Didžiojo sprogimo teorija parodo geriausius kosmologų bandymus rekonstruoti 14 milijardų metų visatos istoriją remiantis šiandien matomu egzistavimo pliūpsniu.
Skirtingi žmonės terminą „didelis sprogimas“ vartoja skirtingai. Dažniausiai jis iliustruoja stebimos visatos lanką, kai jis iš pradžių ištirpo ir atvėso iš pradžių tankios, karštos būsenos. Šis apibūdinimas kyla iš minties, kad kosmosas plečiasi, platus principas, analogiškas tvirtiausio biologijoje išgyvenimui, kurį nedaugelis laikytų diskutuotinu.
Tiksliau, Didysis sprogimas taip pat gali reikšti pačios stebimos visatos gimimą - momentas, kai kažkas pasikeitė, pradedant įvykius, kurie paskatino šiandien. Kosmologai dešimtmečius ginčijasi dėl tos sekundės dalies detalių, ir diskusija tęsiasi ir šiandien.
Klasikinė Didžiojo sprogimo teorija
Didžiąją žmonijos istorijos dalį dangaus stebėtojai manė, kad jis yra amžinas ir nesikeičiantis. Edvinas Hablas šią istoriją aprašė kaip eksperimentinį smūgį 1920 m., Kai jo stebėjimai parodė, kad galaktikos egzistuoja ne Paukščių Take, o jų šviesa pasirodė ištempta - ženklas, kad jos bėga nuo Žemės.
Šiuolaikinis belgų fizikas George'as Lemaître'as Hablo ir kitų duomenis interpretavo kaip besiplečiančios visatos įrodymą - galimybę, kurią leidžia neseniai Einšteino paskelbtos bendrosios reliatyvumo lauko lygtys. Galvodamas atgal, Lemaître padarė išvadą, kad šiandienos atskyrimo galaktikos turėjo būti pradėtos kartu nuo to, ką jis pavadino „pirmykščiu atomu“.
Pirmasis viešas modernaus termino vartojimas Lemaître idėjai iš tikrųjų kilo iš kritiko - anglų astronomo Fredo Hoyle'o. 1949 m. Kovo 28 d. Hoyle sukūrė frazę, gindamas savo pasirinktą amžinosios visatos teoriją, kuri sukūrė materiją, kad panaikintų išsiplėtimo praskiedimą. Hoyle'as teigė, kad nuostata, jog „visa Visatos materija buvo sukurta per vieną didelį sprogimą tam tikru metu tolimoje praeityje“, buvo neracionali. Vėlesniuose interviu Hoyle'as neigė tyčia sugalvojęs šmeižiančią pavardę, tačiau monikeris įstrigo, dėl kai kurių nusivylimo.
„Didysis sprogimas yra tikrai blogas terminas“, - teigė Prinstono kosmologas Paulius Steinhardtas. „Didysis ruožas užfiksuotų teisingą idėją“. Anot Steinhardto, psichinis sprogimo vaizdas sukelia visokių sumaišties. Tai reiškia centrinį tašką, besiplečiančią sieną ir sceną, kurioje lengvas šrapnelis skrenda greičiau nei sunkesni gabalai. Tačiau besiplečianti visata atrodo ne taip, sakė jis. Nėra centro, nėra krašto, o didelės ir mažos galaktikos visos slysta vienodai (nors kosmologiškai nesenos tamsiosios energijos įtakoje tolimesnės galaktikos greičiau nutolsta).
Nepriklausomai nuo pavadinimo, Didžiojo sprogimo teorija pripažino savo neprilygstamą sugebėjimą paaiškinti tai, ką matome. Pavyzdžiui, šviesos balansas su tokiomis dalelėmis, kaip protonai ir neutronai, per pirmąsias 3 minutes leidžia ankstyviesiems elementams susiformuoti tokiu greičiu, kad būtų galima prognozuoti esamą helio ir kitų šviesos atomų kiekį.
„Laikui bėgant buvo nedidelis langas, kuriame galėjo susidaryti branduoliai“, - teigė Niujorko universiteto kosmologas Glennys Farraras. "Po to Visata vis plečiasi ir jie negalėjo rasti vienas kito, o prieš tai buvo per karšta".
Debesuota plazma užpildė Visatą ateinančiais 378 000 metų, kol tolesniam aušinimui elektronai ir protonai sudarė neutralius vandenilio atomus, o rūkas išsivalė. Šio proceso metu skleidžiama šviesa, kuri nuo to laiko įsitvirtino mikrobangose, yra ankstyviausi žinomi objektų tyrinėtojai, kurie gali tiesiogiai tyrinėti. Žinomi kaip kosminės mikrobangų fono (CMB) radiacija, daugelis tyrinėtojų mano, kad tai yra stipriausias Didžiojo sprogimo įrodymas.
