Kako je nastalo vesolje?

To predstavlja časovnico vesolja od velikega poka do sedanjosti. Na levi je 'rojstni dogodek' kozmosa, znan kot 'veliki pok'. Znanstvena ekipa NASA/WMAP

Kako se je začelo vesolje? To je vprašanje, o katerem so skozi zgodovino razmišljali znanstveniki in filozofi, ko so opazovali zvezdnato nebo nad njim. Naloga astronomije in astrofizike je, da zagotovita odgovor. Vendar se tega ni enostavno spopasti.

Umetnikov koncept o tem, kako bi lahko izgledal veliki pok, če bi ga kdo videl. HENNING DALHOFF/Getty Images

Prvi večji utripi odgovora so prišli z neba leta 1964. Takrat sta astronoma Arno Penzias in Robert Wilson odkrila mikrovalovni signal, zakopan v podatkih, ki so jih jemali, da bi iskali signale, ki so se odbijali od balonskih satelitov Echo. Takrat so domnevali, da gre preprosto za neželen šum in so poskušali filtrirati signal.

Antena, ki sta jo uporabljala Penzias in Wilson, ko sta slučajno naletela na signale sevanja kozmičnega ozadja, ki so napovedovali rojstvo vesolja. Fabio, CC BY-SA 3.0

Vendar se je izkazalo, da je tisto, kar so zaznali, prihajalo iz časa kmalu po začetku vesolja. Čeprav tega takrat še niso vedeli, so odkrili Kozmično mikrovalovno ozadje (CMB). CMB je bil napovedan s teorijo, imenovano Veliki pok, ki je predlagala, da se je vesolje začelo kot gosto vroča točka v vesolju in se nenadoma razširilo navzven. Odkritje obeh moških je bilo prvi dokaz tega prvobitnega dogodka.

Veliki pok

Kaj je začelo rojstvo vesolja? Glede na fiziko je vesolje nastalo iz singularnosti - izraz, ki ga fiziki uporabljajo za opis območij vesolja, ki nasprotujejo zakonom fizike. O singularnostih vedo zelo malo, vendar je znano, da takšne regije obstajajo v jedrih črne luknje . To je območje, kjer se vsa masa, ki jo je požrla črna luknja, stisne v majhno točko, neskončno masivno, a tudi zelo, zelo majhno. Predstavljajte si, da bi Zemljo stlačili v nekaj velikosti igle. Singularnost bi bila manjša.

Vendar to ne pomeni, da se je vesolje začelo kot črna luknja. Takšna predpostavka bi sprožila vprašanje o nečem obstoječem prej velikega poka, kar je precej špekulativno. Po definiciji nič ni obstajalo pred začetkom, vendar to dejstvo ustvarja več vprašanj kot odgovorov. Na primer, če pred velikim pokom ni obstajalo nič, kaj je sploh povzročilo nastanek singularnosti? To je 'gotcha' vprašanje, ki ga astrofiziki še vedno poskušajo razumeti.

Ko pa je bila singularnost ustvarjena (kakorkoli se je že zgodila), imajo fiziki dobro predstavo o tem, kaj se je zgodilo potem. Vesolje je bilo v vročem, gostem stanju in se je začelo širiti skozi proces, imenovan inflacija. Prešel je iz zelo majhnega in zelo gostega v zelo vroče stanje. Nato se je ohladilo, ko se je razširilo. Ta proces se zdaj imenuje veliki pok, izraz, ki ga je prvi skoval Sir Fred Hoyle med radijsko oddajo British Broadcasting Corporation (BBC) leta 1950.

Čeprav izraz pomeni nekakšno eksplozijo, v resnici ni bilo izbruha ali poka. Res je šlo za hitro širjenje prostora in časa. Zamislite si to kot napihovanje balona: ko nekdo vpihne zrak, se zunanjost balona razširi navzven.

Trenutki po velikem poku

Zelo zgodnje vesolje (v času nekaj delčkov sekunde po začetku velikega poka) ni bilo vezano na zakone fizike, kot jih poznamo danes. Torej nihče ne more z veliko natančnostjo napovedati, kako je izgledalo vesolje v tistem času. Pa vendar znanstveniki imajo uspelo zgraditi približen prikaz razvoja vesolja.

Prvič, novo vesolje je bilo sprva tako vroče in gosto, da je celo elementarni delci kot so protoni in nevtroni, ne morejo obstajati. Namesto tega različne vrste zadeva (imenovana materija in antimaterija) trčila skupaj in ustvarila 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 v vodik in majhne količine helija. V milijardah let, ki so sledile, so se oblikovale zvezde, planeti in galaksije, da bi ustvarili sedanje vesolje.

Dokazi za veliki pok

Torej, nazaj k Penziasu in Wilsonu ter CMB. Kaj so našli (in za kar so osvojili a Nobelova nagrada ), pogosto opisujejo kot odmev velikega poka. Za seboj je pustil pečat, tako kot odmev, slišan v kanjonu, predstavlja pečat izvirnega zvoka. Razlika je v tem, da je namesto zvočnega odmeva namig o velikem poku toplotni podpis po vsem vesolju. Ta podpis je bil posebej preučen z vesoljskim plovilom Cosmic Background Explorer (COBE) in Wilkinsonova sonda za mikrovalovno anizotropijo (WMAP) . Njihovi podatki zagotavljajo najjasnejši dokaz za dogodek kozmičnega rojstva.

Podrobna, vsestranska slika mladega vesolja, ustvarjena iz sedmih letnih podatkov WMAP. Slika razkriva 13,7 milijard let stara temperaturna nihanja (prikazana kot barvne razlike), ki ustrezajo semenom, ki so zrasla in postala galaksije. Znanstvena ekipa NASA/WMAP

Alternative Teoriji velikega poka

Medtem ko je Veliki pok teorija je najbolj splošno sprejet model, ki pojasnjuje izvor vesolja in je podprt z vsemi dokazi opazovanj, obstajajo tudi drugi modeli, ki uporabljajo iste dokaze, da povedo nekoliko drugačno zgodbo.

Nekateri teoretiki trdijo, da teorija velikega poka temelji na napačni predpostavki - da je vesolje zgrajeno na vedno večji prostor-čas. Predlagajo statično vesolje, kar je prvotno napovedala Einsteinova teorija splošna relativnost . Einsteinova teorija je bila šele pozneje spremenjena, da bi se prilagodila temu, kako se zdi, da se vesolje širi. In širitev je velik del zgodbe, zlasti ker vključuje obstoj temna energija . Nazadnje se zdi, da ponoven izračun mase vesolja podpira teorijo dogodkov velikega poka.

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

Hitra dejstva

• Veliki pok je ime za dogodek rojstva vesolja.
• Veliki pok naj bi se zgodil, ko je nekaj sprožilo širjenje majhne singularnosti pred približno 13,8 milijarde let.
• Svetlobo, ki nastane kmalu po velikem poku, je mogoče zaznati kot kozmično mikrovalovno sevanje (CMB). Predstavlja svetlobo iz časa, ko se je novorojeno vesolje razsvetljevalo približno 380.000 let po velikem poku.

Viri

• 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. april 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Posodobil in uredilCarolyn Collins Petersen.