A nagyrobbanás elméletének megértése

A nagyrobbanás-elmélet az univerzum eredete domináns elmélete. Lényegében ez az elmélet kijelenti, hogy az univerzum a kiindulási ponttól vagy a szingularitástól kezdődött, amely több milliárd év alatt kibővítette az univerzumot, ahogyan azt most ismerjük.

1922-ben egy Alexander Friedman nevű orosz kozmológus és matematikus talált ilyen megoldásokat Albert Einstein„s általános relativitáselmélet a terepi egyenletek kiterjesztette az univerzumot. Statikus, örök univerzumban hívőként Einstein hozzátette kozmológiai állandóját egyenleteihez, "korrigálva" ezt a "hibát", és így kiküszöbölve az expanziót. Később ezt hívja életének legnagyobb hibájává.

Valójában már megfigyelő bizonyítékok voltak a bővülő univerzum alátámasztására. 1912-ben Vesto Slipher amerikai csillagász megfigyelt egy spirális galaxist - amelyet akkoriban "spirális ködnek" tartottak, mivel a csillagászok még nem tudták, hogy a galaxisok vannak a Tejút- és rögzítette vöröseltolódás, a fényforrás eltolódása a fény spektrumának vörös vége felé. Megfigyelte, hogy minden ilyen köd távozik a Földtől. Ezek az eredmények akkoriban ellentmondásosak voltak, és teljes következményeiket nem vették figyelembe.

1924-ben csillagász Edwin Hubble meg tudta mérni a távolságot e "köd" -ig és felfedezte, hogy olyan messze vannak, hogy valójában nem képezik részét a Tejútnak. Felfedezte, hogy a Tejút csak egy a sok galaxis közül, és hogy ezek a "ködök" valójában önmagukban vannak galaxisok.

1927-ben a római katolikus pap és Georges Lemaitre fizikus önállóan kiszámította a Friedman-megoldást, és újból javasolta, hogy az univerzumnak bővülnie kell. Ezt az elméletet Hubble támogatta, amikor 1929-ben megállapította, hogy összefüggés van a galaxisok távolsága és a vöröseltolódás abban a galaxisban. A távoli galaxisok gyorsabban elmozdultak, pontosan pontosan ezt jósolták Lemaitre megoldásai.

1931-ben Lemaitre tovább ment előrejelzéseivel, idővel visszafelé extrapolálva azt találta, hogy a világegyetem anyagának végtelen sűrűsége és hőmérséklete eléri a múltban véges időben. Ez azt jelentette, hogy az univerzumnak hihetetlenül kicsi, sűrű anyagpontban kellett elindulnia, amelyet „ősi atomnak” neveznek.

Az a tény, hogy Lemaitre római katolikus pap volt, aggasztotta néhányat, mivel olyan elméletet terjesztett elő, amely egy határozott "teremtés" pillanatát mutatta be az univerzumban. Az 1920-as és 1930-as években a legtöbb fizikus - mint Einstein - hajlamosak volt azt hinni, hogy az univerzum mindig is létezett. Lényegében a nagyrobbanás elméletét sok ember túl vallásosnak tekintette.

Míg egy időben több elméletet mutattak be, ez tényleg csak Fred Hoyle volt egyensúlyi állapot elmélet ez valódi versenyt jelentett Lemaitre elméletének. Ironikus módon Hoyle volt az, aki az 1950-es évek rádióműsorában megalkotta a "Nagy Bang" kifejezést, és Lemaitre elméletének kimerítő kifejezésként szándékozott azt kifejezni.

Az egyensúlyi állapot elmélete megjósolta ezt az új dolgot ügy oly módon hozták létre, hogy az univerzum sűrűsége és hőmérséklete az idő során állandó maradt, még akkor is, ha az univerzum bővült. Hoyle azt is megjósolta, hogy a hidrogénből és a héliumból sűrűbb elemek alakulnak ki az alábbiak szerint csillagok nukleoszintézise, amely az egyensúlyi állapot elmélettel ellentétben pontosnak bizonyult.

George Gamow - egyik Friedman tanulója - volt a nagyrobbanás elmélet legfontosabb támogatója. Ralph Alpher és Robert Herman kollégáival együtt megjósolta a kozmikus mikrohullámú hátteret (CMB) sugárzás, amely olyan sugárzás, amelynek az egész világegyetemben léteznie kell, mint a Nagy maradványának Bumm. Amint az atomok a rekombinációs korszak, megengedték, hogy a mikrohullámú sugárzás (a fény egy formája) áthaladjon az univerzumon, és Gamow azt jósolta, hogy ez mikrohullámú sugárzás továbbra is megfigyelhető lenne.

A vita 1965-ig folytatódott, amikor Arno Penzias és Robert Woodrow Wilson megbotlott a CMB-n, miközben a Bell Telephone Laboratories-nél dolgozott. A rádiócsillagászathoz és a műholdas kommunikációhoz használt Dicke-radiométerük 3,5 K hőmérsékletet vett fel (ez közel áll Alpher és Herman 5 K-os előrejelzéséhez).

Az 1960-as évek végén és az 1970-es évek elején az egyensúlyi fizika néhány támogatója megpróbálta magyarázni ezt a megállapítást, miközben még mindig megtagadva a nagyrobbanás elméletét, de az évtized végére egyértelmű volt, hogy a CMB-sugárzásnak nincs más hihető magyarázat. Penzias és Wilson az 1978-as fizikai Nobel-díjat kapta e felfedezésért.

Bizonyos aggodalmak továbbra is fennálltak a nagyrobbanás elmélettel kapcsolatban. Az egyik a homogenitás problémája volt. A tudósok azt kérdezték: Miért néz ki az univerzum energia szempontjából azonos, függetlenül attól, hogy melyik irányba néz? A nagy bang elmélet nem ad időt a korai világegyetem eléréséhez termikus egyensúly, tehát az univerzum egészében különbségeknek kell lenniük az energiában.

1980-ban Alan Guth amerikai fizikus hivatalosan javasolta inflációs elmélet ennek és más problémáknak a megoldására. Ez az elmélet azt mondja, hogy a nagy robbanás utáni korai pillanatokban a születő világegyetem rendkívül gyors expanziója volt, amelyet "negatív nyomású vákuum energia" vezet ( lehet valamilyen módon kapcsolódniuk kell a sötét energia). Alternatív megoldásként az elmúlt években fogalmak szerint hasonló, de kissé eltérő részleteket mutató inflációs elméleteket mások is előterjesztettek.

A NASA által a Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda (WMAP) program, amely 2001-ben kezdődött el, bizonyítékokat szolgáltatott, amelyek erősen támogatják az inflációs időszakot a korai világegyetemben. Ez a bizonyíték különösen erős a 2006-ban közzétett hároméves adatokban, bár még mindig vannak kisebb ellentmondások az elmélettel. A 2006. évi Nobel-fizika-díjat John C. kapta meg. Mather és George Smoot, a WMAP projekt két kulcsfontosságú dolgozója.

Noha a nagyrobbanás elméletét a fizikusok túlnyomó többsége elfogadja, még mindig vannak kisebb kérdések ezzel kapcsolatban. A legfontosabb azonban azok a kérdések, amelyekre az elmélet még meg sem tud válaszolni:

• Mi létezett a nagy robbanás előtt?
• Mi okozta a nagy robbanást?
• Az univerzumunk az egyetlen?

Ezekre a kérdésekre adott válaszok a fizika területén túl is létezhetnek, ám ezek mégis izgalmasak, és olyan válaszok, mint a multiverzum A hipotézis érdekes spekulációt nyújt a tudósok és a nem tudósok számára egyaránt.

Amikor Lemaitre eredetileg javasolta a korai világegyetemmel kapcsolatos megfigyelését, az univerzum korai állapotát ősi atomnak nevezi. Évekkel később George Gamow a ylem nevet fogja használni erre. Az ősi atomnak vagy akár a kozmikus tojásnak is nevezik.