Înțelegerea Teoriei Big-Bang-ului

Teoria big-bang-ului este teoria dominantă a originii universului. În esență, această teorie afirmă că universul a început dintr-un punct inițial sau de singularitate, care s-a extins de-a lungul a miliarde de ani pentru a forma universul așa cum îl știm acum.

În 1922, un cosmolog și matematician rus pe nume Alexander Friedman a descoperit că soluții la Albert Einstein„s relativitate generală ecuațiile de câmp au avut ca rezultat un univers în expansiune. Ca credincios într-un univers etern, etern, Einstein a adăugat o constantă cosmologică la ecuațiile sale, „corectând” această „eroare” și eliminând astfel expansiunea. Ulterior, el va numi aceasta cea mai mare gafă din viața sa.

De fapt, existau deja dovezi observaționale în sprijinul unui univers în expansiune. În 1912, astronomul american Vesto Slipher a observat o galaxie spirală - considerată „nebuloasă spirală” la acea vreme, deoarece astronomii nu știau încă că există galaxii dincolo de calea Lactee

În 1924, astronom Edwin Hubble a fost capabil să măsoare distanța față de aceste „nebuloase” și a descoperit că erau atât de departe încât nu făceau parte din Calea Lactee. El descoperise că Calea Lactee era doar una dintre numeroase galaxii și că aceste „nebuloase” erau de fapt galaxii la propriu.

În 1927, preotul și fizicianul catolic roman Georges Lemaitre a calculat independent soluția Friedman și a sugerat din nou că universul trebuie să se extindă. Această teorie a fost susținută de Hubble când, în 1929, a descoperit că există o corelație între distanța galaxiilor și cantitatea de tura roșie în lumina acelei galaxii. Galaxiile îndepărtate se îndepărtau mai repede, ceea ce era exact ceea ce prevedea soluțiile lui Lemaitre.

În 1931, Lemaitre a mers mai departe cu predicțiile sale, extrapolând înapoi în timp descoperind că materia universului va atinge o densitate și o temperatură infinită la un moment fin în trecut. Aceasta a însemnat că universul trebuie să fi început într-un punct de materie incredibil de mic, dens, numit „atom de primăvară”.

Faptul că Lemaitre era un preot romano-catolic îi privea pe unii, întrucât făcea o teorie care prezenta un moment cert al „creației” universului. În anii 1920 și 1930, majoritatea fizicienilor - precum Einstein - erau înclinați să creadă că universul a existat întotdeauna. În esență, teoria big-bang-ului a fost văzută ca prea religioasă de mulți oameni.

În timp ce mai multe teorii au fost prezentate pentru o perioadă, aceasta a fost cu adevărat doar a lui Fred Hoyle teoria statului constant asta oferea orice concurență reală pentru teoria lui Lemaitre. În mod ironic, Hoyle a inventat sintagma „Big Bang” în timpul unei emisiuni radio din anii 1950, intenționând-o ca termen deriziv pentru teoria lui Lemaitre.

Teoria stării de echilibru a prezis că este nouă materie a fost creat astfel încât densitatea și temperatura universului au rămas constante în timp, chiar în timp ce universul se extindea. Hoyle a prezis, de asemenea, că în timpul procesului au fost formate elemente mai dense din hidrogen și heliu nucleozinteză stelară, care, spre deosebire de teoria stării de echilibru, s-a dovedit a fi exact.

George Gamow - unul dintre elevii lui Friedman - a fost avocatul major al teoriei big-bang-ului. Împreună cu colegii Ralph Alpher și Robert Herman, a prezis fundalul microundelor cosmice Radiația (CMB), care este radiația care ar trebui să existe în întregul univers ca o rămășiță a Marelui Bang. Pe măsură ce atomii au început să se formeze în timpul era de recombinare, au permis radiațiilor cu microunde (o formă de lumină) să călătorească prin univers și Gamow a prezis că acest lucru radiații cu microunde ar fi încă observabil astăzi.

Dezbaterea a continuat până în 1965, când Arno Penzias și Robert Woodrow Wilson s-au împiedicat de CMB în timp ce lucrau pentru laboratoarele Bell Telephone. Radiometrul lor Dicke, utilizat pentru radio-astronomie și comunicații prin satelit, a ridicat o temperatură de 3,5 K (o potrivire apropiată de Alpher și Herman prezicerea de 5 K).

De-a lungul sfârșitului anilor '60 și începutul anilor '70, unii susținători ai fizicii în stare constantă au încercat să explice această constatare încă negând teoria big-bang-ului, dar până la sfârșitul deceniului, era clar că radiațiile CMB nu aveau altă plauzibilă explicaţie. Penzias și Wilson au primit premiul Nobel pentru fizică din 1978 pentru această descoperire.

Cu toate acestea, au rămas anumite preocupări cu privire la teoria big-bang-ului. Unul dintre acestea a fost problema omogenității. Oamenii de știință au întrebat: De ce universul arată identic, din punct de vedere al energiei, indiferent de direcția pe care o privești? Teoria big-bang-ului nu oferă timpului universului timpuriu pentru a ajunge echilibru termic, deci ar trebui să existe diferențe de energie în întregul univers.

În 1980, fizicianul american Alan Guth a propus oficial teoria inflației pentru a rezolva aceasta și alte probleme. Această teorie spune că în primele momente care au urmat Big Bang-ului, a existat o extindere extrem de rapidă a universului născut condus de „energia de vid cu presiune negativă” (care Mai să fie în vreun fel legat de teoriile actuale ale energie întunecată). În mod alternativ, teoriile inflației, similare în concept, dar cu detalii ușor diferite, au fost prezentate de alții în anii de atunci.

Programul Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA, care a început în 2001, a furnizat dovezi care susțin puternic o perioadă de inflație din universul timpuriu. Această dovadă este deosebit de puternică în datele de trei ani lansate în 2006, deși există încă unele incoerențe minore cu teoria. Premiul Nobel pentru fizică din 2006 a fost acordat lui John C. Mather și George Smoot, doi lucrători-cheie ai proiectului WMAP.

În timp ce teoria Big Bang este acceptată de marea majoritate a fizicienilor, există încă câteva întrebări minore cu privire la aceasta. Totuși, cele mai importante sunt întrebările la care teoria nu poate încerca nici măcar să răspundă:

• Ce exista înainte de Big Bang?
• Ce a provocat Big Bang?
• Universul nostru este singurul?

Răspunsurile la aceste întrebări pot exista bine dincolo de domeniul fizicii, dar sunt fascinante, și răspunsuri precum multiversului ipoteza oferă un domeniu intrigant de speculație pentru oamenii de știință și pentru oamenii de știință deopotrivă.

Când Lemaitre și-a propus inițial observația despre universul timpuriu, el a numit această stare timpurie a universului atomul primordial. Ani mai târziu, George Gamow ar aplica numele Ylem pentru el. De asemenea, a fost numit atom primordial sau chiar ou cosmic.