Big Bang-teorien representerer kosmologenes beste forsøk på å rekonstruere den 14 milliarder år lange historien om universet, basert på den eksistens som er synlig i dag.
Ulike mennesker bruker begrepet "Big Bang" på forskjellige måter. Generelt illustrerer det buen til det observerbare universet når det tynnet ut og avkjølt fra en opprinnelig tett, varm tilstand. Denne beskrivelsen koker ned til ideen om at kosmos ekspanderer, et bredt prinsipp analogt med overlevelse av de sterkeste innen biologi som få vil anse som diskutable.
Mer spesifikt kan Big Bang også referere til fødselen av selve det observerbare universet - i det øyeblikket noe endret seg, og startet begivenhetene som førte til i dag. Kosmologer har kranglet i flere tiår om detaljene i den brøkdelen av et sekund, og diskusjonen fortsetter i dag.
Den klassiske Big Bang-teorien
I det meste av menneskets historie antok observatører av himmelen den evige og uforanderlige. Edwin Hubble ga denne historien et eksperimentelt slag på 1920-tallet da observasjonene hans viste både at galakser utenfor Melkeveien eksisterte, og at lyset deres virket strukket - et tegn på at de hastet bort fra jorden.
George Lemaître, en moderne belgisk fysiker, tolket data fra Hubble og andre som bevis på et ekspanderende univers, en mulighet tillatt av Einsteins nylig publiserte feltligninger av generell relativitet. Tenkende bakover konkluderte Lemaître med at dagens separerende galakser må ha startet sammen i det han kalte det "urbane atomet."
Den første offentlige bruken av det moderne uttrykket for Lemaîtres idé kom faktisk fra en kritiker - den engelske astronomen Fred Hoyle. 28. mars 1949 myntet Hoyle uttrykket under et forsvar av sin foretrukne teori om et evig univers som skapte materie for å avbryte utvanningen av utvidelsen. Hoyle sa forestillingen om at "all materie av universet ble skapt i ett stort smell på et bestemt tidspunkt i den fjerne verden", var irrasjonell. I senere intervjuer benektet Hoyle med vilje å oppfinne et baktalende navn, men monikeren stakk fast, mye til frustrasjonen for noen.
"Big Bang er et virkelig dårlig begrep," sa Paul Steinhardt, kosmolog ved Princeton. "Den store strekningen ville fange den rette ideen." Det mentale bildet av en eksplosjon forårsaker all slags forvirring, ifølge Steinhardt. Det innebærer et sentralt punkt, en ekspanderende grense og en scene der lett splittel flyr raskere enn tyngre biter. Men et ekspanderende univers ser ingenting ut, sa han. Det er ingen sentrum, ingen kant, og store og små galakser sklir alle sammen på samme måte (selv om fjernere galakser beveger seg raskere under den kosmologisk nylige innflytelsen fra mørk energi).
Uansett navn fant Big Bang-teorien bred aksept for sin enestående evne til å forklare hva vi ser. Lysbalansen med partikler som protoner og nøytroner i løpet av de første 3 minuttene, lar for eksempel tidlige elementer danne seg med en hastighet som forutsier dagens mengder helium og andre lysatomer.
"Det var et lite vindu i tid der det var mulig for kjerner å danne seg," sa Glennys Farrar, kosmolog ved New York University. "Etter det fortsatte universet å utvide seg, og de kunne ikke finne hverandre, og før det var for varmt."
Et overskyet plasma fylte universet de neste 378 000 årene, til ytterligere avkjøling lot elektroner og protoner danne nøytrale hydrogenatomer, og tåken ble renset. Lyset som sendes ut under denne prosessen, som siden har strukket seg i mikrobølger, er de tidligste kjente objekten forskere kan studere direkte. Kjent som den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB) -strålingen, anser mange forskere som det sterkeste beviset for Big Bang.
En eksplosiv oppdatering
Men da kosmologer presset lenger tilbake til universets første øyeblikk, ble historien avslørt. General relativitys ligninger antydet en innledende flekk av ubegrenset varme og tetthet - en singularitet. I tillegg til at det ikke gjorde mye fysisk mening, stemte ikke et entall opprinnelse med den glatte, flate CMB. Svingninger i flekkens formidable temperatur og tetthet ville ha gitt skår av himmel med forskjellige egenskaper, men CMBs temperatur varierer bare med en brøkdel av en grad. Romtidens krumning ser også ganske flat ut, noe som innebærer en først og fremst nesten perfekt balanse mellom materie og krumning som de fleste kosmologer synes er usannsynlige.
Alan Guth foreslo et nytt bilde av den første brøkdelen av et sekund på 1980-tallet, og antydet at universet brukte sine tidligste øyeblikk på å vokse eksponentielt raskere enn det gjør i dag. På et tidspunkt stoppet denne prosessen, og å sette på bremsene ga et tett og varmt (men ikke uendelig mye) rot av partikler som tar stedet for singulariteten. "I mitt eget sinn tenker jeg på det som Big Bang, da universet ble varmt," sa Farrar.
Inflasjonsteorien, som den heter, har nå en mengde konkurrerende modeller. Selv om ingen visste så mye om hva som fikk universet til å utvide seg så raskt, har teorien blitt populær for sin evne til å forklare den tilsynelatende usannsynlige ufattelige CMB: Inflasjon bevarte mindre svingninger (som utviklet seg til dagens galakse-klynger), mens de flater ut de viktigste. "Det er en veldig søt historie," sa Steinhardt, som bidro til å utvikle teorien. "Det er den vi forteller barna våre."
Utover inflasjonen
Nyere forskning har introdusert to rynker i inflasjonsteoriens kosmiske fortelling. Arbeid av Steinhardt og andre antyder at inflasjonen ville ha stoppet i noen regioner (for eksempel vårt observerbare univers), men fortsatte i andre, og produsert en rekke separate territorier med "alle tenkelige sett med kosmologiske egenskaper", slik Steinhardt uttrykker det. Mange fysikere synes dette "multiverse" bildet er usmakelig, fordi det gjør et uendelig antall usmakelige forutsigelser.
På forsøksfronten regner kosmologer med at inflasjonen burde ha produsert galaksjonsspennende gravitasjonsbølger i CMB akkurat som den ga svake temperatur- og tetthetsvariasjoner. Aktuelle eksperimenter bør være følsomme nok til å finne dem, men de primitive rom-tid-krusningene har ikke vist seg (til tross for en falsk alarm i 2014).
Mange forskere venter på mer presise CMB-målinger som kan drepe eller validere de mange inflasjonsmodellene som fremdeles står. Andre fysikere ser imidlertid ikke kosmos glatthet som et problem i det hele tatt - det startet uniform og trenger ingen forklaring.
Mens eksperimentalister streber etter nye nivåer av presisjon, har noen teoretikere vendt seg fra inflasjonen for å søke andre måter å knuse universet på. Steinhardt jobber for eksempel med en "stor sprett" -modell, som skyver startklokken enda lenger tilbake, til en tidligere periode med sammentrekning som jevnet rom-tid og satte scenen for en eksplosiv ekspansjon. Han håper at nye signaturer, i tillegg til problemer som mangel på urbane gravitasjonsbølger, før altfor lang tid vil stille kosmologer opp med en ny skaperhistorie å fortelle. "Er det andre observerbare funksjoner å se etter?" Steinhardt sa: "Spør meg igjen om noen år, og jeg håper å få svar."
Ytterligere ressurser:
