Ako vznikol vesmír?

Toto predstavuje časovú os vesmíru od Veľkého tresku po súčasnosť. Vľavo je „udalosť zrodenia“ vesmíru, známa ako „Veľký tresk“. Vedecký tím NASA / WMAP

Ako začal vesmír? To je otázka, nad ktorou uvažovali vedci a filozofi počas histórie, keď sa pozerali na hviezdnu oblohu nad nimi. Je úlohou astronómie a astrofyziky poskytnúť odpoveď. Nie je to však ľahké zvládnuť.

Umelcova predstava, ako by mohol vyzerať Veľký tresk, keby ho niekto videl. HENNING ALHOFF/Getty Images

Prvé veľké záblesky odpovede prišli z oblohy v roku 1964. Vtedy astronómovia Arno Penzias a Robert Wilson objavili mikrovlnný signál pochovaný v údajoch, ktoré brali, aby hľadali signály odrážané od satelitov balónov Echo. V tom čase predpokladali, že ide len o nežiaduci šum a pokúsili sa signál odfiltrovať.

Anténa, ktorú používali Penzias a Wilson, keď narazili na signály z žiarenia kozmického pozadia, ktoré ohlasovali zrod vesmíru. Fabioj, CC BY-SA 3.0

Ukazuje sa však, že to, čo zistili, pochádzalo z doby krátko po začiatku vesmíru. Hoci o tom v tom čase nevedeli, objavili Kozmické mikrovlnné pozadie (CMB). CMB bola predpovedaná teóriou nazývanou Veľký tresk, ktorá naznačovala, že vesmír začal ako husto horúci bod vo vesmíre a náhle sa rozšíril smerom von. Objav dvoch mužov bol prvým dôkazom tejto prvotnej udalosti.

Veľký tresk

Čo odštartovalo zrod vesmíru? Podľa fyziky vesmír vznikol z jedinečnosti - termín, ktorý fyzici používajú na opis oblastí vesmíru, ktoré popierajú fyzikálne zákony. Vedia veľmi málo o singularitách, ale je známe, že takéto oblasti existujú v jadrách čierne diery . Je to oblasť, kde sa všetka hmota pohltená čiernou dierou vtlačí do malého bodu, nekonečne masívneho, ale aj veľmi, veľmi malého. Predstavte si, že vtesnáte Zem do niečoho, čo má veľkosť špendlíka. Singularita by bola menšia.

To však neznamená, že vesmír začal ako čierna diera. Takýto predpoklad by vyvolal otázku, či niečo existuje predtým Veľký tresk, čo je dosť špekulatívne. Podľa definície pred začiatkom nič neexistovalo, ale táto skutočnosť vytvára viac otázok ako odpovedí. Napríklad, ak pred Veľkým treskom nič neexistovalo, čo spôsobilo, že sa vytvorila singularita? Je to zamotaná otázka, ktorú sa astrofyzici stále snažia pochopiť.

Keď však bola singularita vytvorená (akokoľvek sa to stalo), fyzici majú dobrú predstavu o tom, čo sa stalo potom. Vesmír bol v horúcom, hustom stave a začal sa rozpínať procesom nazývaným inflácia. Prešiel z veľmi malého a veľmi hustého do veľmi horúceho stavu. Potom sa ochladil, keď expandoval. Tento proces sa teraz označuje ako Veľký tresk, čo je termín, ktorý prvýkrát vytvoril Sir Fred Hoyle počas rozhlasového vysielania British Broadcasting Corporation (BBC) v roku 1950.

Hoci tento výraz naznačuje nejaký druh výbuchu, v skutočnosti nedošlo k výbuchu alebo tresku. Bola to skutočne rýchla expanzia priestoru a času. Predstavte si to ako nafukovanie balóna: keď niekto vháňa vzduch dovnútra, vonkajšok balóna sa rozširuje smerom von.

