Ze wszystkich omawianych koncepcji i tematów, Wielki Wybuch jest koncepcją najbardziej kontrowersyjną. Oczywiście jest to dość stara teoria naukowa, obecna od lat czterdziestych XX wieku, a od lat sześćdziesiątych istnieją niezliczone dowody na jej poparcie. Pomysł jest prosty: wszechświat miał początek. To były jej urodziny. Był dzień, w którym nie było „wczoraj”, kiedy materia, promieniowanie i rozszerzający się, ochładzający się Wszechświat, o którym wiemy, nie istniały do pewnego momentu. A jednak jesteśmy tutaj. Co powoduje lawinę pytań w każdym dociekliwym umyśle. Jeden z naszych czytelników ma taki właśnie umysł i chce wiedzieć: czy istnieją teorie lub eksperymenty, które mogą obliczyć i udowodnić nasze położenie w przestrzeni w stosunku do punktu Wielkiego Wybuchu? Myślę, że skoro nasze możliwości obserwacyjne są bardzo ograniczone pod względem lokalizacji naszej planety,nie będzie łatwo określić krzywiznę przestrzeni. Dlaczego uważamy, że Wielki Wybuch miał miejsce w jakimś punkcie trójwymiarowej przestrzeni? Dlaczego uważamy, że wszechświat jest kulą?
To są bardzo dobre pytania i wszystkie pokazują powszechne rozumienie wszechświata przez ludzi. Ale czy te poglądy są prawidłowe?
Często myślimy, że Wielki Wybuch był prawdziwą eksplozją. A wszechświat naprawdę przypominał ogromną, energiczną i rozszerzającą się kulę ognia w jej najwcześniejszych stadiach.
Wypełniony był różnego rodzaju cząsteczkami i antycząstkami, a także promieniowaniem. Wszystko to rozszerzyło się i wszystkie cząstki, antycząstki i kwanty promieniowania oddalały się od siebie. Wszystko to ostygło i zwolniło w miarę rozszerzania się.
To naprawdę brzmi jak eksplozja. W rzeczywistości, gdybyś mógł zostać przeniesiony w te pierwsze chwile i w jakiś sposób chroniony przed całą tą energią, byłby nawet dźwięk, który możesz usłyszeć dzięki poniższemu wideo:
Nie bez powodu używam słowa „ekspansja” zamiast „eksplozji”, kiedy opisuję to zjawisko. Eksplozja to coś, co dzieje się w jednym punkcie w przestrzeni, z którego wyrzucane są szczątki. Supernowa to eksplozja; wybuch promieni gamma to eksplozja; detonacja bomby to eksplozja; granat to eksplozja.
Ale Big Bang to nie eksplozja [w języku angielskim Big Bang, Big Bang, dosłownie oznacza „Big Bang” - ok. tłum.]. Kiedy mówimy o „gorącym Wielkim Wybuchu”, mamy na myśli pierwszy moment, w którym Wszechświat można opisać jako stan zawierający cząstki, antycząstki i promieniowanie. Od tego momentu Wszechświat zaczął się rozszerzać i ochładzać zgodnie z prawami ogólnej teorii względności, a my podążaliśmy drogą niszczenia antymaterii, powstawania jąder atomowych i atomów obojętnych, a co za tym idzie gwiazd, galaktyk i wielkoskalowych struktur widocznych dzisiaj. Kluczem do pierwszego pytania jest dokładne zrozumienie, co wszechświat robił w tym momencie: w chwili, którą możemy opisać po raz pierwszy, w oparciu o tę platformę gorącego Wielkiego Wybuchu.
Film promocyjny:
O ile nam wiadomo, nie było określonego punktu wyjścia. Nie było „źródła”, z którego powstał wszechświat. Wszystkie dowody wskazują na sprzeczny z intuicją, ale nie mniej prawdziwy wniosek: Wielki Wybuch miał miejsce wszędzie w tym samym czasie. Jest na to wiele dowodów, a sam Wszechświat nam je przekazuje. Wszechświat, sądząc po wielkoskalowych strukturach, gromadach galaktyk, wyglądzie poświaty Wielkiego Wybuchu, średniej gęstości części przestrzeni o wielkości kilkuset milionów lat świetlnych itd., Daje nam dwa ważne obserwowalne fakty. Jego właściwości są wszędzie takie same i wygląda tak samo we wszystkich kierunkach. Fizycznie rzecz biorąc, wszechświat jest jednorodny i izotropowy.
Takich cech wszechświata nie można uzyskać w okresie eksplozji. Podczas eksplozji najszybciej poruszające się fragmenty są najbardziej odległe, ale także najbardziej rozproszone w przestrzeni. Im większa odległość, tym mniej galaktyk powinno być na jednostkę objętości - ale tak nie jest we Wszechświecie. W przypadku wybuchu byłoby możliwe jednoznaczne wskazanie jej punktu początkowego. Wszechświat działa w taki sposób, że ten punkt znajdowałby się zaledwie kilka milionów lat świetlnych od Drogi Mlecznej, na granicy grupy lokalnej. Statystycznie szanse na osiągnięcie takiego punktu, biorąc pod uwagę obecność ponad 170 miliardów galaktyk we Wszechświecie, są 100 razy większe niż wygrana w loterii Powerball lub Mega Millions.
Fakt, że wszechświat jest jednorodny i izotropowy, sugeruje, że Wielki Wybuch wydarzył się w tym samym momencie, około 13,8 miliarda lat temu, i jest taki sam we wszystkich miejscach. Ale nie możemy go zobaczyć we wszystkich miejscach. Widzimy go tylko tam, gdzie jesteśmy. Nasza opinia jest ograniczona. Dlatego często można znaleźć takie ilustracje: jak widzimy nasz Wszechświat z naszego punktu, z nami w centrum.
Ale to nie znaczy, że wszechświat jest kulą! Możemy właściwie zmierzyć kształt wszechświata i nałożyć na niego pewne ograniczenia. Jeśli wyjdziesz na zewnątrz i wyślesz swoich dwóch przyjaciół w dwóch różnych kierunkach, aby się widzieć, wasza trójka utworzy trójkąt. Każdy z was będzie w stanie zmierzyć kąt pozorny między dwoma pozostałymi. Następnie możesz dodać te kąty i otrzymasz 180º - to jest suma kątów trójkąta.
Dowolny trójkąt w płaskiej przestrzeni.
Ale przestrzeń nie musi być płaska! Może mieć ujemną krzywiznę, podobnie jak powierzchnia siodełka, gdy suma kątów jest mniejsza niż 180º. Może być zakrzywiona dodatnio, jak powierzchnia kuli, gdy suma kątów jest większa niż 180º. Jeśli staniesz na równiku w Ameryce Południowej, jeden z twoich przyjaciół stoi na równiku w Afryce, a drugi na biegunie północnym, przekonasz się, że różnica kątów będzie duża. Suma kątów będzie bliższa 270º niż 180º. Nie mamy przyjaciół w kosmosie, ale mamy coś równie dobrego: wahania promieniowania tła. W zależności od krzywizny przestrzeni powinny wyglądać zupełnie inaczej.
Zrobiliśmy obserwacje i odkryliśmy coś niesamowitego: Wszechświat, o ile nam wiadomo, jest płaski. Bardzo, bardzo płasko. Najnowsze dane z eksperymentów Plancka i Sloan Digital Sky Survey sugerują, że jeśli Wszechświat jest zakrzywiony - dodatnio lub ujemnie - jest to zauważalne w skali co najmniej 400 większej niż obserwowana część Wszechświata. I możemy zobaczyć jego część o średnicy 92 miliardy lat świetlnych.
Tak więc Wielki Wybuch miał miejsce wszędzie jednocześnie, 13,8 miliarda lat temu, a nasz wszechświat jest przestrzennie płaski według naszych najlepszych pomiarów. W pewnym momencie Wielki Wybuch nie nastąpił i możemy to ocenić na podstawie ekstremalnej izotropii i jednorodności wszechświata. Te właściwości są tak dokładne, że kiedy natrafimy na niejednorodność z odchyleniem 0,01% średniej, już myślimy, że coś jest nie tak. Więc jeśli twierdzisz, że Wielki Wybuch wydarzył się dokładnie tam, gdzie jesteś, i stoisz w samym centrum wszystkiego, co się dzieje, nikt nie będzie ci sprzeciwiał się. Po prostu wszystko i wszystko w całym Wszechświecie może powiedzieć o sobie to samo.
