 je prejel John C. Mather in George Smoot, dva ključna delavca na projektu WMAP.

Čeprav velika večina fizikov sprejema teorijo velikega poka, je v zvezi s tem še vedno nekaj manjših vprašanj. Najpomembnejše pa so vprašanja, na katera teorija sploh ne more odgovoriti:

• Kaj je obstajalo pred velikim praskom?
• Kaj je povzročilo Veliki prašek?
• Ali je naše vesolje edino?

Odgovori na ta vprašanja morda obstajajo zunaj področja fizike, vendar so kljub temu fascinantni in odgovori, kot so multiverse hipoteza ponuja zanimivo področje špekulacij za znanstvenike in neznanstvenike.

Ko je Lemaitre prvotno predlagal svoje opazovanje zgodnjega vesolja, je to zgodnje stanje vesolja poimenoval prvotni atom. Leta kasneje bi George Gamow zanjo uporabil ime ylem. Imenovali so ga tudi primordialni atom ali celo kozmično jajce.