Big Bang • James Trefil, Encyklopedia "Dwieście praw wszechświata"

Wielki wybuch

Astronomowie używają terminu "Wielki Wybuch" w dwóch powiązanych ze sobą kategoriach. Z jednej strony termin ten odnosi się do samego wydarzenia, które oznaczało narodziny wszechświata około 15 miliardów lat temu; z drugiej strony cały scenariusz jego rozwoju z późniejszą rozbudową i chłodzeniem.

Koncepcja Wielkiego Wybuchu pojawiła się wraz z odkryciem dokonanym w 1920 roku w Akcie Hubble'a. Prawo to opisuje, za pomocą prostej formuły, wyniki obserwacji, zgodnie z którymi widzialny Wszechświat rozszerza się, a galaktyki oddalają się od siebie. Nie jest więc trudne, aby mentalnie "przewrócić film" i wyobrażać sobie, że w początkowym momencie, miliardy lat temu, Wszechświat był w stanie superdencji. Ten obraz dynamiki Wszechświata potwierdzają dwa ważne fakty.

Kosmiczne tło mikrofalowe

W 1964 roku amerykańscy fizycy Arno Penzias i Robert Wilson odkryli, że Wszechświat jest wypełniony promieniowaniem elektromagnetycznym w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Kolejne pomiary wykazały, że jest to charakterystyczne klasyczne promieniowanie ciała doskonale czarnego, charakterystyczne dla obiektów o temperaturze około -270 ° C (3 K), czyli tylko o trzy stopnie powyżej zera absolutnego.

Prosta analogia pomoże ci zinterpretować ten wynik. Wyobraź sobie, że siedzisz przy kominku i patrzysz na żar. Gdy ogień płonie jasno, żar staje się żółty. Gdy płomień rozpada się, węgle blakną do pomarańczowego, a następnie ciemnoczerwonego. Kiedy ogień jest prawie wymarły, węgle przestają emitować widoczne promieniowanie, jednak przynosząc do nich rękę, poczujesz ciepło, co oznacza, że ​​węgle nadal emitują energię, ale w zakresie częstotliwości podczerwieni. Im zimniejszy obiekt, tym niższe emitowane przez niego częstotliwości i dłuższa długość fali (patrz Prawo Stefana-Boltzmanna). W rzeczywistości, Penzias i Wilson określili temperaturę "kosmicznych węgli" Wszechświata po ochłodzeniu przez 15 miliardów lat: jego promieniowanie tła mieściło się w zakresie mikrofalowych częstotliwości radiowych.

Historycznie to odkrycie z góry ustalało wybór na rzecz kosmologicznej teorii Wielkiego Wybuchu. Inne modele Wszechświata (na przykład teoria stacjonarnego Wszechświata) pozwalają nam wyjaśnić fakt ekspansji Wszechświata, ale nie obecność kosmicznego tła mikrofalowego.

Obfitość lekkich elementów

Wczesny wszechświat był bardzo gorący.Nawet jeśli protony i neutrony w kolizji byli zjednoczeni i tworzą cięższe jądra, a ich istnienie było nieważne, ponieważ jest to już kolejna kolizja z innym ciężkim i szybkim cząstek elementarnych jądra rozpada się ponownie komponentów. Okazuje się, że po Wielkim Wybuchu musiał iść około trzy minuty przed chłodzony wszechświat wystarczy energia zderzenia jest nieco złagodzona i cząstki elementarne zaczęły powstawać stabilne jądra. We wczesnej historii wszechświata jest oznaczony otwarcie okien okazję do tworzenia jąder lekkich pierwiastków. Wszystkie jądra utworzone w pierwszych trzech minutach nieuchronnie uległy rozkładowi; później zaczęły pojawiać się stabilne jądra.

Jest to jednak pierwotna formacja jąder (tzw nukleosynteza) na wczesnym etapie ekspansji wszechświata trwało bardzo krótko. Wkrótce po pierwszych trzech minutach cząstki rozproszone tak daleko od siebie, że kolizje między nimi stają się niezwykle rzadko i jest oznaczona zamykania okna syntezy jąder. W tym krótkim okresie BBN w wyniku kolizji z protonów i neutronów utworzonej deuteru (ciężkie izotopy wodoru z jednego protonu i jednejneutron w jądrze), hel-3 (dwa protony i neutron), hel-4 (dwa protony i dwa neutrony) oraz, w niewielkich ilościach, lit-7 (trzy protony i cztery neutrony). Wszystkie cięższe pierwiastki powstają później – podczas formowania się gwiazd (patrz Ewolucja gwiazd).

Teoria Wielkiego Wybuchu pozwala nam określić temperaturę wczesnego Wszechświata i częstotliwość zderzeń cząstek w nim. W konsekwencji możemy obliczyć stosunek liczby różnych jąder pierwiastków świetlnych na pierwotnym etapie rozwoju Wszechświata. Porównując te przewidywania z rzeczywiście obserwowanym współczynnikiem elementów świetlnych (skorygowanych pod kątem ich powstawania w gwiazdach), znajdujemy imponującą zgodność między teorią a obserwacjami. Moim zdaniem jest to najlepszy dowód hipotezy Wielkiego Wybuchu.

Oprócz powyższych dwóch dowodów (tło mikrofalowe i stosunek elementów lekkich) ostatnie prace (patrz Inflacyjny etap ekspansji Wszechświata wykazał, że połączenie kosmologii Wielkiego Wybuchu i współczesnej teorii cząstek elementarnych rozwiązuje wiele kardynalnych pytań dotyczących struktury Wszechświata. Oczywiście pozostają problemy: nie potrafimy wyjaśnić podstawowej przyczyny powstania wszechświata; nie jest również dla nas jasne, czy obecne prawa fizyczne działały w momencie jego powstania.Jednak przekonujące argumenty na rzecz teorii Wielkiego Wybuchu jak dotąd zgromadziły więcej niż wystarczająco.

Zobacz także:

1842Efekt Dopplera
1968Teoria strun
Lata 90Kosmiczny trójkąt
XXI wiek. ?Uniwersalne teorie

Arno Allan PENZIAS, Robert Woodrow WILSON (WILSON)
Arno Allan Penzias, str. 1933
Robert Woodrow Wilson, str. 1936

Arno Allan Penzias (na zdjęciu po prawej) i Robert Woodrow Wilson (na zdjęciu po lewej) to amerykańscy fizycy, którzy odkryli promieniowanie CMB.

Urodzony w Monachium, Penzias wyemigrował do Stanów Zjednoczonych wraz z rodzicami w 1940 roku. Wilson urodził się w Houston (USA). Obaj zaczęli pracować w laboratoriach Bella w Holmdale w stanie New Jersey we wczesnych latach sześćdziesiątych. W 1963 r. Powierzono im rozpoznanie natury szumu radiowego, który zakłóca komunikację radiową. Odnotowując szereg prawdopodobnych przyczyn (aż do zanieczyszczenia anteny odchodami gołębi), doszli do wniosku, że źródło stabilnego szumu tła jest poza naszą Galaktyką. Innymi słowy, było to promieniowanie tła kosmicznego przepowiedziane przez teoretycznych astrofizyków, w tym Roberta Dicka, Jima Peebles'a i George'a Gamova. Do odkrycia, Penzias i Wilson zostali nagrodzeni Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki z 1978 roku.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: