Teorija Velikega poka predstavlja najboljše poskuse kozmologov, da bi na podlagi slikov obstoja, ki je viden danes, rekonstruirali 14 milijard letno zgodovino vesolja.
Različni ljudje na različne načine uporabljajo izraz "Big Bang". Na splošno ponazarja lok opazovanega vesolja, ko se je redčil in ohlajal iz prvotno gostega, vročega stanja. Ta opis se spušča na idejo, da se kozmos širi, široko načelo, ki je analogno preživetju najmočnejših v biologiji, o katerih bi malokdo pomislil.
Natančneje, Big Bang se lahko nanaša tudi na rojstvo vesolja, ki ga je mogoče opazovati - v trenutku, ko se je nekaj spremenilo, kar bo spodbudilo dogodke, ki so privedli do danes. Kozmologi se že desetletja prepirajo o podrobnostih tistega delčka sekunde in razprava se nadaljuje še danes.
Klasična teorija velikega poka
Večji del človeške zgodovine so opazovalci neba predvidevali, da je večna in nespremenljiva. Edwin Hubble je to zgodbo obravnaval eksperimentalni udarec v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, ko so njegova opažanja pokazala, da obstajajo galaksije zunaj Mlečne poti in da se njihova svetloba zdi raztegnjena - znak, da se oddaljujejo od Zemlje.
George Lemaître, sodobni belgijski fizik, je podatke Hubbleja in drugih razlagal kot dokaz širitve vesolja, kar je bilo dovoljeno z nedavno objavljenimi terenskimi enačbami splošne relativnosti. Ko je razmišljal nazaj, je Lemaître sklepal, da bi morale današnje ločevalne galaksije začeti skupaj v tem, kar je imenoval "prvotni atom."
Prva javna uporaba sodobnega izraza za Lemaîtrejevo idejo je dejansko prišla od kritika - angleškega astronoma Freda Hoyla. 28. marca 1949 je Hoyle nagovoril besedno zvezo med zagovorom svoje najljubše teorije večnega vesolja, ki je ustvarila materijo, da bi prekinila redčenje širitve. Hoyle je dejal, da je bila "vsa materija vesolja ustvarjena v enem velikem udarcu v določeni dobi v oddaljeni preteklosti" iracionalna. V poznejših intervjujih je Hoyle zanikal, da bi namerno izmišljeval klevetniško ime, vendar se je moniker zatekel, kar je marsikomu grozilo.
"Big Bang je res slab izraz," je dejal Paul Steinhardt, kozmolog iz Princetona. "Veliki raztežaj bi ujel pravo idejo." Steinhardtova miselna podoba eksplozije povzroča vse vrste zmede. Vključuje osrednjo točko, naraščajočo mejo in prizor, kjer lahki šrapneli letijo hitreje kot težji kosi. Toda širi vesolje ni nič takega, je dejal. Ni središča, ne roba in galaksije, velike in majhne, se na enak način drsijo narazen (čeprav se bolj oddaljene galaksije hitreje oddaljujejo pod kozmološko nedavnim vplivom temne energije).
Ne glede na njegovo ime je teorija Big Bang našla široko sprejemanje za svojo neprimerljivo sposobnost razlage tega, kar vidimo. Ravnotežje svetlobe z delci, kot so protoni in nevtroni, na primer v prvih 3 minutah, naredi zgodnje elemente s hitrostjo, ki napoveduje trenutne količine helija in drugih svetlobnih atomov.
"V času je bilo majhno okno, v katerem je bilo mogoče oblikovati jedra," je dejal Glennys Farrar, kozmolog na newyorški univerzi. "Po tem se je vesolje še naprej širilo in se niso mogli najti, še prej pa je bilo prevroče."
Oblačna plazma je napolnila vesolje naslednjih 378.000 let, dokler nadaljnje hlajenje ni puščalo, da elektroni in protoni tvorijo nevtralne vodikove atome, megla pa se je zbistrila. Svetloba, ki se oddaja med tem postopkom, ki se odtlej razteza v mikrovalovne pečice, je najzgodnejši znani predmet, ki ga raziskovalci lahko neposredno preučujejo. Mnogi raziskovalci ga poznajo kot sevanje kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB) kot najmočnejši dokaz velikega poka.
