Înțelegerea Teoriei Big-Bang-ului

Teoria big-bang-ului este teoria dominantă a originii universului. În esență, această teorie afirmă că universul a început dintr-un punct inițial sau de singularitate, care s-a extins de-a lungul a miliarde de ani pentru a forma universul așa cum îl știm acum.

Descoperiri timpurii ale universului

În 1922, un cosmolog și matematician rus pe nume Alexander Friedman a descoperit că soluțiile pentru ecuațiile generale ale câmpului relativității lui Albert Einstein au dus la un univers în expansiune. Ca un credincios într-un univers etern, etern, Einstein a adăugat o constantă cosmologică la ecuațiile sale, „corectând” pentru această „eroare” și eliminând astfel expansiunea. Ulterior, el va numi aceasta cea mai mare gafă din viața sa.

De fapt, existau deja dovezi observaționale în sprijinul unui univers în expansiune. În 1912, astronomul american Vesto Slipher a observat o galaxie spirală - considerată o „nebuloasă spirală” la acea vreme, deoarece astronomii nu știau încă că există galaxii dincolo de Calea Lactee - și a înregistrat redshift-ul acesteia, schimbarea unei schimbări a sursei de lumină. spre capătul roșu al spectrului luminos. El a observat că toate astfel de nebuloase călătoreau departe de Pământ. Aceste rezultate au fost destul de controversate la acea vreme și implicațiile lor complete nu au fost luate în considerare.

În 1924, astronomul Edwin Hubble a putut măsura distanța față de aceste „nebuloase” și a descoperit că erau atât de departe încât nu făceau parte de pe Calea Lactee. El descoperise că Calea Lactee era doar una dintre numeroasele galaxii și că aceste „nebuloase” erau de fapt galaxii la propriu.

Nașterea Big Bang-ului

În 1927, preotul și fizicianul catolic roman Georges Lemaitre a calculat independent soluția Friedman și a sugerat din nou că universul trebuie să se extindă. Această teorie a fost susținută de Hubble când, în 1929, a descoperit că există o corelație între distanța galaxiilor și cantitatea de redshift în lumina acelei galaxii. Galaxiile îndepărtate se îndepărtau mai repede, ceea ce era exact ceea ce prevedea soluțiile lui Lemaitre.

În 1931, Lemaitre a mers mai departe cu predicțiile sale, extrapolând înapoi în timp descoperind că materia universului va atinge o densitate și temperatură infinită la un moment finit în trecut. Aceasta a însemnat că universul trebuie să fi început într-un punct de materie incredibil de mic, dens, numit „atom primordial”.

Faptul că Lemaitre era un preot romano-catolic îi privea pe unii, întrucât făcea o teorie care prezenta un moment cert al „creației” universului. În anii 1920 și 1930, majoritatea fizicienilor - precum Einstein - erau înclinați să creadă că universul a existat întotdeauna. În esență, teoria big-bang-ului a fost văzută ca prea religioasă de mulți oameni.

Big Bang vs. Steady State

În timp ce mai multe teorii au fost prezentate pentru o vreme, în realitate, doar teoria lui Fred Hoyle a statului constant a oferit orice concurență reală pentru teoria lui Lemaitre. În mod ironic, Hoyle a inventat sintagma „Big Bang” în timpul unei emisiuni radio din anii 1950, intenționând-o ca termen deriziv pentru teoria lui Lemaitre.

Teoria statului constant a prezis că noua materie a fost creată astfel încât densitatea și temperatura universului au rămas constante în timp, chiar în timp ce universul se extinde. Hoyle a prezis, de asemenea, că elemente mai dense au fost formate din hidrogen și heliu prin procesul de nucleosinteză stelară, care, spre deosebire de teoria stării de echilibru, s-a dovedit a fi exactă.

George Gamow - unul dintre elevii lui Friedman - a fost avocatul major al teoriei big-bang-ului. Împreună cu colegii Ralph Alpher și Robert Herman, a prezis radiația cosmică de fundal a microundelor (CMB), care este radiația care ar trebui să existe în întregul univers ca o rămășiță a Big Bang-ului. Pe măsură ce atomii au început să se formeze în perioada recombinării, au permis radiației cu microunde (o formă de lumină) să călătorească prin univers, iar Gamow a prezis că această radiație cu microunde va fi încă observabilă astăzi.

Dezbaterea a continuat până în 1965, când Arno Penzias și Robert Woodrow Wilson s-au împiedicat de CMB în timp ce lucrau pentru laboratoarele Bell Telephone. Radiometrul lor Dicke, utilizat pentru radio-astronomie și comunicații prin satelit, a ridicat o temperatură de 3,5 K (o potrivire apropiată de Alpher și Herman prezicerea de 5 K).

De-a lungul sfârșitului anilor ’60 și începutul anilor ’70, unii susținători ai fizicii în stare constantă au încercat să explice această constatare, în timp ce încă negau teoria big-bang-ului, dar până la sfârșitul deceniului, era clar că radiația CMB nu avea nicio altă explicație plauzibilă. Penzias și Wilson au primit premiul Nobel pentru fizică din 1978 pentru această descoperire.

Inflație cosmică

Cu toate acestea, au rămas anumite preocupări cu privire la teoria big-bang-ului. Unul dintre acestea a fost problema omogenității. Oamenii de știință au întrebat: De ce universul arată identic, din punct de vedere al energiei, indiferent de direcția pe care o privești? Teoria big-bang-ului nu oferă timpului universului timpuriu pentru a atinge echilibrul termic, așa că ar trebui să existe diferențe de energie în întregul univers.

În 1980, fizicianul american Alan Guth a propus în mod oficial teoria inflației pentru a rezolva aceasta și alte probleme. Această teorie spune că în primele momente care au urmat Big Bang-ului, a existat o extindere extrem de rapidă a universului născut condus de „energia de vid cu presiune negativă” (care Mai să fie în vreun fel legat de teoriile actuale despre energia întunecată). În mod alternativ, teoriile inflației, similare în concept, dar cu detalii ușor diferite, au fost prezentate de alții în anii de atunci.

Programul Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA, care a început în 2001, a furnizat dovezi care susțin puternic o perioadă de inflație în universul timpuriu. Aceste dovezi sunt deosebit de puternice în datele de trei ani lansate în 2006, deși există încă unele incoerențe minore cu teoria. Premiul Nobel pentru fizică din 2006 a fost acordat lui John C. Mather și George Smoot, doi lucrători cheie în proiectul WMAP.

Controverse existente

În timp ce teoria Big Bang este acceptată de marea majoritate a fizicienilor, există încă câteva întrebări minore cu privire la aceasta. Totuși, cele mai importante sunt întrebările la care teoria nu poate încerca nici măcar să răspundă:

• Ceea ce exista înainte de Big Bang?
• Ce a provocat Big Bang?
• Universul nostru este singurul?

Răspunsurile la aceste întrebări pot exista foarte bine dincolo de domeniul fizicii, dar sunt fascinante, iar răspunsurile, cum ar fi ipoteza multiversului, oferă o zonă intrigantă de speculații pentru oamenii de știință și pentru oamenii de știință deopotrivă..

Alte nume pentru Big Bang

Când Lemaitre și-a propus inițial observația despre universul timpuriu, el a numit această stare timpurie a universului atomul primordial. Ani mai târziu, George Gamow ar aplica numele Ylem pentru el. De asemenea, a fost numit atom primordial sau chiar ou cosmic.