Av alla begrepp och ämnen som diskuteras är Big Bang det mest kontroversiella konceptet. Naturligtvis är detta en ganska gammal vetenskaplig teori, som finns sedan 1940-talet, och sedan 1960-talet har det funnits ett stort antal bevis för att stödja den. Idén är enkel: universum hade en början. Det var hennes födelsedag. Det fanns en dag som inte hade "igår" då materia, strålning och det expanderande, kylande universum som vi känner inte fanns förrän en viss tidpunkt. Och ändå är vi här. Vilket orsakar en överflöd av frågor från alla frågeställningar. En av våra läsare har bara ett sådant sinne, och han vill veta: Finns det teorier eller experiment som kan beräkna och bevisa vår plats i rymden relativt till Big Bang-punkten? Jag tror att eftersom våra observationsförmågor är mycket begränsade när det gäller vår planet,det kommer inte att vara lätt att bestämma rymdens krökning. Varför tror vi att Big Bang hände någon gång i tredimensionellt utrymme? Varför tror vi att universum är en sfär?
Det här är mycket goda frågor, och de visar alla en gemensam förståelse av universum av människor. Men är dessa åsikter korrekta?
Vi tror ofta att Big Bang var en riktig explosion. Och universum liknade verkligen en enorm, energisk och expanderande eldkula i sina tidigaste stadier.
Det fylldes med partiklar och antikroppar av olika slag samt strålning. Allt detta expanderade och alla partiklar, antipartiklar och strålningskvanta flyttade från varandra. Allt detta kyldes och avtog när det expanderade.
Det låter verkligen som en explosion. Om du faktiskt skulle kunna transporteras till de första ögonblicken och på något sätt skyddas mot all denna energi, skulle det till och med finnas ett ljud som du kan höra tack vare följande video:
Men det finns en anledning till att jag använder ordet "expansion" istället för "explosion" när jag beskriver detta fenomen. En explosion är vad som händer vid en punkt i rymden, från vilken fragment flyger bort. En supernova är en explosion; en explosion av gammastrålar är en explosion; detonering av en bomb är en explosion; en granat är en explosion.
Men Big Bang är inte en explosion [på engelska Big Bang, Big Bang, betyder bokstavligen "Big Bang" - ca. övers.]. När vi talar om en "het Big Bang" menar vi det allra första ögonblicket då universum kan beskrivas som ett tillstånd som innehåller partiklar, antipartiklar och strålning. Från det ögonblicket började universum att expandera och svalna i enlighet med lagarna om allmän relativitet, och vi följde vägen till förstörelse av antimateria, bildandet av atomkärnor och neutrala atomer, och som ett resultat stjärnor, galaxer och storskaliga strukturer synliga idag. Nyckeln till den första frågan är att förstå exakt vad universum gjorde i det ögonblicket: i ett ögonblick som vi kan beskriva för första gången, baserat på denna plattform för den heta Big Bang.
Kampanjvideo:
Så vitt vi visste fanns det ingen särskild utgångspunkt. Det fanns ingen "källa" från vilken universum började. Alla bevis talar om en motintuitiv, men inte mindre sann slutsats: Big Bang hände överallt på samma gång. Det finns gott om bevis för detta, och universumet själv ger dem till oss. Universum, bedömt av storskaliga strukturer, kluster av galaxer, utseendet på Big Bang-efterglöd, den genomsnittliga tätheten av rymdområden med flera hundra miljoner ljusår i storlek etc. ger oss två viktiga observerbara fakta. Dess egenskaper är desamma överallt och det ser lika ut i alla riktningar. Fysiskt sett är universum homogent och isotropiskt.
Sådana egenskaper hos universum kan inte erhållas med en explosionstid. I en explosion är de snabbast rörliga fragmenten de mest avlägsna, men också de mest spridda i rymden. Ju större avstånd, desto mindre borde det ha varit galaxer per volymenhet - men detta är inte fallet i universum. I händelse av en explosion skulle det vara möjligt att uttryckligen ange dess utgångspunkt. Universum fungerar på ett sådant sätt att den här punkten bara skulle vara några miljoner ljusår från Vintergatan, på gränsen till den lokala gruppen. Statistiskt sett är chanserna för en sådan punkt, med tanke på närvaron av mer än 170 miljarder galaxer i universum, 100 gånger sämre än att vinna Powerball- eller Mega Millions-lotteriet.
Det faktum att universum är homogent och isotropiskt antyder att Big Bang hände i samma ögonblick, för cirka 13,8 miljarder år sedan, och är densamma på alla platser. Men vi kan inte se honom på alla platser. Vi ser honom bara där vi är. Vår recension är begränsad. Därför kan du ofta hitta sådana illustrationer: hur vårt universum ses från vår punkt, med oss i centrum.
Men detta betyder inte att universum är en sfär! Vi kan faktiskt mäta universums form och sätta några begränsningar för det. Om du går ut och skickar dina två vänner i två olika riktningar så att du kan se varandra, kommer ni tre att bilda en triangel. Var och en av er kommer att kunna mäta den synliga vinkeln mellan de andra två. Sedan kan du lägga till dessa vinklar så får du 180º - det är summan av triangelns vinklar.
Varje triangel i platt utrymme.
Men utrymmet behöver inte vara platt! Det kan ha en negativ krökning som en sadelyta när summan av vinklarna är mindre än 180 °. Det kan krökas positivt, som ytan på en sfär, när summan av vinklarna är större än 180º. Om du står vid ekvatorn i Sydamerika, står en av dina vänner vid ekvatorn i Afrika, och den andra på Nordpolen, kommer du att upptäcka att vinkelskillnaden blir stor. Summan av vinklarna kommer att visa sig närmare 270º än 180º. Vi har inte vänner i rymden, men vi har något lika bra: fluktuationer i bakgrundstrålning. Beroende på utrymmets krökning bör de se helt annorlunda ut.
Vi gjorde observationer och fann något fantastiskt: Universum är så långt vi kan säga plant. Mycket, mycket platt. De senaste uppgifterna från Planck-experimenten och Sloan Digital Sky Survey tyder på att om universum är krökt - positivt eller negativt - märks det på en skala som är minst 400 större än den del av universumet vi observerar. Och vi kan se en del av den med en diameter på 92 miljarder ljusår.
Så, Big Bang hände överallt samtidigt, för 13,8 miljarder år sedan, och vårt universum är rumsligt platt enligt våra bästa mätningar. Big Bang inträffade inte någon gång, och vi kan bedöma detta utifrån universums extrema isotropi och homogenitet. Dessa egenskaper är så exakta att när vi stöter på en inhomogenitet med en avvikelse på 0,01% av medelvärdet, tror vi redan att något är fel. Så om du hävdar att Big Bang hände exakt där du är och du står mitt i allt som händer, kommer ingen att invända mot dig. Det är bara att allt och allt i hela universum kan säga detsamma om sig själv.