La început, Universul s-a extins foarte, foarte repede.
(Imagine: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Paul Sutter este un astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio și omul de știință al Centrului științific COSI. Sutter este, de asemenea, gazda lui Ask a Spaceman și Radio Space și conduceAstroTours în întreaga lume. Sutter a contribuit cu acest articol la Expert Voices: Op-Ed & Insights.
În urmă cu 13,8 miliarde de ani, întregul nostru univers observabil avea dimensiunea unei piersici și avea o temperatură de peste un trilion de grade.
Aceasta este o declarație destul de simplă, dar foarte îndrăzneață de făcut și nu este o afirmație făcută ușor sau ușor. Într-adevăr, chiar și cu o sută de ani în urmă, ar fi sunat într-o manieră nemulțumitoare, dar iată-l, spunând că nu este mare lucru. Dar, la fel ca în orice lucru în știință, afirmații simple ca acestea sunt construite din munți din mai multe linii independente de dovezi care toate îndreaptă spre aceeași concluzie - în acest caz, Big Bang, modelul nostru de istorie a universului nostru. [Universul: Big Bang to Now în 10 pași simpli]
Dar, cum se spune, nu-mi lua cuvântul. Iată cinci probe pentru Big Bang:
# 1: Cerul de noapte este întuneric
Imaginează-ți o clipă că am trăit într-un univers perfect infinit, atât în timp, cât și în spațiu. Colecțiile strălucitoare de stele continuă pentru totdeauna în toate direcțiile, iar universul pur și simplu a fost și a fost întotdeauna. Asta ar însemna oriunde te-ai uita pe cer - doar alege o direcție aleatorie și privește - ai fi obligat să găsești o stea acolo, undeva, la o anumită distanță. Acesta este rezultatul inevitabil al unui univers infinit.
Și dacă acel același univers a fost în jur pentru totdeauna, atunci a existat mult timp pentru lumină din steaua aceea, târându-se prin cosmos la o viteză relativ lentă de c, pentru a ajunge la globurile oculare. Chiar și prezența oricărei pulberi care ar interveni nu ar diminua lumina acumulată dintr-o infinitate de stele răspândită pe un cosmos infinit de mare.
Ergo, cerul ar trebui să fie plin de lumina combinată a unei multitudini de stele. În schimb, este mai ales întuneric. Goliciune. Void. Ticăloșie. Știi, spațiu.
Fizicianul german Heinrich Olbers poate să nu fi fost prima persoană care a remarcat acest aparent paradox, dar numele său s-a lipit de ideea: Este cunoscut sub numele de paradoxul lui Olbers. Rezoluția simplă? Fie universul nu are o dimensiune infinită, fie nu este infinit în timp. Sau poate nu este niciuna.
# 2: Quasarii există
De îndată ce cercetătorii au dezvoltat telescoape radio sensibile, în anii ’50 -’60, au observat surse de radio ciudat de puternice pe cer. Printr-o adormire astronomică semnificativă, oamenii de știință au stabilit că aceste surse de radio cvasi-stelare, sau „cvasari”, erau galaxii active foarte îndepărtate, dar neobișnuit de strălucitoare.
Ceea ce este cel mai important pentru această discuție este partea „foarte îndepărtată” a acestei concluzii.
Deoarece lumina necesită timp pentru a călători dintr-un loc în altul, nu vedem stele și galaxii așa cum sunt acum, ci așa cum erau acum mii, milioane sau miliarde de ani. Asta înseamnă că a privi mai adânc în univers înseamnă și a privi mai adânc în trecut. Vedem o mulțime de cvasari în cosmosul îndepărtat, ceea ce înseamnă că aceste obiecte erau foarte des întâlnite miliarde de ani în urmă. Însă aproape nu există cvasari în cartierul nostru local, actualizat. Și sunt suficient de obișnuiți în universul îndepărtat (adică tânăr), încât ar trebui să vedem mult mai mult în vecinătatea noastră.
Concluzia simplă: Universul a fost diferit în trecutul său decât în ziua de azi.
# 3: Este din ce în ce mai mare
Trăim într-un univers în expansiune. În medie, galaxiile sunt tot mai departe de toate celelalte galaxii. Sigur, unele mici coliziuni locale se întâmplă din interacțiuni gravitaționale rămase, cum ar fi modul în care Calea Lactee se va ciocni cu Andromeda peste câteva miliarde de ani. Dar la scară largă, această relație simplă, expansivă, este valabilă. Asta a descoperit astronomul Edwin Hubble la începutul secolului XX, la scurt timp după ce a descoperit că „galaxiile” erau de fapt un lucru. [The Milky Way Galaxy's Head-On Crash cu Andromeda: Artist Images]
Într-un univers în expansiune, regulile sunt simple. Fiecare galaxie se retrage din (aproape) din fiecare altă galaxie. Lumina din galaxiile îndepărtate va fi redshifted - lungimile de undă ale luminii pe care le eliberează vor deveni mai lungi și, astfel, vor fi mai roșii, din perspectiva altor galaxii. Ați putea fi tentat să credeți că acest lucru se datorează mișcării galaxiilor individuale care accelerează în jurul universului, dar matematica nu se adaugă.
