Pradžioje Visata išsiplėtė labai, labai greitai.
(Paveikslėlis: © „Flickr“ / Jamie, „CC BY-SA“)
Paulius Sutteris yra Ohajo valstijos universiteto astrofizikas ir vyriausiasis mokslininkas COSI mokslo centre. „Sutter“ taip pat yra „Ask a Spaceman“ ir „Space Radio“ šeimininkas ir veda „AstroTours“ visame pasaulyje. Sutteris pridėjo šį straipsnį „Space.com“ tinklalapyje „Expert Voices: Op-Ed & Insights“.
Prieš 13,8 milijardo metų visa mūsų stebima visata buvo persiko dydžio ir joje temperatūra viršijo trilijoną laipsnių.
Tai gana paprastas, bet labai drąsus pareiškimas, o ne teiginys, pateiktas lengvai ar lengvai. Tiesą sakant, net prieš šimtą metų tai būtų buvę visiškai apgailėtina, bet štai mes sakome, kad tai nėra didelis dalykas. Bet kaip ir viskas moksle, paprasti teiginiai, tokie kaip šis, yra pastatyti iš kalnų, turinčių daugybę nepriklausomų įrodymų, kurie visi rodo tą pačią išvadą - šiuo atveju Didįjį sprogimą, mūsų visatos istorijos modelį. [Visata: didelis sprogimas dabar per 10 paprastų žingsnių]
Bet, kaip sakoma, nekreipkite į tai žodžio. Štai penki įrodymai apie Didįjį sprogimą:
# 1: nakties dangus tamsus
Akimirką įsivaizduokite, kad gyvenome tobulai begalinėje visatoje tiek laike, tiek erdvėje. Blizgančios žvaigždžių kolekcijos eina amžinai visomis kryptimis, o Visata tiesiog visada buvo ir visada bus. Tai reikštų, kur tik pažvelgėte į dangų - tiesiog išsirinkite atsitiktinę kryptį ir spoksokite - jums bus privaloma rasti žvaigždę ten, kur nors, tam tikru atstumu. Tai neišvengiamas begalinės visatos rezultatas.
Ir jei ta pati visata egzistavo amžinai, tada buvo daug laiko, kad šviesa iš tos žvaigždės, praskriejančia per kosmosą santykinai lėtu c greičiu, pasiektų jūsų akių obuolius. Net buvimas tarp dulkių nesumažintų sukauptos šviesos iš begalybės žvaigždžių, pasklidusių be galo dideliame kosmose.
Ergo, dangus turėtų būti aptemdytas kartu su daugybės žvaigždžių šviesa. Dažniausiai tai tamsa. Tuštuma. Tuštuma. Juodumas. Žinai, kosmosas.
Vokiečių fizikas Heinrichas Olbersas galbūt nebuvo pirmasis asmuo, pastebėjęs šį akivaizdų paradoksą, tačiau jo vardas prilipo prie idėjos: Jis žinomas kaip Olberso paradoksas. Paprasta rezoliucija? Arba visata nėra begalinio dydžio, arba ji nėra begalinė laiko atžvilgiu. O gal taip nėra.
# 2: kvazariai egzistuoja
Kai tik tyrėjai sukūrė jautrius radijo teleskopus, šeštajame ir šeštajame dešimtmečiuose jie danguje pastebėjo keistai garsius radijo šaltinius. Vykdydami reikšmingą astronominį ramstį, mokslininkai nustatė, kad šie kvazidžvaigždžių radijo šaltiniai arba „kvazariai“ buvo labai tolimos, bet nedažnai ryškios, aktyvios galaktikos.
Svarbiausia šioje diskusijoje yra „labai tolima“ tos išvados dalis.
Kadangi šviesai keliauti iš vienos vietos į kitą reikia laiko, žvaigždžių ir galaktikų nematome tokios, kokios jos yra dabar, o kaip buvo prieš tūkstančius, milijonus ar milijardus metų. Tai reiškia, kad žvelgdamas giliau į Visatą, giliau žvelgi ir į praeitį. Mes matome daug kvazarų tolimame kosmose, o tai reiškia, kad šie objektai buvo labai paplitę prieš milijardus metų. Tačiau mūsų vietinėje šiuolaikinėje kaimynystėje beveik nėra kvazarų. Ir jie yra pakankamai paplitę tolimoje (tai yra, jaunoje) visatoje, kad savo arti turėtume pamatyti daug daugiau.
Paprasta išvada: Visata praeityje buvo kitokia nei dabar.
# 3: Jis tampa didesnis
Mes gyvename besiplečiančioje visatoje. Vidutiniškai galaktikos nutolsta nuo visų kitų galaktikų. Žinoma, kai kurie nedideli vietiniai susidūrimai įvyksta dėl likusios gravitacinės sąveikos, pavyzdžiui, kaip Paukščių Takas susidurs su Andromeda po kelių milijardų metų. Tačiau dideliu mastu šis paprastas, plečiantis santykis yra teisingas. Štai ką astronomas Edvinas Hablas atrado XX amžiaus pradžioje, netrukus sužinojęs, kad „galaktikos“ iš tikrųjų yra dalykas. [Pieno kelio galaktikos avarija su „Andromeda“: atlikėjo vaizdai]
Besiplečiančioje visatoje taisyklės yra paprastos. Kiekviena galaktika atsitraukia nuo (beveik) visos kitos galaktikos. Šviesa iš tolimų galaktikų bus pasislinkusi raudonai - jų skleidžiamos šviesos bangos bus ilgesnės, taigi ir raudonesnės iš kitų galaktikų perspektyvos. Jums gali kilti pagunda galvoti, kad taip yra dėl atskirų galaktikų, judančių aplink visatą, judesio, tačiau matematika to nesudaro.
Tam tikros galaktikos raudonojo poslinkio kiekis yra susijęs su tuo, kaip toli ji yra. Arčiau esančios galaktikos gaus tam tikrą raudonos spalvos poslinkį. Dvigubai nutolusi galaktika gaus dvigubai daugiau raudonojo poslinkio. Keturis kartus didesnis atstumas? Teisingai, keturis kartus perjungė raudoną poslinkį. Norint tai paaiškinti tik galaktikomis, besislapstančiomis aplink, turi įvykti tikrai keistas sąmokslas, kai visi galaktikos visatos piliečiai sutinka judėti pagal šį labai specifinį modelį.
Vietoj to, yra kur kas paprastesnis paaiškinimas: galaktikos juda dėl erdvės ištempimo tarp tų galaktikų.
Mes gyvename dinamiškoje besivystančioje visatoje. Anksčiau jis buvo mažesnis, o ateityje bus didesnis.
# 4: relikvinė radiacija
Pažaiskime žaidimą. Tarkime, kad praeityje visata buvo mažesnė. Tai reiškia, kad ji būtų buvusi tankesnė ir karštesnė, tiesa? Teisingai - visas kosmoso turinys būtų buvęs suskirstytas į mažesnę erdvę, o didesnis tankis reikštų aukštesnę temperatūrą.
Kažkuriuo metu, kai Visata, tarkime, milijoną kartų mažesnė nei dabar, viskas būtų buvę taip sutriuškinta, kad tai būtų plazma. Esant tokiai būsenai, elektronai būtų nesusieti nuo savo branduolinių lizdų ir laisvai plaukti. Visa ši medžiaga maudoma intensyvia, daug energijos generuojančia radiacija.
Bet plečiantis kūdikių visatai, ji būtų atvėsusi iki taško, kuriame staiga elektronai galėtų patogiai įsikurti aplink branduolius, sudarydami pirmuosius pilnus vandenilio ir helio atomus. Tą akimirką beprotiškai intensyvi radiacija netrukdytų judėti per naujai ploną ir skaidrią visatą. Ir plečiantis šiai visatai, šviesa, kuri pradėjo burtis tiesiog balta, būtų atvėsusi, atvėsusi, atvėsusi iki vos kelių laipsnių aukščiau absoliutaus nulio, bangų ilgį tvirtai įtraukdama į mikrobangų diapazoną.
Ką mes matome, kai nukreipiame savo mikrobangų teleskopus į dangų? Fono radiacijos vonia, supanti mus iš visų pusių ir beveik tobulai tolygi (vienai daliai iš 100 000!) Į visas puses. Kūdikio vaizdas iš visatos. Atvirukas iš seniai mirusios eros. Šviesa nuo beveik tokio seno amžiaus kaip pati Visata.
# 5: Tai elementaru
Stumkite laikrodį atgal dar labiau, nei susidaro kosminis mikrobangų fonas, ir tam tikru momentu viskas vyksta taip intensyviai, taip pašėlusiai, kad net nėra protonų ir neutronų. Tai tik jų pagrindinių dalių sriuba, kvarkai ir klonai. Bet vėlgi, visatai plečiantis ir atvėsus nuo pašėlusių pirmųjų savo egzistavimo minučių, lengviausi branduoliai, tokie kaip vandenilis ir helis, susikaupė ir susiformavo.
Šiais laikais turime gana padorią branduolinės fizikos tvarką ir galime panaudoti šias žinias numatydami lengviausią elementų kiekį mūsų visatoje. Prognozė: kad užplikanti sriuba turėjo užauginti apytiksliai tris ketvirtadalius vandenilio, vieną ketvirtadalį helio ir išsilydyti „kitam“.
Tada iššūkis ateina astronomams, o ką jie randa? Visata, susidedanti iš apytiksliai trijų ketvirtadalių vandenilio, vienos ketvirtadalio helio ir mažesnio procento „kito“. Bingo.
Žinoma, yra ir daugiau įrodymų. Bet tai tik atskaitos taškas šiuolaikiniam „Didžiojo sprogimo“ kosmoso vaizdui. Daugybė nepriklausomų įrodymų linijų rodo tą pačią išvadą: Mūsų visatos amžius yra maždaug 13,8 milijardo metų, o vienu metu ji buvo persiko dydžio ir jos temperatūra buvo didesnė nei trilijoną laipsnių.
Sužinokite daugiau klausydamiesi epizodo „Kas nutiks, kai susidurs galaktikos?“ „Ask A Spaceman“ podcast'e, kurį galite rasti „iTunes“ ir internete http://www.askaspaceman.com. Ačiū Mike'ui D., Trippui B., Sedui S., Islai ir Patrickui D. už klausimus, kurie paskatino šį kūrinį! Užduokite savo klausimą „Twitter“ naudodami #AskASpaceman arba sekdami Paulą @PaulMattSutter ir facebook.com/PaulMattSutter. Stebėkite mus @Spacedotcom, „Facebook“ ir „Google+“. Originalus straipsnis „Space.com“.
