Lielā sprādziena teorijas izpratne

Visuma rašanās teorija

Džons Lunds/Fotogrāfa izvēle/Getty Images

Lielā sprādziena teorija ir dominējošā teorija par Visuma izcelsmi. Būtībā šī teorija apgalvo, ka Visums sācies no sākotnējā punkta jeb singularitātes, kas miljardiem gadu laikā ir paplašinājies, veidojot Visumu, kādu mēs to zinām.

Agrīni paplašinātā Visuma atklājumi

1922. gadā krievu kosmologs un matemātiķis Aleksandrs Frīdmens atklāja, kaAlberts Einšteinss vispārējā relativitāte lauka vienādojumu rezultātā Visums paplašinās. Būdams ticīgs statiskam, mūžīgam Visumam, Einšteins pievienoja saviem vienādojumiem kosmoloģisko konstanti, 'izlabojot' šo 'kļūdu' un tādējādi novēršot izplešanos. Vēlāk viņš to nosauks par savas dzīves lielāko kļūdu.

Faktiski jau bija novērojumu pierādījumi, kas atbalsta Visuma paplašināšanos. 1912. gadā amerikāņu astronoms Vesto Slifers novēroja spirālveida galaktiku, ko tolaik uzskatīja par “spirālveida miglāju”, jo astronomi vēl nezināja, ka eksistē galaktikas ārpus tās. piena ceļš — un ierakstīja to sarkanā nobīde , gaismas avota nobīde gaismas spektra sarkanā gala virzienā. Viņš novēroja, ka visi šādi miglāji devās prom no Zemes. Šie rezultāti tajā laikā bija diezgan pretrunīgi, un to pilnīga ietekme netika ņemta vērā.

1924. gadā astronoms Edvīns Habls spēja izmērīt attālumu līdz šiem 'miglājiem' un atklāja, ka tie atrodas tik tālu, ka patiesībā nav Piena Ceļa daļa. Viņš bija atklājis, ka Piena Ceļš ir tikai viena no daudzajām galaktikām un ka šie 'miglāji' patiesībā ir galaktikas pašas par sevi.

Lielā sprādziena dzimšana

1927. gadā Romas katoļu priesteris un fiziķis Džordžs Lemaitre neatkarīgi aprēķināja Frīdmena risinājumu un vēlreiz ierosināja, ka Visumam ir jāpaplašinās. Šo teoriju atbalstīja Habls, kad 1929. gadā viņš atklāja, ka pastāv korelācija starp galaktiku attālumu un galaktiku daudzumu. sarkanā nobīde šīs galaktikas gaismā. Tālās galaktikas attālinājās ātrāk, un tieši to paredzēja Lemaitre risinājumi.

1931. gadā Lemaitre devās tālāk ar savām prognozēm, ekstrapolējot laikā atpakaļ, atklājot, ka Visuma matērija sasniegs bezgalīgu blīvumu un temperatūru noteiktā pagātnē. Tas nozīmēja, ka Visums ir sācies neticami mazā, blīvā matērijas punktā, ko sauc par 'pirmo atomu'.

Fakts, ka Lemaitre bija Romas katoļu priesteris, dažus satrauca, jo viņš izvirzīja teoriju, kas sniedza Visumam noteiktu “radīšanas” brīdi. 20. gadsimta 20. un 30. gados lielākā daļa fiziķu, piemēram, Einšteins, sliecās uzskatīt, ka Visums vienmēr ir pastāvējis. Būtībā daudzi cilvēki lielā sprādziena teoriju uzskatīja par pārāk reliģiozu.

Lielais sprādziens pret līdzsvara stāvokli

Lai gan kādu laiku tika prezentētas vairākas teorijas, patiesībā tās bija tikai Freda Hoila teorijas līdzsvara stāvokļa teorija kas nodrošināja reālu konkurenci Lemaitra teorijai. Ironiskā kārtā tas bija Hoils, kurš 1950. gadu radio raidījumā ieviesa frāzi 'Lielais sprādziens', domājot to kā Lemaitre teorijas izsmieklu.

Līdzsvara stāvokļa teorija paredzēja, ka jauns jautājums tika izveidots tā, ka Visuma blīvums un temperatūra laika gaitā palika nemainīgi, pat kamēr Visums paplašinās. Hoils arī prognozēja, ka procesa laikā no ūdeņraža un hēlija veidojās blīvāki elementi zvaigžņu nukleosintēze , kas atšķirībā no līdzsvara stāvokļa teorijas ir izrādījusies precīza.