Okamihy po veľkom tresku

Veľmi raný vesmír (v čase niekoľko zlomkov sekundy po začiatku Veľkého tresku) nebol viazaný fyzikálnymi zákonmi, ako ich poznáme dnes. Nikto teda nedokáže s veľkou presnosťou predpovedať, ako vtedy vesmír vyzeral. No predsa vedci mať dokázali zostrojiť približnú reprezentáciu toho, ako sa vesmír vyvíjal.

Po prvé, detský vesmír bol spočiatku taký horúci a hustý, že dokonca elementárne častice ako protóny a neutróny nemohli existovať. Namiesto toho rôzne druhy záležitosť (nazývané hmota a antihmota) sa spolu zrazili a vytvorili čistú energiu. Keď sa vesmír počas prvých minút začal ochladzovať, začali sa vytvárať protóny a neutróny. Postupne sa protóny, neutróny a elektróny spojili a vytvorili vodík a malé množstvo hélia. Počas miliárd rokov, ktoré nasledovali, sa hviezdy, planéty a galaxie sformovali, aby vytvorili súčasný vesmír.

Dôkazy o veľkom tresku

Takže späť k Penziasovi a Wilsonovi a CMB. Čo našli (a za čo vyhrali a nobelová cena ), sa často opisuje ako ozvena Veľkého tresku. Zanechalo to svoj podpis, rovnako ako ozvena počutá v kaňone predstavuje podpis pôvodného zvuku. Rozdiel je v tom, že namiesto počuteľnej ozveny je kľúčom Veľkého tresku tepelný podpis v celom vesmíre. Tento podpis bol špecificky študovaný kozmickou loďou Cosmic Background Explorer (COBE). Wilkinsonova mikrovlnná anizotropná sonda (WMAP) . Ich údaje poskytujú najjasnejší dôkaz udalosti kozmického zrodenia.

Detailný, celooblohový obraz detského vesmíru vytvorený zo siedmich rokov údajov WMAP. Obrázok odhaľuje 13,7 miliardy rokov staré teplotné výkyvy (zobrazené ako farebné rozdiely), ktoré zodpovedajú semenám, ktoré vyrástli a stali sa galaxiami. Vedecký tím NASA / WMAP

Alternatívy k teórii veľkého tresku

Kým Veľký tresk teória je najrozšírenejším modelom, ktorý vysvetľuje počiatky vesmíru a je podporovaný všetkými pozorovacími dôkazmi, existujú aj iné modely, ktoré používajú rovnaké dôkazy na rozprávanie trochu iného príbehu.

Niektorí teoretici tvrdia, že teória veľkého tresku je založená na nesprávnom predpoklade - že vesmír je postavený na neustále sa rozširujúcom časopriestore. Navrhujú statický vesmír, čo bolo pôvodne predpovedané Einsteinovou teóriou všeobecná relativita . Einsteinova teória bola až neskôr upravená tak, aby vyhovovala spôsobu, akým sa zdá, že sa vesmír rozpína. A rozšírenie je veľkou súčasťou príbehu, najmä preto, že zahŕňa existenciu temná energia . Nakoniec sa zdá, že prepočet hmotnosti vesmíru podporuje teóriu udalostí veľkého tresku.

Zatiaľ čo naše chápanie skutočných udalostí je stále neúplné, údaje CMB pomáhajú formovať teórie, ktoré vysvetľujú zrod vesmíru. Bez Veľkého tresku by nemohli existovať žiadne hviezdy, galaxie, planéty ani život.

Rýchle fakty

• Veľký tresk je názov pre udalosť zrodu vesmíru.
• Predpokladá sa, že Veľký tresk nastal, keď niečo spustilo expanziu malej singularity, asi pred 13,8 miliardami rokov.
• Svetlo krátko po Veľkom tresku je detekovateľné ako kozmické mikrovlnné žiarenie (CMB). Predstavuje svetlo z doby, keď sa novozrodený vesmír rozsvietil asi 380 000 rokov po veľkom tresku.

Zdroje

• Veľký tresk. NASA , NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA , NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• Počiatky vesmíru. National Geographic , National Geographic, 24. apríla 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Aktualizoval a upravilCarolyn Collins Petersen.