Kā Visums sākās?

Tas attēlo Visuma laika skalu no Lielā sprādziena līdz mūsdienām. Kreisajā pusē ir kosmosa 'dzimšanas notikums', kas pazīstams kā 'Lielais sprādziens'. NASA / WMAP zinātnes komanda

Kā radās Visums? Tas ir jautājums, ko zinātnieki un filozofi ir domājuši visā vēsturē, skatoties uz zvaigžņotajām debesīm. Sniegt atbildi ir astronomijas un astrofizikas uzdevums. Tomēr tas nav viegli risināms.

Mākslinieka priekšstats par to, kā Lielais sprādziens varētu izskatīties, ja kāds būtu bijis tuvumā, lai to redzētu. HENNINGS DALHOFS/Getty Images

Pirmie lielākie atbildes mirgojumi nāca no debesīm 1964. gadā. Toreiz astronomi Arno Penziass un Roberts Vilsons atklāja mikroviļņu signālu, kas bija apglabāts datos, ko viņi izmantoja, lai meklētu signālus, kas tiek atlekti no Echo balonu satelītiem. Viņi tolaik pieņēma, ka tas ir vienkārši nevēlams troksnis, un mēģināja izfiltrēt signālu.

Antena, ko Penziass un Vilsons izmantoja, kad viņi paklupa pāri signāliem no kosmiskā fona starojuma, kas vēstīja par Visuma rašanos. Fabio, CC BY-SA 3.0

Tomēr izrādās, ka tas, ko viņi atklāja, nāk no laika neilgi pēc Visuma sākuma. Lai gan viņi tobrīd to nezināja, viņi bija atklājuši Kosmiskais mikroviļņu fons (CMB). CMB bija paredzējusi teorija, ko sauc par Lielo sprādzienu, kas liecināja, ka Visums sācies kā blīvi karsts punkts kosmosā un pēkšņi paplašinājās uz āru. Abu vīriešu atklājums bija pirmais pierādījums šim pirmatnējam notikumam.

Lielais sprādziens

Ar ko sākās Visuma rašanās? Saskaņā ar fiziku Visums radās no singularitātes — terminu fiziķi lieto, lai aprakstītu kosmosa reģionus, kas neatbilst fizikas likumiem. Viņi ļoti maz zina par singularitātēm, taču ir zināms, ka šādi reģioni pastāv kodolos melnie caurumi . Tas ir reģions, kurā visa melnā cauruma apritā masa tiek saspiesta niecīgā punktā, bezgala masīvā, bet arī ļoti, ļoti mazā. Iedomājieties, ka Zeme tiek saspiesta kaut kā precīza punkta izmērā. Singularitāte būtu mazāka.

Tomēr tas nenozīmē, ka Visums sākās kā melnais caurums. Šāds pieņēmums radītu jautājumu par kaut ko esošu pirms tam Lielais sprādziens, kas ir diezgan spekulatīvs. Pēc definīcijas nekas neeksistēja pirms sākuma, taču šis fakts rada vairāk jautājumu nekā atbilžu. Piemēram, ja pirms Lielā sprādziena nekas neeksistēja, kas vispār izraisīja singularitātes radīšanu? Astrofiziķi joprojām cenšas saprast šo jautājumu.

Tomēr, tiklīdz singularitāte ir izveidota (lai arī kā tas notika), fiziķiem ir labs priekšstats par to, kas notika tālāk. Visums bija karstā, blīvā stāvoklī un sāka paplašināties, izmantojot procesu, ko sauc par inflāciju. Tas kļuva no ļoti maza un ļoti blīva līdz ļoti karstam stāvoklim. Pēc tam tas atdzisa, paplašinoties. Šo procesu tagad dēvē par Lielo sprādzienu — šo terminu pirmo reizi ieviesa sers Freds Hoils Britu apraides korporācijas (BBC) radio pārraides laikā 1950. gadā.

Lai gan šis termins nozīmē kādu sprādzienu, patiesībā nebija uzliesmojuma vai sprādziena. Tā patiešām bija strauja telpas un laika paplašināšanās. Padomājiet par to kā par balona spridzināšanu: kad kāds iepūš gaisu, balona ārpuse izplešas uz āru.

