Κατανόηση της Θεωρίας Big-Bang

Η θεωρία του big-bang είναι η κυρίαρχη θεωρία της προέλευσης του σύμπαντος. Στην ουσία, αυτή η θεωρία δηλώνει ότι το σύμπαν ξεκίνησε από ένα αρχικό σημείο ή μοναδικότητα, που έχει επεκταθεί για δισεκατομμύρια χρόνια για να σχηματίσει το σύμπαν όπως το γνωρίζουμε τώρα.

Το 1922, ένας ρωσικός κοσμολόγος και μαθηματικός με το όνομα Αλέξανδρος Φρίντμαν διαπίστωσε ότι οι λύσεις του Albert Einstein'μικρό γενική σχετικότητα εξισώσεις πεδίου οδήγησαν σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν. Ως πιστός σε ένα στατικό, αιώνιο σύμπαν, ο Αϊνστάιν πρόσθεσε μια κοσμολογική σταθερά στις εξισώσεις του, "διορθώνοντας" για αυτό το "σφάλμα" και εξαλείφοντας έτσι την επέκταση. Θα ονομάσει αργότερα αυτό το μεγαλύτερο σφάλμα της ζωής του.

Στην πραγματικότητα, υπήρχαν ήδη στοιχεία παρατήρησης για την υποστήριξη ενός διαστελλόμενου σύμπαντος. Το 1912, ο Αμερικανός αστρονόμος Vesto Slipher παρατήρησε έναν σπειροειδή γαλαξία - θεωρούμενο τότε ως "σπειροειδές νεφέλωμα", αφού οι αστρονόμοι δεν γνώριζαν ακόμα ότι υπήρχαν γαλαξίες πέρα ​​από το

Το 1924, αστρονόμος Ο Edwin Hubble ήταν σε θέση να μετρήσει την απόσταση από αυτά τα "νεφέλαι" και ανακάλυψε ότι ήταν τόσο μακριά ότι δεν ήταν στην πραγματικότητα μέρος του Γαλαξία. Είχε ανακαλύψει ότι ο Γαλαξίας ήταν μόνο ένας από τους πολλούς γαλαξίες και ότι αυτά τα "νεφελώματα" ήταν πράγματι γαλαξίες από μόνα τους.

Το 1927 ο ρωμαιοκαθολικός ιερέας και φυσικός Georges Lemaitre ανεξάρτητο υπολογισμό της λύσης Friedman και πρότεινε και πάλι ότι το σύμπαν πρέπει να επεκτείνεται. Αυτή η θεωρία υποστηρίχθηκε από το Hubble όταν, το 1929, διαπίστωσε ότι υπήρχε μια συσχέτιση μεταξύ της απόστασης των γαλαξιών και του ποσού των redshift στο φως του γαλαξία. Οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνθηκαν ταχύτερα, κάτι που προβλεπόταν από τις λύσεις του Lemaitre.

Το 1931, ο Lemaitre προχώρησε περαιτέρω με τις προβλέψεις του, παραπέμποντας στο παρελθόν στο χρόνο, διαπίστωσε ότι το θέμα του σύμπαντος θα φθάσει σε μια άπειρη πυκνότητα και θερμοκρασία σε ένα πεπερασμένο χρονικό διάστημα στο παρελθόν. Αυτό σήμαινε ότι το σύμπαν πρέπει να έχει αρχίσει σε ένα απίστευτα μικρό, πυκνό σημείο της ύλης, το οποίο ονομάζεται «πρωταρχικό άτομο».

Το γεγονός ότι ο Lemaitre ήταν ρωμαιοκαθολικός ιερέας ανησύχησε μερικούς, καθώς έβαζε μια θεωρία που παρουσίαζε μια συγκεκριμένη στιγμή "δημιουργίας" στο σύμπαν. Στη δεκαετία του 1920 και του 1930, οι περισσότεροι φυσικοί -όπως ο Αϊνστάιν- τείνουν να πιστεύουν ότι το σύμπαν υπήρχε πάντα. Στην ουσία, η θεωρία του big-bang θεωρήθηκε πολύ θρησκευτική από πολλούς ανθρώπους.

Ενώ παρουσιάστηκαν για αρκετό καιρό αρκετές θεωρίες, ήταν πραγματικά μόνο ο Fred Hoyle θεωρία σταθερής κατάστασης που παρείχε πραγματικό ανταγωνισμό για τη θεωρία του Lemaitre. Ήταν, με ειρωνεία, ο Hoyle που εφευρέθηκε τη φράση "Big Bang" κατά τη διάρκεια της ραδιοφωνικής εκπομπής της δεκαετίας του 1950, προτείνοντας την ως ορμητικό όρο για τη θεωρία του Lemaitre.

Η θεωρία σταθερής κατάστασης προέβλεπε ότι είναι νέα ύλη δημιουργήθηκε έτσι ώστε η πυκνότητα και η θερμοκρασία του σύμπαντος να παραμένουν σταθερές με την πάροδο του χρόνου, ακόμη και ενώ το σύμπαν επεκτεινόταν. Ο Hoyle προέβλεψε επίσης ότι σχηματίστηκαν πυκνότερα στοιχεία από το υδρογόνο και το ήλιο μέσω της διαδικασίας αστρική νουκλεοσύνθεση, η οποία, σε αντίθεση με τη θεωρία της σταθερής κατάστασης, έχει αποδειχθεί ακριβής.