Eksplozivna posodobitev
Toda ko so kozmologi potisnili dlje nazaj v vesolje v prvih trenutkih, se je zgodba razpletla. Enačbe splošne relativnosti so nakazovale začetno črto neomejene toplote in gostote - posebnost. Poleg tega, da nima veliko fizičnega smisla, edninsko poreklo ni ustrezalo gladkemu ravnemu CMB. Nihanja v neverjetni temperaturi in gostoti pik bi povzročila nebesne površine z različnimi lastnostmi, toda temperatura CMB se spreminja le za delček stopinje. Tudi ukrivljenost prostora in časa je videti precej ravna, kar pomeni prvotno skoraj popolno ravnovesje snovi in ukrivljenosti, ki se mu zdi večina kozmologov neverjetna.
Alan Guth je v osemdesetih letih prejšnjega stoletja predlagal novo sliko prvega dela sekunde, ki je namigoval, da je vesolje svoje najzgodnejše trenutke odraščalo eksponentno hitreje kot danes. V nekem trenutku se je ta postopek ustavil in nalaganje zavor je ustvarilo gosto in vroče (vendar ne neskončno tako) nered delcev, ki prevzame mesto singularnosti. "Po mojem si mislim, da je to velik udarec, ko se je vesolje segrelo," je dejal Farrar.
Teorija inflacije, kot se imenuje, ima zdaj veliko konkurenčnih modelov. Čeprav nihče ni vedel veliko o tem, zaradi česar se je vesolje tako hitro razširilo, je teorija postala priljubljena zaradi njegove sposobnosti razlage na videz neverjetnega brezhibnega CMB-ja: Inflacija je ohranila manjša nihanja (ki so se razvila v današnje grozdaste grozde), obenem pa sploščila večja. "To je zelo sladka zgodba," je dejal Steinhardt, ki je pomagal razviti teorijo. "To je tisto, o katerem govorimo svojim otrokom."
Nad inflacijo
Nedavne raziskave so v kozmično pripoved teorije o inflaciji uvedle dve gubici. Delo Steinhardta in drugih kaže, da bi se inflacija v nekaterih regijah (kot je naše opazovalno vesolje) ustavila, v drugih pa nadaljevala, ustvarila niz ločenih ozemelj z "vsakim možnim naborom kozmoloških lastnosti", kot pravi Steinhardt. Številni fiziki menijo, da je ta "multiverzalna" slika neokusna, saj omogoča neskončno število neustavljivih napovedi.
Na eksperimentalni fronti kozmologi pričakujejo, da naj bi inflacija povzročila gravitacijske valove, ki segajo v galaksiji v CMB, prav tako kot je povzročila majhne temperaturne in gostote. Trenutni poskusi bi morali biti dovolj občutljivi, da jih poiščemo, vendar se prvotne razmike v vesolju in času niso pokazale (kljub enemu lažnemu alarmu leta 2014).
Številni raziskovalci čakajo na natančnejše meritve CMB, ki bi lahko ubile ali potrdile številne inflacijske modele, ki še vedno obstajajo. Drugi fiziki pa gladkost kozmosa sploh ne vidijo kot problem - začelo se je enotno in mu ni treba razlagati.
Medtem ko si eksperimentalisti prizadevajo za nove ravni natančnosti, so se nekateri teoretiki od inflacije obrnili in iskali druge načine, kako vesolje razbiti. Steinhardt, na primer, deluje na modelu "velik odskok", ki začetno uro še bolj potisne nazaj, v zgodnejše obdobje krčenja, ki je izravnalo prostor-čas in postavilo oder za eksplozivno širitev. Upa, da bodo predolgi novi podpisi poleg težav, kot je pomanjkanje prvinskih gravitacijskih valov, kozmologe pripravili na novo zgodbo o ustvarjanju. "Ali je treba še iskati kakšne druge značilnosti?" Steinhardt je dejal: "Vprašajte me čez nekaj let in upam, da bom imel odgovor."
Dodatno viri:
