Lielais sprādziens un visa izcelsme

Kā sākās Visums? Tas ir jautājums, ko zinātnieki un filozofi visā vēsturē ir apdomājuši, apskatot zvaigžņotās debesis virs. Atbildi sniedz astronomijas un astrofizikas darbs. Tomēr tas nav viegli atrisināms.

Pirmie nozīmīgie atbildes mirdzumi parādījās no debesīm 1964. gadā. Tad astronomi Arno Penzias un Roberts Vilsons atklāja mikroviļņu signālu, kas bija apglabāts datos, kurus viņi izmantoja, lai meklētu signālus, kas tiek atdoti no Echo balonu satelītiem. Viņi toreiz uzskatīja, ka tas ir vienkārši nevēlams troksnis, un mēģināja izfiltrēt signālu.

Tomēr izrādās, ka tas, ko viņi atklāja, nāca no laika neilgi pēc Visuma sākuma. Lai gan viņi tolaik to nezināja, viņi bija atklājuši Kosmiskais mikroviļņu fons (CMB). CMB bija pareģojusi teorija ar nosaukumu Lielais sprādziens, kas ieteica, ka Visums sākas kā blīvi karsts punkts kosmosā un pēkšņi izplešas uz āru. Abu vīriešu atklājums bija pirmais pierādījums tam pirmajam notikumam.

Kas sāka Visuma dzimšanu? Pēc fizikas domām, Visums pastāvēšanā radās no singularitātes - terminu fiziķi lieto, lai aprakstītu kosmosa reģionus, kas pakļauj fizikas likumus. Viņi ļoti maz zina par īpatnībām, taču ir zināms, ka šādi reģioni pastāv melnie caurumi. Tas ir reģions, kurā visa melnā cauruma sakrātā masa tiek saspiesta sīkā vietā, bezgala masīva, bet arī ļoti, ļoti maza. Iedomājieties, ka Zeme ir sablīvēta ar precīzu izmēru. Atsevišķība būtu mazāka.

Tas gan nenozīmē, ka Visums sākās kā melnais caurums. Šāds pieņēmums radītu jautājumu par kaut ko esošu pirms tam lielais sprādziens, kas ir diezgan spekulatīvs. Pēc definīcijas nekas neeksistēja pirms sākuma, bet šis fakts rada vairāk jautājumu nekā atbilžu. Piemēram, ja pirms Lielā sprādziena nekas neeksistēja, kas vispirms izraisīja singularitātes radīšanu? Tas ir "gotcha" jautājums, ko astrofiziķi joprojām cenšas saprast.

Tomēr, tiklīdz tika izveidota singularitāte (lai arī kā tas notika), fiziķiem ir labs priekšstats par to, kas notika tālāk. Visums bija karstā, blīvā stāvoklī un sāka paplašināties, izmantojot procesu, ko sauc par inflāciju. Tas gāja no ļoti maza un ļoti blīva, līdz ļoti karstam stāvoklim. Pēc tam tas atdzisa, paplašinoties. Šis process tagad tiek dēvēts par lielo sprādzienu - terminu, kuru pirmo reizi izgudroja sers Freds Hoilejs Lielbritānijas apraides korporācijas (BBC) radio apraides laikā 1950. gadā.

Lai gan šis termins norāda uz kaut kādu sprādzienu, tā patiešām nebija uzliesmojums vai sprādziens. Tas tiešām bija strauja telpas un laika paplašināšanās. Padomājiet par to, kā uzspridzināt balonu: kad kāds iepūš gaisu, balona ārpuse izplešas uz āru.

Ļoti agrīnajam Visumam (reizē ar dažām sekundes frakcijām pēc Lielā sprādziena sākuma) fizikas likumi nebija saistoši, kā mēs tos pazīstam šodien. Tātad neviens nevar ar lielu precizitāti paredzēt, kāds tolaik izskatījās Visums. Tomēr zinātnieki ir spēja izveidot aptuvenu attēlojumu tam, kā Visums attīstījās.

Pirmkārt, zīdaiņu Visums sākotnēji bija tik karsts un blīvs, ka pat elementārdaļiņas piemēram, protoni un neitroni nevarētu pastāvēt. Tā vietā dažāda veida matērija (ko sauc par matēriju un anti-matēriju) sadūrās kopā, radot tīru enerģiju. Kad Visums sāka atdzist pirmajās minūtēs, sāka veidoties protoni un neitroni. Lēnām protoni, neitroni un elektroni sakrita, veidojot ūdeņradi un nelielu hēlija daudzumu. Nākamo miljardu gadu laikā zvaigznes, planētas un galaktikas izveidojās, lai izveidotu pašreizējo Visumu.

Tātad, atpakaļ pie Penzias un Wilson un CMB. Ko viņi atrada (un par ko viņi uzvarēja Nobela prēmija), bieži tiek raksturots kā Lielā sprādziena “atbalss”. Tas atstāja aiz sevis parakstu, tāpat kā kanjonā dzirdama atbalss attēlo oriģinālās skaņas “parakstu”. Atšķirība ir tā, ka skaņas atbalss vietā Lielā sprādziena pavediens ir karstuma paraksts visā telpā. Šo parakstu ir īpaši izpētījis kosmiskais kuģis Cosmic Background Explorer (COBE) un Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde (WMAP). Viņu dati sniedz skaidrākus pierādījumus par kosmisko dzimšanas notikumu.

Kamēr Lielais sprādziens teorija ir visplašāk pieņemtais modelis, kas izskaidro Visuma pirmsākumus un kuru atbalsta visi novērošanas pierādījumi, ir arī citi modeļi, kas izmanto tos pašus pierādījumus, lai pastāstītu nedaudz atšķirīgus stāsts.

Daži teorētiķi apgalvo, ka Lielā sprādziena teorija balstās uz kļūdainu pieņēmumu - ka Visums ir veidots uz nepārtraukti paplašinoša telpas-laika pamata. Viņi norāda uz statisku Visumu, tieši to sākotnēji paredzēja Einšteina teorija vispārējā relativitāte. Einšteina teorija tikai vēlāk tika modificēta, lai pielāgotos tam, kā šķiet, ka Visums paplašinās. Un paplašināšana ir liela stāsta sastāvdaļa, jo īpaši tāpēc, ka tā saistīta ar tumšā enerģija. Visbeidzot, šķiet, ka Visuma masas pārrēķins atbalsta Lielā sprādziena notikumu teoriju.

Kaut arī mūsu izpratne par faktiskajiem notikumiem joprojām ir nepilnīga, CMB dati palīdz veidot teorijas, kas izskaidro kosmosa rašanos. Bez Lielā sprādziena nevarētu pastāvēt zvaigznes, galaktikas, planētas un dzīvība.

• Lielais sprādziens ir nosaukums, kas dots Visuma dzimšanas notikumam.
• Tiek uzskatīts, ka lielais sprādziens notika tad, kad kaut kas uzsāka nelielas atšķirības palielināšanos pirms apmēram 13,8 miljardiem gadu.
• Gaisma neilgi pēc lielā sprādziena ir nosakāma kā kosmiskais mikroviļņu starojums (CMB). Tas attēlo gaismu no laika, kad jaundzimušais Visums izgaismojās aptuveni 380 000 gadus pēc Lielā sprādziena.

• "Lielais sprādziens." NASA, NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• "Visuma pirmsākumi." National Geographic, National Geographic, 24. aprīlis 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Atjauninājis un rediģējis Karolīna Kolinsa Petersena.