Разумевање теорије великог праска

Теорија великог праска је доминантна теорија о пореклу универзума. У суштини, ова теорија каже да је универзум почео од почетне тачке или сингуларности, која се проширила током милијарди година, формирајући свемир какав сада знамо.

Године 1922. руски космолог и математичар по имену Александер Фриедман је пронашао таква решења Алберт Ајнштајнс општа релативност једначине поља резултирале су свемиром који се шири. Као верник у статички, вечни универзум, Ајнштајн је у своје једначине додао космолошку константу, „исправљајући“ ову „грешку“ и на тај начин елиминишући ширење. Касније би то назвао највећом грешком у свом животу.

Заправо, већ су постојали опажајни докази у прилог растућем универзуму. 1912. амерички астроном Весто Слипхер посматрао је спиралну галаксију - која се у то време сматра „спиралном маглом“, јер астрономи још нису знали да постоје галаксије изван Млечни пут—И снимио је црвени помак, помицање помака извора свјетлости према црвеном крају свјетлосног спектра. Приметио је да све такве маглице путују са Земље. Ти су резултати у то време били прилично контроверзни и њихове пуне импликације нису разматране.

1924. астроном Едвин Хуббле успео је да измери удаљеност до ове „маглице“ и открио је да су толико далеко да заправо нису део Млечног пута. Открио је да је Млечни пут само једна од многих галаксија и да су ове "маглице" саме по себи галаксије.

1927. римокатолички свештеник и физичар Георгес Лемаитре самостално је израчунао Фриедманово решење и поново сугерисао да се свемир мора ширити. Ту теорију је подржао Хуббле када је 1929. године открио да постоји повезаност између удаљености галаксија и количине црвени помак у светлости те галаксије. Далеке галаксије су се удаљавале брже, што је управо оно што су и предвидјели Лемаитреова решења.

Године 1931. Лемаитре је кренуо даље са својим предвиђањима, екстраполирајући уназад време, откривши да ће материја свемира достићи бесконачну густину и температуру у одређено време у прошлости. То је значило да је свемир морао започети у невероватно малој, густој тачки материје, која се зове "праизводни атом".

Чињеница да је Лемаитре био римокатолички свештеник забрињавала је неке, док је износио теорију која је свемиру представила одређени тренутак "стварања". Током 1920-их и 1930-их, већина физичара - попут Ајнштајна - била је склона веровању да је универзум одувек постојао. У основи, многи људи су теорију великог праска сматрали превише религиозном.

Иако је неко време представљено неколико теорија, то је била само Фред Хоилеова теорија стабилног стања што је омогућило било какву стварну конкуренцију Лемаитреовој теорији. Иронично је да је Хоиле сковао фразу "Велики прасак" током радио емисије 1950-их, намеравајући то као подругљив израз за Лемаитреову теорију.

Теорија стабилног стања предвиђала је то ново материја створена је тако да су густина и температура универзума током времена остали стални, чак и док се свемир шири. Хојл је такође предвидио да ће се хидрогеном и хелијумом током процеса формирати гушћи елементи звјездана нуклеосинтеза, која се за разлику од теорије устаљеног стања показала тачном.

Георге Гамов - један од Фриедманових ученика - био је главни заговорник теорије великог праска. Заједно с колегама Ралпхом Алпхером и Робертом Херманом предвидио је космичку микроталасну позадину (ЦМБ) зрачење, то је зрачење које би требало да постоји у свемиру као остатак Великог Прасак. Како су се атоми почели формирати током рекомбинација, дозволили су микроталасном зрачењу (облик светлости) да путује кроз свемир, а Гамов је предвидио да ће то микроталасно зрачење и данас би било посматрано.

Расправа се наставила до 1965. када су Арно Пензиас и Роберт Воодров Вилсон наишли на ЦМБ док су радили у Белл Телепхоне Лабораториес. Њихов Дицке радиометар, који се користи за радио астрономију и сателитску комуникацију, покупио је температуру од 3,5 К (што је у складу с предвиђањем Алпхера и Хермана од 5 К).

Током касних 1960-их и раних 1970-их неки заговорници физике у стабилном стању покушавали су да објасне овај налаз док су још били негирајући теорију великог праска, али до краја деценије било је јасно да ЦМБ зрачење нема друге веродостојне објашњење. Пензиас и Вилсон добили су 1978. Нобелову награду за физику за ово откриће.

Међутим, остала је забринутост у вези са теоријом великог праска. Један од њих био је проблем хомогености. Научници су питали: Зашто свемир изгледа идентично, у погледу енергије, без обзира у ком правцу изгледа? Теорија великог праска не даје времену раном свемиру да достигне топлотна равнотежа, тако да би у универзуму морале постојати разлике у енергији.

1980. године амерички физичар Алан Гутх службено је предложио теорија инфлације да реши овај и друге проблеме. Ова теорија каже да је у првим тренуцима после Великог праска дошло до изузетно брзог ширења свемирских силаца, покрећених "вакуум енергијом негативног притиска" (која може бити на неки начин повезан са тренутним теоријама тамна енергија). Алтернативно, инфлаторне теорије, сличне у концепту, али с нешто другачијим детаљима, изнијели су и други годинама.

Вилсонов програм микроталасне анизотропне сонде (ВМАП) од стране НАСА-е, започет 2001. године, пружио је доказе који снажно подржавају период инфлације у раном свемиру. Овај доказ је посебно јак у трогодишњим подацима објављеним 2006. године, мада и даље постоје неке мање недоследности са теоријом. Нобелову награду за физику за 2006. годину добио је Јохн Ц. Матхер и Георге Смоот, два кључна радника на ВМАП пројекту.

Док теорија Великог праска прихвата огромна већина физичара, постоје још нека мања питања у вези с тим. Најважније су, међутим, питања на која теорија не може чак ни да одговори:

• Шта је постојало пре Великог праска?
• Шта је проузроковало Велики прасак?
• Да ли је наш универзум једини?

Одговори на ова питања можда и постоје изван оквира физике, али су ипак фасцинантни и одговори попут мултиверсе хипотеза пружа интригантно подручје спекулација и за научнике и за научнике.

Када је Лемаитре првобитно предложио своје опажање о раном универзуму, назвао је ово рано стање универзума првобитним атомом. Годинама касније, Георге Гамов би применио име илем за то. Назвали су га и примордијалним атомом или чак космичким јајетом.