Iesākumā Visums paplašinājās ļoti, ļoti ātri.
(Attēls: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Pols Sutters ir Ohaio štata universitātes astrofiziķis un galvenais zinātnieks COSI zinātnes centrā. Sutter ir arī Ask Spaceman un Space Radio saimnieks, kā arī vedAstroTours visā pasaulē. Sutters pievienoja šo rakstu Space.com ekspertu balsīm: Op-Ed & Insights.
Pirms 13,8 miljardiem gadu viss mūsu novērojamais Visums bija persika izmēra, un tā temperatūra bija vairāk nekā triljons grādu.
Tas ir diezgan vienkāršs, bet ļoti drosmīgs paziņojums, un tas nav paziņojums, kas sagatavots viegli vai viegli. Patiešām, pat pirms simts gadiem tas būtu izklausījies tieši negodīgi, bet šeit mēs esam, sakot, ka tas nav nekas liels. Bet tāpat kā zinātnē, arī tādi vienkārši apgalvojumi ir veidoti no vairāku neatkarīgu pierādījumu kalniem, kas visi norāda uz vienu un to pašu secinājumu - šajā gadījumā Lielo sprādzienu, mūsu Visuma vēstures modeli. [Visums: lielais sprādziens tagad 10 vienkāršos soļos]
Bet, kā saka, nepieņemiet manu vārdu par to. Šeit ir pieci pierādījumi par Lielo sprādzienu:
# 1: Nakts debesis ir tumšas
Uz brīdi iedomājies, ka mēs dzīvojām pilnīgi bezgalīgā Visumā gan laikā, gan telpā. Mirdzošās zvaigžņu kolekcijas iet mūžīgi katrā virzienā, un Visums vienkārši vienmēr ir bijis un vienmēr būs. Tas nozīmētu visur, kur jūs skatījāties debesīs - vienkārši izvēlieties nejaušu virzienu un skatieties - jums noteikti būs jāatrod zvaigzne tur, kaut kur, kaut kādā attālumā. Tas ir neizbēgams bezgalīga Visuma rezultāts.
Un, ja tas pats Visums ir bijis mūžīgi, tad ir bijis daudz laika, lai no šīs zvaigznes iegūtu gaismu, rāpojot pa kosmosu ar salīdzinoši lēnu c ātrumu, lai sasniegtu jūsu acs ābolus. Pat jebkādu iejaukšanās putekļu klātbūtne nemazinātu uzkrāto gaismu no zvaigžņu bezgalības, kas izkliedēta bezgalīgi lielā kosmosā.
Ergo, debesīm jābūt satracinātām ar daudzu zvaigžņu kombinēto gaismu. Tā vietā galvenokārt ir tumsa. Tukšums. Nederīgs. Melnums. Jūs zināt, kosmoss.
Iespējams, ka vācu fiziķis Heinrihs Olbers nebija pirmais, kurš atzīmēja šo šķietamo paradoksu, taču viņa vārds pieturējās pie idejas: Tas ir pazīstams kā Olbersa paradokss. Vienkāršā izšķirtspēja? Vai nu Visums nav bezgalīgs, vai arī tas nav bezgalīgs laikā. Vai varbūt tas arī nav.
# 2: kvazāri pastāv
Tiklīdz pētnieki izstrādāja jutīgus radioteleskopus, piecdesmitajos un sešdesmitajos gados viņi debesīs pamanīja savādi skaļus radio avotus. Ar nozīmīgu astronomisku nomierināšanu zinātnieki noteica, ka šie kvazzvaigžņu radio avoti jeb “kvazāri” bija ļoti tālu, bet retāk spilgtas, aktīvas galaktikas.
Vissvarīgākais šai diskusijai ir šī secinājuma “ļoti tālā” daļa.
Tā kā gaisma prasa laiku, lai ceļotu no vienas vietas uz otru, mēs neredzam zvaigznes un galaktikas tādas, kādas tās ir tagad, bet tādas, kādas tās bija pirms tūkstošiem, miljoniem vai miljardiem gadu. Tas nozīmē, ka, ieskatoties dziļāk Visumā, dziļāk tiek skatīts arī pagātnē. Mēs redzam daudz kvazāru tālajā kosmosā, kas nozīmē, ka šie objekti bija ļoti izplatīti pirms miljardiem gadu. Bet mūsu vietējā, mūsdienīgā apkārtnē gandrīz nav kvazāru. Un tie ir pietiekami izplatīti tālajā (tas ir, jaunajā) Visumā, ka mums vajadzētu redzēt daudz vairāk mūsu tuvumā.
Vienkāršs secinājums: Visums pagātnē bija savādāks nekā šodien.
# 3: Tas kļūst lielāks
Mēs dzīvojam paplašinošā Visumā. Vidēji galaktikas atrodas tālāk no visām citām galaktikām. Protams, dažas nelielas vietējas sadursmes notiek no pārpalikušās gravitācijas mijiedarbības, piemēram, tas, kā Piena ceļš dažu miljardu gadu laikā saduras ar Andromedu. Bet lielā mērā šīs vienkāršās, ekspansīvās attiecības ir patiesas. Tas ir tas, ko 20. gadsimta sākumā atklāja astronoms Edvīns Habls, drīz pēc tam, kad konstatēja, ka "galaktikas" patiesībā ir lieta. [Piena ceļa galaktikas avārija ar Andromedu: mākslinieka attēli]
Paplašinoties visumam, noteikumi ir vienkārši. Katra galaktika atkāpjas no (gandrīz) visām citām galaktikām. Gaisma no tālām galaktikām tiks sarkani novirzīta - gaismas izstarotās gaismas viļņu garums no citu galaktiku skatupunkta kļūs garāks un tādējādi sarkanāks. Jums varētu rasties kārdinājums domāt, ka tas ir saistīts ar atsevišķu galaktiku kustību, kas pārvietojas ap Visumu, bet matemātika to nesummē.
