Teorija Velikog praska
Teorija Velikog praska
Gotovo svi astronomi se slažu – svemir je započeo s ‘Velikim praskom‘ – nevjerojatno moćnom kreacijom prostor vremena koja je omogućila postojane energije i materije.
Dokazi su prilično čvrsti – od osnova teorije relativnosti Alberta Einsteina do otkrivanja kozmičko mikrovalnog zračenja za koje su ‘zaslužni‘ Arno Penziasa i Roberta Wilsona. Oni su u šezdesetim godinama prošlog stoljeća uočili pozadinsko zračenje koje je potvrđeno 1992. od strane satelita Cosmic Background Explorer (COBE).
No, neko od važnih dokaza kriju se u detaljima, a upravo kod njih priča o Velikom prasku postaje zanimljiva.
Model Velikog praska možemo podijeliti u nekoliko era i ključnih događaja. Standardna kozmologija, skup ideja koje su najpouzdanije u pokušaju dešifriranja povijesti svemira, primjenjuje se od 1/100 sekunde nakon Velikog praska do sadašnjosti.
Kada se dogodio Veliki prasak – materija, energija, prostor i vrijeme su formirani, a svemir je bio neizmjerno gusto i vruće mjesto. Često postavljeno pitanje „Što se dogodilo prije Velikog praska?“ je izvan područja znanosti, jer se na njega ne može ogovoriti na znanstven način. Zapravo, znanost nam govori malo o ponašanju svemira do 10⁻⁴³ sekunde nakon Velikoga praska.
Tada započinje „Velika epoha ujedinjenja“ koja traje do 10⁻³⁵ sekunde. Materija i energija bili su u međusobnoj ravnoteži tokom ovoga perioda, kao i obje nuklearne te elektromagnetska sila.
Svemir se počeo rapidno hladiti, da bi 10⁻³⁵ sekundi nakon Velikog praska započela epoha inflacije koja širi svemir s faktorom od 10⁵⁰ u samo 10⁻³³ sekunde. Ma koliko god inflacija svemira djelovala egzotično, ona objašnjava nekoliko opažanja koje bi bez nje bila teško objašnjiva.
Nakon inflacije, svemir je usporio svoje širenje, ali je nastavio s rastom koji traje i danas. Također, došlo je do značajnog hlađenja i nastanka materije – neutrina, elektrona, kvarkova, fotona te naknadnog nastanka protona i neutrona.
Kemija ima korijene duboko u povijesti svemira. U ključnom trenutku, oko jedne sekunde nakon Velikoga praska dogodila se nukelosinteza i stvorila deuterij zajedno s helijem i litijem. Nakon nekih 10.000 godina, temperatura unutar svemira ohladila se do točke gdje masivne čestice proizvode više energetske gustoće od lakih čestica i zračenja. Ovakva promjena dala je gravitaciji ključni značaj, a male nepravilnosti u gustoći materije su postale velike strukture tokom dugotrajnog širenja svemira.
KOZMIČKA RADIJACIJA
Kao jedan od najvećih dokaza postojanja Velikog praska već smo naveli kozmičko zračenje (radijaciju). Do ovoga otkrića Penzias i Wilson došli su sasvim slučajno, a ponajbolji opis njihovog otkrića dao je Bill Bryson koji na veoma slikovit način prenosi njihovo otkriće. O ovom zanimljivom trenutku Bryson piše:
„Arno Penzias i Robert Wilson su 1965. godine radili s velikom komunikacijskom antenom u vlaništvu Laboratorija Bell u Holmdelu u državi New Jersey, ali mučio ih je neprekidan pozadinski šum – uporno, neprestano krčanje onemogućavalo je svaki eksperimentalan rad. Šum je bio neprekidan i neuhvatljiv. Dopirao je iz svake točke na nebu, noću i danju, u svako godišnje doba. Cijelu godinu mladi astronomi poduzimali su sve što bi im palo na pamet kako bi obuzdali i uklonili taj šum. Provjerili su sve električne sustave. Rastavili su i ponovno sastavili instrumente, provjeravali strujne krugove, vrtjeli žice, čistili kontakte. Popeli su se na tanjur antene pa su izolacijskom vrpcom prekrili svaki spoj i prorez. Ponovno su se popeli s metlama i četkama pa su tanjur pažljivo očistili od, kako su poslije rekli, »bijelog dielektrika«, inače poznatijeg kao ptičje govno. No, ništa što bi poduzeli, ne bi djelovalo.
Samo 50 kilometara dalje, a da to nisu znali, na Sveučilištu Princeton tim znanstvenika predvođenih Robertom Dickeom tražio je upravo to čega su se njih dvojica tako uporno pokušavali riješiti. Istraživači s Princetona slijedili su ideju koju je četrdesetih godina izložio astrofizičar ruskog podrijetla George Gamow: ako zavirimo dovoljno duboko u svemir, trebali bismo naći tragove kozmičke radijacije zaostale od Velikog praska. Gamow je izračunao da bi nakon puta koji prevali kroz kozmičko prostranstvo radijacija trebala stići do Zemlje u obliku mikrovalova. U jednom kasnijem radu čak je predložio i instrument kojim bi se to moglo izvesti: Bellova antena u Holmdelu. Nažalost, ni Penzias, ni Wilson ni itko iz princetonskog tima nije pročitao Gamowljev rad.
Šum koji su čuli Penzias i Wilson bio je, naravno, šum za koji je Gamow pretpostavio da postoji. Oni su pronašli rub svemira ili barem rub njegova vidljivog dijela, koji je bio udaljen 90 tisuća milijardi milijardi kilometara. ‘Vidjeli’ su prve fotone – najstariju svjetlost u svemiru – iako su ih vrijeme i udaljenost pretvorili u mikrovalove, baš kao što je Gamow predvidio.
…
I dalje ne shvaćajući što uzrokuje šum, Wilson i Penzias nazvali su Dickea u Princeton i opisali mu svoj problem, nadajući se da će im on ponuditi nekakvo objašnjenje. Dicke je odmah shvatio što su ta dva mladića otkrila. »Dakle, dečki, upravo su nas prešišali«, rekao je svojim kolegama kad je spustio slušalicu.
Ubrzo je časopis Astrophyisical Journal objavio dva članka: jedan u kojem Penzias i Wilson opisuju svoje doživljaje sa šumom i drugi, u kojem Dicke i njegov tim opisuju njegovu narav. Iako Penzias i Wilson nisu tražili pozadinsko kozmičko zračenje niti su znali što su to zapravo otkrili, iako ni u jednom članku nisu opisali niti protumačili njegovu prirodu, 1978. godine dobili su Nobelovu nagradu za fiziku. Istraživači s Princetona dobili su samo sućut. Kako tvrdi Dennis Overbye u knjizi Lonely Hearts of Cosmos (Usamljena srca kozmosa), dok to nisu pročitali u New York Timesu, ni Penzias ni Wilson nisu u potpunosti shvatili značenje onoga što su otkrili.“
Izvori/dodatna čitanja:
Bill Bryson, Kratka povijest gotovo svega, Kako izgraditi svemir, 2003.
Atronomy, How did the Big Bang happen, Astronomy Magazine, 2007.
