Pochopenie teórie veľkého tresku

Teória vzniku vesmíru

John Lund/Photographer's Choice/Getty Images

Teória veľkého tresku je dominantnou teóriou pôvodu vesmíru. Táto teória v podstate tvrdí, že vesmír začal od počiatočného bodu alebo singularity, ktorá sa v priebehu miliárd rokov rozširovala a vytvorila vesmír, ako ho teraz poznáme.

Skoré objavy expandujúceho vesmíru

V roku 1922 ruský kozmológ a matematik Alexander Friedman našiel tieto riešeniaAlbert Einstein's všeobecná relativita rovnice poľa vyústili do rozpínajúceho sa vesmíru. Ako veriaci v statický, večný vesmír pridal Einstein do svojich rovníc kozmologickú konštantu, ktorá „opravila“ túto „chybu“, a tak eliminovala expanziu. Neskôr to označil za najväčšiu chybu svojho života.

V skutočnosti už existovali pozorovacie dôkazy na podporu rozpínajúceho sa vesmíru. V roku 1912 pozoroval americký astronóm Vesto Slipher špirálovitú galaxiu – v tom čase považovaná za „špirálovú hmlovinu“, keďže astronómovia ešte nevedeli, že existujú galaxie za mliečna dráha – a zaznamenali ho červený posun , posun svetelného zdroja sa posúva smerom k červenému koncu svetelného spektra. Všimol si, že všetky takéto hmloviny sa pohybujú preč od Zeme. Tieto výsledky boli v tom čase dosť kontroverzné a nezohľadňovali sa ich úplné dôsledky.

V roku 1924 astronóm Edwin Hubble dokázal zmerať vzdialenosť k týmto „hmlovinám“ a zistil, že sú tak ďaleko, že v skutočnosti nie sú súčasťou Mliečnej dráhy. Zistil, že Mliečna dráha je len jednou z mnohých galaxií a že tieto „hmloviny“ sú vlastne galaxie samy osebe.

Zrodenie Veľkého tresku

V roku 1927 rímskokatolícky kňaz a fyzik Georges Lemaitre nezávisle vypočítal Friedmanovo riešenie a opäť navrhol, že vesmír sa musí rozpínať. Túto teóriu podporil Hubble, keď v roku 1929 zistil, že existuje korelácia medzi vzdialenosťou galaxií a množstvom červený posun vo svetle tej galaxie. Vzdialené galaxie sa vzďaľovali rýchlejšie, čo bolo presne to, čo predpovedali Lemaitrove riešenia.

V roku 1931 zašiel Lemaitre so svojimi predpoveďami ešte ďalej, extrapolujúc späť v čase zistil, že hmota vesmíru dosiahne nekonečnú hustotu a teplotu v konečnom čase v minulosti. To znamenalo, že vesmír musel začať v neuveriteľne malom, hustom bode hmoty, nazývanom 'prvotný atóm'.

Skutočnosť, že Lemaitre bol rímskokatolíckym kňazom, niektorých znepokojovala, keďže predkladal teóriu, ktorá predstavovala určitý moment „stvorenia“ vesmíru. V 20. a 30. rokoch sa väčšina fyzikov – ako Einstein – prikláňala k názoru, že vesmír vždy existoval. V podstate mnohí ľudia považovali teóriu veľkého tresku za príliš náboženskú.

Veľký tresk vs. ustálený stav

Zatiaľ čo sa istý čas prezentovalo niekoľko teórií, v skutočnosti to bolo len Fred Hoyle teória ustáleného stavu čo predstavovalo skutočnú konkurenciu pre Lemaitrovu teóriu. Iróniou osudu to bol Hoyle, kto vymyslel frázu „Veľký tresk“ počas rozhlasového vysielania v 50. rokoch minulého storočia, pričom to považoval za posmešný výraz pre Lemaitrovu teóriu.

Teória ustáleného stavu predpovedala, že je to nové záležitosť bol vytvorený tak, že hustota a teplota vesmíru zostali konštantné v priebehu času, aj keď sa vesmír rozpínal. Hoyle tiež predpovedal, že hustejšie prvky sa vytvorili z vodíka a hélia prostredníctvom procesu hviezdna nukleosyntéza , ktorá sa na rozdiel od teórie ustáleného stavu ukázala ako presná.

