Big Bang -teoria edustaa kosmologien parhaita yrityksiä rekonstruoida maailmankaikkeuden 14 miljardin vuoden tarina nykyisen näkyvän olemassaolon raon perusteella.
Eri ihmiset käyttävät termiä "Big Bang" eri tavoin. Yleisimmin se kuvaa havaittavan universumin kaaria, kun se oheni ja jäähtyi alun perin tiheästä, kuumasta tilasta. Tämä kuvaus ajaa ajatusta, että kosmos laajenee, laaja periaate, joka on analoginen biologian kirkkaimman selviytymisen kanssa, jota harvat pitävät kiistanalaisena.
Tarkemmin sanottuna iso räjähdys voi viitata myös itse havaittavan maailmankaikkeuden syntymiseen - hetkeksi, kun joku muuttui, käynnistäen tänään johtavat tapahtumat. Kosmologit ovat väittäneet vuosikymmenien ajan sekunnin murto-osan yksityiskohdista, ja keskustelu jatkuu tänään.
Klassinen Big Bang -teoria
Suurimman osan ihmishistoriasta taivaan tarkkailijat olettivat sen olevan iankaikkinen ja muuttumaton. Edwin Hubble käsitteli tätä tarinaa kokeellisena räjähdyksenä 1920-luvulla, kun hänen havaintonsa osoittivat, että Linnunradan ulkopuolella olevat galaksit olivat olemassa ja että niiden valo näytti olevan venytetty - merkki siitä, että ne kiirehtivät maasta.
Nykyaikainen belgialainen fyysikko George Lemaître tulkitsi Hubblen ja muiden tietoja todisteena laajenevasta maailmankaikkeudesta. Einsteinin äskettäin julkaisemat yleisen suhteellisuusteorian kenttäyhtälöt sallivat tämän mahdollisuuden. Taaksepäin ajatellen Lemaître päätteli, että nykyiset erottavat galaksit ovat saattaneet alkaa yhdessä siinä, mitä hän kutsui "ensisijaiseksi atomiksi".
Lemaître-idean nykyaikaisen termin ensimmäinen julkinen käyttö tuli tosiasiallisesti kriitikolta - englantilaiselta tähtitieteilijältä Fred Hoylelta. 28. maaliskuuta 1949 Hoyle keksi lauseen puolustaessaan suosittuaan iankaikkisen maailmankaikkeuden teoriaa, joka loi aineen eliminoidakseen laajentumisen laimenemisen. Hoyle sanoi, että ajatus, että "kaikki maailmankaikkeuden aineet luotiin yhdellä isolla painalluksella tietyllä hetkellä kaukaisessa menneisyydessä", oli irrationaalinen. Myöhemmissä haastatteluissa Hoyle kiisti tarkoituksellisesti keksimään loukkaavaa nimeä, mutta ohjaaja pysyi kiinni joidenkin turhautumisesta.
"Big Bang on todella huono termi", kertoi Princetonin kosmologi Paul Steinhardt. "Big Stretch kaapaisi oikean idean." Steinhardtin mukaan henkinen kuva räjähdyksestä aiheuttaa kaikenlaista sekaannusta. Se merkitsee keskipistettä, laajentuvaa rajaa ja kohtausta, jossa kevyt shrapnel lentää nopeammin kuin raskaammat palat. Mutta laajeneva maailmankaikkeus ei näytä olevan mitään sellaista, hän sanoi. Ei ole keskustaa, ei reunaa, ja suuret ja pienet galaksit liukuvat toisistaan samalla tavalla (vaikka kaukaisemmat galaksit siirtyvät nopeammin tumman energian kosmologisesti viimeaikaisen vaikutuksen alaisena).
Nimestään riippumatta Big Bang -teoria sai laajan hyväksynnän sen vertaansa vailla olevalle kyvylle selittää näkemyksemme. Esimerkiksi valotasapaino hiukkasten, kuten protonien ja neutronien, kanssa ensimmäisten 3 minuutin aikana, antaa varhaisten elementtien muodostua nopeudella, joka ennustaa heliumin ja muiden kevyiden atomien nykyiset määrät.
"Oli pieni ikkuna ajoissa, jolloin ytimet pystyivät muodostumaan", kertoi New Yorkin yliopiston kosmologi Glennys Farrar. "Sen jälkeen maailmankaikkeus jatkoi laajentumistaan ja he eivät löytäneet toisiaan, ja ennenkuin se oli liian kuuma."
Pilvinen plasma täytti maailmankaikkeuden seuraavan 378 000 vuoden ajan, kunnes jatkuva jäähdytys antaa elektronien ja protonien muodostaa neutraaleja vetyatomeja ja sumu poistuu. Tämän prosessin aikana emittoitu valo, joka on sittemmin venynyt mikroaaltoihin, on varhaisin tunnettu esineiden tutkija, joka voi tutkia suoraan. Monet tutkijat, jotka tunnetaan kosmisena mikroaaltotausta (CMB) -säteilynä, pitävät sitä vahvana todisteena isosta räjähdyksestä.
