Suur pauk ja kõige päritolu

Kuidas universum alguse sai? See on küsimus, mida teadlased ja filosoofid on läbi ajaloo mõtisklenud, kui nad vaatasid ülal tähistaeva. Vastuse andmine on astronoomia ja astrofüüsika ülesanne. Kuid see pole lihtne probleem.

Esimesed suured vastuse pilgud tulid taevast 1964. aastal. Siis avastasid astronoomid Arno Penzias ja Robert Wilson mikrolaine signaali, mis oli maetud andmetesse, mida nad võtsid Echo õhupalli satelliitidelt põrgatavate signaalide otsimiseks. Nad eeldasid toona, et tegemist on lihtsalt soovimatu müraga, ja üritasid signaali välja filtreerida.

Siiski selgub, et see, mille nad avastasid, oli pärit varsti pärast universumi algust. Kuigi nad seda tollal ei teadnud, olid nad avastanud Kosmilise mikrolaine taust

Mis sai alguse universumi sünnist? Füüsika sõnul tärkas universum eksisteerimisel singulaarsusest - terminit füüsikud kirjeldavad füüsika seadusi trotsivad kosmosepiirkonnad. Nad teavad singulaarsustest väga vähe, kuid on teada, et sellised piirkonnad eksisteerivad mustad augud. See on piirkond, kus kogu musta augu poolt kergitatud mass pigistatakse pisikesse kohta, lõpmata massiivseks, aga ka väga-väga väikeseks. Kujutage ette, et Maa on segatud millekski täpselt täpselt nii suureks. Ainsus oleks väiksem.

See ei tähenda, et universum algas siiski mustana. Selline eeldus tõstataks küsimuse millegi olemasoleva kohta enne Suur Pauk, mis on üsna spekulatiivne. Definitsiooni järgi polnud enne algust midagi olemas, kuid see asjaolu tekitab rohkem küsimusi kui vastuseid. Näiteks kui enne suurt pauku ei eksisteerinud midagi, siis mis tingis singulaarsuse loomise? See on "getcha" küsimus, mida astrofüüsikud alles üritavad mõista.

Ent kui ainsus on loodud (kui see ka juhtus), on füüsikutel hea ettekujutus järgmisest. Universum oli kuumas, tihedas olekus ja hakkas laienema läbi protsessi, mida nimetatakse inflatsiooniks. See läks väga väikesest ja väga tihedast olekust väga palavaks. Seejärel see jahtus, kui see laienes. Seda protsessi nimetatakse nüüd suureks pauguks - terminiks, mille Sir Fred Hoyle lõi esmakordselt Briti ringhäälinguühingu (BBC) raadioülekande ajal 1950. aastal.

Kuigi see termin viitab mingile plahvatusele, ei olnud puhangut ega pauku tegelikult olemas. See oli tõesti ruumi ja aja kiire laienemine. Mõelge sellele nagu õhupalli puhumine: kui keegi puhub õhku sisse, laieneb õhupalli välispind väljapoole.

Päris varajane universum (korraga mõne sekundi murdosa jooksul pärast Suure Paugu algust) polnud füüsikaseadustega seotud, nagu me neid tänapäeval tunneme. Nii et keegi ei suuda suure täpsusega ennustada, milline universum sel ajal välja nägi. Kuid teadlased on suutnud konstrueerida ligikaudse kujutise sellest, kuidas universum arenes.

Esiteks oli imikuuniversum algselt nii kuum ja tihe, et isegi elementaarosakesed nagu prootonid ja neutronid ei saaks eksisteerida. Selle asemel erinevad tüübid oluline (mida nimetatakse mateeriaks ja antiaineks) põrkasid kokku, luues puhta energia. Kui universum hakkas esimestel minutitel jahtuma, hakkasid moodustuma prootonid ja neutronid. Aeglaselt moodustasid prootonid, neutronid ja elektronid vesiniku ja väikeses koguses heeliumi. Järgnevate miljardite aastate jooksul moodustasid tähed, planeedid ja galaktikad praeguse universumi loomiseks.

Niisiis, tagasi Penzias ja Wilsoni ning CMB juurde. Mida nad leidsid (ja mille eest nad võitsid a Nobeli preemia), kirjeldatakse seda sageli kui Suure Paugu kaja. See jättis endast allkirja maha, nagu ka kanjonis kuuldud kaja tähistab algse heli “allkirja”. Erinevus on selles, et kuuldava kaja asemel on Suure Paugu vihje soojusallkiri kogu ruumis. Seda allkirja on spetsiaalselt uurinud kosmoselaev Cosmic Background Explorer (COBE) ja Wilkinsoni mikrolaine anisotroopiaandur (WMAP). Nende andmed annavad kõige selgemad tõendid kosmilise sündi kohta.

Samal ajal kui Suur pauk teooria on kõige laialdasemalt aktsepteeritud mudel, mis selgitab universumi päritolu ja mida toetavad kõik Vaatlusaluste tõendite kohaselt on ka teisi mudeleid, mis kasutavad samu tõendeid pisut teistsuguste ütluste esitamiseks lugu.

Mõned teoreetikud väidavad, et Suure Paugu teooria põhineb valel eeldusel - et universum on üles ehitatud pidevalt laienevale kosmoseajale. Nad viitavad staatilisele universumile, mida just algselt ennustas Einsteini teooria üldrelatiivsus. Einsteini teooriat muudeti alles hiljem, et kohandada seda, kuidas universum paistab laienevat. Ja laienemine on oluline osa loost, eriti kuna see hõlmab eksisteerimist tume energia. Ja lõpuks näib, et universumi massi ümberarvutamine toetab Suure Paugu sündmuste teooriat.

Kuigi meie arusaam tegelikest sündmustest on endiselt puudulik, aitavad CMB andmed kujundada teooriaid, mis selgitavad kosmose sündi. Ilma Suure Pauguta poleks tähti ega galaktikaid, planeete ega elu olemas.

• Suur Pauk on universumi sünnisündmusele antud nimi.
• Arvatakse, et Suur Pauk leidis aset siis, kui umbes 13,8 miljardit aastat tagasi sai alguse pisikese singulaarsuse laienemine.
• Vahetult pärast suurt pauku tekkiv valgus on kosmilise mikrolainekiirgusena (CMB) tuvastatav. See tähistab valgust ajast, mil vastsündinud universum süttis umbes 380 000 aastat pärast Suure Paugu toimumist.

• "Suur pauk." NASA, NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• "Universumi päritolu." National Geographic, National Geographic, 24. aprill 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Uuendas ja muutis Carolyn Collins Petersen.