Sprogmens atnaujinimas
Tačiau kosmologams įsibėgėjus pirmomis visatos akimirkomis, istorija išsiskleidė. Bendrosios reliatyvumo lygtys rodo pradinį neriboto šilumos ir tankio spektrą - išskirtinumą. Nepaisant to, kad jis neturi daug fizinės prasmės, vienaskaitos kilmė neatitiko sklandaus, plokščio CMB. Didžiulės temperatūros ir tankio svyravimai būtų sukėlę skirtingų savybių dangaus bangas, tačiau CMB temperatūra kinta tik trupmena laipsnio. Erdvės-laiko kreivumas taip pat atrodo gana plokščias, o tai reiškia, kad iš pradžių beveik tobulas materijos ir kreivumo balansas yra tas, kurį dauguma kosmologų laiko neįtikėtinu.
Alanas Gutas pasiūlė naują devintojo dešimtmečio pirmosios sekundės dalies vaizdą, kuriame teigiama, kad Visata praleido savo ankstyviausias akimirkas, augdamas eksponentiškai greičiau nei dabar. Tam tikru momentu šis procesas sustojo ir, užleidus stabdžius, susidarė tankus ir karštas (bet ne be galo didelis) dalelių netvarka, užimantis išskirtinumą. „Aš savo galvoje galvoju apie Didįjį sprogimą, kai Visata įkaista“, - sakė Farraras.
Infliacijos teorija, kaip ji vadinama, dabar turi daugybę konkuruojančių modelių. Nors niekas nežinojo apie tai, kas privertė Visatą taip greitai išsiplėsti, tačiau ši teorija išpopuliarėjo dėl galimybės paaiškinti, regis, neįtikėtiną CMB bruožą: Infliacija išsaugojo nedidelius svyravimus (kurie išsivystė į šių dienų galaktikų grupes), kartu išlygindama pagrindinius. „Tai labai miela istorija“, - sakė Steinhardtas, padėjęs sukurti teoriją. „Tai mes pasakojame savo vaikams“.
Ne tik infliacija
Naujausi tyrimai įvedė dvi raukšles į infliacijos teorijos kosminį pasakojimą. Steinhardto ir kitų darbas rodo, kad kai kuriuose regionuose (tokiuose kaip mūsų stebima visata) infliacija būtų sustojusi, bet kituose tęsėsi, sukurdama daugybę atskirų teritorijų su „kiekvienu įmanomu kosmologinių savybių rinkiniu“, kaip teigia Steinhardtas. Daugelis fizikų mano, kad šis „daugialypis“ vaizdas yra nemandagus, nes jis sukuria begalinį skaičių neišdildomų prognozių.
Eksperimento srityje kosmologai tikisi, kad infliacija turėjo sukelti galaktikos bangas atspindinčias gravitacines bangas CMB, nes jos sukėlė nedidelius temperatūros ir tankio pokyčius. Dabartiniai eksperimentai turėtų būti pakankamai jautrūs, kad juos būtų galima rasti, tačiau pirmykščiai erdvės ir laiko judesiai nepasirodė (nepaisant vieno melagingo pavojaus signalo 2014 m.).
Daugelis tyrėjų laukia tikslesnių CMB matavimų, kurie galėtų nužudyti arba patvirtinti daugybę vis dar egzistuojančių infliacijos modelių. Kiti fizikai vis dėlto nemano, kad kosmoso glotnumas yra problema - jis prasidėjo vienodai ir jam nereikia paaiškinti.
Nors eksperimentatoriai siekia naujo tikslumo lygio, kai kurie teoretikai nusisuko nuo infliacijos ieškodami kitų būdų, kaip sutalpinti visatą. Pavyzdžiui, Steinhardtas dirba prie „didelio atšokimo“ modelio, kuris dar labiau stumia pradinį laikrodį į ankstesnį susitraukimo periodą, kuris išlygino erdvės laiką ir sudarė pagrindą sprogstamajai plėtrai. Jis tikisi, kad per ilgai nauji parašai, be tokių problemų kaip pirmapradės gravitacinių bangų nebuvimas, kosmologus paskatins papasakoti naują kūrimo istoriją. "Ar yra kitų stebimų savybių, kurių reikėtų ieškoti?" Steinhardtas pasakė: „Klausk manęs dar po kelerių metų ir tikiuosi sulaukti atsakymo“.
Papildomas ištekliai:
