הבנת תורת המפץ הגדול

תיאוריית המפץ הגדול היא התיאוריה הדומיננטית של מקור היקום. בתמצית, תיאוריה זו קובעת כי היקום החל מנקודה ראשונה או ייחודיות, שהתרחבה לאורך מיליארדי שנים ליצירת היקום כפי שאנו מכירים אותו כעת.

בשנת 1922, קוסמולוג ומתמטיקאי רוסי בשם אלכסנדר פרידמן מצא את הפתרונות לכך אלברט איינשטייןזה תורת היחסות הכללית משוואות שדה הביאו ליקום מתרחב. כמאמין ביקום סטטי נצחי, הוסיף אינשטיין קבוע קוסמולוגי למשוואותיו, "מתקן" ל"טעות "זו ובכך ביטל את ההתפשטות. מאוחר יותר הוא היה מכנה זאת הפגם הגדול ביותר בחייו.

למעשה, היו כבר עדויות תצפיתיות התומכות ביקום המתרחב. בשנת 1912, האסטרונום האמריקאי וסטו סליפר צפה בגלקסיה ספירלית - שנחשבה באותה תקופה ל"ערפילית ספירלית ", מכיוון שהאסטרונומים עדיין לא ידעו שיש גלקסיות מעבר ל שביל החלב- והקליט את זה משמרת אדומה, הסטה של ​​מקור אור נע לעבר הקצה האדום של ספקטרום האור. הוא ציין כי כל הערפילית כזו מתרחקת מכדור הארץ. תוצאות אלה היו די שנויות במחלוקת באותה תקופה, והשלכותיהן המלאות לא הובחנו.

בשנת 1924, אסטרונום אדווין האבל היה מסוגל למדוד את המרחק ל"ערפילית "אלה וגילה שהם היו כה רחוקים עד שהם לא היו חלק מדרך החלב. הוא גילה כי שביל החלב הוא רק אחת מהגלקסיות הרבות ושה"ערפיליות "הללו היו למעשה גלקסיות בפני עצמן.

בשנת 1927, הכומר והפיזיקאי הקתולי הרומאי ז'ורז למיטר חישבו באופן עצמאי את הפיתרון של פרידמן והציעו שוב שהיקום צריך להתרחב. תיאוריה זו נתמכה על ידי האבל כאשר בשנת 1929 הוא מצא שיש קשר בין מרחק הגלקסיות לכמות של משמרת אדומה באור הגלקסיה ההיא. הגלקסיות המרוחקות התרחקו מהר יותר, וזה בדיוק מה שחזה הפתרונות של למיטרה.

בשנת 1931 הלמיטר הרחיק לכת עם תחזיותיו, והחליק את עקבותיו אחורה בזמן ומצא כי עניין היקום יגיע לצפיפות וטמפרטורה אינסופיים בזמן מוגדר בעבר. פירוש הדבר שהיקום כנראה התחיל בנקודת חומר קטנה וצפופה להפליא, המכונה "אטום קדמוני".

העובדה שלמיטרה היה כומר רומי קתולי, נוגעת לחלקם, שכן הוא הציג תיאוריה שהציגה רגע מוגדר של "בריאה" ליקום. בשנות העשרים והשלושים של המאה הקודמת, רוב הפיזיקאים - כמו איינשטיין - נטו להאמין שהיקום קיים מאז ומעולם. בעיקרו של דבר, אנשים רבים התייחסו לתורת המפץ הגדול כדתיים מדי.

בעוד כמה תיאוריות הוצגו לזמן מה, זה היה באמת רק של פרד הויל תיאוריה של מצב יציב שסיפקה כל תחרות אמיתית לתיאוריה של למיטרה. למרבה האירוניה, הויל טבע את הביטוי "המפץ הגדול" במהלך שידור רדיו משנות החמישים, כשהוא מתכוון לכך כמונח גנאי לתורתו של למיטרה.

התיאוריה של מצב היציבות ניבאה את זה חדש משנה נוצר כך שצפיפות היקום והטמפרטורה נותרו קבועים לאורך זמן, אפילו בזמן שהיקום התפשט. הויל גם ניבא כי יסודות צפופים יותר נוצרו מימן והליום בתהליך של נוקלאוזינתזה מהממיםאשר, בניגוד לתיאוריה של המצב הקבוע, הוכיח את עצמה כמדויקת.

ג'ורג 'גמוב - אחד מתלמידיו של פרידמן - היה תומךו העיקרי של תיאוריית המפץ הגדול. יחד עם הקולגות ראלף אלפר ורוברט הרמן, הוא ניבא את הרקע המיקרוגל הקוסמי קרינה (CMB), שהיא קרינה שצריכה להתקיים ברחבי היקום כשריד מהביג באנג. כאשר אטומים החלו להיווצר במהלך שנת עידן רקומבינציה, הם אפשרו לקרינת מיקרוגל (סוג של אור) לנסוע ביקום, וגמוב חזה שזה קרינת מיקרוגל עדיין ניתן יהיה לראות היום.

הוויכוח נמשך עד 1965 כאשר ארנו פנציאס ורוברט וודרו וילסון מעדו על ה- CMB בזמן שעבדו במעבדות הטלפונים של בל. הרדיומטר הדיסק שלהם, המשמש לאסטרונומיה ברדיו ולתקשורת לוויינית, העלה טמפרטורה של 3.5 K (התאמה קרובה לתחזית של אלפר והרמן ב -5 K).

לאורך סוף שנות השישים ותחילת שנות השבעים ניסו להסביר ממצא זה בעודם עדיין תומכים בפיזיקה של מצב יציב. הכחיש את תיאוריית המפץ הגדול, אבל בסוף העשור, היה ברור שלקרינת CMB אין שום דבר מתקבל על הדעת הסבר. פנזיאס ווילסון קיבלו את פרס נובל לפיזיקה משנת 1978 על תגלית זו.

עם זאת, נותרו חששות מסוימים לגבי תיאוריית המפץ הגדול. אחד מאלה היה בעיית ההומוגניות. מדענים שאלו: מדוע היקום נראה זהה, מבחינת אנרגיה, ללא קשר לאיזה כיוון נראה? תיאוריית המפץ הגדול אינה נותנת ליקום המוקדם זמן להגיע שיווי משקל תרמיכך שיהיו הבדלים באנרגיה ברחבי היקום.

בשנת 1980 הציע הפיזיקאי האמריקני אלן גוט רשמית תורת האינפלציה כדי לפתור בעיות אחרות ואחרות. תיאוריה זו אומרת כי ברגעים הראשונים שלאחר המפץ הגדול חלה התרחבות מהירה ביותר של היקום המתהווה מונע על ידי "אנרגיית ואקום בלחץ שלילי" (אשר מאי להיות קשורה בדרך כלשהי לתיאוריות הנוכחיות של אנרגיה שחורה). לחלופין, תיאוריות אינפלציה, דומות במושג אך עם פרטים שונים במקצת, הועלו על ידי אחרים בשנים שחלפו מאז.

התוכנית של נאס"א (WMAP) של וילקינסון למיקרוגל (WMAP), שהחלה בשנת 2001, סיפקה ראיות התומכות בתוקף בתקופת האינפלציה ביקום המוקדם. עדות זו חזקה במיוחד בנתוני שלוש השנים שפורסמו בשנת 2006, אם כי עדיין קיימים כמה אי התאמות קלות עם התיאוריה. פרס נובל לפיזיקה בשנת 2006 הוענק לג'ון סי. מת'ר וג'ורג 'סמוט, שני עובדי מפתח בפרויקט WMAP.

אמנם תיאוריית המפץ הגדול מתקבלת על ידי הרוב המכריע של הפיזיקאים, אך עדיין יש כמה שאלות קלות הנוגעות לה. עם זאת, החשובות ביותר הן השאלות שהתאוריה אפילו לא יכולה לנסות לענות עליהן:

• מה היה לפני המפץ הגדול?
• מה גרם למפץ הגדול?
• האם היקום שלנו הוא היחיד?

התשובות לשאלות אלה עשויות בהחלט להתקיים מעבר לתחום הפיזיקה, אך בכל זאת הן מרתקות ותשובות כמו רב-גוניות השערה מספקת תחום מסקרן של ספקולציות למדענים ולא מדענים כאחד.

כאשר למיטרה במקור הציע את התבוננותו בנוגע ליקום המוקדם, הוא כינה את המצב הקדום הזה של היקום האטום הקדום. כעבור שנים, ג'ורג 'גמוב היה מיישם את השם ylem עבורו. זה נקרא גם האטום הקדמוני או אפילו הביצה הקוסמית.