Spočiatku sa vesmír rozširoval veľmi, veľmi rýchlo.
(Obrázok: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Paul Sutter je astrofyzik na Štátnej univerzite v Ohiu a hlavný vedec vo vedeckom centre COSI. Sutter je tiež hostiteľom programu Spaceman a Space Radio a vedie spoločnosť AstroTours po celom svete. Sutter prispel týmto článkom k odborným hlasom agentúry Space.com: Op-Ed & Insights.
Pred 13,8 miliardami rokov bol celý náš pozorovateľný vesmír veľkosť broskyne a mal teplotu vyššiu ako bilión stupňov.
Je to celkom jednoduché, ale veľmi odvážne vyhlásenie, a nie je to vyhlásenie, ktoré by sa urobilo ľahko alebo ľahko. Naozaj, ešte pred sto rokmi by to znelo úplne absurdne, ale my tu hovoríme, že to nie je žiadny veľký problém. Ale rovnako ako v prípade vedy, jednoduché výroky, ako je tento, sa vytvárajú z hôr viacerých nezávislých línií dôkazov, ktoré poukazujú na rovnaký záver - v tomto prípade, Veľký tresk, náš model histórie nášho vesmíru. [Vesmír: Veľký tresk teraz v 10 jednoduchých krokoch]
Ale, ako sa hovorí, neberte moje slovo za to. Tu je päť dôkazov o Veľkom tresku:
# 1: Nočná obloha je temná
Na chvíľu si predstavte, že sme žili v dokonale nekonečnom vesmíre, tak v čase, ako aj v priestore. Trblietavé zbierky hviezd pokračujú navždy vo všetkých smeroch a vesmír jednoducho vždy bol a vždy bude. To by znamenalo, že všade, kde ste sa pozreli na oblohu - stačí zvoliť náhodný smer a hľadieť - budete musieť nájsť hviezdu niekde v určitej vzdialenosti. To je nevyhnutný výsledok nekonečného vesmíru.
A ak ten istý vesmír existuje navždy, potom bolo dosť času na svetlo z tejto hviezdy, plaziac sa kozmosom pri relatívne pomalej rýchlosti c, aby ste dosiahli vaše očné buľvy. Dokonca ani prítomnosť akéhokoľvek zasahujúceho prachu nezmenšuje nahromadené svetlo z nekonečna hviezd rozptýlených po nekonečne veľkom vesmíre.
Ergo, obloha by mala byť horená kombinovaným svetlom mnohých hviezd. Namiesto toho je to väčšinou tma. Prázdnota. Neplatné. Temnota. Vieš, vesmír.
Nemecký fyzik Heinrich Olbers možno nebol prvým človekom, ktorý si všimol tento zdanlivý paradox, ale jeho meno sa držalo myšlienky: Je známe ako Olbersov paradox. Jednoduché rozlíšenie? Buď vesmír nie je nekonečný vo veľkosti alebo nie je nekonečný v čase. Alebo možno ani to nie je.
# 2: Existujú kvázary
Hneď ako vedci vyvinuli citlivé rádioteleskopy, v 50. a 60. rokoch si na oblohe všimli neobvykle hlasné rádiové zdroje. Vedci zistili, že tieto kvazistelárne rádiové zdroje alebo „kvasary“ boli veľmi vzdialené, ale neobvykle jasné, aktívne galaxie.
Najdôležitejšie pre túto diskusiu je „veľmi vzdialená“ časť tohto záveru.
Pretože cestovanie z jedného miesta na druhé si vyžaduje čas, nevidíme hviezdy a galaxie tak, ako sú dnes, ale ako boli pred tisíckami, miliónmi alebo miliardami rokov. To znamená, že pozeranie sa hlbšie do vesmíru sa pozerá hlbšie do minulosti. Vo vzdialenom vesmíre vidíme veľa kvázarov, čo znamená, že tieto objekty boli veľmi bežné pred miliardami rokov. V našom miestnom modernom susedstve však nie sú takmer žiadne kvasary. A oni sú dosť bežní vo vzdialenom (tj. Mladom) vesmíre, že by sme mali vidieť oveľa viac v našom okolí.
Jednoduchý záver: Vesmír bol vo svojej minulosti iný ako dnes.
# 3: Zvyšuje sa
Žijeme v rozširujúcom sa vesmíre. V priemere sa galaxie dostávajú ďalej od všetkých ostatných galaxií. Iste, niektoré malé miestne kolízie sa vyskytujú v dôsledku zvyškových gravitačných interakcií, napríklad ako sa Mliečna dráha zrazí s Andromedou za pár miliárd rokov. Tento jednoduchý, expanzívny vzťah však platí vo veľkej miere. To astronóm Edwin Hubble objavil začiatkom 20. storočia, hneď potom, ako zistil, že „galaxie“ boli skutočne vecou. [Havária galaxie Mliečna dráha s Andromedou: obrázky umelcov]
V rozširujúcom sa svete sú pravidlá jednoduché. Každá galaxia ustupuje (takmer) z každej inej galaxie. Svetlo zo vzdialených galaxií sa zmení na červené - vlnové dĺžky svetla, ktoré uvoľňujú, sa z perspektívy iných galaxií predĺžia, a teda červenšia. Možno vás bude v pokušení myslieť si, že je to spôsobené pohybom jednotlivých galaxií, ktoré sa zrýchľujú okolo vesmíru, ale matematika sa nesčítava.
Množstvo červeného posunu pre konkrétnu galaxiu súvisí s tým, ako ďaleko je. Bližšie galaxie dostanú určité množstvo redshiftingu. Galaxia dvakrát tak vzdialená dostane dvakrát ten červený posun. Štvornásobná vzdialenosť? To je pravda, štvornásobný červený posun. Aby sme to vysvetlili iba zipsom okolo galaxií, musí existovať skutočne zvláštne sprisahanie, v ktorom všetci galaktickí občania vesmíru súhlasia, že sa budú pohybovať týmto veľmi špecifickým vzorom.
Namiesto toho existuje oveľa jednoduchšie vysvetlenie: Pohyb galaxií je spôsobený pretiahnutím priestoru medzi týmito galaxiami.
Žijeme v dynamickom, vyvíjajúcom sa vesmíre. V minulosti bol menší a v budúcnosti bude väčší.
# 4: Relikálne žiarenie
Zahrajme si hru. Predpokladajme, že vesmír bol v minulosti menší. To znamená, že by bolo hustejšie aj teplejšie, však? Správne - všetok obsah vesmíru by sa zhrnul v menšom priestore a vyššie hustoty znamenajú vyššie teploty.
V určitom okamihu, keď bol vesmír, povedzme, miliónkrát menší, ako je teraz, bolo by všetko tak rozbité, že by to bola plazma. V tomto stave by elektróny neboli viazané na svojich jadrových hostiteľov a mohli by sa voľne plávať, všetky tieto látky sa kúpali v intenzívnom, vysokoenergetickom žiarení.
Ale ako sa tento detský vesmír rozširoval, ochladilo by sa do bodu, keď by sa elektróny mohli zrazu pohodlne usadiť okolo jadier, čím by vytvorili prvé úplné atómy vodíka a hélia. V tom okamihu by sa šialene intenzívne žiarenie potulovalo v novo tenkom a priehľadnom vesmíre. A ako sa tento vesmír rozširoval, svetlo, ktoré začalo doslova bielo-horúce, by sa ochladilo, ochladilo, ochladilo na holé pár stupňov nad absolútnu nulu a vlnové dĺžky sa pevne dostali do mikrovlnného rozsahu.
A keď ukazujeme naše mikrovlnné teleskopy na oblohu, čo uvidíme? Kúpeľ žiarenia pozadia, ktorý nás obklopuje na všetkých stranách a takmer dokonale jednotný (na jednu časť zo 100 000!) Vo všetkých smeroch. Dieťa obrázok vesmíru. Pohľadnica z dávno mŕtvej éry. Svetlo z času takmer tak starého ako samotný vesmír.
# 5: Je to elementárne
Zatlačte hodiny späť ešte ďalej, než je vytvorenie kozmického mikrovlnného pozadia, a v určitom okamihu sú veci také intenzívne, také šialené, že neexistujú ani protóny a neutróny. Je to iba polievka ich základných častí, kvarkov a gluónov. Ale opäť, ako sa vesmír rozširoval a ochladzoval od prvých pár minút svojej existencie, stuhli sa a vytvorili sa najľahšie jadrá ako vodík a hélium.
V súčasnosti máme v jadrovej fyzike celkom slušnú ruku a tieto znalosti môžeme použiť na predpovedanie relatívneho množstva najľahších prvkov v našom vesmíre. Predpoveď: Táto mrazivá polievka by mala priniesť zhruba tri štvrtiny vodíka, jednu štvrtinu hélia a rozbitie „iného“.
Výzva sa potom týka astronómov a čo nájdu? Vesmír zložený z približne troch štvrtín vodíka, jednej štvrtiny hélia a menšieho percenta "ostatných". Bingo.
Samozrejme existuje aj viac dôkazov. Ale to je len východiskový bod pre náš moderný obraz vesmíru z Veľkého tresku. Viaceré nezávislé línie dôkazov poukazujú na ten istý záver: Náš vesmír je starý okolo 13,8 miliárd rokov a súčasne to bola veľkosť broskyne a mala teplotu vyššiu ako bilión stupňov.
Dozviete sa viac z počúvania epizódy „Čo sa stane, keď sa galaxie zrazia?“ na podcastu Ask A Spaceman, ktorý je k dispozícii na iTunes a na webe na adrese http://www.askaspaceman.com. Vďaka Mike D., Trippovi B., Sedasovi S., Isla a Patricku D. za otázky, ktoré viedli k tomuto dielu! Svoju vlastnú otázku položte na Twitteri pomocou #AskASpaceman alebo sledovaním Paula @PaulMattSuttera a facebook.com/PaulMattSuttera. Sledujte nás @Spacedotcom, Facebook a Google+. Pôvodný článok o Space.com.
