Big Bang ja kaiken alkuperä

Kuinka maailmankaikkeus alkoi? Se on kysymys, jonka tutkijat ja filosofit ovat pohtineet historian aikana katsellessaan tähtitaivasta. Tähtitieteen ja astrofysiikan tehtävänä on antaa vastaus. Se ei kuitenkaan ole helppo puuttua.

Ensimmäiset suuret vastauksen välähdykset tulivat taivaalta vuonna 1964. Silloin tähtitieteilijät Arno Penzias ja Robert Wilson löysivät mikroaaltosignaalin, joka oli haudattu tietoihin, jota he ottivat etsimään signaaleja, joita pommitettiin kaikupallo-satelliiteilta. He olettivat tuolloin, että kyseessä oli yksinkertaisesti ei-toivottu kohina, ja yrittivät suodattaa signaalin.

Kuitenkin osoittautuu, että heidän havaitsemansa olivat peräisin pian pian maailmankaikkeuden alkamisen jälkeen. Vaikka he eivät tienneet sitä tuolloin, he olivat löytäneet

Mikä aloitti maailmankaikkeuden syntymisen? Fysiikan mukaan maailmankaikkeus syntyi olemassaolosta singulaarisuudesta - termiä fyysikot kuvaavat avaruusalueita, jotka uhmaavat fysiikan lakeja. He tietävät hyvin vähän singulaarisuuksista, mutta tiedetään, että sellaisia ​​alueita esiintyy mustat aukot. Se on alue, jolla kaikki mustan aukon keräämä massa puristuu pieneen pisteeseen, äärettömän massiiviseksi, mutta myös erittäin, hyvin pieneksi. Kuvittele maapallon sekoittaminen täsmällisen kokoiseksi. Yksittäisyys olisi pienempi.

Ei tarkoita, että maailmankaikkeus alkoi mustana aukkona. Tällainen oletus herättäisi kysymyksen jostain olemassaolosta ennen Big Bang, joka on aika spekulatiivinen. Määritelmän mukaan mitään ei ollut olemassa ennen alkua, mutta se tosiasia luo enemmän kysymyksiä kuin vastauksia. Esimerkiksi, jos mitään ei ollut ennen isoa räjähdystä, mikä sai aikaan singulaarisuuden luomisen? Se on "getcha" -kysymys, jota astrofysiikit yrittävät yhä ymmärtää.

Kun singulaarisuus on luotu (vaikka se tapahtui), fyysikoilla on kuitenkin hyvä käsitys seuraavaksi tapahtuvasta. Universumi oli kuumassa, tiheässä tilassa ja alkoi laajentua prosessin avulla, jota kutsutaan inflaatioksi. Se siirtyi hyvin pienestä ja erittäin tiheästä erittäin kuumaan tilaan. Sitten se jäähtyi laajentuessaan. Tätä prosessia kutsutaan nyt nimellä Big Bang, termi, jonka Sir Fred Hoyle keksi ensin British Broadcasting Corporation (BBC) -radiossa vuonna 1950.

Vaikka termi viittaa jonkinlaiseen räjähdykseen, siinä ei todellakaan ollut puhkeamista tai pahaa. Se oli todella tilan ja ajan nopea laajeneminen. Ajattele sitä kuin ilmapallo räjäyttämällä: kun joku puhaltaa ilmaa sisään, ilmapallo ulkopinta laajenee ulospäin.

Hyvin varhainen maailmankaikkeus (kerrallaan muutama sekunnin murto-osa Big Bang -ryhmän alkamisen jälkeen) ei sido fysiikan lakeja sellaisina kuin me tunnemme ne tänään. Joten kukaan ei voi ennustaa suurella tarkkuudella miltä maailmankaikkeus näytti tuolloin. Silti tutkijat omistaa pystynyt rakentamaan likimääräisen esityksen siitä, miten maailmankaikkeus kehittyi.

Ensinnäkin vastasyntyneiden maailmankaikkeus oli alun perin niin kuuma ja tiheä, että jopa alkuainehiukkaset kuten protoneja ja neutroneja ei voisi olla olemassa. Sen sijaan erityyppisiä asia (nimeltään aine ja anti-aine) törmäsivät toisiinsa muodostaen puhdasta energiaa. Kun maailmankaikkeus alkoi jäähtyä muutaman ensimmäisen minuutin aikana, protoneja ja neutroneja alkoi muodostua. Hitaasti protonit, neutronit ja elektronit tulivat yhteen muodostaen vetyä ja pieniä määriä heliumia. Seuraavien miljardien vuosien aikana tähdet, planeetat ja galaksit muodostuivat nykyisen maailmankaikkeuden luomiseksi.

Joten, takaisin Penzias ja Wilson ja CMB. Mitä he löysivät (ja mistä he voittivat Nobel palkinto), kuvataan usein Ison räjähdyksen “kaikua”. Se jätti allekirjoituksen itsestään, aivan kuten kanjonissa kuultu kaiku edustaa alkuperäisen äänen ”allekirjoitusta”. Ero on siinä, että kuuluvan kaiun sijasta Big Bang -haju on lämmön allekirjoitus koko avaruudessa. Cosmic Background Explorer (COBE) - avaruusalukset ja Wilkinson-mikroaaltouuni-anisotrooppinen koetin (WMAP). Heidän tiedot tarjoavat selvimmän todistuksen kosmisesta syntymätapahtumasta.

Samalla kun Alkuräjähdys teoria on laajimmin hyväksytty malli, joka selittää maailmankaikkeuden alkuperät ja jota kaikki tukevat havainnollista näyttöä, on myös muita malleja, jotka käyttävät samaa todistusaineistoa kertoakseen hieman erilaiselta tarina.

Jotkut teoreetikot väittävät, että Big Bang -teoria perustuu väärään oletukseen - että maailmankaikkeus on rakennettu jatkuvasti laajenevaan avaruus-aikaan. Ne ehdottavat staattista maailmankaikkeutta, mikä on alun perin ennustettu Einsteinin teoriassa yleinen suhteellisuusteoria. Einsteinin teoriaa muokattiin vasta myöhemmin tapaan, jolla maailmankaikkeus näyttää kasvavan. Ja laajentuminen on iso osa tarinaa, varsinkin kun siihen liittyy tumma energia. Lopuksi, maailmankaikkeuden massan uudelleenlaskenta näyttää tukevan tapahtumien Big Bang -teoriaa.

Vaikka ymmärryksemme todellisista tapahtumista on vielä epätäydellinen, CMB-tiedot auttavat muotoilemaan teorioita, jotka selittävät kosmoksen syntymän. Ilman isoa räjähdystä tähtiä, galakseja, planeettoja tai elämää ei voisi olla.

• Big Bang on nimi, joka annetaan maailmankaikkeuden syntymätapahtumalle.
• Ison räjähdyksen uskotaan tapahtuneen, kun jotain aloitti pienen singulaarisuuden laajenemisen, noin 13,8 miljardia vuotta sitten.
• Pian ison räjähdyksen jälkeen tuleva valo on havaittavissa kosmisena mikroaaltosäteilynä (CMB). Se edustaa valoa ajalta, jolloin vastasyntynyt maailmankaikkeus valaisee noin 380 000 vuotta Ison räjähdyksen jälkeen.

• "Alkuräjähdys." NASA, NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• "Universumin alkuperä." National Geographic, National Geographic, 24. huhtikuuta 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Päivittänyt ja muokannut Carolyn Collins Petersen.