Több mint hét napig tartott az univerzum létrehozása, ahogy ma ismerjük. SPACE.com A nyolcrészes sorozatunkban az ég titkait vizsgáljuk: a történelem & A kozmosz jövője. Ez a sorozat 5. része.

univerzumunk körülbelül 13, 7 milliárd évvel ezelőtt született egy hatalmas terjeszkedésben, amely felrobbant az űrben, mint egy gigantikus léggömb.

ez dióhéjban a Big Bang elmélet, amelyet gyakorlatilag minden kozmológus és elméleti fizikus támogat. Az ötletet alátámasztó bizonyítékok kiterjedtek és meggyőzőek. Tudjuk például, hogy az univerzum még most is bővül, egyre gyorsuló ütemben.

A tudósok felfedezték az Ősrobbanás, az univerzumot átható kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás előrejelzett termikus lenyomatát is. És nem látunk olyan tárgyat, amely nyilvánvalóan 13, 7 milliárd évnél idősebb lenne, ami arra utalna, hogy az univerzumunk abban az időben jött létre.

“mindezek a dolgok rendkívül szilárd alapokra helyezték az ősrobbanást” – mondta Alex Filippenko asztrofizikus, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem. “Az Ősrobbanás rendkívül sikeres elmélet.”

tehát mit tanít ez az elmélet? Mi történt valójában az univerzumunk születésekor, és hogyan alakult ki az a forma, amelyet ma megfigyelünk?

a kezdet

a hagyományos Big Bang elmélet azt állítja, hogy univerzumunk szingularitással kezdődött — egy végtelen sűrűségű és hőmérsékletű pont, amelynek természetét nehéz felfogni. Ez azonban nem pontosan tükrözi a valóságot, mondják a kutatók, mert a szingularitás ötlete Einstein általános relativitáselméletén alapul.

“a probléma az, hogy nincs okunk elhinni az Általános relativitást ebben a rendszerben” – mondta Sean Carroll, a Caltech elméleti fizikusa. “Rossz lesz, mert nem veszi figyelembe a kvantummechanikát. És a kvantummechanika minden bizonnyal fontos lesz, ha eljutsz arra a helyre az univerzum történetében.”

tehát az univerzum kezdete meglehetősen homályos marad. A tudósok úgy gondolják, hogy körülbelül 10 — ről mínusz 36 másodpercre tudják felvenni a történetet — egy milliárdnyi másodperc milliárdja-az ősrobbanás után.

Ezen a ponton, úgy vélik, az univerzum ment rendkívül rövid és drámai időszakban az infláció, bővülő gyorsabb, mint a fénysebesség. Ez megduplázódott mérete talán 100-szor vagy annál több, minden belül a span néhány apró frakciók a második.

(Az infláció úgy tűnik, hogy sérti a speciális relativitáselmélet elméletét, de a tudósok szerint nem ez a helyzet. A speciális relativitáselmélet szerint a fénysebességnél gyorsabb űrbeli két pont között semmilyen információ vagy anyag nem szállítható. De az infláció maga a tér bővítése volt.)

“Az infláció az Ősrobbanás” bumm “volt” – mondta Filippenko SPACE.com ” az infláció előtt csak egy kis dolog volt, valószínűleg csak egy kicsit bővült. Szükségünk volt valami inflációra, hogy az univerzum nagy legyen.”

Ez a gyorsan bővülő univerzum nagyjából üres volt az anyagtól, de hatalmas mennyiségű sötét energiát tartalmazott, az elmélet megy. A sötét energia az a titokzatos erő,amelyet a tudósok szerint az univerzum jelenlegi gyorsuló terjeszkedése vezet.

az infláció során a sötét energia elsimította és felgyorsította az univerzumot. De nem tartott sokáig.

“Ez csak átmeneti sötét energia volt” – mondta Carroll SPACE.com. ” ez átalakult közönséges anyag és sugárzás egy folyamat az úgynevezett melegítés. Az univerzum hideg volt az infláció alatt, hogy újra meleg legyen, amikor az összes sötét energia eltűnt.”

A tudósok nem tudják, mi ösztönözte az inflációt. Ez továbbra is az egyik legfontosabb kérdés a Big Bang kozmológiában-mondta Filippenko.

egy Másik ötlet,

a Legtöbb kozmológusok a tekintetben az infláció, mint a vezető elmélet magyarázza a világegyetem jellemzők — külön, ezért viszonylag sík, homogén, nagyjából azonos mennyiségű cucc terjed ki minden irányban egyformán.

a bizonyítékok különböző vonalai arra utalnak, hogy az infláció valósággá válik-mondta Andy Albrecht, a Davis-i Kaliforniai Egyetem elméleti fizikusa.

“mindannyian szépen együtt lógnak az inflációs képpel” – mondta Albrecht, az inflációs elmélet egyik építésze. “Az infláció hihetetlenül jól teljesített.”

azonban az infláció nem az egyetlen ötlet, amely megpróbálja megmagyarázni az univerzum szerkezetét. A teoretikusok egy másik, ciklikus modellnek nevezett modellt hoztak létre, amely egy korábbi koncepción alapul, az ekpirotikus univerzumnak.

Ez az elképzelés azt állítja, hogy univerzumunk nem egyetlen pontból, vagy bármi hasonlóból jött létre. Inkább” visszapattant ” a terjeszkedésbe — sokkal nyugodtabb ütemben, mint ahogy az inflációs elmélet jósolja — egy már létező univerzumból, amely összehúzódott. Ha ez az elmélet helyes, akkor az univerzumunk valószínűleg vég nélküli “frufru” és “ropogás” sorozaton ment keresztül.”

“univerzumunk kezdete szép és véges lett volna” – mondta Burt Ovrut, a Pennsylvaniai Egyetem, az ekpyrotikus elmélet egyik kezdeményezője.

a ciklikus modell azt állítja, hogy univerzumunk 11 dimenzióból áll, amelyek közül csak négyet tudunk megfigyelni (a térből három, az időből egy). Az univerzum négydimenziós részét brane-nek (a membrán rövidítése) nevezzük.

lehetnek más branes leselkedik ott 11 dimenziós térben, az ötlet megy. A két ág közötti ütközés megrázhatta volna az univerzumot a összehúzódástól a terjeszkedésig, ami a ma látható ősrobbanást váltotta ki.

gravitációs hullámokat keresve

hamarosan a tudósok biztosan tudják, hogy melyik elmélet — az infláció vagy a ciklikus modell — a valóság jobb ábrázolása.

például az infláció valószínűleg sokkal erősebb gravitációs hullámokat eredményez, mint egy ekpirotikus “ugrálás” – mondta Filippenko. Tehát a kutatók a téridő ezen elméleti torzulásainak jeleit keresik, amelyeket még nem figyeltek meg.

Az Európai Űrügynökség Planck műholdja, amely 2009-ben indult, megtalálhatja a megfoghatatlan gravitációs hullámokat. Más bizonyítékokat is gyűjthet, amelyek mindkét irányban megdönthetik a mérlegeket-mondta Ovrut.

“Ezek olyan dolgok, amelyek a következő 10 évben megvitatásra kerülnek, és remélhetőleg eldőlnek” – mondta Ovrut SPACE.com.

Az univerzum tudjuk ölt alakot,

Kozmológusok gyanítom, hogy a négy erők uralják a világegyetem — a gravitáció, az elektromágnesesség, a gyenge, illetve erős nukleáris erő — volt egységes egyetlen erő az univerzum születése, szétlapított együtt, mert a szélsőséges hőmérséklet, valamint sűrűségű benne.

de a dolgok megváltoztak, ahogy az univerzum kibővült és lehűlt. Az infláció idején az erős erő valószínűleg elkülönült. Az ősrobbanás után mintegy 10 milliárd másodperccel az elektromágneses és gyenge erők is elkülönültek.

közvetlenül az infláció után az univerzum valószínűleg forró, sűrű plazmával volt feltöltve. De körülbelül 1 mikroszekundummal (10-től a mínusz 6 másodpercig) elég lehűlt ahhoz, hogy az első protonok és neutronok kialakuljanak-gondolják a kutatók.

az Ősrobbanás utáni első három percben ezek a protonok és neutronok összeolvadtak, deutériumot képezve (más néven nehéz hidrogént). A deutérium atomok ezután összekapcsolódtak egymással, hélium-4-et képezve.

Rekombináció: A világegyetem áttetszővé válik,

Ezek az újonnan létrehozott atomok voltak pozitív töltésű, mint az univerzum még mindig túl meleg kedvez a rögzítés az elektronok.

de ez körülbelül 380 000 évvel az ősrobbanás után megváltozott. A rekombinációnak nevezett korszakban a hidrogén és a hélium ionok elkezdtek elektronokat ragadni, elektromosan semleges atomokat képezve. A fény szórja a szabad elektronokat és protonokat, de sokkal kevésbé semleges atomokat. Tehát a fotonok most sokkal szabadabbak voltak az univerzumban.

a rekombináció drámaian megváltoztatta az univerzum kinézetét; átlátszatlan köd volt, és most átlátszóvá vált. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás, amelyet ma megfigyelünk, ebből a korszakból származik.

de mégis, az univerzum hosszú ideig sötét volt a rekombináció után, csak igazán megvilágosodott, amikor az első csillagok körülbelül 300 millió évvel az ősrobbanás után kezdtek ragyogni. Sokat segítettek abban, hogy helyrehozzák azt, amit a rekombináció elért. Ezek a korai csillagok — talán valami más, titokzatos források — dobta le elég sugárzás osztott leginkább az univerzum hidrogén vissza az alkotó protonok, illetve az elektronok.

Ez a folyamat, az úgynevezett reionizáció, úgy tűnik, hogy körülbelül 1 milliárd évvel az ősrobbanás után futott. Az univerzum ma nem átlátszatlan, mint a rekombináció előtt, mert annyira kibővült. Az univerzum anyaga nagyon híg, így a foton szóró kölcsönhatások viszonylag ritkák-mondják a tudósok.

idővel a csillagok együtt gravitáltak, hogy galaxisokat képezzenek, ami egyre nagyobb léptékű struktúrát eredményez az univerzumban. A bolygók összeolvadtak néhány újonnan alkotó csillag körül, beleértve a saját napunkat is. 3,8 milliárd évvel ezelőtt az élet gyökeret vert a Földön.

Az ősrobbanás előtt?

bár az univerzum első néhány pillanata még mindig spekulatív, a kérdés, hogy mi előzte meg az ősrobbanást, még rejtélyesebb és nehezen kezelhető.

kezdőknek, maga a kérdés értelmetlen lehet. Ha az univerzum a semmiből származik, ahogy egyes teoretikusok hiszik, az Ősrobbanás jelzi azt a pillanatot, amikor maga az idő kezdődött. Ebben az esetben nem lenne olyan dolog, mint “korábban” – mondta Carroll.

de az univerzum születésének egyes fogalmai lehetséges válaszokat javasolhatnak. A ciklikus modell például azt sugallja, hogy egy összehúzódó univerzum megelőzte a tágulást. Carroll, is, el tudja képzelni valami létező előtt a Big Bang.

“lehet, hogy csak üres hely volt, amely létezett a Nagy Bumm előtt, majd néhány kvantum ingadozás olyan univerzumot hozott létre, mint a miénk” – mondta. “El lehet képzelni egy kis űrbuborékot, amely egy ingadozáson keresztül lecsúszik, és csak egy kis apró energiabuborékkal van tele, amely azután az univerzumba nőhet, amelyet az infláción keresztül látunk.”

Filippenko azt is gyanítja, hogy valami ezen a vonalon igaz lehet.

“azt hiszem, az univerzumunkban az idő az Ősrobbanással kezdődött, de azt hiszem, egy elődtől, egy anya univerzumtól ingadoztunk” – mondta Filippenko.

tudni fogjuk valaha?

A kozmológusok és a fizikusok keményen dolgoznak elméleteik finomításán, és az univerzum legkorábbi pillanatait élesebb és élesebb fókuszba helyezik. De vajon valaha is igazán tudják, mi történt az Ősrobbanásban?

Ez egy ijesztő kihívás, különösen azért, mert a kutatók egy 13, 7 milliárd éves eltávolításon dolgoznak. De ne számítsd ki a tudományt, mondta Carroll. Végül is, 100 évvel ezelőtt az emberek nagyon keveset értettek az univerzumról. Nem tudtunk például az Általános relativitásról vagy a kvantummechanikáról. Nem tudtuk, hogy az univerzum tágul, és nem tudtunk az Ősrobbanásról.

” most már tudjuk ezeket a dolgokat” – mondta Carroll. “A haladás üteme valójában meglepően gyors, így soha nem engednék a pesszimizmusnak. A kozmológia és a fizika közelmúltbeli történetében nincs ok arra, hogy pesszimisták legyünk az Ősrobbanás megértésének kilátásaival kapcsolatban.”

Albrecht hasonló optimizmusnak adott hangot, mondván, hogy egy nap még azt is kitalálhatjuk, hogy mi létezik, ha bármi is, az Ősrobbanás előtt.

“remélem, hogy a kozmológia olyan sikeres volt” – mondta SPACE.com. ” úgy tűnik, hogy a természet egyértelmű üzenetet küldött nekünk, hogy valóban meg tudjuk csinálni a tudományt az univerzummal.”

követheti SPACE.com vezető író Mike Wall a Twitteren: @ michaeldwall. Kövesse SPACE.com az űrkutatás és a felfedezés legfrissebb hírei a Twitteren @Spacedotcom és a Facebook oldalán.