Pochopenie teórie veľkého tresku

Teória veľkého tresku je dominantnou teóriou pôvodu vesmíru. Táto teória v podstate uvádza, že vesmír sa začal od počiatku alebo jedinečnosti, ktorá sa rozšírila o miliardy rokov a vytvorila vesmír, ako ho poznáme dnes.

V roku 1922 ruský kozmológ a matematik Alexander Friedman našiel tieto riešenia Albert Einstein, s všeobecná relativita polné rovnice viedli k rozširujúcemu sa vesmíru. Ako veriaci v statickom, večnom vesmíre pridal Einstein do svojich rovníc kozmologickú konštantu, „korigoval“ túto „chybu“ a eliminoval tak expanziu. Neskôr to nazval najväčšou chybou svojho života.

V skutočnosti už boli pozorovacie dôkazy na podporu rozširujúceho sa vesmíru. V roku 1912 americký astronóm Vesto Slipher pozoroval špirálovú galaxiu - vtedy považovanú za „špirálovú hmlovinu“, pretože astronómovia ešte nevedeli, že za galaxiou sú galaxie mliečna dráha—A zaznamenal RedShift, posun zdroja svetla smerom k červenému koncu svetelného spektra. Poznamenal, že všetka taká hmlovina odchádza zo Zeme. Tieto výsledky boli v tom čase dosť kontroverzné a ich úplné dôsledky sa nezohľadňovali.

V roku 1924 astronóm Edwin Hubble bol schopný zmerať vzdialenosť k týmto „hmlovinám“ a zistil, že boli tak ďaleko, že v skutočnosti neboli súčasťou Mliečnej dráhy. Zistil, že Mliečna dráha je iba jednou z mnohých galaxií a že tieto „hmloviny“ sú vlastne galaxie samy osebe.

V roku 1927 rímskokatolícky kňaz a fyzik Georges Lemaitre nezávisle vypočítali Friedmanovo riešenie a znovu navrhli, že vesmír sa musí rozširovať. Túto teóriu podporoval Hubble, keď v roku 1929 zistil, že existuje korelácia medzi vzdialenosťou galaxií a množstvom RedShift vo svetle tejto galaxie. Vzdialené galaxie sa pohybovali rýchlejšie, čo presne predpovedali riešenia Lemaitre.

V roku 1931 Lemaitre so svojimi predpoveďami šiel ďalej a extrapoláciou dozadu zistil, že hmota vesmíru by v minulosti dosiahla nekonečnú hustotu a teplotu. To znamenalo, že vesmír musel začať v neuveriteľne malej, hustej hmote nazývanej „praveký atóm“.

Skutočnosť, že Lemaitre bol rímskokatolíckym kňazom, sa čiastočne týkala, keď predkladal teóriu, ktorá predstavovala určitý moment „stvorenia“ pre vesmír. V 20. a 30. rokoch bola väčšina fyzikov - ako Einstein - naklonená presvedčeniu, že vesmír vždy existoval. Teóriu big-bangu považovalo veľa ľudí za príliš náboženskú.

Zatiaľ čo niekoľko teórií bolo prezentovaných na určitý čas, v skutočnosti to boli iba Fred Hoyle teória ustáleného stavu ktoré poskytli akúkoľvek skutočnú konkurenciu pre Lemaitreovu teóriu. Je iróniou, že Hoyle vytvoril frázu „Veľký tresk“ počas rozhlasového vysielania v 50. rokoch 20. storočia a chcel ju označiť za posmechujúci pojem pre Lemaitreovu teóriu.

Teória ustáleného stavu predvídala toto nové záležitosť bol vytvorený tak, že hustota a teplota vesmíru zostala v priebehu času konštantná, aj keď sa vesmír rozširoval. Hoyle tiež predpovedal, že hustejšie prvky sa tvorili z vodíka a hélia procesom hviezdicová nukleosyntéza, ktorý sa na rozdiel od teórie ustáleného stavu ukázal byť presný.