Sarkanās nobīdes daudzums konkrētai galaktikai ir saistīts ar to, cik tālu tā atrodas. Tuvākas galaktikas iegūs zināmu sarkanuma maiņu. Divreiz tālāk esošā galaktika saņem divreiz lielāku sarkano nobīdi. Četras reizes lielāks attālums? Tieši tā, četras reizes sarkanā maiņa. Lai to izskaidrotu tikai ar riņķojošām galaktikām, ir jābūt patiešām dīvainai sazvērestībai, kurā visi Visuma galaktikas pilsoņi piekrīt darboties šajā ļoti specifiskajā modelī.
Tā vietā ir daudz vienkāršāks skaidrojums: Galaktiku kustība ir saistīta ar telpas stiepšanos starp šīm galaktikām.
Mēs dzīvojam dinamiskā, mainīgā Visumā. Iepriekš tas bija mazāks un nākotnē būs lielāks.
# 4: relikvijas starojums
Uzspēlēsim spēli. Pieņemsim, ka pagātnē Visums bija mazāks. Tas nozīmē, ka tas būtu bijis gan blīvāks, gan karstāks, vai ne? Pareizi - viss kosmosa saturs būtu sagrupēts mazākā telpā, un lielāks blīvums nozīmē augstāku temperatūru.
Kādā brīdī, kad Visums, teiksim, bija miljons reižu mazāks nekā tas ir tagad, viss būtu tik sasmalcināts, ka tā būtu plazma. Šajā stāvoklī elektroni būtu nesaistīti no saviem kodolieročiem un brīvi peldētu, un visa šī viela tika peldēta intensīvā, augstas enerģijas starojumā.
Bet, paplašinoties zīdaiņa Visumam, tas būtu atdzisis līdz vietai, kur pēkšņi elektroni varētu ērti nosēsties ap kodoliem, veidojot pirmos pilnīgos ūdeņraža un hēlija atomus. Tajā brīdī traki intensīvais starojums netraucēti klīst pa tikko plānu un caurspīdīgu Visumu. Un, paplašinoties visumam, gaisma, kas sākās burtiski baltā karstumā, būtu atdzisusi, atdzisusi, atdzisusi līdz kailiem dažiem grādiem virs absolūtās nulles, liekot viļņu garumus stingri mikroviļņu diapazonā.
Un ko mēs redzam, kad mēs vēlamies mikroviļņu teleskopus uz debesīm? Fona starojuma vanna, kas apņem mūs no visām pusēm un ir gandrīz pilnīgi vienmērīga (uz vienu daļu no 100 000!) Visos virzienos. Mazuļa attēls ar Visumu. Pastkarte no sen miruša laikmeta. Gaisma no laika, kas ir gandrīz tikpat vecs kā pats Visums.
# 5: Tas ir elementāri
Atlieciet pulksteni vēl tālāk, nekā veidojas kosmiskais mikroviļņu fons, un kādā brīdī lietas ir tik intensīvas, tik trakas, ka pat neeksistē protoni un neitroni. Tā ir tikai to pamatdaļu, kvarku un gluonu zupa. Bet atkal, kad Visums paplašinājās un atdzisa no frenētiskajām pirmajām tā pastāvēšanas minūtēm, vieglākie kodoli, piemēram, ūdeņradis un hēlijs, sabiezēja un izveidojās.
Mūsdienās kodolfizikā mums ir diezgan pienācīgs rokturis, un mēs varam izmantot šīs zināšanas, lai prognozētu vieglāko elementu relatīvo daudzumu mūsu Visumā. Prognoze: šai aizraujošajai zupai vajadzēja radīt aptuveni trīs ceturtdaļas ūdeņraža, vienu ceturtdaļu hēlija un sašķobīt “citu”.
Tad izaicinājums attiecas uz astronomiem, un ko viņi atrod? Visumu veido aptuveni trīs ceturtdaļas ūdeņraža, viena ceturtā daļa hēlija un mazāks procents "citu". Bingo.
Protams, ir arī vairāk pierādījumu. Bet tas ir tikai sākumpunkts mūsu modernā Lielā sprādziena kosmosa attēlam. Vairākas neatkarīgas pierādījumu līnijas norāda uz vienu un to pašu secinājumu: Mūsu Visums ir aptuveni 13,8 miljardus gadu vecs, un vienā reizē tas bija persika lielumā un tā temperatūra bija vairāk nekā triljons grādu.
Uzziniet vairāk, noklausoties epizodi "Kas notiek, kad galaktikas saduras?" Podcast apraidē Ask A Spaceman, kas pieejama iTunes un tīmeklī vietnē http://www.askaspaceman.com. Paldies Maikam D., Trippam B., Sedam S., Islai un Patrikam D. par jautājumiem, kas noveda pie šī skaņdarba! Uzdodiet savu jautājumu čivināt, izmantojot #AskASpaceman vai sekojot Polam @PaulMattSutter un facebook.com/PaulMattSutter. Sekojiet mums @Spacedotcom, Facebook un Google+. Oriģināls raksts vietnē Space.com.
