В началото Вселената се разширяваше много, много бързо.
(Изображение: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Пол Сътър е астрофизик от Държавния университет в Охайо и главен учен в научния център COSI. Sutter е домакин на Ask a Spaceman и Space Radio и водиAstroTours по целия свят. Sutter допринесе тази статия за експертните гласове на Space.com: Op-Ed & Insights.
Преди 13,8 милиарда години цялата ни наблюдаема вселена беше с големина на праскова и имаше температура над трилион градуса.
Това е доста просто, но много смело изявление за правене и това не е изявление, което се прави леко или лесно. Наистина, дори преди сто години това щеше да звучи направо глупаво, но ето, казваме го така, че не е голяма работа. Но както при всичко в науката, прости изявления като това са изградени от планини от множество независими доказателства, които всички сочат към едно и също заключение - в случая Големият взрив, нашия модел на историята на нашата вселена. [Вселената: Големият взрив сега в 10 лесни стъпки]
Но както се казва, не приемайте думата ми за това. Ето пет доказателства за Големия взрив:
# 1: Нощното небе е тъмно
Представете си за момент, че живеехме в съвършено безкрайна вселена, както във времето, така и в пространството. Блестящите колекции от звезди продължават завинаги във всяка посока, а Вселената просто винаги е била и винаги ще бъде. Това би означавало, където и да погледнете в небето - просто изберете произволна посока и се взирайте - ще бъдете задължени да намерите звезда там, някъде, на известно разстояние. Това е неизбежният резултат от безкрайната вселена.
И ако същата тази вселена е била завинаги, тогава е имало достатъчно време светлина от тази звезда, пропълзяваща през Космоса със сравнително бавна скорост с, за да достигне до очните ви топки. Дори наличието на какъвто и да е намесен прах не би намалило натрупаната светлина от безкрайност от звезди, разпръснати в безкрайно голям космос.
Ерго, небето трябва да бъде огряно с комбинираната светлина на множество звезди. Вместо това е предимно тъмнина. Празнота. Void. Мрак. Знаеш ли, космос.
Германският физик Хайнрих Олберс може да не е първият човек, който отбеляза този очевиден парадокс, но името му се придържа към идеята: Той е известен като парадокс на Олберс. Простата резолюция? Или Вселената не е безкрайна по размер или не е безкрайна във времето. Или може би не е нито едното, нито другото.
# 2: Квазари съществуват
Щом изследователите разработиха чувствителни радиотелескопи, през 50-те и 60-те, те забелязаха странно силни радиоизточници в небето. Чрез значително астрономическо заточване учените определят, че тези квазизвездни радиоизточници или „квазари“ са много далечни, но необичайно ярки, активни галактики.
Най-важното за тази дискусия е "много далечната" част от това заключение.
Тъй като светлината отнема време за пътуване от едно място до друго, ние не виждаме звезди и галактики такива, каквито са сега, но както бяха хиляди, милиони или милиарди години. Това означава, че погледът по-дълбоко във Вселената също поглежда по-дълбоко в миналото. Ние виждаме много квазари в далечния космос, което означава, че тези обекти са били много често срещани преди милиарди години. Но в нашия местен, актуален квартал почти няма квазари. И те са достатъчно често срещани в далечната (тоест млада) вселена, че трябва да видим много повече в близост.
Простият извод: Вселената беше различна в своето минало, отколкото е днес.
# 3: Става все по-голям
Ние живеем в разширяваща се вселена. Средно галактиките се отдалечават от всички останали галактики. Със сигурност някои малки локални сблъсъци се случват от остатъчни гравитационни взаимодействия, например как Млечният път ще се сблъска с Андромеда след няколко милиарда години. Но в големи мащаби, тази проста, експанзионерска връзка е вярна. Това откри астрономът Едвин Хъбъл в началото на 20 век, скоро след като установи, че „галактиките“ всъщност са нещо. [Сблъсъкът на главата на Milky Way Galaxy с Андромеда: Изображения на изпълнители]
В разширяващата се вселена правилата са прости. Всяка галактика се отдръпва от (почти) всяка друга галактика. Светлината от далечните галактики ще се замени червено - дължините на вълните светлина, която изпускат, ще станат по-дълги и по-червени от гледна точка на други галактики. Може да се изкушите да мислите, че това се дължи на движението на отделни галактики, ускоряващи се около Вселената, но математиката не се сумира.
Размерът на червеното изместване на конкретна галактика е свързан с това колко е далеч. По-близките галактики ще получат определено количество червено изместване. Галактика, два пъти по-далеч, ще получи два пъти повече червено изместване. Четири пъти разстоянието? Точно така, четири пъти по-червено изместване. За да се обясни това само с галактики, ципиращи наоколо, трябва да има наистина странна конспирация, при която всички галактически граждани на Вселената се съгласяват да се движат по този много специфичен модел.
Вместо това има далеч по-просто обяснение: Движението на галактиките се дължи на разтягането на пространството между тези галактики.
Ние живеем в динамична, развиваща се вселена. Той беше по-малък в миналото и ще бъде по-голям в бъдеще.
# 4: Реликтното излъчване
Хайде да играем игра. Да предположим, че Вселената е била по-малка в миналото. Това означава, че би било и по-плътно, и по-горещо, нали? Точно така - цялото съдържание на Космоса би било събрано в по-малко пространство, а по-високата плътност означава по-високи температури.
В един момент, когато Вселената беше, да речем, един милион пъти по-малка, отколкото е сега, всичко щеше да е толкова разбито заедно, че да е плазма. В това състояние електроните щяха да се свържат от ядрените си гостоприемници и да могат да плуват, цялата тази материя окъпана в интензивно, високоенергийно излъчване.
Но тъй като тази детска вселена се разширяваше, тя щеше да се охлади до точка, в която изведнъж електроните могат да се настанят удобно около ядра, създавайки първите пълни атоми на водород и хелий. В този момент лудо-интензивното лъчение щяло да преплува безпрепятствено през ново тънката и прозрачна вселена. И тъй като тази вселена се разширяваше, светлината, която започваше буквално бяло-гореща, щеше да се охлади, да се охлади, да се охлади до едва няколко градуса над абсолютната нула, поставяйки дължините на вълните здраво в обхвата на микровълновата.
И когато насочим нашите микровълнови телескопи към небето, какво виждаме? Вана с фонова радиация, заобикаляща ни от всички страни и почти идеално равномерна (до една част на 100 000!) Във всички посоки. Бебешка снимка на Вселената. Картичка от отдавна мъртва ера. Светлина от време, почти толкова старо, колкото самата Вселена.
# 5: Това е елементарно
Избутайте часовника назад още по-далеч от формирането на космическия микровълнов фон и в един момент нещата са толкова интензивни, толкова луди, че няма дори протони и неутрони. Това е просто супа от основните им части, кварките и глуоните. Но отново, когато Вселената се разширяваше и охлаждаше от френетичните първи минути на своето съществуване, най-леките ядра, като водород и хелий, се втвърдяваха и образуваха.
В днешно време имаме доста прилична работа по ядрената физика и можем да използваме тези знания, за да прогнозираме относителното количество от най-леките елементи във нашата Вселена. Прогнозата: Сухата супа трябва да е породила приблизително три четвърти водород, една четвърт хелий и мирис на "друго".
След това предизвикателството отива на астрономите и какво намират те? Вселена, съставена от, приблизително, три четвърти водород, една четвърт хелий и по-малък процент от "други". Бинго.
Има и доказателства, разбира се. Но това е само отправна точка за нашата съвременна картина на Големия взрив на Космоса. Множество независими доказателства сочат към едно и също заключение: Вселената ни е на около 13,8 милиарда години и по едно време тя беше с размер на праскова и имаше температура над трилион градуса.
Научете повече, като слушате епизода "Какво се случва, когато галактиките се сблъскат?" в подкаста Ask A Spaceman, достъпен в iTunes и в мрежата на http://www.askaspaceman.com. Благодаря на Майк Д., Трипп Б., Седас С., Исла и Патрик Д. за въпросите, довели до това парче! Задайте собствения си въпрос в Twitter, като използвате #AskASpaceman или като следвате Пол @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter. Следвайте ни @Spacedotcom, Facebook и Google+. Оригинална статия на Space.com.