George Gamow - jeden z Friedmanových žiakov - bol hlavným obhajcom teórie bigbangu. Spolu s kolegami Ralphom Alpherom a Robertom Hermanom predpovedal kozmické mikrovlnné pozadie (CMB) žiarenie, čo je žiarenie, ktoré by malo existovať v celom vesmíre ako zvyšok Veľkého Bang. Keď sa atómy začali tvoriť v priebehu doba rekombinácie, dovolili mikrovlnnému žiareniu (forma svetla) cestovať vesmírom a Gamow to predpovedal mikrovlnné žiarenie bude dnes pozorovateľné.

Diskusia pokračovala až do roku 1965, keď Arno Penzias a Robert Woodrow Wilson narazili na CMB pri práci pre Bell Telephone Laboratories. Ich Dickeho rádiometer, používaný na rádiovú astronómiu a satelitnú komunikáciu, zaznamenal teplotu 3,5 K (čo je blízka predpovede 5 K Alpher a Herman).

Na konci 60. a začiatkom 70. rokov sa niektorí zástancovia fyziky v ustálenom stave pokúsili vysvetliť tento nález, zatiaľ čo poprieť teóriu bigbangu, ale na konci desaťročia bolo jasné, že žiarenie CMB nemá iné prijateľné vysvetlenie. Penzias a Wilson za tento objav dostali Nobelovu cenu za fyziku z roku 1978.

Určité obavy však pretrvávali v súvislosti s teóriou veľkého tresku. Jedným z nich bol problém homogenity. Vedci sa pýtali: Prečo vesmír vyzerá rovnako, pokiaľ ide o energiu, bez ohľadu na to, ktorým smerom sa človek pozerá? Teória veľkého tresku nedáva časnému vesmíru čas na dosiahnutie tepelná rovnováha, takže by mali existovať rozdiely v energii v celom vesmíre.

V roku 1980 formálne navrhol americký fyzik Alan Guth teória inflácie vyriešiť tento a ďalšie problémy. Táto teória hovorí, že v skorých chvíľach nasledujúcich po Veľkom tresku došlo k extrémne rýchlemu rozšíreniu vznikajúceho vesmíru poháňaného „podtlakovou vákuovou energiou“ (ktorá smieť nejakým spôsobom súvisí so súčasnými teóriami temná energia). Prípadne v posledných rokoch predložili iné teórie inflačné teórie podobné, ale s mierne odlišnými podrobnosťami.

Program Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) od NASA, ktorý sa začal v roku 2001, poskytol dôkazy, ktoré silne podporujú inflačné obdobie v ranom vesmíre. Tento dôkaz je obzvlášť silný v trojročných údajoch zverejnených v roku 2006, aj keď stále existujú určité menšie nezrovnalosti s teóriou. Nobelovu cenu za fyziku za rok 2006 udelil John C. Mather a George Smoot, dvaja kľúčoví pracovníci projektu WMAP.

Kým teória Veľkého tresku je akceptovaná drvivou väčšinou fyzikov, stále sa jej týkajú niektoré menšie otázky. Najdôležitejšie sú však otázky, na ktoré sa teória nemôže ani pokúsiť odpovedať:

• Čo existovalo pred Veľkým treskom?
• Čo spôsobilo Veľký tresk?
• Je náš vesmír jediný?

Odpovede na tieto otázky môžu existovať aj mimo sféry fyziky, sú však fascinujúce a odpovede, ako napríklad multiverza Hypotéza predstavuje zaujímavú oblasť špekulácií pre vedcov aj nevedcov.

Keď Lemaitre pôvodne navrhoval svoje pozorovanie skorého vesmíru, nazval tento skorý stav vesmíru pravekým atómom. O niekoľko rokov neskôr by za to George Yow použil meno ylem. Nazýva sa tiež prvotný atóm alebo dokonca kozmické vajíčko.