U početku se Svemir širio vrlo, vrlo brzo.
(Slika: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Paul Sutter je astrofizičar sa Sveučilišta Ohio State i glavni znanstvenik u znanstvenom centru COSI. Sutter je također domaćin programa Pitajte svemirskog i svemirskog radija i vodiAstroTours širom svijeta. Sutter je ovaj članak pridodao stručnim glasovima Space.com-a: Op-Ed & Insights.
Prije 13,8 milijardi godina, čitav naš promatrački svemir bio je veličine breskve i imao je temperaturu preko trilijuna stupnjeva.
To je prilično jednostavna, ali vrlo podebljana izjava i to nije izjava koja se daje lagano ili jednostavno. Dapače, čak i prije stotinu godina zvučalo bi to baš bezumno, ali evo nas, rekavši to kao da nije velika stvar. Ali kao i sve u znanosti, jednostavne izjave poput ove izgrađene su iz planina višestrukih neovisnih dokaza koji sve upućuju na isti zaključak - u ovom slučaju Veliki prasak, naš model povijesti našeg svemira. [Svemir: Veliki prasak do sada u 10 jednostavnih koraka]
Ali, kako kažu, nemojte mi prihvatiti riječ. Evo pet dokaza za Veliki prasak:
# 1: Noćno je nebo tamno
Zamislite na trenutak da živimo u savršeno beskonačnom svemiru, kako u vremenu tako i u prostoru. Sjajne kolekcije zvijezda neprestano se nastavljaju u svakom smjeru, a svemir jednostavno uvijek je bio i uvijek će biti. To bi značilo da gdje god pogledate u nebo - samo odaberite slučajni pravac i zagledajte se - sigurno ćete naći zvijezdu vani, negdje, na nekoj udaljenosti. To je neizbježan rezultat beskonačnog svemira.
A ako je taj isti svemir zauvijek okružen, tada je bilo puno vremena za svjetlost te zvijezde, koja je puzala kroz svemir relativno laganom brzinom c, da bi dosegla vaše očne jabučice. Čak i prisutnost bilo kakve intervenirajuće prašine ne bi umanjila nagomilanu svjetlost iz beskonačnog broja zvijezda koje su se raširile na beskonačno velik kozmos.
Ergo, nebo bi trebalo biti obasjano kombiniranom svjetlošću mnoštva zvijezda. Umjesto toga, uglavnom je tama. Praznina. Poništiti. Crnilo. Znate, svemir.
Njemački fizičar Heinrich Olbers možda nije prva osoba koja je primijetila ovaj prividni paradoks, ali njegovo se ime zadržalo na ideji: Poznat je kao Olbersov paradoks. Jednostavna rezolucija? Ili svemir nije beskonačne veličine ili nije beskonačan u vremenu. Ili možda nije ni jedno ni drugo.
# 2: Kvazi postoje
Čim su istraživači razvili osjetljive radio-teleskope, 1950-ih i 60-ih, na nebu su primijetili čudno glasne radijske izvore. Znanstvenim astronomskim spavanjem, znanstvenici su utvrdili da su ti kvazizvjezdani radio izvori, ili "kvazari", vrlo udaljeni, ali neobično svijetle, aktivne galaksije.
Ono što je najvažnije za ovu raspravu je "vrlo udaljeni" dio tog zaključka.
Zbog toga što svjetlu treba vremena da putuje s jednog mjesta na drugo, ne vidimo zvijezde i galaksije kao sada, ali kao što su bile prije tisuće, milijuna ili milijardi godina. To znači da pogled dublje u svemir također gleda dublje u prošlost. U dalekom kosmosu vidimo puno kvazara, što znači da su ovi predmeti bili vrlo česti prije nekoliko milijardi godina. Ali u našem lokalnom i najnovijem kvartu gotovo da i nema kvazara. A oni su dovoljno česti u dalekom (tj. Mladom) svemiru da bismo trebali vidjeti puno više u našoj blizini.
Jednostavan zaključak: Svemir je u prošlosti bio drugačiji nego danas.
# 3: Sve je veća
Živimo u svemiru koji se širi. U prosjeku su galaksije sve dalje od svih ostalih galaksija. Svakako, neki mali lokalni sudari događaju se od preostalih gravitacijskih interakcija, poput kako će se Mliječni put sudariti s Andromedom u nekoliko milijardi godina. Ali na velikoj razini, ovaj jednostavan, ekspanzivni odnos vrijedi. To je otkrio astronom Edwin Hubble početkom 20. stoljeća, ubrzo nakon što je otkrio da su "galaksije" zapravo stvar. [Mliječni Galaxy Galaxy srušio se s Andromedom: Slike umjetnika]
U svemiru koji se širi, pravila su jednostavna. Svaka se galaksija povlači iz (gotovo) svake druge galaksije. Svjetlost iz udaljenih galaksija postat će crveno pomiješana - valne duljine svjetlosti koje ispuštaju postat će duže, a time i crvene, iz perspektive drugih galaksija. Možda ćete biti u iskušenju da mislite da je to zbog kretanja pojedinih galaksija koje se vrte po svemiru, ali matematika se ne zbraja.
