vytvoření vesmíru, jak ho známe dnes, trvalo o něco více než sedm dní. SPACE.com vypadá na tajemství nebes v náš seriál: Historie & Budoucnost Vesmíru. Toto je Část 5 v této sérii.

náš vesmír se narodil asi před 13,7 miliardami let v masivní expanzi, která vyhodila prostor do vzduchu jako obrovský balón.

to je ve zkratce Teorie velkého třesku, kterou podporují prakticky všichni kosmologové a teoretičtí fyzici. Důkazy podporující tuto myšlenku jsou rozsáhlé a přesvědčivé. Víme například, že vesmír se stále rozšiřuje i nyní, stále se zrychlujícím tempem.

Vědci také objevili předpovídal, termální otisk Velkého Třesku, vesmír prostupuje mikrovlnné záření vesmírného pozadí. A nevidíme žádné objekty zřejmě starší než 13,7 miliardy let, což naznačuje, že náš vesmír vznikl v té době.

„všechny tyto věci kladou velký třesk na extrémně pevný základ,“ řekl astrofyzik Alex Filippenko z Kalifornské univerzity v Berkeley. „Velký třesk je nesmírně úspěšná teorie.“

co nás tato teorie učí? Co se skutečně stalo při zrodu našeho vesmíru a jak to mělo podobu, kterou pozorujeme dnes?

Na začátku

Tradiční teorie Velkého Třesku předpokládá, že náš vesmír začal s singularita — bod nekonečné hustoty a teploty, jejichž povaha je obtížné pro naši mysl pochopit. To však nemusí přesně odrážet realitu, říkají vědci, protože myšlenka singularity je založena na Einsteinově teorii obecné relativity.

„problém je v tom, že není vůbec žádný důvod věřit obecné relativitě v tomto režimu,“ řekl Sean Carroll, teoretický fyzik v Caltechu. „Bude to špatné, protože nebere v úvahu kvantovou mechaniku. A kvantová mechanika bude jistě důležitá, jakmile se dostanete na toto místo v historii vesmíru.“

takže samotný začátek vesmíru zůstává docela kalný. Vědci si myslí, že mohou vyzvednout příběh asi 10 na minus 36 sekundy — jedna triliontina triliontiny triliontiny sekundy — po Velkém třesku.

V tomto bodě, oni věří, že vesmír prošel extrémně krátké a dramatické období inflace, rozpíná rychleji než je rychlost světla. To zdvojnásobil ve velikosti možná 100 krát nebo více, to vše v rozpětí několika drobných zlomků sekundy.

(zdá se, že inflace porušuje teorii speciální relativity, ale není tomu tak, říkají vědci. Speciální relativita tvrdí, že žádná informace nebo hmota nemůže být přenášena mezi dvěma body v prostoru rychleji než rychlost světla. Inflace však byla expanzí samotného prostoru.)

„inflace byla“ třeskem „velkého třesku,“ řekl Filippenko SPACE.com “ před inflací, tam byl jen trochu věcí, dost možná, rozšiřuje jen trochu. Potřebovali jsme něco jako inflaci, aby se vesmír zvětšil.“

Tento rychle se rozšiřující vesmír byl skoro prázdný hmoty, ale to kryl obrovské množství temné energie, teorie jde. Temná energie je tajemná síla, o které si vědci myslí, že řídí současnou zrychlující se expanzi vesmíru.

během inflace způsobila temná energie vyhlazení a zrychlení vesmíru. Ale nezůstalo to dlouho.

„byla to jen dočasná temná energie,“ řekl Carroll SPACE.com, „přeměnil se na obyčejnou hmotu a záření procesem zvaným ohřívání. Vesmír přešel z chladu během inflace na to, že byl znovu horký, když veškerá temná energie zmizela.“

vědci nevědí, co mohlo podnítit inflaci. To zůstává jednou z klíčových otázek v kosmologii velkého třesku, řekl Filippenko.

Další nápad,

Většina kosmologů ohledem na inflaci jako vedoucí teorie pro vysvětlení vesmíru vlastnosti — konkrétně, proč je relativně plochý a homogenní, s zhruba stejné množství věcí rozprostřeny rovnoměrně ve všech směrech.

různé linie důkazů poukazují na to, že inflace je realitou, řekl teoretický fyzik Andy Albrecht z Kalifornské univerzity v Davisu.

„všichni spolu pěkně visí s inflačním obrazem,“ řekl Albrecht, jeden z architektů inflační teorie. „Inflace si vedla neuvěřitelně dobře.“

inflace však není jedinou myšlenkou, která se snaží vysvětlit strukturu vesmíru. Teoretici přišli s dalším, nazývaným cyklický model, který je založen na dřívějším konceptu zvaném ekpyrotický vesmír.

tato myšlenka si myslí, že náš vesmír nevznikl z jediného bodu, nebo něco podobného. Spíše se“ odrazila “ do expanze-mnohem klidnějším tempem, než předpovídá teorie inflace-z již existujícího vesmíru, který se stahoval. Pokud je tato teorie správná, náš vesmír pravděpodobně prošel nekonečnou řadou „třesků“ a „drtí“.“

“ začátek našeho vesmíru by byl pěkný a konečný,“ řekl Burt Ovrut z University of Pennsylvania, jeden z původců ekpyrotické teorie.

cyklický model předpokládá, že náš vesmír se skládá z 11 dimenzí, z nichž pouze čtyři můžeme pozorovat(tři prostoru a jeden času). Naše čtyřrozměrná část vesmíru se nazývá brane (zkratka pro membránu).

v 11-dimenzionálním prostoru by mohly číhat další větve, myšlenka jde. Kolize mezi dvěma bránami mohl vytrženi vesmíru od kontrakce na expanzi urychlovat Velkého Třesku jsme svědky dnes.

při hledání gravitačních vln

vědci mohou brzy vědět, která teorie-inflace nebo cyklický model — je lepší reprezentací reality.

například inflace by pravděpodobně způsobila mnohem silnější gravitační vlny než ekpyrotický „odraz“, řekl Filippenko. Vědci tedy hledají jakékoli známky těchto teoretických deformací časoprostoru, které ještě nebyly pozorovány.

satelit Planck Evropské kosmické agentury, který odstartoval v roce 2009, může najít nepolapitelné gravitační vlny. Může také shromáždit další důkazy, které by mohly naklonit váhy v obou směrech, řekl Ovrut.

„to jsou věci, o kterých se v příštích 10 letech bude diskutovat a snad se rozhodne,“ řekl Ovrut SPACE.com.

vesmíru víme, že má tvar

Kosmologové mají podezření, že čtyři síly, které vládnou vesmíru — gravitace, elektromagnetismus a slabé a silné jaderné síly — byly sjednoceny do jediné síly ve vesmíru narození, zmáčknutý spolu, protože extrémní teploty a hustoty podílí.

ale věci se změnily, jak se vesmír rozpínal a ochlazoval. V době inflace se silná síla pravděpodobně oddělila. A asi o 10 biliontin sekundy po Velkém třesku se elektromagnetické a slabé síly také odlišily.

těsně po inflaci byl vesmír pravděpodobně naplněn horkou hustou plazmou. Ale asi o 1 mikrosekundu (10 až minus 6 sekund) se dostatečně ochladilo, aby umožnilo vytvoření prvních protonů a neutronů, myslí si vědci.

V prvních třech minutách po Velkém Třesku, tyto protony a neutrony začaly spojují dohromady, tvoří deuterium (také známý jako těžký vodík). Atomy deuteria se pak navzájem spojily a vytvořily helium-4.

Rekombinace: vesmír se stává průhledným

Tyto nově vytvořené atomy byly všechny kladně nabité, jako vesmír byl stále ještě příliš horký na prospěch zachycení elektronů.

ale to se změnilo asi 380 000 let po Velkém třesku. V epoše známé jako rekombinace, vodíkové a heliové ionty začaly zachycovat elektrony, tvořit elektricky neutrální atomy. Světlo výrazně rozptyluje volné elektrony a protony, ale mnohem méně od neutrálních atomů. Takže fotony byly nyní mnohem volnější k plavbě vesmírem.

rekombinace dramaticky změnila vzhled vesmíru; byla to neprůhledná mlha a nyní se stala průhlednou. Kosmické mikrovlnné záření pozadí, které dnes pozorujeme, pochází z této éry.

Ale stále, vesmíru byla docela tma a na dlouhou dobu poté, rekombinace, jen opravdu rozsvítí, když první hvězdy začaly svítí asi 300 milionů let po Velkém Třesku. Pomohli odčinit hodně z toho, co rekombinace dosáhla. Těchto prvních hvězd — a možná i některé další tajemství zdrojů — shodil dost záření rozdělit většina vesmíru je vodík zpět na jednotlivé protony a elektrony.

zdá se, že tento proces, známý jako reionizace, běžel asi 1 miliardu let po Velkém třesku. Vesmír dnes není neprůhledný, jako tomu bylo před rekombinací, protože se tolik rozšířil. Hmota vesmíru je velmi zředěná a interakce rozptylu fotonů jsou tak podle vědců relativně vzácné.

v průběhu času se hvězdy gravitovaly dohromady a vytvářely galaxie, což vedlo k stále větší struktuře ve vesmíru. Planety se spojily kolem některých nově se tvořících hvězd, včetně našeho vlastního slunce. A před 3, 8 miliardami let se na Zemi zakořenil život.

Před Velkým Třeskem?

Zatímco mnoho o vesmíru, prvních pár chvil zůstává spekulativní otázka, co předcházelo velkému Třesku je ještě záhadnější a těžko řešit.

pro začátek může být samotná otázka nesmyslná. Pokud vesmír pochází z ničeho, jak někteří teoretici věří, Velký třesk označuje okamžik, kdy začal samotný čas. V takovém případě by nic takového jako „předtím“ neexistovalo, “ řekl Carroll.

ale některé představy o zrození vesmíru mohou navrhnout možné odpovědi. Cyklický model například naznačuje, že smluvní vesmír předcházel našemu rozpínajícímu se vesmíru. Carroll, také, si dokáže představit něco existujícího před Velkým třeskem.

„mohl by to být jen prázdný prostor, který existoval před naším velkým třeskem, pak nějaká kvantová fluktuace porodila vesmír, jako je ten náš,“ řekl. „Můžete si to představit trochu jako bublina prostoru odstřihnout přes kolísání a je naplněn jen malou kapku energie, které pak mohou vyrůst do vesmíru, který vidíme prostřednictvím inflace.“

Filippenko také tuší, že něco takového může být pravda.

„myslím, že čas v našem vesmíru začal Velkým třeskem, ale myslím, že jsme byli fluktuací od předchůdce, mateřského vesmíru,“ řekl Filippenko.

dozvíme se to někdy?

kosmologové a fyzici usilovně pracují na zdokonalení svých teorií a přivedení nejranějších okamžiků vesmíru do ostřejšího a ostřejšího zaměření. Ale budou někdy opravdu vědět, co se stalo na Velkém třesku?

je to skličující výzva, zejména proto, že vědci pracují na 13,7 miliardy let. Ale nepočítejte vědu, řekl Carroll. Koneckonců, před 100 lety lidé o vesmíru pochopili jen velmi málo. Nevěděli jsme například o obecné relativitě nebo o kvantové mechanice. Nevěděli jsme, že se vesmír rozpíná, a nevěděli jsme o Velkém třesku.

„nyní víme všechny tyto věci,“ řekl Carroll. „Tempo pokroku je ve skutečnosti úžasně rychlé, takže bych se nikdy nevzdal pesimismu. V nedávné historii kosmologie a fyziky není důvod být pesimistický ohledně našich vyhlídek na pochopení velkého třesku.“

Albrecht vyjádřil podobný optimismus a řekl, že možná jednoho dne dokonce zjistíme, co, pokud vůbec, existovalo před Velkým třeskem.

„svou naději zakládám na skutečnosti, že kosmologie byla tak úspěšná,“ řekl SPACE.com, “ zdá se, že příroda nám poslala jasnou zprávu, že opravdu můžeme dělat vědu s vesmírem.“

můžete sledovat SPACE.com uživatel senior writer Mike Wall na Twitteru: @michaeldwall. Sledovat SPACE.com nejnovější zprávy o vesmírné vědě a průzkumu na Twitteru @Spacedotcom a Facebook.