Големият взрив и произходът на всичко

Как започна Вселената? Това е въпрос, който учените и философите обмисляха през цялата история, докато гледаха звездното небе отгоре. Работата на астрономията и астрофизиката е да дадат отговор. Въпреки това не е лесно да се справим.

Голям взрив, концептуален образ
Концепция на художник за това, как би могъл да изглежда Големият взрив, ако някой беше наоколо да го види.HENNING DALHOFF / Гети изображения

Първите големи проблясъци на отговор дойдоха от небето през 1964г. Точно тогава астрономите Арно Пензиас и Робърт Уилсън откриха микровълнов сигнал, погребан в данни, които взимаха, за да търсят сигнали, отхвърлени от сателитите на балоните Echo. По това време те предположиха, че това е просто нежелан шум и се опитаха да филтрират сигнала.

Holmdel Horn
Антената, която Пензиас и Уилсън използваха, когато се натъкнаха на сигналите от космическото фоново лъчение, предвещаващо раждането на Вселената.Fabioj, CC BY-SA 3.0

Оказва се обаче, че откритото от тях идва от време малко след началото на Вселената. Въпреки че не го знаеха по това време, те бяха открили това

Космически микровълнов фон (CMB). CMB беше предсказана от теория, наречена Голям взрив, която предполагаше, че Вселената започва като гъсто гореща точка в космоса и изведнъж се разширява навън. Откритието на двамата мъже беше първото доказателство за това първично събитие.

Големият взрив

Какво започна раждането на Вселената? Според физиката Вселената възниква от една особеност - термин, който физиците използват, за да опишат региони на космоса, които опровергават законите на физиката. Те знаят много малко за особеностите, но е известно, че такива региони съществуват в сърцевините на черни дупки. Това е регион, в който цялата маса, издигната от черна дупка, се изтръгва в малка точка, безкрайно масивна, но също така много, много малка. Представете си натъпкване на Земята в нещо с размер точно. Една сингулярност би била по-малка.

Това не означава, че Вселената започва като черна дупка. Подобно предположение би повдигнало въпроса за нещо съществуващо преди Големият взрив, който е доста спекулативен. По дефиниция нищо не е съществувало преди началото, но този факт създава повече въпроси, отколкото отговори. Например, ако нищо не е съществувало преди Големия взрив, какво е причинило сингулярността на първо място? Това е въпрос на "gotcha", който астрофизиците все още се опитват да разберат.

Въпреки това, след като единството е създадено (колкото и да се е случило), физиците имат добра представа какво се случва след това. Вселената беше в горещо, плътно състояние и започна да се разширява чрез процес, наречен инфлация. Премина от много малко и много гъсто, до много горещо състояние. След това се охлади, докато се разшири. Този процес сега се нарича Големият взрив, термин, първоначално въведен от сър Фред Хойл по време на радиоразпръскването на Британска корпорация за разпространение през 1950 г.

Въпреки че терминът предполага някаква експлозия, наистина не е имало изблик или взрив. Това беше наистина бързото разширяване на пространството и времето. Мислете за това като за издухване на балон: докато някой издухва въздух, външността на балона се разширява навън.

Моментите след Големия взрив

Много ранната Вселена (по време на няколко части от секундата след Големия взрив) не беше обвързана от законите на физиката, както ги познаваме днес. Така че никой не може да предвиди с голяма точност как е изглеждала Вселената по това време. И все пак, учени имам успя да изгради приблизително представяне на това как еволюира Вселената.

Първо, детската вселена първоначално е била толкова гореща и плътна, че дори елементарни частици като протони и неутрони не биха могли да съществуват. Вместо това, различни видове въпрос (наричана материя и анти-материя) се сблъскаха заедно, създавайки чиста енергия. Когато Вселената започна да се охлажда през първите няколко минути, протони и неутрони започнаха да се образуват. Бавно протоните, неутроните и електроните се обединиха, образувайки водород и малки количества хелий. През милиардите години, които последваха, звезди, планети и галактики се образуваха, за да създадат настоящата Вселена.

Доказателство за Големия взрив

И така, обратно към Penzias и Wilson и CMB. Какво намериха (и за което спечелиха а Нобелова награда), често се описва като "ехото" на Големия взрив. То остави след себе си подпис, подобно на ехото, чуто в каньон, представлява „подпис“ на оригиналния звук. Разликата е, че вместо звуково ехо, акълът на Големия взрив е горещ подпис в цялото пространство. Този подпис е бил специално проучен от космическия апарат Cosmic Background Explorer (COBE) и Уилкинсън микровълнова анизотропна сонда (WMAP). Техните данни предоставят най-ясните доказателства за космическото раждане.

Подробната картина на цялото небе на детската вселена, създадена от седем години данни на WMAP. Изображението разкрива 13,7 милиарда годишни температурни колебания (показани като разлики в цветовете), които съответстват на семената, които са се превърнали в галактики.НАСА / WMAP Научен екип

Алтернативи на теорията за големия взрив

Докато Голям взрив теорията е най-широко приетият модел, който обяснява произхода на Вселената и се поддържа от всички наблюдателните доказателства, има и други модели, които използват същите доказателства, за да кажат малко по-различно история.

Някои теоретици твърдят, че теорията за Големия взрив се основава на фалшива предпоставка - че Вселената е изградена върху непрекъснато разширяващо се пространство-време. Те предполагат статична вселена, което е първоначалното предсказано от теорията на Айнщайн обща относителност. Теорията на Айнщайн е била по-късно модифицирана, за да отговори на начина, по който изглежда, че Вселената се разширява. И разширяването е голяма част от историята, особено тъй като включва съществуването на тъмна енергия. И накрая, преизчисляването на масата на Вселената изглежда подкрепя теорията за събитията на Големия взрив.

Въпреки че нашето разбиране за действителните събития е все още непълно, данните на CMB помагат да се оформят теориите, които обясняват раждането на Космоса. Без Големия взрив не биха могли да съществуват звезди, галактики, планети или живот.

Бързи факти

  • Големият взрив е името, дадено на събитието за раждане на Вселената.
  • Смята се, че Големият взрив е настъпил, когато нещо е започнало разширяването на една малка сингулярност, преди около 13,8 милиарда години.
  • Светлината от малко след Големия взрив се открива като космическото микровълново излъчване (CMB). Той представлява светлина от време, когато вселената на новороденото се е запалила около 380 000 години след настъпването на Големия взрив.

Източници

  • "Големият взрив." НАСА, НАСА, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
  • НАСА, НАСА, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
  • „Произходът на Вселената.“ National Geographic, National Geographic, 24 април 2017 г., www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Актуализиран и редактиран от Каролин Колинс Петерсен.