Lielā sprādziena teorija atspoguļo kosmologu labākos mēģinājumus rekonstruēt 14 miljardu gadu garo Visuma stāstu, pamatojoties uz mūsdienās redzamo eksistences šķēlumu.
Dažādi cilvēki terminu “lielais sprādziens” lieto atšķirīgi. Visumā tas ilustrē novērojamā Visuma loku, kad tas atšķaida un atdziest no sākotnēji blīvā, karstā stāvokļa. Šis apraksts ir saistīts ar domu, ka kosmoss paplašinās, kas ir plašs princips, kas ir analogs visīstākā bioloģijā izdzīvošanai, kuru tikai daži uzskatītu par diskutablu.
Precīzāk, Lielais sprādziens var atsaukties arī uz paša novērojamā Visuma dzimšanu - brīdis, kad kaut kas mainījās, sākoties notikumiem, kas noveda pie šodienas. Kosmologi gadu desmitiem ilgi strīdējās par sekundes daļu, un diskusija turpinās šodien.
Klasiskā Lielā sprādziena teorija
Lielāko daļu cilvēces vēstures debesu novērotāji uzskatīja, ka tā ir mūžīga un nemainīga. Edvīns Habls šo stāstu aplūkoja kā eksperimentālu triecienu 20. gadsimta 20. gados, kad viņa novērojumi gan parādīja, ka galaktikas atrodas ārpus Piena Ceļa, gan to gaisma ir izstiepta - zīme, ka tās steidzas prom no Zemes.
Mūsdienu beļģu fiziķis Džordžs Lemaiters interpretēja Habla un citu datus kā pierādījumus par paplašināmo Visumu - iespēju, ko pieļauj Einšteina nesen publicētie vispārējie relativitātes lauka vienādojumi. Domājot atpakaļ, Lemaitere secināja, ka šodienas atdalošās galaktikas ir jāsāk kopā, ko viņš sauca par “pirmatnējo atomu”.
Pirmo mūsdienu terminu Lemaître idejai publiski lietoja kritiķis - angļu astronoms Fred Hoyle. 1949. gada 28. martā Hoils izveidoja frāzi, aizstāvot savu iecienīto mūžīgā Visuma teoriju, kas radīja matēriju, lai izspiestu paplašināšanās atšķaidījumu. Hoila sacīja, ka uzskats, ka "visa Visuma matērija tika radīta vienā lielā sprādzienā noteiktā laikā tālā pagātnē", bija iracionāls. Vēlākajās intervijās Hailija noliedza apzināti izdomājošu apmelojošu vārdu, bet monieris iestrēga, daudzus sarūgtinot.
"Lielais sprādziens ir patiešām slikts termins," sacīja Pauls Šteinhards, Prinstonas kosmologs. "Lielais stiepjums uztver pareizo ideju." Pēc Šteinharda teiktā, eksplozijas garīgais attēls rada visa veida neskaidrības. Tas nozīmē centrālo punktu, paplašinošo robežu un ainu, kur vieglais šrapnelis lido ātrāk nekā smagāki gabali. Bet viņš izteicās, ka paplašinājies Visums izskatās nekas tāds. Nav centra, nav malu, un lielas un mazas galaktikas visas slīd vienādi (kaut arī attālākas galaktikas ātrāk pārvietojas tumšās enerģijas kosmoloģiski nesenā ietekmē).
Neatkarīgi no nosaukuma, Lielā sprādziena teorija plaši atbalstīja tās nepārspējamo spēju izskaidrot to, ko mēs redzam. Gaismas līdzsvars ar daļiņām, piemēram, protoniem un neitroniem, piemēram, pirmo 3 minūšu laikā, piemēram, agrīnajiem elementiem ļauj veidoties ar ātrumu, kas paredz pašreizējo hēlija un citu gaismas atomu daudzumu.
"Laikā bija neliels logs, kurā bija iespējams veidoties kodoliem," sacīja Ņujorkas universitātes kosmologs Glennys Farrars. "Pēc tam Visums turpināja paplašināties, un viņi nevarēja atrast viens otru, un pirms tam bija pārāk karsts."
Mākoņainā plazma piepildīja Visumu nākamajiem 378 000 gadiem, līdz turpmāka atdzišana ļāva elektroniem un protoniem veidot neitrālos ūdeņraža atomus, un migla tika notīrīta. Šī procesa laikā izstarotā gaisma, kas kopš tā laika ir iespiedusies mikroviļņos, ir agrīnākie zināmie objektu pētnieki, kas var tieši pētīt. Pazīstami kā kosmisko mikroviļņu fona (CMB) starojums, daudzi pētnieki to uzskata par spēcīgāko Lielā sprādziena pierādījumu.
Sprādzienbīstams atjauninājums
Bet, kosmologiem atkāpjoties visuma pirmajos brīžos, stāsts atšķīrās. Vispārējās relativitātes vienādojumi ieteica sākotnēju neierobežota karstuma un blīvuma spektru - singularitāti. Papildus tam, ka tam nebija lielas fiziskās jēgas, vienskaitļa izcelsme neatbilda gludai, plakanai CMB. Speeles milzīgās temperatūras un blīvuma svārstības būtu devušas debesu vālītes ar atšķirīgām īpašībām, bet CMB temperatūra mainās tikai par grāda daļu. Arī telpas-laika izliekums izskatās diezgan līdzens, kas nozīmē sākotnēji gandrīz ideālo matērijas un izliekuma līdzsvaru, ko vairumam kosmologu uzskata par neticamu.
Alans Gūts ierosināja jaunu 80. gadu sekundes pirmās daļas attēlu, liekot domāt, ka Visums savus pirmos mirkļus pavadīja eksponenciāli straujāk, nekā tas notiek šodien. Kādā brīdī šis process apstājās, un, uzliekot bremzes, radās blīvs un karsts (bet ne bezgalīgi) daļiņu sajaukums, kas aizvieto atšķirīgumu. "Es pats domāju, ka es to domāju kā Lielo sprādzienu, kad Visums ir sakarsis," sacīja Farrars.
Inflācijas teorijai, kā to sauc, tagad ir daudz konkurējošu modeļu. Lai arī neviens neko daudz nezināja par to, kas lika visumam tik strauji paplašināties, teorija ir kļuvusi populāra ar spēju izskaidrot šķietami neiespējamo bezierunu CMB: inflācija saglabāja nelielas svārstības (kas pārtapa mūsdienu galaktiku kopās), vienlaikus saplacinot galvenās. "Tas ir ļoti jauks stāsts," sacīja Šteinhards, kurš palīdzēja attīstīt teoriju. "Tas ir tas, ko mēs sakām saviem bērniem."
Ārpus inflācijas
Jaunākie pētījumi ir ieviesuši divas grumbiņas inflācijas teorijas kosmiskajā stāstījumā. Šteinharda un citu darbs liek domāt, ka dažos reģionos (piemēram, mūsu novērojamajā Visumā) inflācija būtu apstājusies, bet citos turpinājusies, veidojot masīvu atsevišķu teritoriju ar “katru iedomājamo kosmoloģisko īpašību kopumu”, kā to izteicis Šteinhards. Daudzi fiziķi uzskata šo "daudzdaļīgo" attēlu par nepatīkamu, jo tas rada bezgalīgu skaitu nepārprotamu prognožu.
Eksperimentālajā pusē kosmologi uzskata, ka inflācijai CMB vajadzēja radīt galaktikas aptverošus gravitācijas viļņus tāpat, kā tas radīja nelielas temperatūras un blīvuma izmaiņas. Pašreizējiem eksperimentiem vajadzētu būt pietiekami jutīgiem, lai tos atrastu, taču pirmatnējie telpas un laika viļņi nav parādījušies (neskatoties uz vienu viltus trauksmi 2014. gadā).
Daudzi pētnieki gaida precīzākus CMB mērījumus, kas varētu iznīcināt vai apstiprināt daudzos joprojām pastāvošos inflācijas modeļus. Citi fiziķi tomēr vispār neuzskata kosmosa gludumu par problēmu - tas sākās vienveidīgi un nav nepieciešams izskaidrojums.
Kamēr eksperimentālisti tiecas pēc jauniem precizitātes līmeņiem, daži teorētiķi ir novērsušies no inflācijas, lai meklētu citus veidus, kā padarīt Visumu plakanu. Piemēram, Šteinhards strādā pie “lielās atlēciena” modeļa, kas vēl vairāk atspiež sākuma pulksteni atpakaļ uz agrāku saraušanās periodu, kas izlīdzināja telpas laiku un bija pamats sprādzienbīstamai ekspansijai. Viņš cer, ka pirms pārāk ilga laika jauni paraksti papildus tādām problēmām kā pirmatnējo gravitācijas viļņu trūkums pamudinās kosmologus izstāstīt jaunu radīšanas stāstu. "Vai ir vēl kādas novērojamas pazīmes, kuras jāmeklē?" Šteinhards sacīja: "Pēc dažiem gadiem pajautājiet man vēlreiz, un es ceru, ka man tiks sniegta atbilde."
Papildu resursiem:
