Zrození vesmíru
Co bylo před velkým třeskem? A jak víme, že se to stalo? Nechte BBC Science Focus, aby vám sdělilo zrození vesmíru.
Co je důkazem velkého třesku?
Vesmír neexistuje věčně. Zrodilo se. Přibližně před 13,82 miliardami let hmota, energie, prostor - a čas - vybuchly do ohnivé koule zvané Velký třesk. Rozšířila se a z chladnoucích trosek tam ztuhla galaxie - ostrůvky hvězd, z nichž naše Mléčná dráha je jednou z asi dvou bilionů. Toto je teorie velkého třesku.
Vesmír vznikající z ničeho nic je tak šílený, že vědci museli být přitahováni kopáním a křičením k tomuto nápadu. Ale důkazy jsou přesvědčivé. Galaxie odlétají od sebe jako kusy kosmických šrapnelů. A žár velkého třesku je stále kolem nás. Tento "dosvit" značně ochlazený expanzí vesmíru se nejeví jako viditelné světlo, ale především jako mikrovlnné záření - "záření kosmického pozadí", které objevili radioastronomové v roce 1965.
Kde se stal Velký třesk?
Když vybuchne tyč dynamitu, dojde k detonaci na jednom místě a šrapnel vyletí do prázdna. Ve Velkém třesku neexistovalo žádné centrum a žádná předem existující prázdnota, takže se to nestalo na žádném "místě". Vesmír sám vznikl a začal se rozpínat všude najednou.
Knihy o astronomii často přirovnávají vesmír k rostoucímu koláči, kde rozinky představují galaxie. Jak dort roste, rozinky od sebe ustupují, bez středu expanze - stejně jako při Velkém třesku. Ale dort má samozřejmě výhodu, na rozdíl od vesmíru, který může pokračovat navždy. Žádná analogie není dokonalá!
Byl Velký třesk jednorázový?
Na začátku Velkého třesku bylo inflační vakuum. Když zdvojnásobil svůj objem, zdvojnásobil svou energii; když ztrojnásobil svůj objem, ztrojnásobil svou energii. Pokud by bankovky byly takové a vy byste roztrhli hromádku, objevilo by se jich stále více. Fyzici nazývají inflaci "konečným obědem zdarma"!
Inflační vakuum se rozšiřovalo stále rychleji. Ale byla to "kvantová" věc. A kvantové věci jsou zásadně nepředvídatelné. Náhodně se po celém inflačním vakuu jeho části "rozpadly" do běžného, každodenního vakua.
Představte si drobné bublinky tvořící se v rozlehlém oceánu. V každé bublině zmizelo inflační vakuum, ale jeho obrovská energie musela někam jít. Šlo to do vytváření hmoty a její zahřívání. Šlo o vytvoření velkého třesku. Náš vesmír velkého třesku je pouze jednou takovou bublinou mezi možným nekonečnem jiných vesmírů velkého třesku ve stále se rozšiřujícím inflačním vakuu!
K tomu všemu bylo potřeba jen kilogramové inflační vakuum. Je neuvěřitelné, že zákony kvantové teorie umožňují, aby to vzniklo z ničeho.
Jaké jsou problémy s teorií velkého třesku?
Základní myšlenka - že vesmír začal být horký a hustý a od té doby se rozpíná a ochlazuje - je nezpochybnitelná. Ale kosmologové museli teorii upravit, aby zohlednili určitá pozorování.
Za prvé, ve standardním modelu velkého třesku galaxie rostou gravitačně přitahováním hmoty. Ale pokud by šlo o jedinou věc, trvalo by mnohem déle než 13,82 miliardy let, než by se vytvořily. Astronomové to opravují tím, že předpokládají, že viditelné hvězdy a galaxie jsou šestinásobně převáženy neviditelnou "temnou hmotou", jejíž mimořádná gravitace urychluje tvorbu galaxií.
Za druhé, základní Velký třesk předpovídá, že gravitační přitažlivost mezi galaxiemi působí jako síť elastické, zpomalující kosmické expanze. V roce 1998 však astronomové zjistili, že expanze vesmíru se zrychluje. Opravují to postulováním existence "temné energie", která je neviditelná, vyplňuje prostor a má odpudivou gravitaci.
K vysvětlení, proč má vesmír všude stejnou teplotu, je zapotřebí poslední úpravy základní teorie. Aby to bylo možné vysvětlit, astronomové si myslí, že vesmír byl na počátku menší, než se očekávalo, a poté prošel v první zlomku sekundy superrychlou expanzí - "inflací". Bylo to způsobeno "inflačním vakuem", vysokoenergetickou verzí vakua, které dnes existuje ve vesmíru.
Co se stalo před Velkým třeskem?
Dvojicemi pilířů moderní fyziky jsou Einsteinova obecná teorie relativity a kvantová teorie. První vládne ve velkém vesmíru, zatímco druhý řídí malý svět atomů a jejich složek. Odmítli sloučení, což je problém, protože při velkém třesku byl vesmír malý.Abychom pochopili, jak vznikl, je nezbytné sjednotit Einsteinovu teorii s kvantovou teorií. Nejlepším kandidátem je "teorie strun", která pohlíží na základní stavební kameny reality jako na drobné struny hmoty-energie vibrující v 10-rozměrném časoprostoru. Pouze pokud takovou teorii získáme, budeme schopni odpovědět na zásadní otázky: Co je prostor? Co je čas? co je vesmír? A kde se to vzalo?