At forstå Big-Bang-teorien

Big-bang-teorien er den dominerende teori om universets oprindelse. I det væsentlige siger denne teori, at universet begyndte fra et indledende punkt eller singularitet, som er udvidet over milliarder af år til at danne universet, som vi nu kender det.

I 1922 fandt en russisk kosmolog og matematiker ved navn Alexander Friedman løsningen på Albert Einstein's generel relativitet feltligninger resulterede i et ekspanderende univers. Som troende på et statisk, evigt univers tilføjede Einstein en kosmologisk konstant til sine ligninger, "korrigerede" for denne "fejl" og eliminerede således ekspansionen. Han vil senere kalde dette den største bommert i sit liv.

Der var faktisk allerede observationsbeviser til støtte for et ekspanderende univers. I 1912 observerede den amerikanske astronom Vesto Slipher en spiralgalakse - betragtet som en "spiralnebula" på det tidspunkt, da astronomer endnu ikke vidste, at der var galakser ud over Mælkevejen—Og indspillet dens

I 1924 astronom Edwin Hubble var i stand til at måle afstanden til disse "tåger" og opdagede, at de var så langt væk, at de ikke faktisk var en del af Mælkevejen. Han havde opdaget, at Mælkevejen kun var en af ​​mange galakser, og at disse "tåger" faktisk var galakser i sig selv.

I 1927 beregnet den romersk-katolske præst og fysiker Georges Lemaitre uafhængigt Friedman-løsningen og foreslog igen, at universet skulle udvide. Denne teori blev støttet af Hubble, da han i 1929 fandt, at der var en sammenhæng mellem galaksernes afstand og mængden af rødforskydning i den galakse lys. De fjerne galakser bevægede sig hurtigere væk, hvilket var nøjagtigt hvad der var forudsagt af Lemaiteres løsninger.

I 1931 gik Lemaitre videre med sine forudsigelser og ekstrapolerede baglæns i tiden og konstaterede, at universets stof ville nå en uendelig tæthed og temperatur på et tidspunkt i fortiden. Dette betød, at universet må være begyndt i et utroligt lille, tæt punkt af materie, kaldet et "urskifteatom."

Det faktum, at Lemaitre var en romersk-katolsk præst, vedrørte nogle, da han fremsatte en teori, der præsenterede et bestemt øjeblik af "skabelse" til universet. I 1920'erne og 1930'erne var de fleste fysikere - som Einstein - tilbøjelige til at tro, at universet altid havde eksisteret. I det væsentlige blev big-bang-teorien betragtet som for religiøs af mange mennesker.

Mens flere teorier blev præsenteret for en tid, var det virkelig kun Fred Hoyle stabil tilstand teori der gav enhver reel konkurrence om Lemaitres teori. Det var ironisk nok, Hoyle, der opfandt udtrykket "Big Bang" i en radioudsendelse fra 1950'erne og havde til hensigt det som en afskrækkende betegnelse for Lemaitres teori.

Steady-state teorien forudsagde den nye stof blev skabt således, at universets densitet og temperatur forblev konstant over tid, selv mens universet ekspanderede. Hoyle forudsagde også, at tættere elementer blev dannet af brint og helium gennem processen med stjernenukleosyntesen, som i modsætning til stabilitetsteorien har vist sig at være nøjagtig.

George Gamow - en af ​​Friedmans elever - var den største talsmand for big-bang-teorien. Sammen med kollegerne Ralph Alpher og Robert Herman forudsagde han den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) stråling, som er stråling, der skal eksistere i hele universet som en rest af den Store Bang. Da atomer begyndte at dannes i løbet af rekombinationstid, de lod mikrobølgestråling (en form for lys) rejse gennem universet, og Gamow forudsagde, at dette mikrobølgestråling ville stadig være observerbar i dag.

Debatten fortsatte indtil 1965, da Arno Penzias og Robert Woodrow Wilson snublede over CMB, mens de arbejdede for Bell Phone Laboratories. Deres Dicke-radiometer, der blev brugt til radioastronomi og satellitkommunikation, tog en temperatur på 3,5 K (en tæt match til Alpher og Herman's forudsigelse af 5 K).

Gennem slutningen af ​​1960'erne og begyndelsen af ​​70'erne forsøgte nogle fortalere for stabil tilstand fysik at forklare denne konstatering mens de stadig var benægter big-bang-teorien, men ved udgangen af ​​tiåret var det tydeligt, at CMB-strålingen ikke havde nogen anden plausibel forklaring. Penzias og Wilson modtog 1978 Nobelprisen i fysik for denne opdagelse.

Der var dog visse bekymringer omkring big-bang-teorien. Et af disse var problemet med homogenitet. Forskere spurgte: Hvorfor ser universet identisk ud med hensyn til energi, uanset hvilken retning man ser ud? Big-bang-teorien giver ikke det tidlige univers tid til at nå termisk ligevægt, så der skulle være forskelle i energi i hele universet.

I 1980 foreslog den amerikanske fysiker Alan Guth formelt inflationsteori at løse dette og andre problemer. Denne teori siger, at der i de tidlige øjeblikke efter Big Bang var der en ekstremt hurtig ekspansion af det begynnende univers drevet af "vakuumenergi med negativt tryk" (som kan være på en eller anden måde relateret til aktuelle teorier om mørk energi). Alternativt er andre inflationsteorier, lignende i koncept, men med lidt forskellige detaljer fremført af årene siden.

Wilkinson-mikrobølgeovnen anisotropy-probe (WMAP) -programmet af NASA, som startede i 2001, har givet bevis for, at der stærkt understøtter en inflationsperiode i det tidlige univers. Dette bevis er især stærkt i de treårige data, der blev frigivet i 2006, skønt der stadig er nogle mindre uoverensstemmelser med teorien. Nobelprisen i fysik i 2006 blev tildelt John C. Mather og George Smoot, to nøglemedarbejdere på WMAP-projektet.

Mens Big Bang-teorien accepteres af langt de fleste fysikere, er der stadig nogle mindre spørgsmål vedrørende den. Det vigtigste er imidlertid de spørgsmål, som teorien ikke engang kan forsøge at besvare:

• Hvad eksisterede før Big Bang?
• Hvad forårsagede Big Bang?
• Er vores univers det eneste?

Svarene på disse spørgsmål kan godt eksistere ud over fysikens område, men de er ikke desto mindre fascinerende og svar som f.eks multivers hypotese giver et spændende område af spekulation for både forskere og ikke-forskere.

Da Lemaitre oprindeligt foreslog sin observation om det tidlige univers, kaldte han denne tidlige tilstand af universet det oprindelige atom. År senere anvendte George Gamow navnet ylem til det. Det er også blevet kaldt det oprindelige atom eller endda det kosmiske æg.