Teoria Big Bang reprezintă cele mai bune încercări ale cosmologilor de a reconstrui povestea universului de 14 miliarde de ani, bazată pe zvelta existenței vizibile astăzi.
Diferite persoane folosesc termenul „Big Bang” în moduri diferite. În general, ilustrează arcul universului observabil, deoarece acesta s-a subțiat și s-a răcit dintr-o stare inițial densă și fierbinte. Această descriere se rezumă la ideea că cosmosul se extinde, un principiu larg analog supraviețuirii celei mai potrivite în biologie pe care puțini ar considera discutabile.
Mai exact, Big Bang-ul se poate referi și la nașterea universului observabil în sine - momentul în care ceva s-a schimbat, începând evenimentele care au dus astăzi. Cosmologii au argumentat zeci de ani despre detaliile acelei fracțiuni de secundă, iar discuția continuă și astăzi.
Teoria clasică Big Bang
Pentru cea mai mare parte a istoriei umane, observatorii cerului au asumat-o eternă și neschimbătoare. Edwin Hubble a tratat această poveste o lovitură experimentală în anii 1920, când observațiile sale au arătat atât că galaxiile din afara Căii Lactee au existat, cât și că lumina lor a apărut întinsă - semn că se repezeau de pe Pământ.
George Lemaître, un fizician belgian contemporan, a interpretat datele de la Hubble și alții ca dovadă a unui univers în expansiune, o posibilitate permisă de ecuațiile de teren ale relativității generale ale lui Einstein. Gândind înapoi, Lemaître a dedus că galaxiile de separare de astăzi trebuie să fi început împreună în ceea ce el a numit „atomul primordial”.
Prima utilizare publică a termenului modern pentru ideea lui Lemaître a provenit de fapt de la un critic - astronomul englez Fred Hoyle. La 28 martie 1949, Hoyle a inventat fraza în timpul apărării teoriei sale preferate despre un univers etern care a creat materie pentru a anula diluarea expansiunii. Hoyle a spus că ideea că „toată materia universului a fost creată într-un singur big bang la un moment dat în trecutul îndepărtat”, era irațională. În interviurile ulterioare, Hoyle a negat să inventeze în mod intenționat un nume calomnios, dar monikerul s-a blocat, mult până la frustrarea unora.
„Big Bang-ul este un termen cu adevărat rău”, a spus Paul Steinhardt, un cosmolog la Princeton. „The Big Stretch ar capta ideea corectă”. Imaginea mentală a unei explozii provoacă tot felul de confuzii, potrivit lui Steinhardt. Aceasta implică un punct central, o frontieră în expansiune și o scenă în care șrapelul ușor zboară mai repede decât bucățile mai grele. Dar un univers în expansiune nu arată în acest fel, a spus el. Nu există niciun centru, nici o margine, iar galaxiile mari și mici alunecă toate în același mod (deși galaxiile mai îndepărtate se îndepărtează mai repede sub influența cosmologică recentă a energiei întunecate).
Indiferent de numele său, teoria Big Bang a găsit o acceptare largă pentru capacitatea sa inegalabilă de a explica ceea ce vedem. Echilibrul luminii cu particule precum protonii și neutronii în primele 3 minute, de exemplu, lasă elementele timpurii să se formeze cu o viteză care prezice cantitățile actuale de heliu și alți atomi de lumină.
„A existat o fereastră mică în timp în care era posibil să se formeze nuclee”, a spus Glennys Farrar, cosmolog la Universitatea New York. „După aceea, universul a continuat să se extindă și nu s-au mai putut găsi între ei, și înainte să fie prea cald.”
O plasmă tulbure a umplut universul pentru următorii 378.000 de ani, până când răcirea ulterioară a lăsat electronii și protonii să formeze atomi de hidrogen neutru, iar ceața s-a limpezit. Lumina emisă în timpul acestui proces, care de atunci s-a întins în microunde, este cel mai timpuriu obiect de cercetare cunoscut poate studia direct. Cunoscut drept radiația cosmic cu microunde (CMB), mulți cercetători consideră că este cea mai puternică dovadă pentru Big Bang.
O actualizare explozivă
Dar, în timp ce cosmologii au împins mai departe în primele momente ale universului, povestea s-a dezvăluit. Ecuațiile relativității generale au sugerat o specie inițială de căldură și densitate nelimitate - o singularitate. Pe lângă faptul că nu are prea mult sens fizic, o origine singulară nu se potrivește cu CMB-ul neted și plat. Fluctuațiile formidabilei temperaturi și densității petei ar fi produs înălțări ale cerului cu proprietăți diferite, dar temperatura CMB variază doar cu o fracție de grad. Curbura spațiului-timp pare, de asemenea, destul de plană, ceea ce implică un echilibru inițial aproape perfect de materie și curbură pe care majoritatea cosmologilor le consideră improbabile.
Alan Guth a propus o nouă imagine a primei fracțiuni de secundă în anii '80, sugerând că universul și-a petrecut primele momente în creștere exponențial mai rapid decât în prezent. La un moment dat, acest proces s-a oprit, iar punerea frânelor a produs o mizerie densă și fierbinte (dar nu la infinit) de particule care ocupă locul singularității. "În mintea mea mă gândesc la asta ca la Big Bang, când universul s-a încălzit", a spus Farrar.
Teoria inflației, așa cum se numește, are acum o multitudine de modele concurente. Deși nimeni nu știa prea multe despre ce a făcut ca universul să se extindă atât de rapid, teoria a devenit populară pentru capacitatea sa de a explica CMB fără caracteristici aparent improbabile: Inflația a păstrat fluctuații minore (care s-au dezvoltat în grupurile galaxiei de astăzi), în timp ce le aplatizează pe cele majore. "Este o poveste foarte dulce", a spus Steinhardt, care a ajutat la dezvoltarea teoriei. „Este cea pe care o spunem copiilor noștri”.
Dincolo de inflație
Cercetări recente au introdus două riduri în narațiunea cosmică a inflației. Lucrările realizate de Steinhardt și alții sugerează că inflația s-ar fi oprit în unele regiuni (cum ar fi universul nostru observabil), dar a continuat în altele, producând o serie de teritorii separate cu „fiecare set de proprietăți cosmologice imaginabile”, după cum afirmă Steinhardt. Mulți fizicieni consideră că această imagine „multiversă” este dezastruoasă, pentru că face un număr infinit de predicții testabile.
Pe frontul experimental, cosmologii se așteaptă ca inflația ar fi trebuit să producă unde gravitaționale care se întind pe galaxie în CMB la fel cum a produs ușoare variații de temperatură și densitate. Experimentele actuale ar trebui să fie suficient de sensibile pentru a le găsi, însă primele ondulații în spațiu-timp nu au apărut (în ciuda unei alarme false în 2014).
Mulți cercetători așteaptă măsurători CMB mai precise care ar putea ucide sau valida numeroasele modele de inflație care încă mai rămân. Alți fizicieni, însă, nu văd deloc netezimea cosmosului ca o problemă - a început uniform și nu are nevoie de explicații.
În timp ce experimentații se străduiesc pentru noi niveluri de precizie, unii teoreticieni s-au abatut de la inflație pentru a căuta alte modalități de a stropi universul. Steinhardt, de exemplu, lucrează la un model de „mare saritura”, care împinge ceasul de plecare și mai departe, până la o perioadă de contracție anterioară care a netezit spațiul timpului și a pregătit scena pentru o expansiune explozivă. El speră că, înainte de prea mult timp, noi semnături, pe lângă probleme precum lipsa undelor gravitaționale primordiale, vor pune la cale cosmologii cu o nouă poveste de creație. "Trebuie să căutați alte caracteristici observabile?" Steinhardt a spus: „Întreabă-mă din nou peste câțiva ani și sper să am un răspuns”.
Adiţional resurse:
