Big Bang -teorian ymmärtäminen

Ison bangan teoria on hallitseva teoria maailmankaikkeuden alkuperästä. Pohjimmiltaan tämä teoria väittää, että maailmankaikkeus alkoi lähtökohdasta tai singulaarisuudesta, joka on laajentunut miljardien vuosien aikana muodostamaan maailmankaikkeuden sellaisena kuin me sen nyt tiedämme.

Vuonna 1922 venäläinen kosmologi ja matemaatikko nimeltä Alexander Friedman löysi ratkaisuja Albert Einsteinn yleinen suhteellisuusteoria kenttäyhtälöt johtivat laajentuvaan maailmankaikkeuteen. Staattisen, iankaikkisen maailmankaikkeuden uskovana Einstein lisäsi yhtälöihinsä kosmologisen vakion, "korjaten" tämän "virheen" ja eliminoiden siten laajentumisen. Hän kutsui tätä myöhemmin elämänsä suurimmaksi vikaksi.

Oikeastaan ​​siellä oli jo havainnollista näyttöä laajentuvan maailmankaikkeuden tueksi. Vuonna 1912 amerikkalainen tähtitieteilijä Vesto Slipher havaitsi spiraaligalaksian - jota pidettiin tuolloin "spiraalimagiona", koska tähtitieteilijät eivät vielä tienneet, että galaksien ulkopuolella oli

Vuonna 1924, tähtitieteilijä Edwin Hubble pystyi mittaamaan etäisyyden näistä "sumusta" ja huomasi, että ne olivat niin kaukana, etteivät ne oikeastaan ​​kuulu Linnunrataan. Hän oli huomannut, että Linnunrata oli vain yksi monista galakseista ja että nämä "sumu" olivat itse asiassa galakseja.

Roomalaiskatolinen pappi ja fyysikko Georges Lemaitre laski vuonna 1927 itsenäisesti Friedman-ratkaisun ja ehdotti jälleen, että maailmankaikkeuden on laajennettava. Hubble tuki tätä teoriaa, kun hän totesi vuonna 1929, että galaksien etäisyyden ja punasiirtymä tuon galaksin valossa. Etäiset galaksit siirtyivät nopeammin, mikä oli juuri sitä, mitä Lemaitre-ratkaisut ennustivat.

Vuonna 1931 Lemaitre meni ennusteistaan ​​pidemmälle ekstrapoloimalla ajallisesti taaksepäin, että maailmankaikkeuden aine saavuttaisi äärettömän tiheyden ja lämpötilan rajalliseen aikaan menneisyydessä. Tämä tarkoitti, että maailmankaikkeuden on pitänyt alkaa uskomattoman pienessä, tiheässä ainepisteessä, jota kutsutaan "alkeatomiksi".

Se tosiasia, että Lemaitre oli roomalaiskatolinen pappi, huolestutti joitain, koska hän esitti teoriaa, joka esitti tietyn "luomisen" hetken maailmankaikkeudelle. 1920- ja 1930-luvuilla useimmat fyysikot - kuten Einstein - taipuivat uskovan, että maailmankaikkeus oli aina ollut olemassa. Pohjimmiltaan monet ihmiset pitivät iso bang -teoriaa liian uskonnollisena.

Vaikka useita teorioita esitettiin kerrallaan, se oli todella vain Fred Hoylen teoksia vakaan tilan teoria joka tarjosi todellisen kilpailun Lemaitre-teoriasta. Ironista kyllä, Hoyle keksi lauseen "Big Bang" 1950-luvun radiolähetyksessä, ja aikoi sen leikottaa termi Lemaitre-teoriaan.

Vakaan tilan teoria ennusti uuden asia luotiin sellaiseksi, että maailmankaikkeuden tiheys ja lämpötila pysyivät ajan myötä vakiona, jopa maailmankaikkeuden laajentuessa. Hoyle ennusti myös, että tiheämpiä elementtejä muodostuu vedystä ja heliumista prosessin kautta tähtien nukleosynteesi, joka, toisin kuin vakaan tilan teoria, on osoittautunut tarkkaksi.

George Gamow - yksi Friedmanin oppilaista - oli iso isku-teorian tärkein puolustaja. Yhdessä kollegojen Ralph Alpherin ja Robert Hermanin kanssa hän ennusti kosmisen mikroaaltotausta (CMB) säteily, joka on säteilyä, jonka pitäisi olla koko maailmankaikkeudessa Ison jäännöksenä Pamaus. Kun atomit alkoivat muodostua yhdistelmäkausi, he antoivat mikroaaltosäteilyn (eräänlainen valo) kulkea maailmankaikkeuden läpi, ja Gamow ennusti tämän mikroaaltosäteily olisi edelleen havaittavissa tänään.

Keskustelu jatkui vuoteen 1965, jolloin Arno Penzias ja Robert Woodrow Wilson kompastuivat CMB: hen työskennellessään Bell Telephone Laboratories -yrityksessä. Heidän Dicke-radiometrinsä, jota käytettiin radioastronomiaan ja satelliittiviestintään, kohotettiin 3,5 K: n lämpötila (lähellä Alpherin ja Hermanin ennustetta 5 K).

Jotkut vakaan tilan fysiikan puolustajat yrittivät selittää tätä havaintoa 1960-luvun lopun ja 1970-luvun alkupuolella. kieltää ison bangin teorian, mutta vuosikymmenen loppuun mennessä oli selvää, että CMB-säteilyllä ei ollut muuta uskottavaa selitys. Penzias ja Wilson saivat löytöstä vuoden 1978 fysiikan Nobel-palkinnon.

Tietyt huolet jäivät kuitenkin iso bang -teoriasta. Yksi näistä oli homogeenisuusongelma. Tutkijat kysyivät: Miksi maailmankaikkeus näyttää energian suhteen identtiseltä riippumatta siitä, mihin suuntaan se näyttää? Big-bang -teoria ei anna aikaisen maailmankaikkeuden saavuttamista lämpötasapaino, joten energian tulisi olla eroja kaikkialla maailmankaikkeudessa.

Vuonna 1980 amerikkalainen fyysikko Alan Guth ehdotti virallisesti inflaatioteoria tämän ja muiden ongelmien ratkaisemiseksi. Tämä teoria sanoo, että ison räjähdyksen jälkeisinä varhaisina hetkinä syntyvän universumin laajentuminen oli erittäin nopeaa "negatiivisen paineen tyhjiöenergian" (mikä saattaa liittyä jollain tavalla nykyisiin teorioihin tumma energia). Vaihtoehtoisesti muut ovat esittäneet vuodesta lähtien inflaatioteorioita, jotka ovat samanlaisia ​​käsitteellisesti, mutta hieman erilaisilla yksityiskohdilla.

NASA: n vuonna 2001 aloittama Wilkinson-mikroaaltouuni-anisotrooppinen koetin (WMAP) -ohjelma on toimittanut näyttöä, joka tukee voimakkaasti varhaisen maailmankaikkeuden inflaatiokautta. Tämä todiste on erityisen vahva vuonna 2006 julkaistun kolmivuotisen tiedon yhteydessä, vaikka teoriaan liittyy vielä joitain pieniä epäjohdonmukaisuuksia. Vuoden 2006 fysiikan Nobel-palkinnon sai John C. Mather ja George Smoot, kaksi WMAP-projektin avainhenkilöä.

Vaikka fyysikkojen suurin enemmistö hyväksyy ison räjähdyksen teorian, siihen liittyy edelleen joitain vähäisiä kysymyksiä. Tärkeimpiä ovat kuitenkin kysymykset, joihin teoria ei voi edes yrittää vastata:

• Mitä oli olemassa ennen isoa räjähdystä?
• Mikä aiheutti ison räjähdyksen?
• Onko universumimme ainoa?

Vastauksia näihin kysymyksiin voi olla olemassa fysiikan ulkopuolella, mutta ne ovat silti kiehtovia, ja vastauksia, kuten multiverse hypoteesi tarjoaa mielenkiintoisen spekulaatioalueen tutkijoille ja muille kuin tutkijoille.

Kun Lemaitre ehdotti alun perin havaintoaan varhaisesta maailmankaikkeudesta, hän kutsui tätä maailmankaikkeuden varhaista tilaa ensisijaiseksi atomiksi. Vuosia myöhemmin George Gamow käyttää nimeä ylem siihen. Sitä on kutsuttu myös ensisijaiseksi atomiksi tai jopa kosmiseksi munaksi.