Mirkļi pēc Lielā sprādziena

Ļoti agrīnajam Visumam (laikā, kad bija dažas sekundes daļas pēc Lielā sprādziena sākuma) nebija saistoši fizikas likumi, kādus mēs tos pazīstam šodien. Tātad neviens nevar precīzi paredzēt, kā tolaik izskatījās Visums. Tomēr zinātnieki ir spēja izveidot aptuvenu priekšstatu par to, kā Visums attīstījās.

Pirmkārt, zīdaiņu Visums sākotnēji bija tik karsts un blīvs, ka pat elementārdaļiņas piemēram, protoni un neitroni nevarēja pastāvēt. Tā vietā dažādu veidu jautājums (ko sauc par matēriju un antimatēriju) sadūrās kopā, radot tīru enerģiju. Kad Visums sāka atdzist pirmajās minūtēs, sāka veidoties protoni un neitroni. Lēnām protoni, neitroni un elektroni sanāca kopā, veidojot ūdeņradi un nelielu daudzumu hēlija. Turpmākajos miljardos gadu veidojās zvaigznes, planētas un galaktikas, lai izveidotu pašreizējo Visumu.

Pierādījumi Lielajam sprādzienam

Tātad, atpakaļ pie Penzias un Wilson un CMB. Ko viņi atrada (un par ko viņi uzvarēja a Nobela prēmija ), bieži tiek raksturots kā Lielā sprādziena atbalss. Tas atstāja savu parakstu, tāpat kā atbalss, kas dzirdama kanjonā, ir oriģinālās skaņas paraksts. Atšķirība ir tāda, ka dzirdamas atbalss vietā Lielā sprādziena pavediens ir siltuma signāls visā kosmosā. Šo parakstu īpaši pētīja kosmosa kuģis Cosmic Background Explorer (COBE) un Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde (WMAP) . Viņu dati sniedz skaidrākos pierādījumus par kosmiskās dzimšanas notikumu.

Detalizēts, visu debesu attēls par zīdaiņu Visumu, kas izveidots no septiņu gadu WMAP datiem. Attēlā redzamas 13,7 miljardus gadu vecas temperatūras svārstības (parādītas kā krāsu atšķirības), kas atbilst sēklām, kas izauga, lai kļūtu par galaktikām. NASA / WMAP zinātnes komanda

Alternatīvas Lielā sprādziena teorijai

Kamēr Lielais sprādziens teorija ir visplašāk pieņemtais modelis, kas izskaidro Visuma izcelsmi, un to atbalsta visi novērojumu pierādījumi, ir arī citi modeļi, kas izmanto tos pašus pierādījumus, lai pastāstītu nedaudz atšķirīgu stāstu.

Daži teorētiķi apgalvo, ka Lielā sprādziena teorija ir balstīta uz maldīgu pieņēmumu - ka Visums ir veidots uz nepārtraukti augoša telpas-laika. Tie liecina par statisku Visumu, ko sākotnēji paredzēja Einšteina teorija vispārējā relativitāte . Einšteina teorija tikai vēlāk tika pārveidota, lai pielāgotos tam, kā šķiet, ka Visums paplašinās. Un paplašināšanās ir liela stāsta daļa, jo īpaši tāpēc, ka tā ietver esamību tumšā enerģija . Visbeidzot, šķiet, ka Visuma masas pārrēķins atbalsta Lielā sprādziena notikumu teoriju.

Lai gan mūsu izpratne par faktiskajiem notikumiem joprojām ir nepilnīga, CMB dati palīdz veidot teorijas, kas izskaidro kosmosa rašanos. Bez Lielā sprādziena nevarētu pastāvēt zvaigznes, galaktikas, planētas vai dzīvība.

Ātri fakti

• Lielais sprādziens ir Visuma dzimšanas notikuma nosaukums.
• Tiek uzskatīts, ka Lielais sprādziens notika, kad pirms aptuveni 13,8 miljardiem gadu kaut kas aizsāka nelielas singularitātes paplašināšanos.
• Gaisma no neilgi pēc Lielā sprādziena ir nosakāma kā kosmiskais mikroviļņu starojums (CMB). Tas attēlo gaismu no laika, kad jaundzimušais Visums iedegas aptuveni 380 000 gadus pēc Lielā sprādziena.

Avoti

• Lielais sprādziens. NASA , NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA , NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big- Bang.
• Visuma izcelsme. National Geographic , National Geographic, 2017. gada 24. aprīlis, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Atjaunināja un rediģējaKerolīna Kolinsa Petersena.