Količina pomicanja crvene boje za određenu galaksiju povezana je s tim koliko je udaljena. Bliže galaksije dobit će određenu količinu crvenog pomicanja. Galaksija dva puta udaljenija dobit će dvostruko više pomicanje. Četiri puta veća udaljenost? Tako je, četiri puta crveni pomak. Da bi se ovo objasnilo samo pomoću galaksija koje zaobilaze, mora postojati doista neobična zavjera u kojoj se svi galaktički građani svemira slažu da se kreću po ovom vrlo specifičnom obrascu.
Umjesto toga, postoji daleko jednostavnije objašnjenje: Kretanje galaksija nastaje zbog rastezanja prostora između tih galaksija.
Živimo u dinamičnom svemiru koji se razvija. Bilo je manje u prošlosti, a biće veće u budućnosti.
# 4: Relikvijsko zračenje
Hajdemo igrati igru. Pretpostavimo da je svemir u prošlosti bio manji. To znači da bi bilo i gušće i toplije, zar ne? Točno - sav sadržaj kosmosa bio bi skupljen u manjem prostoru, a veće gustoće znače veće temperature.
U nekom trenutku, kad bi svemir, recimo, bio milijun puta manji nego sada, sve bi se zajedno toliko smrklo da bi to bila plazma. U tom bi stanju elektroni bili nevezani od svojih nuklearnih domaćina i mogli bi plivati, a cijela ta materija okupana intenzivnim, visokoenergetskim zračenjem.
No kako se taj dječji svemir proširio, ohladio bi se do točke u kojoj bi se odjednom elektroni mogli udobno smjestiti oko jezgara, čineći prve kompletne atome vodika i helija. U tom bi trenutku ludo-intenzivno zračenje nesmetano lutalo kroz novo tanki i prozirni svemir. I kako se taj svemir širio, svjetlost koja je bukvalno krenula bijelo-hladno bi se ohladila, hladila, hladila do samo nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule, stavljajući valne duljine čvrsto u raspon mikrovalnog.
A kad mikrovalovnim teleskopom usmjerimo prema nebu, što vidimo? Kupka zračenja u pozadini, koja nas okružuje na sve strane i gotovo savršeno ujednačena (na jedan dio u 100 000!) U svim smjerovima. Dječja slika svemira. Razglednica iz davno mrtve ere. Svjetlost iz vremena gotovo istog koliko i sam svemir.
# 5: Elementarno je
Gurnite sat unatrag još više od stvaranja kozmičke pozadine mikrovalne, a u nekom su trenutku stvari toliko intenzivne, toliko lude da ne postoje čak ni protoni i neutroni. To je samo juha njihovih temeljnih dijelova, kvarkova i gluona. No opet, kako se svemir širio i hladio od frenetičnih prvih nekoliko minuta svog postojanja, najlakša jezgra, poput vodika i helija, sažimala su se i formirala.
Danas imamo prilično pristojno bavljenje nuklearnom fizikom i možemo to znanje iskoristiti za predviđanje relativne količine najlakših elemenata u našem svemiru. Predviđanje: Ta bi se zgusnula juha trebala roditi otprilike tri četvrtine vodika, jedne četvrtine helija i nešto "drugoga".
Izazov tada ide pred astronome, i što oni pronalaze? Svemir sastavljen od, otprilike, tri četvrtine vodika, jedne četvrtine helija i manjeg postotka "drugog". Bingo.
Ima i dokaza više, naravno. Ali ovo je samo polazna točka za našu modernu sliku Velikog praska u kozmosu. Višestruki neovisni dokazi upućuju na isti zaključak: Naš svemir star je oko 13,8 milijardi godina, a u jednom je trenutku bio veličine breskve i imao je temperaturu veću od trilijuna stupnjeva.
Saznajte više slušajući epizodu "Što se događa kad se galaksije sudaraju?" na podcastu Ask A Spaceman, dostupan na iTunesu i na webu na http://www.askaspaceman.com. Hvala Mikeu D., Trippu B., Sedasu S., Isli i Patricku D. na pitanjima koja su dovela do ovog djela! Postavite svoje pitanje na Twitteru koristeći #AskASpaceman ili slijedeći Paul @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter. Pratite nas @Spacedotcom, Facebook i Google+. Izvorni članak na Space.com.
