Pochopení teorie velkého třesku

Teorie velkého třesku je dominantní teorie původu vesmíru. Tato teorie v podstatě uvádí, že vesmír začal od počátečního bodu nebo singularity, která se rozšířila v průběhu miliard let, aby vytvořila vesmír, jak jej nyní známe.

V roce 1922 nalezl řešení ruský kosmolog a matematik Alexander Friedman Albert Einstein's obecná relativita polní rovnice vyústily v rozšiřující se vesmír. Jako věřící ve statický, věčný vesmír přidal Einstein do svých rovnic kosmologickou konstantu, „korigoval“ tuto „chybu“ a vyloučil tak expanzi. Později to označil za největší chybu svého života.

Ve skutečnosti již existovaly pozorovací důkazy na podporu rozšiřujícího se vesmíru. V roce 1912 pozoroval americký astronom Vesto Slipher spirální galaxii - tehdy považovanou za „spirální mlhovinu“, protože astronomové dosud nevěděli, že za galaxií jsou i galaxie mléčná dráha- a zaznamenal jeho redshift, posun zdroje světla směrem k červenému konci spektra světla. Všiml si, že všechny takové mlhoviny odcházejí ze Země. Tyto výsledky byly v té době docela kontroverzní a jejich plné důsledky nebyly brány v úvahu.

V roce 1924 astronom Edwin Hubble byl schopen změřit vzdálenost k těmto "mlhovinám" a zjistil, že jsou tak daleko, že ve skutečnosti nejsou součástí Mléčné dráhy. Zjistil, že Mléčná dráha je pouze jednou z mnoha galaxií a že tyto „mlhoviny“ byly ve skutečnosti galaxiemi samy o sobě.

V roce 1927 římskokatolický kněz a fyzik Georges Lemaitre nezávisle vypočítali Friedmanovo řešení a znovu navrhli, že vesmír se musí rozšiřovat. Tuto teorii podpořil Hubble, když v roce 1929 zjistil, že existuje korelace mezi vzdáleností galaxií a množstvím redshift ve světle této galaxie. Vzdálené galaxie se pohybovaly rychleji, což přesně předpovídalo řešení Lemaitre.

V 1931, Lemaitre šel dál s jeho předpovědi, extrapolovat pozpátku v čase shledat, že záležitost vesmíru by dosáhla nekonečné hustoty a teploty v konečném čase v minulosti. To znamenalo, že vesmír musel začít v neuvěřitelně malém, hustém bodu hmoty, který se nazývá „pravěk atom“.

Skutečnost, že Lemaitre byl římskokatolickým knězem, se některých týkala, protože předkládal teorii, která představovala určitý okamžik „stvoření“ vesmíru. Ve 20. a 30. letech byla většina fyziků - jako Einstein - nakloněna věřit, že vesmír vždy existoval. V podstatě byla teorie velkého třesku považována mnoha lidmi za příliš náboženskou.

Zatímco několik teorií bylo představeno na nějaký čas, bylo to opravdu jen Fred Hoyle teorie ustáleného stavu to poskytovalo jakoukoli skutečnou soutěž o Lemaitreovu teorii. Je ironií, že Hoyle vytvořil frázi „Velký třesk“ během rozhlasového vysílání v 50. letech 20. století a zamýšlel ji jako posměšný termín pro Lemaitreovu teorii.

Teorie ustáleného stavu předpovídala to nové hmota byl vytvořen tak, že hustota a teplota vesmíru zůstala v průběhu času konstantní, i když se vesmír rozšiřoval. Hoyle také předpověděl, že hustší prvky byly vytvořeny z vodíku a helia procesem hvězdná nukleosyntéza, která se na rozdíl od teorie ustáleného stavu ukázala být přesná.

George Gamow - jeden z Friedmanových žáků - byl hlavním obhájcem teorie velkého třesku. Spolu s kolegy Ralphem Alpherem a Robertem Hermanem předpovídal kosmické mikrovlnné pozadí (CMB) záření, což je záření, které by mělo existovat v celém vesmíru jako zbytek Velkého Bang. Jak se atomy začaly tvořit během doba rekombinace, dovolili mikrovlnnému záření (forma světla) cestovat vesmírem a Gamow to předpověděl mikrovlnné záření by bylo stále pozorovatelné i dnes.

Debata pokračovala až do roku 1965, kdy Arno Penzias a Robert Woodrow Wilson narazili na CMB při práci pro Bell Telephone Laboratories. Jejich Dickeho radiometr, používaný pro radioastronomii a satelitní komunikaci, zaznamenal teplotu 3,5 K (blízká shoda s Alpherovou a Hermanovou predikcí 5 K).

V pozdních šedesátých a začátcích sedmdesátých let se někteří zastánci fyziky v ustáleném stavu pokusili toto zjištění vysvětlit, zatímco popírat teorii velkého třesku, ale na konci desetiletí bylo jasné, že záření CMB nemělo jiné věrohodné vysvětlení. Penzias a Wilson obdrželi za tento objev Nobelovu cenu za fyziku v roce 1978.

Určité obavy však zůstaly ohledně teorie velkého třesku. Jedním z nich byl problém homogenity. Vědci se ptali: Proč vesmír vypadá identicky, co se týče energie, bez ohledu na to, jakým směrem člověk vypadá? Teorie velkého třesku nedává časnému vesmíru čas k dosažení tepelná rovnováha, takže by měly existovat rozdíly v energii v celém vesmíru.

V roce 1980 formálně navrhl americký fyzik Alan Guth teorie inflace k vyřešení tohoto a dalších problémů. Tato teorie říká, že v časných okamžicích následujících po Velkém třesku došlo k extrémně rychlému rozšíření vznikajícího vesmíru poháněného „podtlakovou vakuovou energií“ (která smět nějakým způsobem souvisí se současnými teoriemi temná energie). Alternativně lze v teoriích inflace, které jsou v koncepci podobné, ale s poněkud odlišnými podrobnostmi, předložit další roky.

Program Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) od NASA, který začal v roce 2001, poskytl důkazy, které silně podporují období inflace v ranném vesmíru. Tento důkaz je obzvláště silný u tříletých údajů zveřejněných v roce 2006, i když stále existují drobné rozpory s teorií. Nobelova cena za fyziku z roku 2006 byla udělena Johnu C. Mather a George Smoot, dva klíčoví pracovníci projektu WMAP.

Zatímco teorie velkého třesku je přijímána drtivou většinou fyziků, stále se jí týkají drobných otázek. Nejdůležitější však jsou otázky, na které se teorie nemůže ani pokusit odpovědět:

• Co existovalo před Velkým třeskem?
• Co způsobilo Velký třesk?
• Je náš vesmír jediný?

Odpovědi na tyto otázky mohou existovat i mimo sféru fyziky, přesto jsou fascinující a odpovědi, jako je multiverse hypotéza poskytuje zajímavou oblast spekulací jak pro vědce, tak i pro vědce, kteří nejsou vědci.

Když Lemaitre původně navrhoval své pozorování o časném vesmíru, nazval tento časný stav vesmíru pravěkým atomem. O několik let později George Gamow použil jméno ylem. Říká se tomu také prvotní atom nebo dokonce kosmické vejce.