Didžiojo sprogimo teorijos supratimas

Didžiojo sprogimo teorija yra dominuojanti Visatos kilmės teorija. Iš esmės ši teorija teigia, kad Visata prasidėjo nuo pradinio taško ar išskirtinumo, kuris per milijardus metų išsiplėtė ir sudarė visatą tokią, kokią mes ją dabar žinome.

1922 m. Rusų kosmologas ir matematikas, vardu Aleksandras Friedmanas, rado šiuos sprendimus Albertas Einšteinas's bendrasis reliatyvumas lauko lygtys lėmė besiplečiančią visatą. Būdamas tikintis statiška amžinąja visata, Einšteinas prie savo lygčių pridėjo kosmologinę konstantą, „ištaisydamas“ šią „klaidą“ ir taip pašalindamas plėtrą. Vėliau jis tai pavadins didžiausiu savo gyvenimo klyksmu.

Tiesą sakant, jau buvo stebimų įrodymų, pagrindžiančių besiplečiančią visatą. 1912 m. Amerikiečių astronomas Vesto Slipheris pastebėjo spiralinę galaktiką, kuri tuo metu buvo laikoma „spiraliniu ūku“, nes astronomai dar nežinojo, kad už galaktikų yra anapus paukščių takasIr įrašė savo raudonasis poslinkis, šviesos šaltinio poslinkis link raudonojo šviesos spektro galo. Jis pastebėjo, kad visi tokie ūkai yra nutolę nuo Žemės. Šie rezultatai tuo metu buvo gana prieštaringi ir nebuvo atsižvelgta į visišką jų reikšmę.

1924 m., Astronomas Edwinas Hablas sugebėjo išmatuoti atstumą iki šių „ūkų“ ir atrado, kad jie buvo taip toli, kad iš tikrųjų jie nebuvo Paukščių Tako dalis. Jis atrado, kad Paukščių Takas yra tik viena iš daugelio galaktikų ir kad šie „ūkai“ iš tikrųjų yra savaime galaktikos.

1927 m. Romos katalikų kunigas ir fizikas Georgesas Lemaitre'as savarankiškai apskaičiavo Friedmano sprendimą ir vėl pasiūlė, kad visata turi plėstis. Šią teoriją palaikė Hablas, kai 1929 m. Jis nustatė, kad egzistuoja ryšys tarp galaktikų atstumo ir raudonasis poslinkis toje galaktikos šviesoje. Tolimosios galaktikos tolėjo greičiau, ir tai buvo būtent tai, ką prognozavo Lemaitre sprendimai.

1931 m. Lemaiteris žengė toliau su savo spėjimais, ekstrapoliuodamas atgal, sužinojo, kad visatos materija praeities ribotą laiką pasieks begalinį tankį ir temperatūrą. Tai reiškė, kad Visata turėjo prasidėti neįtikėtinai mažoje, tankioje materijos vietoje, vadinamoje „pirmykščiu atomu“.

Kai kuriems rūpėjo tai, kad Lemaitre buvo Romos katalikų kunigas, nes jis pateikė teoriją, kuri visatai suteikė neabejotiną „sukūrimo“ momentą. 1920–1930-aisiais dauguma fizikų, tokių kaip Einšteinas, buvo linkę manyti, kad Visata egzistavo visada. Iš esmės daugelio žmonių nuomone, didžiojo sprogimo teorija buvo per daug religinga.

Nors tam tikrą laiką buvo pateiktos kelios teorijos, tai iš tikrųjų buvo tik Fredo Hoyle'o pusiausvyros būsenos teorija tai užtikrino bet kokią tikrą Lemaitre teorijos konkurenciją. Ironiška, kad Hoyle'as sukūrė frazę „Didysis sprogimas“ per 1950-ųjų radijo laidą, ketindamas ją kaip svaiginantį Lemaitre'o teorijos terminą.

Pastovios būklės teorija numatė tą naują materija buvo sukurtas toks, kad Visatos tankis ir temperatūra laikui bėgant išliko pastovūs, net visata plečiantis. Hoyle'as taip pat numatė, kad tankesni elementai susidaro iš vandenilio ir helio žvaigždžių nukleosintezė, kuri, skirtingai nuo pusiausvyros būsenos teorijos, pasirodė esanti tiksli.

George'as Gamowas - vienas iš Friedmano mokinių - buvo pagrindinis didžiojo sprogimo teorijos šalininkas. Kartu su kolegomis Ralfu Alpheriu ir Robertu Hermanu jis numatė kosminės mikrobangų fone (CMB) radiacija, kuri yra radiacija, kuri turėtų egzistuoti visoje visatoje kaip Didžiojo likučiai Banga. Atomams pradėjus formuotis rekombinacijos era, jie leido mikrobangų spinduliuotei (šviesos formai) keliauti per visatą, ir Gamow'as numatė, kad tai mikrobangų spinduliuotė vis dar būtų stebimas šiandien.

Diskusijos tęsėsi iki 1965 m., Kai Arno Penzias ir Robertas Woodrow Wilsonas suklupo CMB dirbdami bendrovėje „Bell Telephone Laboratories“. Jų „Dicke“ radiometras, naudojamas radijo astronomijai ir palydoviniam ryšiui, pakėlė 3,5 K temperatūrą (artima Alpherio ir Hermano prognozei 5 K).

Septintojo dešimtmečio pabaigoje ir aštuntojo dešimtmečio pradžioje kai kurie pastoviosios fizikos šalininkai bandė paaiškinti šį atradimą, kol dar paneigdama didžiojo sprogimo teoriją, tačiau dešimtmečio pabaigoje buvo aišku, kad CMB radiacija neturėjo kitos įtikimos paaiškinimas. Penziasas ir Wilsonas už šį atradimą gavo 1978 m. Nobelio fizikos premiją.

Vis dėlto liko abejonių dėl didžiojo sprogimo teorijos. Viena iš jų buvo homogeniškumo problema. Mokslininkai paklausė: Kodėl visata atrodo identiška energijos atžvilgiu, nepriklausomai nuo to, kuria kryptimi ji atrodo? Didžiojo sprogimo teorija nesuteikia laiko ankstyvajai visatai pasiekti šiluminė pusiausvyra, taigi, visoje visatoje turėtų būti energijos skirtumų.

1980 m. Oficialiai pasiūlė amerikiečių fizikas Alanas Gutas infliacijos teorija išspręsti šią ir kitas problemas. Ši teorija sako, kad ankstyvomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo ypač sparčiai besivystanti visata išsiplėtė dėl „neigiamo slėgio vakuuminės energijos“ (kuri Gegužė tam tikru būdu būti susijęs su dabartinėmis tamsi energija). Nuo to laiko kitos pateikė ir infliacijos teorijas, panašias savo idėja, tačiau šiek tiek skirtingas.

NASA vykdoma Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondo (WMAP) programa, kuri prasidėjo 2001 m., Pateikė įrodymų, tvirtai patvirtinančių ankstyvosios visatos infliacijos periodą. Šis įrodymas ypač ryškus trejų metų duomenyse, paskelbtuose 2006 m., Nors vis dar yra keletas nedidelių teorijos neatitikimų. 2006 m. Nobelio fizikos premija buvo paskirta Johnui C. Mather ir George Smoot, du pagrindiniai WMAP projekto darbuotojai.

Nors Didžiojo sprogimo teoriją priima didžioji dauguma fizikų, vis dar yra keletas nedidelių klausimų, susijusių su ja. Tačiau svarbiausi yra klausimai, į kuriuos teorija net negali bandyti atsakyti:

• Kas egzistavo prieš Didįjį sprogimą?
• Kas sukėlė Didįjį sprogimą?
• Ar mūsų visata yra vienintelė?

Atsakymai į šiuos klausimus gali egzistuoti ne tik fizikoje, bet vis dėlto jie žavi, o atsakymai, tokie kaip daugialypė hipotezė pateikia intriguojančią spekuliavimo sritį tiek mokslininkams, tiek ne mokslininkams.

Kai Lemaitre iš pradžių pasiūlė savo pastebėjimą apie ankstyvąją visatą, šią ankstyvąją visatos būseną jis pavadino pirmykščiu atomu. Po metų George'as Gamow'as tam pritaikys vardą ylem. Jis taip pat buvo vadinamas pirmykščiu atomu ar net kosminiu kiaušiniu.