Veliki prasak in izvor vsega

Kako se je začelo vesolje? To vprašanje so znanstveniki in filozofi skozi zgodovino razmišljali o zvezdnem nebu. Naloga astronomije in astrofizike je zagotoviti odgovor. Vendar se tega ni enostavno lotiti.

Prvi večji utrinki odgovora so prišli z neba leta 1964. Takrat sta astronoma Arno Penzias in Robert Wilson odkrila mikrovalovni signal, pokopan v podatkih, ki sta jih vzela, da bi iskala signale, ki jih odbijajo iz balonskih satelitov Echo. Takrat so domnevali, da gre za preprosto neželen hrup, in poskušali signal filtrirati.

Vendar se izkaže, da je tisto, kar so zaznali, prišlo iz časa kmalu po začetku vesolja. Čeprav tega takrat niso vedeli, so odkrili tisto Kozmično mikrovalovno ozadje (CMB). CMB je napovedovala teorija, imenovana Big Bang, ki je kazala, da se je vesolje začelo kot gosto vroča točka v vesolju in se nenadoma razširilo navzven. Odkritje obeh moških je bilo prvi dokaz tega prvotnega dogodka.

Kaj je začelo rojstvo vesolja? Po fiziki je vesolje nastalo iz singularnosti - izraza, ki ga fiziki uporabljajo za opisovanje vesoljskih območij, ki kljubujejo zakonitosti fizike. O posebnostih vedo zelo malo, znano pa je, da takšna območja obstajajo v jedrih črne luknje. To je območje, kjer se vsa masa, ki jo je črnila luknja, zaškripa v drobno točko, neskončno množično, a tudi zelo, zelo majhno. Predstavljajte si, da natepate Zemljo v nekaj, kar je veliko natančno. Singularnost bi bila manjša.

To pa ne pomeni, da se je vesolje začelo kot črna luknja. Takšna domneva bi sprožila vprašanje nečesa obstoječega prej Big Bang, kar je precej špekulativno. Po definiciji pred začetkom ni obstajalo nič, vendar to dejstvo poraja več vprašanj kot odgovorov. Na primer, če pred velikim praskom ni obstajalo nič, kaj je povzročilo, da je singularnost sploh nastala? To je "gotcha" vprašanje, ki ga astrofiziki še vedno poskušajo razumeti.

Ko pa je singularnost ustvarjena (pa vendar se je zgodila), fiziki dobro poznajo, kaj se je zgodilo naprej. Vesolje je bilo v vročem, gostem stanju in se je začelo širiti s postopkom, imenovanim inflacija. Šlo je iz zelo majhnega in zelo gostega, v zelo vroče stanje. Nato se je ohladila, ko se je širila. Ta postopek se zdaj imenuje Big Bang, izraz, ki ga je prvič uvedel sir Fred Hoyle med radijsko oddajo British Broadcasting Corporation (BBC) leta 1950.

Čeprav izraz pomeni neko eksplozijo, v resnici ni prišlo do izbruha ali udarca. Res je bila hitra širitev prostora in časa. Pomislite na to kot napihnjen balon: ko nekdo piha zrak, se zunanjost balona širi navzven.

Zelo zgodnje vesolje (v času nekaj delcev sekunde po začetku velikega poka) ni bilo zavezano z zakoni fizike, kot jih poznamo danes. Tako nihče ne more z veliko natančnostjo napovedati, kako je izgledalo vesolje v tistem času. Pa vendar, znanstveniki so sposoben sestaviti približen prikaz razvoja vesolja.

Najprej je bilo dojenčkovo vesolje na začetku tako vroče in gosto, da celo elementarni delci na primer protoni in nevtroni, ne bi mogli obstajati. Namesto tega različne vrste zadeva (imenovane materija in anti-materija) trčila skupaj, kar je ustvarilo čisto energijo. Ko se je vesolje v prvih nekaj minutah začelo ohlajati, so se začeli oblikovati protoni in nevtroni. Počasi so se protoni, nevtroni in elektroni združili in tvorili vodik in majhne količine helija. V milijardah let, ki so sledile, so se zvezde, planeti in galaksije oblikovali za ustvarjanje trenutnega vesolja.

Torej, nazaj k Penziasu in Wilsonu ter CMB. Kaj so našli (in za kar so osvojili a Nobelova nagrada), je pogosto opisan kot "odmev" Velikega poka. Za seboj je pustil podpis, tako kot odmev, slišan v kanjonu, predstavlja "podpis" prvotnega zvoka. Razlika je v tem, da je namesto slišnega odmeva namig Big Bang-a vroč prostor v celotnem prostoru. Ta podpis sta posebej preučila vesoljska plovila Cosmic Background Explorer (COBE) in Wilkinson mikrovalovna anizotropna sonda (WMAP). Njihovi podatki zagotavljajo najbolj jasen dokaz za kozmični porodni dogodek.

Medtem ko Big Bang teorija je najpogosteje sprejet model, ki pojasnjuje izvor vesolja in ga podpirajo vsi med opazovalnimi dokazi obstajajo tudi drugi modeli, ki uporabljajo iste dokaze, da povedo nekoliko drugače zgodba.

Nekateri teoretiki trdijo, da teorija velikega poka temelji na lažni premisi - da je vesolje zgrajeno na nenehno širijočem se prostoru-času. Predlagajo statično vesolje, kar je prvotno predvidevalo Einsteinovo teorijo splošna relativnost. Einsteinova teorija je bila šele pozneje spremenjena tako, da ustreza načelu, kako se vesolje širi. Razširitev je velik del zgodbe, zlasti ker vključuje obstoj temna energija. Končno se zdi, da ponovni izračun mase vesolja podpira teorijo dogodkov Big Bang.

Čeprav je naše razumevanje dejanskih dogodkov še vedno nepopolno, podatki CMB pomagajo oblikovati teorije, ki pojasnjujejo rojstvo kozmosa. Brez velikega poka ne bi mogle obstajati zvezde, galaksije, planeti ali življenje.

• Veliki prasak je ime, ki je bilo podeljeno rojstnemu dogodku vesolja.
• Domneva se, da je do velikega poka prišlo, ko je nekaj spodbudilo širitev drobne singularnosti, pred približno 13,8 milijarde let.
• Luč kmalu po velikem udaru zazna kot kozmično mikrovalovno sevanje (CMB). Predstavlja svetlobo iz časa, ko se je vesolje novorojenčka razsvetlilo približno 380.000 let po nastanku velikega poka.

• "Veliki pok." NASA, NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• "Izvori vesolja." National Geographic, National Geographic, 24. apr. 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Posodobil in uredil Carolyn Collins Petersen.