George Gamow – jeden z Friedmanových žiakov – bol hlavným zástancom teórie veľkého tresku. Spolu s kolegami Ralphom Alpherom a Robertom Hermanom predpovedal žiarenie kozmického mikrovlnného pozadia (CMB), čo je žiarenie, ktoré by malo existovať v celom vesmíre ako pozostatok po veľkom tresku. Ako sa atómy začali tvoriť počas r éra rekombinácie umožnili mikrovlnnému žiareniu (forme svetla) cestovať vesmírom a Gamow to predpovedal mikrovlnného žiarenia by bolo možné pozorovať aj dnes.

Debata pokračovala až do roku 1965, keď Arno Penzias a Robert Woodrow Wilson narazili na CMB, keď pracovali pre Bell Telephone Laboratories. Ich rádiometer Dicke, používaný na rádiovú astronómiu a satelitnú komunikáciu, zachytil teplotu 3,5 K (tesná zhoda s predpoveďou Alphera a Hermana 5 K).

Koncom 60. a začiatkom 70. rokov sa niektorí priaznivci fyziky ustáleného stavu pokúšali vysvetliť toto zistenie, pričom stále popierali teóriu veľkého tresku, ale na konci dekády bolo jasné, že CMB žiarenie nemá žiadne iné prijateľné vysvetlenie. Penzias a Wilson dostali za tento objav v roku 1978 Nobelovu cenu za fyziku.

Kozmická inflácia

Isté obavy však zostali v súvislosti s teóriou veľkého tresku. Jedným z nich bol problém homogenity. Vedci sa pýtali: Prečo vesmír vyzerá rovnako, pokiaľ ide o energiu, bez ohľadu na to, ktorým smerom sa človek pozerá? Teória veľkého tresku nedáva ranému vesmíru čas na dosiahnutie tepelná rovnováha , takže v celom vesmíre by mali byť rozdiely v energii.

V roku 1980 to formálne navrhol americký fyzik Alan Guth inflačná teória vyriešiť tento a ďalšie problémy. Táto teória hovorí, že v prvých okamihoch po Veľkom tresku došlo k extrémne rýchlemu rozpínaniu rodiaceho sa vesmíru poháňaného „energiou podtlaku vákua“ (ktorá smieť nejakým spôsobom súvisia so súčasnými teóriami temná energia ). Alternatívne, inflačné teórie, ktoré majú podobnú koncepciu, ale s mierne odlišnými detailmi, predložili iní v nasledujúcich rokoch.

Program Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) od NASA, ktorý sa začal v roku 2001, poskytol dôkazy, ktoré silne podporujú obdobie inflácie v ranom vesmíre. Tento dôkaz je obzvlášť silný v trojročných údajoch zverejnených v roku 2006, aj keď stále existujú určité menšie nezrovnalosti s teóriou. Nobelovu cenu za fyziku za rok 2006 získali John C. Mather a George Smoot, dvaja kľúčoví pracovníci na projekte WMAP.

Existujúce spory

Zatiaľ čo teóriu veľkého tresku akceptuje veľká väčšina fyzikov, stále existuje niekoľko menších otázok, ktoré sa jej týkajú. Najdôležitejšie sú však otázky, na ktoré sa teória nemôže ani pokúsiť odpovedať:

• Čo existovalo pred Veľkým treskom?
• Čo spôsobilo Veľký tresk?
• Je náš vesmír jediný?

Odpovede na tieto otázky možno existujú mimo sféry fyziky, no napriek tomu sú fascinujúce a odpovede ako napr. multivesmír hypotéza poskytuje zaujímavú oblasť špekulácií pre vedcov aj nevedcov.

Iné mená pre Veľký tresk

Keď Lemaitre pôvodne navrhol svoje pozorovanie o ranom vesmíre, nazval tento raný stav vesmíru prvotný atóm. O niekoľko rokov neskôr pre ňu George Gamow použil názov ylem. Nazývali ho aj prvotný atóm alebo dokonca kozmické vajce.