Τι ήταν πριν το Big Bang; Όλα όσα πρέπει να ξέρετε

Ποια είναι τα στοιχεία για μια Μεγάλη Έκρηξη;

Το Σύμπαν δεν υπήρξε για πάντα. Γεννήθηκε. Πριν από περίπου 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια, η ύλη, η ενέργεια, ο χώρος - και ο χρόνος - εξερράγησαν σε μια βολίδα που ονομάζεται Big Bang. Επεκτάθηκε και, από τα ψυκτικά συντρίμμια, σχημάτισαν γαλαξίες - νησιά αστεριών από τα οποία ο Γαλαξίας μας είναι ένα μεταξύ περίπου δύο τρισεκατομμυρίων. Αυτή είναι η θεωρία του Big Bang.

Ένα σύμπαν που δημιουργείται από το τίποτα είναι τόσο ενοχλητικό που οι επιστήμονες έπρεπε να παρασυρθούν κλωτσώντας και ουρλιάζοντας στην ιδέα. Όμως τα στοιχεία είναι πειστικά. Οι γαλαξίες πετούν χώρια σαν κομμάτια από κοσμικά σκάγια. Και η ζέστη της Μεγάλης Έκρηξης είναι ακόμα γύρω μας. Ψύχεται πολύ από την κοσμική διαστολή, αυτή η «μετά λάμψη» δεν εμφανίζεται ως ορατό φως αλλά κυρίως ως ακτινοβολία μικροκυμάτων – η «κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου», η οποία ανακαλύφθηκε από αστρονόμους ραδιοφώνου το 1965.

Πού έγινε η Μεγάλη Έκρηξη;

Όταν ένα ραβδί δυναμίτη εκρήγνυται, η έκρηξη συμβαίνει σε ένα μέρος και σκάγια πετούν στο κενό. Στη Μεγάλη Έκρηξη, δεν υπήρχε κέντρο και προϋπάρχον κενό, επομένως δεν συνέβη σε καμία «θέση». Το ίδιο το διάστημα εμφανίστηκε και άρχισε να επεκτείνεται παντού ταυτόχρονα.

Τα βιβλία αστρονομίας συχνά παρομοιάζουν το Σύμπαν με μια τούρτα που ανεβαίνει, με τις σταφίδες να αντιπροσωπεύουν τους γαλαξίες. Καθώς το κέικ μεγαλώνει, οι σταφίδες απομακρύνονται η μία από την άλλη, χωρίς κέντρο επέκτασης – ακριβώς όπως το Big Bang. Αλλά φυσικά, μια τούρτα έχει μια άκρη, σε αντίθεση με το Σύμπαν, που μπορεί να συνεχιστεί για πάντα. Καμία αναλογία δεν είναι τέλεια!

Ήταν το Big Bang μια μοναδική;

Στην αρχή της Μεγάλης Έκρηξης υπήρχε το πληθωριστικό κενό. Όταν διπλασίασε τον όγκο του, διπλασίασε την ενέργειά του. όταν τριπλασίαζε τον όγκο του, τριπλασίαζε την ενέργειά του. Αν τα τραπεζογραμμάτια ήταν έτσι και ξεχώριζες μια στοίβα, θα εμφανίζονταν όλο και περισσότερα. Οι φυσικοί αποκαλούν τον πληθωρισμό το «απόλυτο δωρεάν γεύμα»!

Το πληθωριστικό κενό διευρύνθηκε όλο και πιο γρήγορα. Αλλά ήταν ένα «κβαντικό» πράγμα. Και τα κβαντικά πράγματα είναι βασικά απρόβλεπτα. Τυχαία, σε όλο το πληθωριστικό κενό, μέρη του «διασπάστηκαν» σε συνηθισμένο, καθημερινό κενό.

Σκεφτείτε μικροσκοπικές φυσαλίδες που σχηματίζονται σε έναν απέραντο ωκεανό. Σε κάθε φούσκα, το πληθωριστικό κενό εξαφανιζόταν, αλλά η τεράστια ενέργειά του έπρεπε να πάει κάπου. Προχώρησε στη δημιουργία ύλης και στη θέρμανση της. Προχώρησε στη δημιουργία ενός Big Bang. Το Σύμπαν μας του Big Bang είναι απλώς μια τέτοια φούσκα ανάμεσα σε ένα πιθανό άπειρο από άλλα σύμπαντα του Big Bang στο διαρκώς διευρυνόμενο πληθωριστικό κενό!

Για να ξεκινήσουν όλα αυτά, χρειαζόταν ένα κομμάτι πληθωριστικού κενού μόνο ενός κιλού. Απίστευτα, οι νόμοι της κβαντικής θεωρίας επιτρέπουν σε αυτό να εμφανιστεί από το τίποτα.

Ποια είναι τα προβλήματα με τη θεωρία του Big Bang;

Η βασική ιδέα – ότι το Σύμπαν άρχισε να είναι ζεστό και πυκνό και από τότε διαστέλλεται και ψύχεται – είναι αδιαμφισβήτητη. Αλλά οι κοσμολόγοι χρειάστηκε να κάνουν τροποποιήσεις στη θεωρία, για να εξηγήσουν ορισμένες παρατηρήσεις.

Πρώτον, στο τυπικό μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης, οι γαλαξίες αναπτύσσονται τραβώντας βαρυτικά την ύλη. Αλλά αν αυτό ήταν το μόνο πράγμα που συνέβαινε, θα χρειαζόταν πολύ περισσότερο από 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστούν. Οι αστρονόμοι το διορθώνουν υποθέτοντας ότι τα ορατά αστέρια και οι γαλαξίες αντισταθμίζονται κατά έξι φορές από την αόρατη «σκοτεινή ύλη», η πρόσθετη βαρύτητα της οποίας επιταχύνει το σχηματισμό γαλαξιών.

Δεύτερον, η βασική Μεγάλη Έκρηξη προβλέπει ότι η βαρυτική έλξη μεταξύ των γαλαξιών λειτουργεί σαν ένας ιστός ελαστικής, επιβραδυνόμενης κοσμικής διαστολής. Ωστόσο, το 1998, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται. Αυτό το διορθώνουν υποθέτοντας την ύπαρξη «σκοτεινής ενέργειας», η οποία είναι αόρατη, γεμίζει χώρο και έχει απωστική βαρύτητα.

Χρειάζεται μια τελευταία προσαρμογή στη βασική θεωρία για να εξηγηθεί γιατί το Σύμπαν έχει την ίδια θερμοκρασία παντού. Για να εξηγηθεί αυτό, οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το Σύμπαν ήταν νωρίς μικρότερο από το αναμενόμενο και στη συνέχεια υπέστη μια εξαιρετικά γρήγορη διαστολή στο πρώτο κλάσμα του δευτερολέπτου - έναν «πληθωρισμό». Αυτό οφείλεται σε ένα «πληθωριστικό κενό», μια έκδοση υψηλής ενέργειας του κενού που υπάρχει σήμερα στο διάστημα.

Διαβάστε περισσότερα για το Big Bang:

• Αν κατασκευάζαμε ένα αρκετά ισχυρό τηλεσκόπιο, θα μπορούσαμε θεωρητικά να δούμε το φως από τη Μεγάλη Έκρηξη;
• Τι θα γινόταν αν η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν η αρχή;
• Ποιος ανακάλυψε πραγματικά τη ζέστη από τη Μεγάλη Έκρηξη;

Τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη;

Οι δίδυμοι πυλώνες της σύγχρονης φυσικής είναι η Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν και η κβαντική θεωρία. Το πρώτο κυριαρχεί στο σύμπαν μεγάλης κλίμακας, ενώ το δεύτερο ενορχηστρώνει τον μικρής κλίμακας κόσμο των ατόμων και των συστατικών τους. Αντιστάθηκαν σε μια συγχώνευση, η οποία είναι ένα πρόβλημα επειδή, στη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν ήταν μικρό.

Για να κατανοήσουμε πώς προέκυψε, είναι απαραίτητο να ενώσουμε τη θεωρία του Αϊνστάιν με την κβαντική θεωρία. Ο καλύτερος υποψήφιος είναι η «θεωρία χορδών», η οποία βλέπει τα βασικά δομικά στοιχεία της πραγματικότητας ως μικροσκοπικές χορδές ενέργειας μάζας που δονούνται σε 10-διάστατο χωροχρόνο. Μόνο αν αποκτήσουμε μια τέτοια θεωρία θα μπορέσουμε να απαντήσουμε στα τελικά ερωτήματα:Τι είναι ο χώρος; Τι είναι ώρα? Τι είναι το Σύμπαν; Και από πού προήλθε;