Räjähtävä päivitys
Mutta kun kosmologit työntyivät taaksepäin maailmankaikkeuden ensimmäisiin hetkiin, tarina avasi kuvan. Yleissuhteellisuustekijöiden yhtälöt ehdottivat rajatonta lämpöä ja tiheyttä koskevaa aloituspistettä - singulaarisuutta. Sen lisäksi, että yksittäisellä alkuperällä ei ole paljon fyysistä järkeä, se ei vastannut tasaista, litteää CMB: tä. Pisteiden valtavan lämpötilan ja tiheyden vaihtelut olisivat tuottaneet taivaanharjoja, joilla on erilaisia ominaisuuksia, mutta CMB: n lämpötila vaihtelee vain murto-osan asteesta. Aika-ajan kaarevuus näyttää myös melko tasaiselta, mikä merkitsee alun perin täydellistä aineen ja kaarevuuden tasapainoa, jonka useimmat kosmologit pitävät epätodennäköisenä.
Alan Guth ehdotti uutta kuvaa sekunnin ensimmäisestä murto-osasta 1980-luvulla, mikä viittaa siihen, että maailmankaikkeus vietti varhaisimmat hetkensä kasvaa eksponentiaalisesti nopeammin kuin nykyään. Jossain vaiheissa tämä prosessi pysähtyi, jarrujen asettaminen tuotti tiheän ja kuuman (mutta ei äärettömästi niin) hiukkasten sotkun, joka korvasi singulaarisuuden. "Mielestäni ajattelen sitä suurena räjähdyksenä, kun maailmankaikkeus kuumeni", Farrar sanoi.
Inflaatioteoriassa, kuten sitä kutsutaan, on nyt runsaasti kilpailevia malleja. Vaikka kukaan ei tiennyt paljon siitä, mikä sai maailmankaikkeuden laajentumaan niin nopeasti, teoriasta on kasvanut suosittu kykynsä selittää näennäisesti epätodennäköistä ominaisuuksettoman CMB: tä: Inflaatio säilytti pienet vaihtelut (joista kehittyi nykypäivän galaksi-klustereita) ja tasoitti suurimpia. "Se on erittäin suloinen tarina", Steinhardt sanoi, joka auttoi teorian kehittämisessä. "Se on se mitä me kerromme lapsillemme."
Inflaation lisäksi
Viimeaikainen tutkimus on tuonut kaksi ryppyä inflaatiototeorian kosmiseen kertomukseen. Steinhardtin ja muiden työ osoittaa, että inflaatio olisi pysähtynyt joillakin alueilla (kuten havaittavissa oleva maailmankaikkeus), mutta jatkanut muilla alueilla, tuottaen joukon erillisiä alueita, joilla on "kaikki mahdolliset kosmologisten ominaisuuksien joukot", kuten Steinhardt sanoo. Monien fyysikkojen mielestä tämä "moniosainen" kuva on turmeltumaton, koska se tekee äärettömän määrän ennustamattomia ennusteita.
Kokeellisella tasolla kosmologit odottavat, että inflaation olisi pitänyt tuottaa galaksien ulottuvia gravitaatioaaltoja CMB: ssä aivan kuten se aiheutti pieniä lämpötilan ja tiheyden vaihteluita. Nykyisten kokeilujen tulisi olla riittävän herkkiä löytääkseen ne, mutta alkeelliset avaruus-aika-aallot eivät ole näkyneet (huolimatta yhdestä väärästä hälytyksestä vuonna 2014).
Monet tutkijat odottavat tarkempia CMB-mittauksia, jotka voisivat tappaa tai vahvistaa edelleen olemassa olevat monet inflaatiomallit. Muut fyysikot eivät kuitenkaan näe kosmoksen sileyttä ongelmana - se alkoi yhtenäiseltä eikä tarvitse selittää.
Vaikka kokeilijat pyrkivät uusiin tarkkuustasoihin, jotkut teoreetikot ovat kääntyneet pois inflaatiosta etsimään muita tapoja puristaa maailmankaikkeus tasaiseksi. Esimerkiksi Steinhardt työskentelee "ison pomppimallin" parissa, joka työntää aloituskellon taaksepäin vielä aikaisempaan supistumisjaksoon, joka tasoitti avaruus-aikaa ja asetti aluksen räjähtävälle laajentumiselle. Hän toivoo, että ennen liian kauan uudet allekirjoitukset asettavat kosmologille uuden luomakertomuksen sellaisten ongelmien lisäksi, kuten ensisijaisten gravitaatioaaltojen puute. "Onko muita havaittavissa olevia piirteitä, joita etsitään?" Steinhardt sanoi: "Kysy minulta uudestaan muutaman vuoden kuluttua ja toivon saavani vastauksen."
lisä- voimavarat:
