Teorie Velkého třesku představuje nejlepší pokusy kosmologů o rekonstrukci 14 miliardiletého příběhu vesmíru založeného na prameni existence viditelném dnes.
Různí lidé používají termín „velký třesk“ různými způsoby. Obecně to ilustruje oblouk pozorovatelného vesmíru, když se ztenčoval a ochladil z původně hustého, horkého stavu. Tento popis se odráží k myšlence, že vesmír se rozšiřuje, což je široký princip analogický k přežití nejvhodnějších v biologii, který by jen málokdo považoval za diskutabilní.
Přesněji řečeno, Velký třesk může také odkazovat na zrození samotného pozorovatelného vesmíru - ve chvíli, kdy se něco změnilo, nastartování událostí, které vedly k dnešnímu dni. Kosmologové se po desetiletí hádali o podrobnostech této zlomky vteřiny a diskuse pokračuje dodnes.
Klasická teorie velkého třesku
Pro většinu lidské historie se pozorovatelé oblohy domnívali, že je věčná a neměnná. Edwin Hubble vyprávěl tento příběh experimentálním úderem ve dvacátých letech, kdy jeho pozorování ukázala, že existují galaxie mimo Mléčnou dráhu, a že jejich světlo vypadalo roztažené - znamení, že se řítí pryč ze Země.
George Lemaître, současný belgický fyzik, interpretoval data od Hubbla a dalších jako důkaz o rozšiřujícím se vesmíru, což je možnost, kterou povolily Einsteinovy nedávno publikované polní rovnice obecné relativity. Když Lemaître přemýšlel dozadu, usoudil, že dnešní oddělující se galaxie musely začít společně v tom, čemu říkal „pravěk atom“.
První veřejné použití moderního termínu pro Lemaîtreho myšlenku vlastně pocházelo od kritika - anglického astronoma Freda Hoyla. 28. března 1949 Hoyle vytvořil frázi při obraně své preferované teorie věčného vesmíru, která vytvořila hmotu, aby zrušila zředění expanze. Hoyle uvedl, že představa, že „veškerá hmota vesmíru byla vytvořena v jednom velkém třesku v určitém čase ve vzdálené minulosti,“ byla iracionální. V pozdějších rozhovorech Hoyle popřel úmyslné vymýšlení pomluvného jména, ale moniker uvízl, hodně k frustrace některých.
„Velký třesk je opravdu špatný termín,“ řekl Paul Steinhardt, kosmolog v Princetonu. "Big Stretch by zachytil ten správný nápad." Podle Steinhardta mentální obraz exploze způsobuje nejrůznější zmatky. Znamená to centrální bod, rozšiřující se hranici a scénu, kde lehký šrapnel letí rychleji než těžší kusy. Ale rozšiřující se vesmír nic takového nevypadá, řekl. Neexistuje žádné centrum, žádná hrana a velké a malé galaxie se všechny sklouzávají stejným způsobem (i když vzdálenější galaxie se pohybují rychleji pod kosmologicky nedávným vlivem temné energie).
Bez ohledu na jeho jméno, teorie velkého třesku našla široké přijetí pro svou jedinečnou schopnost vysvětlit, co vidíme. Rovnováha světla s částicemi, jako jsou protony a neutrony, během prvních 3 minut, například umožňuje nechat vzniknout časné prvky rychlostí předpovídající současné množství helia a dalších světelných atomů.
„V době, kdy bylo možné vytvořit jádra, bylo malé okno,“ řekl Glennys Farrar, kosmolog na newyorské univerzitě. "Poté se vesmír rozšiřoval a oni se nemohli najít navzájem, a než bylo příliš horké."
Zakalená plazma naplnila vesmír dalších 378 000 let, dokud další ochlazení nechalo elektrony a protony tvořit neutrální atomy vodíku a mlha se vyčistila. Světlo vyzařované během tohoto procesu, které se od té doby rozprostřelo do mikrovln, je nejstarším známým objektem, který mohou vědci studovat přímo. Mnoho vědců, známých jako záření kosmického mikrovlnného pozadí (CMB), to považuje za nejsilnější důkaz velkého třesku.
Výbušná aktualizace
Ale jak kosmologové tlačili dál zpět do prvních okamžiků vesmíru, příběh se rozpadl. Rovnice obecné relativity naznačovaly počáteční skvrnu neomezeného tepla a hustoty - jedinečnost. Kromě toho, že nedávalo příliš fyzický smysl, nezvyklý původ neodpovídal hladké, ploché CMB. Kolísání impozantní teploty a hustoty skvrny by vedlo ke vzniku oblaků oblohy s různými vlastnostmi, ale teplota CMB se mění jen o zlomek stupně. Zakřivení časoprostoru také vypadá docela plochě, což znamená zpočátku téměř dokonalou rovnováhu hmoty a zakřivení, kterou většina kosmologů považuje za nepravděpodobnou.
Alan Guth v 80. letech navrhl nový obrázek první zlomky sekundy, což naznačuje, že vesmír strávil své nejčasnější okamžiky rostoucí exponenciálně rychleji než dnes. V určitém okamžiku se tento proces zastavil a při brzdění se vytvořil hustý a horký (ale ne nekonečně tak) nepořádek částic, který nahrazuje výjimečnost. „Ve své mysli to považuji za Velký třesk, když se vesmír rozžhavil,“ řekl Farrar.
Teorie inflace, jak se říká, má nyní řadu konkurenčních modelů. Ačkoli nikdo nevěděl mnoho o tom, co způsobilo, že vesmír se tak rychle rozšířil, teorie si získala popularitu díky své schopnosti vysvětlit zdánlivě nepravděpodobné bezohledné CMB: Inflace zachovala drobné fluktuace (které se vyvinuly v dnešní galaktické shluky) a zároveň vyrovnaly ty hlavní. „Je to velmi sladký příběh,“ řekl Steinhardt, který pomohl rozvíjet teorii. "To je to, co řekneme našim dětem."
Za inflaci
Nedávný výzkum do kosmického vyprávění teorie inflace zavedl dvě vrásky. Práce Steinhardta a dalších naznačuje, že inflace by se zastavila v některých regionech (jako je náš pozorovatelný vesmír), ale pokračovala v jiných a vytvořila řadu samostatných území s „každou představitelnou sadou kosmologických vlastností“, jak uvádí Steinhardt. Mnoho fyziků považuje tento „multiverse“ obraz za nechutný, protože vytváří nekonečné množství nepredvídatelných předpovědí.
Co se týče experimentu, kosmologové očekávají, že inflace měla v CMB vyvolat gravitační vlny překlenující galaxii stejně jako mírné kolísání teploty a hustoty. Současné experimenty by měly být dostatečně citlivé, aby je bylo možné najít, ale prvotní časoprostorové vlnění se neobjevilo (navzdory jednomu falešnému poplachu v roce 2014).
Mnoho vědců čeká na přesnější měření CMB, která by mohla zabít nebo ověřit mnohé modely inflace, které stále stojí. Jiní fyzici však nevidí hladkost vesmíru vůbec jako problém - začala uniforma a nepotřebuje žádné vysvětlení.
Zatímco experimentisté usilují o novou úroveň přesnosti, někteří teoretici se odvrátili od inflace a hledali jiné způsoby, jak rozbít vesmír. Například Steinhardt pracuje na modelu „velkého odrazu“, který posune startovní hodiny ještě dále, do dřívějšího období kontrakce, které vyhladilo časoprostor a připravilo půdu pro explozivní expanzi. Doufá, že dříve, než budou příliš dlouho, nové podpisy, kromě problémů, jako je nedostatek pravěkých gravitačních vln, připraví kosmology s novým příběhem o stvoření, který vypráví. "Je třeba hledat další pozorovatelné rysy?" Steinhardt řekl: „Zeptejte se mě znovu za pár let a doufám, že dostanu odpověď.“
Další zdroje:
