Теорията за Големия взрив представлява най-добрите опити на космолозите да реконструират историята на 14 милиарда години на Вселената въз основа на видимия днес плъзг на съществуването.
Различните хора използват термина "Голям взрив" по различни начини. Най-общо той илюстрира дъгата на наблюдаваната вселена, тъй като изтънява и охлажда от първоначално плътно, горещо състояние. Това описание се свежда до идеята, че Космосът се разширява, широк принцип, аналогичен на оцеляването на най-добрите в биологията, които малцина биха считали за дискусионни.
По-конкретно, Големият взрив може да се отнася и до раждането на самата наблюдаема вселена - в момента, в който нещо се промени, стартирайки събитията, довели до днес. Космолозите спорят от десетилетия за подробностите за тази част от секундата и дискусията продължава и днес.
Класическата теория за Големия взрив
През по-голямата част от човешката история наблюдателите на небето го приемаха за вечен и непроменим. Едвин Хъбъл нанесе тази история експериментален удар през 20-те години, когато наблюденията му показаха, че галактиките извън Млечния път съществуват и че светлината им изглежда изпъната - знак, че те се втурват далеч от Земята.
Джордж Лемаотре, съвременен белгийски физик, интерпретира данни от Хъбъл и други като доказателство за разширяваща се вселена, възможност, разрешена от наскоро публикуваните полеви уравнения на Айнщайн с обща относителност. Мислейки назад, Лемотре заключи, че днешните разделящи се галактики трябва да са започнали заедно в това, което той нарече „първичен атом“.
Първата публична употреба на съвременния термин за идеята на Lemaître всъщност идва от критик - английския астроном Фред Хойл. На 28 март 1949 г. Хойл изложи фразата по време на защита на предпочитаната от него теория за вечна вселена, която създаде материя, за да отмени разреждането на експанзията. Хойл каза, че схващането, че "цялата материя на Вселената е създадена в един голям взрив в определен момент в далечното минало", е ирационална. В по-късни интервюта Хойл отрича умишлено да измисля клеветническо име, но манекенът се задържа, до голяма степен на разочарованието на някои.
"Големият взрив е наистина лош термин", казва Пол Щайнхард, космолог от Принстън. "Големият участък би уловил правилната идея." Мисловният образ на експлозия причинява всякакъв вид объркване, според Щайнхард. Тя предполага централна точка, разширяваща се граница и сцена, където лекият шрапнел лети по-бързо от по-тежките парчета. Но разширяващата се вселена не изглежда нищо подобно, каза той. Няма център, няма ръб и големи и малки галактики се плъзгат по един и същи начин (въпреки че по-далечните галактики се отдалечават по-бързо под космологично скорошното влияние на тъмната енергия).
Независимо от името си, теорията за Големия взрив намери широко признание за своята несравнима способност да обяснява това, което виждаме. Балансът на светлината с частици като протони и неутрони например през първите 3 минути позволява на ранните елементи да се формират със скорост, предсказваща текущите количества хелий и други светлинни атоми.
„Имаше малък прозорец във времето, в който беше възможно да се образуват ядра“, казва Гленис Фарар, космолог от университета в Ню Йорк. "След това Вселената продължи да се разширява и те не можаха да се намерят, а преди това беше твърде горещо."
Мътна плазма изпълни вселената за следващите 378 000 години, докато по-нататъшното охлаждане остави електрони и протони да образуват неутрални водородни атоми и мъглата се изчисти. Светлината, излъчвана по време на този процес, която оттогава се разтяга в микровълни, е най-ранният известен обект, който изследователите могат да изучават директно. Известно като радиация на космическия микровълнов фон (CMB), много изследователи го смятат за най-силното доказателство за Големия взрив.
Експлозивна актуализация
Но тъй като космолозите се тласнаха по-назад в първите моменти на Вселената, историята се разгада. Уравненията на общата относителност подсказват първоначално петно на неограничена топлина и плътност - сингулярност. Освен че няма много физически смисъл, единствено начало не съвпада с гладката, плоска CMB. Колебанията в осезаемата температура и плътност на петънцето биха произвели отклонения на небето с различни свойства, но температурата на CMB варира само с част от градуса. Кривината на пространство-време също изглежда доста плоска, което предполага първоначално почти съвършен баланс на материята и кривина, които повечето космолози намират за невероятни.
Алън Гут предложи нова картина на първата част от секундата през 80-те години, като внушава, че Вселената прекарва най-ранните си моменти, израствайки експоненциално по-бързо, отколкото днес. В един момент този процес спря и поставянето на спирачките произведе гъста и гореща (но не безкрайно толкова) каша от частици, която заема мястото на сингулярността. "Според мен си мисля за това като за Големия взрив, когато Вселената се разпали", каза Фарар.
Теорията за инфлацията, както се нарича, сега има множество конкурентни модели. Въпреки че никой не знаеше много за това, което накара Вселената да се разширява толкова бързо, теорията стана популярна заради способността й да обяснява на пръв поглед невероятната безнаказана CMB: Инфлацията запази малки колебания (които се превърнаха в днешните галактически клъстери), като същевременно сплеска основните. "Това е много сладка история", каза Щайнхард, който помогна за разработването на теорията. "Това е, което казваме на децата си."
Отвъд инфлацията
Последните изследвания внесоха две бръчки в космическия разказ на теорията за инфлацията. Работата на Щайнхард и други предполага, че инфлацията би спряла в някои региони (като нашата наблюдаема вселена), но ще продължи в други, създавайки масив от отделни територии с "всеки възможен набор от космологични свойства", както твърди Щайнхард. Много физици намират тази "мултивселективна" картина за неприятна, защото тя прави безкраен брой несъстоятелни прогнози.
На експерименталния фронт космолозите очакват, че инфлацията трябва да е породила гравитационни вълни, обхващащи галактика в CMB, точно както е създала леки колебания в температурата и плътността. Настоящите експерименти трябва да са достатъчно чувствителни, за да ги открият, но изначалните пулсации от пространство-време не се показват (въпреки една фалшива тревога през 2014 г.).
Много изследователи очакват по-прецизни измервания на CMB, които биха могли да убият или потвърдят многото инфлационни модели, които все още стоят. Други физици обаче не виждат гладкостта на космоса като проблем - той започна еднакво и няма нужда от обяснение.
Докато експерименталистите се стремят към нови нива на точност, някои теоретици се отклониха от инфлацията, за да потърсят други начини за разграбване на Вселената. Steinhardt, например, работи върху модела "big bounce", който изтласква още повече стартовия часовник, към по-ранен период на свиване, който изглажда пространството-времето и поставя основата за експлозивно разширяване. Той се надява, че преди много дълго време нови подписи, в допълнение към проблеми като липсата на първични гравитационни вълни, ще накарат космолозите да разкажат нова история за създаване. „Има ли други наблюдаеми функции, които да търсите?“ Steinhardt каза: "Попитайте ме отново след няколко години и се надявам да имам отговор."
Допълнителен ресурси:
