У почетку се Универзум ширио веома, веома брзо.
(Слика: © Флицкр / Јамие, ЦЦ БИ-СА)
Паул Суттер је астрофизичар са Државног универзитета у Охају и главни научник у научном центру ЦОСИ. Суттер је такође домаћин Аск а Спацеман и Спаце Радио и водиАстроТоурс широм света. Суттер је овај чланак допринео стручним гласовима Спаце.цом-а: Оп-Ед & Инсигхтс.
Пре 13,8 милијарди година, цео наш посматрачки универзум био је величине брескве и имао је температуру преко три билиона степени.
То је прилично једноставна, али врло смела изјава, и то није изјава која се даје лагано или лако. Заиста, чак и пре стотину година звучало би сасвим глупо, али ево нас, рекавши то као да није велика ствар. Али као и било шта у науци, једноставне изјаве попут ове изграђене су из планина вишеструких независних доказа који све упућују на исти закључак - у овом случају Велики прасак, наш модел историје нашег универзума. [Универзум: Велики прасак до сада у 10 једноставних корака]
Али, како кажу, немојте моју реч за то узимати. Ево пет доказа о великом праску:
# 1: Ночно небо је тамно
Замислите на тренутак да смо живели у савршено бесконачном универзуму, и у времену и у простору. Блиставе колекције звезда трајно се настављају у сваком правцу, а универзум једноставно увек јесте и увек ће бити. То би значило где год да погледате у небо - само одаберите случајни правац и загледајте се - сигурно ћете наћи звезду тамо, негде, на некој удаљености. То је неизбежни резултат бесконачног универзума.
А ако је тај исти свемир заувек негде, онда је било довољно времена да светлост те звезде, пузећи космосом релативно малом брзином ц, до вашег очне јабучице. Чак и присуство било које прашине која интервенише не би умањило нагомилану светлост из бесконачног броја звезда које су се рашириле на бесконачно велики космос.
Ерго, небо би требало бити блиставо комбинованом светлошћу мноштва звезда. Уместо тога, углавном је мрак. Празнина. Празнина. Црнило. Знате, свемир.
Немачки физичар Хеинрицх Олберс можда није прва особа која је приметила овај очигледан парадокс, али његово се име држало идеје: Познат је као Олберсов парадокс. Једноставна резолуција? Или свемир није бесконачне величине или није бесконачан у времену. Или можда није ни једно ни друго.
# 2: Квази постоје
Чим су истраживачи развили осетљиве радио-телескопе, током 1950-их и 60-их, приметили су чудно гласне радио-изворе на небу. Научници су путем значајног астрономског успављивања утврдили да су ти квазизлазни радио извори, или "квазари", веома удаљени, али необично светле, активне галаксије.
Оно што је најважније за ову дискусију је "веома удаљен" део тог закључка.
Будући да светлости треба времена да путује од једног до другог места, не видимо звезде и галаксије као сада, али као што су биле пре хиљаде, милиона или милијарди година. То значи да гледање дубље у универзум такође гледа дубље у прошлост. Много квазара видимо у далеком космосу, што значи да су ови предмети били веома уобичајени пре неколико милијарди година. Али, у нашем локалном, најсавременијем кварту, тешко да има квазара. А оне су довољно честе у далеком (тј. Младом) универзуму да бисмо требали видети много више у нашој близини.
Једноставан закључак: Универзум је у прошлости био другачији него данас.
# 3: Све је већа
Живимо у свемиру који се шири. У просеку, галаксије су све даље од свих осталих галаксија. Свакако, неки мали локални судари се дешавају од преосталих гравитационих интеракција, попут како ће се Млечни пут сударити са Андромедом за неколико милијарди година. Али у великим размерама, овај једноставан, експанзивни однос важи. То је оно што је астроном Едвин Хуббле открио почетком 20. века, убрзо након што је открио да су „галаксије“ заправо ствар. [Мрежа Галаксије на челу са Андромедом: Слике извођача]
У свемиру који се шири, правила су једноставна. Свака галаксија се повлачи из (скоро) сваке друге галаксије. Светлост из удаљених галаксија постаће поново измењена - таласне дужине светлости које испуштају постаће дуже, а тиме и црвене, из перспективе других галаксија. Можда ћете бити у искушењу да мислите да је то због кретања појединих галаксија које се крећу по свемиру, али математика се не сабраја.
Количина црвеног помака за одређену галаксију повезана је са тим колико је удаљена. Ближе галаксије добиће одређену количину црвеног померања. Галаксија која је два пута удаљенија добит ће двоструко више помицање. Четири пута већа удаљеност? Тако је, четири пута црвено померање. Да би се ово објаснило само помоћу галаксија које премотавају, мора постојати заиста необична завера у којој се сви галактички грађани универзума слажу да се крећу по овом веома специфичном обрасцу.
Уместо тога, постоји далеко једноставније објашњење: Кретање галаксија настаје услед истезања простора између тих галаксија.
Живимо у динамичном универзуму. Било је мање у прошлости, а биће веће у будућности.
# 4: Реликтно зрачење
Хајде да се играмо. Претпоставимо да је свемир у прошлости био мањи. То значи да би било и гушће и топлије, зар не? Тачно - сав садржај космоса био би сакупљен у мањем простору, а веће густине значе веће температуре.
У неком тренутку, када је свемир, рецимо, милион пута мањи него што је сада, све би се тако смрскало да је то била плазма. У том стању, електрони би били невезани од својих нуклеарних домаћина и слободни би да пливају, сву ту материју окупану у интензивном, високо-енергетском зрачењу.
Али како се тај дечји универзум проширио, охладио би се до тачке у којој би се одједном електрони могли удобно смјестити око језгара, стварајући прве комплетне атоме водоника и хелијума. У том тренутку би лудо-интензивно зрачење несметано лутало кроз ново танки и транспарентни универзум. Како се тај свемир ширио, светлост која је почела буквално бела-врућа, хладила би се, хладила до само неколико степени изнад апсолутне нуле, стављајући таласне дужине чврсто у распон микроталаса.
А када усмјеримо наше микроталасне телескопе према небу, шта видимо? Купка зрачења у позадини, која нас окружује на све стране и скоро савршено је уједначена (до једног дела у 100.000!) У свим правцима. Бебина слика универзума. Разгледница из давно мртве ере. Светлост из времена скоро истог колико и сам универзум.
# 5: Елементарно је
Гурните сат уназад још више од формирања космичке микроталасне позадине, и у неком тренутку ствари су толико интензивне, толико луде да не постоје чак ни протони и неутрони. То је само супа њихових основних делова, кваркова и глуона. Али опет, како се свемир ширио и хладио из френетичних првих неколико минута свог постојања, најлакша језгра, попут водоника и хелијума, сажимала су се и формирала.
Данас имамо прилично пристојно бављење нуклеарном физиком и можемо то знање искористити да предвидимо релативну количину најлакших елемената у нашем универзуму. Предвиђање: Та сушава супа требало је да произведе отприлике три четвртине водоника, једну четвртину хелијума и нешто „друго“.
Изазов тада иде пред астрономе, и шта они проналазе? Универзум састављен од, отприлике, три четвртине водоника, једне четвртине хелијума и мањег процента „другог“. Бинго.
Има и више доказа, наравно. Али ово је само полазна основа за нашу модерну слику Великог праска у космосу. Вишеструки независни докази упућују на исти закључак: Наш универзум је стар око 13,8 милијарди година, а некада је био величине брескве и имао је температуру већу од три билиона степени.
Сазнајте више слушајући епизоду "Шта се догађа када се галаксије сударају?" у подкасту Аск А Спацеман, доступан на иТунес-у и на веб локацији хттп://ввв.аскаспацеман.цом. Хвала Мике Д., Трипп Б., Седас С., Исла и Патрицк Д. на питањима која су довела до овог дела! Поставите своје питање на Твиттеру користећи #АскАСпацеман или пратећи Паул @ПаулМаттСуттер и фацебоок.цом/ПаулМаттСуттер. Пратите нас @Спацедотцом, Фацебоок и Гоогле+. Оригинални чланак на Спаце.цом.