Ο Γιώργος Γκάμοφ - ένας από τους μαθητές του Φρίντμαν - ήταν ο κύριος υπέρμαχος της θεωρίας των μεγάλων κρουστών. Μαζί με τους συναδέλφους Ralph Alpher και Robert Herman, πρόβλεψε το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB), η οποία είναι ακτινοβολία που πρέπει να υπάρχει σε ολόκληρο το σύμπαν ως υπολείμματα του Μεγάλου Χτυπώ. Δεδομένου ότι τα άτομα άρχισαν να σχηματίζονται κατά τη διάρκεια του εποχή ανασυνδυασμού, επέτρεψαν την ακτινοβολία μικροκυμάτων (μια μορφή φωτός) να ταξιδέψει μέσα στο σύμπαν, και ο Gamow προέβλεψε αυτό ακτινοβολία μικροκυμάτων θα εξακολουθούσαν να είναι παρατηρήσιμα σήμερα.

Η συζήτηση συνεχίστηκε μέχρι το 1965, όταν ο Arno Penzias και ο Robert Woodrow Wilson κατέρρευσαν στο CMB ενώ εργαζόταν για τα Bell Telephone Laboratories. Το ραδιόμετρο Dicke, που χρησιμοποιείται για τη ραδιοαστρονομία και τις δορυφορικές επικοινωνίες, πήρε μια θερμοκρασία 3,5 K (μια στενή αντιστοιχία με την πρόβλεψη Alpher και Herman για 5 K).

Στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στις αρχές της δεκαετίας του 1970, ορισμένοι υποστηρικτές της φυσικής σταθερής κατάστασης προσπάθησαν να εξηγήσουν αυτό το εύρημα ενώ ακόμα αρνούμενος τη θεωρία του Big Bang, αλλά μέχρι το τέλος της δεκαετίας, ήταν σαφές ότι η ακτινοβολία CMB δεν είχε άλλη εύλογη εξήγηση. Οι Penzias και Wilson έλαβαν το βραβείο Νόμπελ του 1978 στη φυσική για την ανακάλυψη αυτή.

Ωστόσο, ορισμένες ανησυχίες παραμένουν σχετικά με τη θεωρία του big bang. Ένα από αυτά ήταν το πρόβλημα της ομοιογένειας. Οι επιστήμονες ρώτησαν: Γιατί το σύμπαν φαίνεται ταυτόσημο, από την άποψη της ενέργειας, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση που κάποιος βλέπει; Η θεωρία του big-bang δεν δίνει στον πρώιμο σύμπαν χρόνο να φτάσει θερμική ισορροπία, έτσι θα πρέπει να υπάρχουν διαφορές στην ενέργεια σε όλο το σύμπαν.

Το 1980, ο αμερικανικός φυσικός Alan Guth πρότεινε επίσημα θεωρία πληθωρισμού για την επίλυση αυτού του προβλήματος και άλλων προβλημάτων. Αυτή η θεωρία λέει ότι στις πρώτες στιγμές που ακολούθησαν την Μεγάλη Έκρηξη υπήρξε μια εξαιρετικά γρήγορη επέκταση του νεογέννητου κόσμου που οδηγείται από την «ενέργεια κενού αρνητικής πίεσης» (η οποία ενδέχεται να σχετίζεται κατά κάποιο τρόπο με τις τρέχουσες θεωρίες του σκοτεινή ενέργεια). Εναλλακτικά, οι θεωρίες για τον πληθωρισμό, παρόμοιες με την έννοια αλλά με ελαφρώς διαφορετικές λεπτομέρειες, έχουν υποβληθεί από άλλους κατά τα επόμενα χρόνια.

Το πρόγραμμα ανίχνευσης ανισοτροπίας μικροκυμάτων Wilkinson (WMAP) της NASA, το οποίο ξεκίνησε το 2001, παρείχε στοιχεία που υποστηρίζουν έντονα μια περίοδο πληθωρισμού στον πρώιμο κόσμο. Τα στοιχεία αυτά είναι ιδιαίτερα έντονα στα τριετή στοιχεία που δημοσιεύθηκαν το 2006, αν και εξακολουθούν να υπάρχουν κάποιες μικρές ασυνέπειες με τη θεωρία. Το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2006 απονεμήθηκε στον John C. Mather και George Smoot, δύο βασικούς εργαζόμενους στο έργο WMAP.

Ενώ η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης γίνεται αποδεκτή από τη συντριπτική πλειονότητα των φυσικών, εξακολουθούν να υπάρχουν μερικά μικρά ερωτήματα που την αφορούν. Το πιο σημαντικό, ωστόσο, είναι οι ερωτήσεις που η θεωρία δεν μπορεί καν να επιχειρήσει να απαντήσει:

• Τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη;
• Τι προκάλεσε το Big Bang;
• Είναι το σύμπαν μας το μόνο;

Οι απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα μπορεί να υπάρχουν πέρα ​​από το πεδίο της φυσικής, αλλά είναι συναρπαστικές παρόλα αυτά, και απαντήσεις όπως η multiverse υπόθεση παρέχουν μια ενδιαφέρουσα περιοχή της κερδοσκοπίας για επιστήμονες και μη επιστήμονες.

Όταν ο Lemaitre πρότεινε αρχικά την παρατήρησή του για το πρώιμο σύμπαν, ονομάζεται αυτή η πρώιμη κατάσταση του σύμπαντος το αρχέγονο άτομο. Χρόνια αργότερα, ο Γιώργος Gamow θα εφαρμόσει το όνομα ylem για αυτό. Έχει επίσης ονομαστεί το αρχέγονο άτομο ή ακόμα και το κοσμικό ωάριο.