Cantitatea de redshift pentru o anumită galaxie este legată de cât de departe este. Galaxiile mai apropiate vor primi o anumită cantitate de redshifting. O galaxie de două ori mai departe va obține de două ori acel redshift. De patru ori distanța? Așa este, de patru ori mai mare. Pentru a explica acest lucru doar cu galaxii prin care se închide, trebuie să existe o conspirație foarte ciudată în care toți cetățenii galactici ai universului sunt de acord să se deplaseze în acest tipar foarte specific.
În schimb, există o explicație mult mai simplă: mișcarea galaxiilor se datorează întinderii spațiului între acele galaxii.
Trăim într-un univers dinamic, în evoluție. Era mai mic în trecut și va fi mai mare în viitor.
# 4: Radiația relicvă
Să jucăm un joc. Presupunem că universul era mai mic în trecut. Asta înseamnă că ar fi fost mai dens și mai cald, nu? Corect - tot conținutul cosmosului ar fi fost încorporat într-un spațiu mai mic, iar densitățile mai mari înseamnă temperaturi mai ridicate.
La un moment dat, când universul era, să zicem, de un milion de ori mai mic decât este acum, totul ar fi fost atât de prăpădit împreună încât ar fi o plasmă. În această stare, electronii ar fi nelegiuiți de gazdele lor nucleare și liberi să înoate, toată această materie scăldată într-o radiație intensă și cu energie mare.
Dar, pe măsură ce universul infantil s-a extins, s-ar fi răcit până la un punct în care, dintr-o dată, electronii s-ar putea așeza confortabil în jurul nucleelor, făcând primii atomi completi de hidrogen și heliu. În acel moment, radiațiile intens-nebune ar cutreiera nestingherite prin universul nou subțire și transparent. Și pe măsură ce universul s-a extins, lumina care a început literalmente alb-fierbinte s-ar fi răcit, răcit, răcit până la câteva grade peste zero absolut, punând lungimea de undă ferm în gama de microunde.
Și când îndreptăm telescoapele cu microunde spre cer, ce vedem? O baie cu radiații de fundal, care ne înconjoară pe toate părțile și aproape perfect uniformă (până la o parte în 100.000!) În toate direcțiile. O imagine a copilului despre univers. O carte poștală dintr-o eră demult moartă. Lumina dintr-o vreme aproape veche ca universul însuși.
# 5: Este elementar
Împingeți ceasul înapoi chiar mai departe de formarea fundalului cosmic cu microunde și, la un moment dat, lucrurile sunt atât de intense, atât de nebune, încât nici măcar protoni și neutroni nu există. Este doar o supă din părțile lor fundamentale, quark-urile și gluonii. Dar, din nou, pe măsură ce universul s-a extins și s-a răcit din freneticele primele minute ale existenței sale, cele mai ușoare nuclee, precum hidrogenul și heliul, s-au înghețat și s-au format.
În prezent avem o manieră destul de decentă asupra fizicii nucleare și putem folosi aceste cunoștințe pentru a prezice cantitatea relativă a celor mai ușoare elemente din universul nostru. Predicția: acea ciorbă care ar fi generat ar fi trebuit să creeze aproximativ trei sferturi de hidrogen, o pătrime de heliu și o lovitură de „altul”.
Provocarea trece apoi la astronomi și ce găsesc? Un univers compus din aproximativ trei sferturi de hidrogen, o pătrime de heliu și un procent mai mic de „alte”. Bingo.
Există mai multe dovezi, desigur. Dar acesta este doar punctul de plecare pentru imaginea noastră modernă în Big Bang a cosmosului. Mai multe linii independente multiple dovedesc toate aceleași concluzii: Universul nostru are în jur de 13,8 miliarde de ani și, la un moment dat, avea dimensiunea unei piersici și avea o temperatură de peste un trilion de grade.
Aflați mai multe ascultând episodul "Ce se întâmplă când galaxiile se ciocnesc?" pe podcast-ul Ask A Spaceman, disponibil pe iTunes și pe Web la http://www.askaspaceman.com. Mulțumesc lui Mike D., Tripp B., Sedas S., Isla și Patrick D. pentru întrebările care au dus la această piesă! Puneți-vă propria întrebare pe Twitter folosind #AskASpaceman sau urmând Paul @PaulMattSutter și facebook.com/PaulMattSutter. Urmăriți-ne @Spacedotcom, Facebook și Google+. Articol original pe Space.com.