Džordžs Gamovs — viens no Frīdmena skolēniem — bija galvenais lielā sprādziena teorijas aizstāvis. Kopā ar kolēģiem Ralfu Alferu un Robertu Hermanu viņš prognozēja kosmiskā mikroviļņu fona (CMB) starojumu, kas ir starojums, kam vajadzētu pastāvēt visā Visumā kā Lielā sprādziena paliekai. Tā kā laikā sāka veidoties atomi rekombinācijas laikmets , viņi ļāva mikroviļņu starojumam (gaismas veidam) ceļot cauri Visumam, un Gamovs prognozēja, ka šis mikroviļņu starojums vēl šodien būtu novērojami.

Debates turpinājās līdz 1965. gadam, kad Arno Penziass un Roberts Vudro Vilsons, strādājot uzņēmumā Bell Telephone Laboratories, nejauši nokļuva CMB. Viņu Dicke radiometrs, ko izmantoja radioastronomijai un satelītu sakariem, uztvēra 3,5 K temperatūru (tuvu atbilstību Alfera un Hermana prognozētajam 5 K).

Sešdesmito gadu beigās un 70. gadu sākumā daži līdzsvara stāvokļa fizikas piekritēji mēģināja izskaidrot šo atradumu, vienlaikus noliedzot lielā sprādziena teoriju, taču desmitgades beigās bija skaidrs, ka CMB starojumam nav cita ticama izskaidrojuma. Par šo atklājumu Penziass un Vilsons 1978. gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā.

Kosmiskā inflācija

Tomēr joprojām pastāvēja zināmas bažas saistībā ar lielā sprādziena teoriju. Viena no tām bija viendabīguma problēma. Zinātnieki jautāja: Kāpēc Visums enerģijas ziņā izskatās identisks neatkarīgi no tā, kurā virzienā tas skatās? Lielā sprādziena teorija nedod laiku agrīnajam Visumam sasniegt termiskais līdzsvars , tāpēc enerģētikā vajadzētu būt atšķirībām visā Visumā.

1980. gadā amerikāņu fiziķis Alans Guts oficiāli ierosināja inflācijas teorija lai atrisinātu šo un citas problēmas. Šī teorija saka, ka pirmajos brīžos pēc Lielā sprādziena notika ārkārtīgi strauja topošā Visuma izplešanās, ko virzīja “negatīvā spiediena vakuuma enerģija” (kas var ir kaut kādā veidā saistīti ar pašreizējām teorijām tumšā enerģija ). Alternatīvi, inflācijas teorijas, kas pēc koncepcijas ir līdzīgas, bet ar nedaudz atšķirīgām detaļām, kopš tā laika ir izvirzījušas citas.

NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) programma, kas sākās 2001. gadā, ir sniegusi pierādījumus, kas stingri atbalsta inflācijas periodu agrīnajā Visumā. Šie pierādījumi ir īpaši spēcīgi 2006. gadā publicētajos trīs gadu datos, lai gan joprojām pastāv nelielas neatbilstības teorijai. 2006. gada Nobela prēmija fizikā tika piešķirta Džonam Meteram un Džordžam Smotam, diviem galvenajiem WMAP projekta darbiniekiem.

Esošās pretrunas

Lai gan Lielā sprādziena teoriju pieņem lielākā daļa fiziķu, joprojām ir daži nelieli jautājumi par to. Tomēr vissvarīgākie ir jautājumi, uz kuriem teorija pat nevar mēģināt atbildēt:

• Kas pastāvēja pirms Lielā sprādziena?
• Kas izraisīja Lielo sprādzienu?
• Vai mūsu Visums ir vienīgais?

Atbildes uz šiem jautājumiem var pastāvēt ārpus fizikas jomas, taču tās tomēr ir aizraujošas, un tādas atbildes kā multiversums hipotēze sniedz intriģējošu spekulāciju jomu gan zinātniekiem, gan nezinātniekiem.

Citi Lielā sprādziena nosaukumi

Kad Lemaitre sākotnēji ierosināja savus novērojumus par agrīno Visumu, viņš šo Visuma agrīno stāvokli sauca par pirmatnējo atomu. Gadus vēlāk Džordžs Gamovs tam izmantoja nosaukumu ylem. To sauc arī par pirmatnējo atomu vai pat kosmisko olu.