Теорія великого вибуху - найкращі спроби космологів реконструювати 14-мільярдну історію Всесвіту на основі видимого сьогодні тріску існування.
Різні люди по-різному використовують термін «великий вибух». Найчастіше вона ілюструє дугу спостережуваного Всесвіту, коли вона стоншується і охолоджується з спочатку щільного, гарячого стану. Цей опис зводиться до думки про те, що космос розширюється, широкий принцип, аналогічний виживанню найсильніших в біології, про які мало хто вважає дискусійними.
Більш конкретно, Великий вибух може також стосуватися народження самої спостережуваної всесвіту - того моменту, коли щось змінилося, підштовхуючи події, що призвели до сьогодні. Космологи десятиліттями сперечаються про деталі цієї частки секунди, і дискусія триває і сьогодні.
Класична теорія великого вибуху
Протягом більшої частини людської історії спостерігачі неба вважали це вічним і незмінним. Едвін Хаббл наніс цю історію експериментальним ударом у 1920-х роках, коли його спостереження показали і те, що галактики поза Чумацьким Шляхом існують, і що їх світло з'явилося розтягнутим - знак того, що вони мчать від Землі.
Джордж Лемаотре, сучасний бельгійський фізик, інтерпретував дані Хаббла та інших як свідчення розширення Всесвіту, можливість, дозволена нещодавно опублікованими Ейнштейном польовими рівняннями загальної відносності. Роздумуючи назад, Лемаотре зробив висновок, що сьогоднішні розділюючі галактики, мабуть, почалися разом у тому, що він назвав "первинним атомом".
Перше публічне використання сучасного терміна для ідеї Лемаотре насправді відбулося від критика - англійського астронома Фреда Хойла. 28 березня 1949 року Хойл вигадав цю фразу під час захисту своєї вподобаної теорії вічного Всесвіту, яка створила матерію, щоб скасувати розбавлення розширення. Хойл сказав, що уявлення про те, що "вся матерія Всесвіту була створена одним великим ударом у певний час у віддаленому минулому", була нераціональною. У більш пізніх інтерв'ю Хойл заперечував навмисне вигадувати наклепне ім’я, однак монітор затримався, на жаль, у деяких.
"Великий вибух - це дійсно поганий термін", - сказав Пол Штейнхардт, космолог з Прінстону. "Великий натяг би захоплював правильну ідею". Думка образ вибуху викликає різного роду плутанину, за словами Стейнхардта. Він передбачає центральну точку, межу, що розширюється, та сцену, коли легкий шрапнель летить швидше, ніж важкі шматки. Але всесвіт, що розширюється, не схоже ні на що, сказав він. Немає ні центру, ні краю, а галактики, великі та малі, все розсуваються однаково (хоча більш віддалені галактики віддаляються швидше під космологічно останнім впливом темної енергії).
Незалежно від назви, теорія Великого вибуху знайшла широке визнання за свою незрівнянну здатність пояснювати те, що ми бачимо. Наприклад, баланс світла з частинками, такими як протони та нейтрони, протягом перших 3 хв., Наприклад, дозволяє раннім елементам формуватися зі швидкістю, що передбачає поточну кількість гелію та інших атомів світла.
"У часі з'явилося невелике вікно, де можна було сформуватися ядрами", - сказав Гленос Фаррар, космолог Нью-Йоркського університету. "Після цього Всесвіт продовжувала розширюватися, і вони не могли знайти один одного, і до цього було занадто жарко".
Похмура плазма заповнила Всесвіт протягом наступних 378 000 років, поки подальше охолодження дозволило електронам і протонам утворювати нейтральні атоми водню, а туман очистився. Світло, що випромінюється під час цього процесу, який згодом поширився на мікрохвильові печі, є найдавнішим відомим дослідником об'єктів, який може вивчати безпосередньо. Відоме як випромінювання космічного НВЧ (СМВ), багато дослідників вважають це найсильнішим свідченням Великого вибуху.
Вибухове оновлення
Але коли космологи відштовхуються далі у перші моменти Всесвіту, історія розгадалася. Рівняння загальної відносності пропонували початкову крапку необмеженого тепла та щільності - особливості. Окрім того, що не має особливого фізичного сенсу, сингулярне походження не відповідало рівній, плоскій CMB. Коливання грізної температури та густини плямків давали б породи неба з різними властивостями, але температура КМВ змінюється лише на частку градуса. Викривлення простору-часу також виглядає досить плоским, що передбачає спочатку майже ідеальний баланс матерії та кривизни, які вважають більшістю космологів малоймовірними.
Алан Гут запропонував нову картину першої частки секунди у 1980-х роках, припустивши, що Всесвіт проводила свої найдавніші моменти, зростаючи експоненціально швидше, ніж сьогодні. У якийсь момент цей процес припинився, і надягання на гальма створювало густий і гарячий (але не нескінченно такий) безлад частинок, що займає місце сингулярності. "Я по-своєму вважаю це великим вибухом, коли Всесвіт нагрілося", - сказав Фаррар.
Теорія інфляції, як її називають, тепер має безліч конкуруючих моделей. Хоча ніхто не знав багато про те, що змусило Всесвіт розширюватися так швидко, теорія набула популярності завдяки його здатності пояснювати, здавалося б, неймовірну безхарактерну CMB: Інфляція зберегла незначні коливання (які переросли в сучасні скупчення галактик), одночасно згладжуючи основні. "Це дуже мила історія", - сказав Штейнхардт, який допоміг розробити теорію. "Це ми говоримо нашим дітям".
Поза інфляцією
Недавні дослідження внесли дві зморшки в космічну розповідь теорії інфляції. Робота Штейнхарда та інших свідчить про те, що інфляція припинилася б в деяких регіонах (наприклад, у нашому спостережуваному Всесвіті), але продовжилася б в інших, створюючи масив окремих територій з "кожним можливим набором космологічних властивостей", як стверджує Штейнхардт. Багато фізиків вважають цю "мультиселенную" картину неприємною, оскільки вона робить нескінченну кількість непереборних прогнозів.
На експериментальному фронті космологи очікують, що інфляція повинна була б спричинити галактичні хвилі, що тягнуться до галактики, в КМБ так само, як це призвело до незначних змін температури та щільності. Поточні експерименти повинні бути досить чутливими, щоб їх знайти, але споконвічні пульсації простору та часу не з'явилися (незважаючи на одну помилкову тривогу в 2014 році).
Багато дослідників очікують більш точних вимірювань CMB, які могли б знищити чи підтвердити безліч моделей інфляції, які все ще існують. Однак інші фізики взагалі не бачать гладкість космосу як проблему - вона почала рівномірно і не потребує пояснень.
Поки експерименталісти прагнуть до нових рівнів точності, деякі теоретики відвернулися від інфляції, щоб шукати інші способи розбити всесвіт плоскою. Наприклад, Штейнхардт працює над моделлю "великого відскоку", яка ще більше відштовхує пусковий годинник до більш раннього періоду стиснення, який згладжує простір-час і створює підставку для вибухового розширення. Він сподівається, що перед занадто довгим часом нові підписи, крім проблем, таких як відсутність первісних гравітаційних хвиль, змусять космологів розповісти про нову історію створення. "Чи є якісь інші функції, які можна спостерігати?" Штейнхардт сказав: "Запитайте мене знову через кілька років, і я сподіваюся, що я отримаю відповідь".
Додатковий ресурси:
