Suure Paugu teooria esindab kosmoloogide parimaid katseid rekonstrueerida universumi 14 miljardi aasta pikkune lugu, tuginedes tänapäeval nähtavale eksisteerimise liistule.
Erinevad inimesed kasutavad mõistet "suur pauk" erinevalt. Kõige üldisemalt illustreerib see vaadeldava universumi kaari, kuna see hõrenes välja ja jahtus algselt tihedast, kuumast olekust. See kirjeldus tuleneb mõttest, et kosmos laieneb, laiapõhjaline põhimõte, mis on analoogne bioloogias kõige tugevama ellujäämisele, mida vähesed peavad vaieldavaks.
Täpsemalt võib Suur Pauk viidata ka vaadeldava universumi enda sünnile - hetkele, kui midagi muutus, käivitades sündmused, mis viisid tänapäevani. Kosmoloogid on selle sekundi murdosa üksikasjade üle vaidlenud aastakümneid ja arutelu jätkub täna.
Klassikaline Suure Paugu teooria
Enamiku inimkonna ajaloo jooksul eeldasid taevavaatlejad, et see on igavene ja muutumatu. Edwin Hubble käsitles seda lugu eksperimentaalse löögina 1920. aastatel, kui tema tähelepanekud näitasid nii Linnutee ääres asuvate galaktikate olemasolu kui ka nende valguse paistmist venitatuks - märk sellest, et nad tormasid Maast eemale.
Kaasaegne Belgia füüsik George Lemaître tõlgendas Hubble'i ja teiste andmeid tõestuseks laienevast universumist - võimaluseks, mille võimaldavad Einsteini hiljuti avaldatud üldrelatiivsusteooria võrrandid. Tagantjärele mõeldes järeldas Lemaître, et tänased eraldavad galaktikad pidid alguse saama üheskoos selles, mida ta nimetas "ürgseks aatomiks".
Kaasaegse termini esimene avalik kasutamine Lemaître idee jaoks tuli tegelikult kriitikult - inglise astronoomilt Fred Hoyle. 28. märtsil 1949 lõi Hoyle fraasi, kaitstes oma eelistatud igavese universumi teooriat, mis lõi mateeria laienemise lagunemise tühistamiseks. Hoyle ütles, et arusaam, et "kogu universumi mateeria loodi kauges minevikus kindlal ajal ühes suure pauguga", oli irratsionaalne. Hilisemates intervjuudes eitas Hoyle tahtlikult laimava nime leiutamist, kuid moniker takerdus mõne inimese meelehärmiks.
"Suur pauk on tõesti halb termin," ütles Princetoni kosmoloog Paul Steinhardt. "Suur kanderaam jääks õigele ideele." Plahvatuse vaimne pilt põhjustab Steinhardti sõnul igasugust segadust. See tähendab keskpunkti, laienevat piiri ja stseeni, kus kerge šrapnel lendab kiiremini kui raskemad tükid. Kuid laienev universum ei näe midagi sellist, ütles ta. Puudub tsenter, serv ning suured ja väikesed galaktikad libisevad kõik ühtmoodi (ehkki kaugemad galaktikad liiguvad tumeda energia kosmoloogiliselt hiljutise mõju all kiiremini).
Vaatamata nimele leidis Suure Paugu teooria laialdast aktsepteerimist selle võrratu võime suhtes selgitada, mida me näeme. Valguse tasakaal osakestega nagu prootonid ja neutronid näiteks esimese 3 minuti jooksul laseb varajasetel elementidel moodustuda kiirusega, mis ennustab heeliumi ja muude kergete aatomite praegust kogust.
"Aja jooksul oli väike aken, kus tuumadel oli võimalik moodustuda," ütles New Yorgi ülikooli kosmoloog Glennys Farrar. "Pärast seda universum laienes ja nad ei suutnud üksteist leida ja enne oli see liiga kuum."
Hägune plasma täitis universumi järgmiseks 378 000 aastaks, kuni edasine jahtumine moodustas elektronidel ja prootonitel neutraalseid vesinikuaatomeid ja udu kustutati. Selle protsessi käigus eralduv valgus, mis on sellest ajast alates mikrolaineteks veninud, on varasemad teadaolevad objektiuurijad, kes saavad seda otse uurida. Kosmilise mikrolaine fooni (CMB) kiirgusena tuntud teadlased peavad seda Suure Paugu tugevaimaks tõendiks.
Plahvatusohtlik värskendus
Kuid kui kosmoloogid lükkasid universumi esimeste hetkede taha kaugemale, siis lugu lahti harutatud. Üldrelatiivsuse võrrandid näitasid algset piiramatu kuumuse ja tiheduse spektrit - singulaarsust. Lisaks sellele, et ainsuse päritolu pole palju füüsiliselt mõistlik, ei vastanud see ühtlasele, tasasele CMB-le. Kõrvalekalde ilmutatava temperatuuri ja tiheduse kõikumised oleksid tekitanud erinevate omadustega taevalaotused, kuid CMB temperatuur varieerub vaid murdosa kraadi võrra. Ruumiaegne kumerus näib samuti üsna tasane, mis tähendab algselt peaaegu täiuslikku aine ja kõveruse tasakaalu, mida enamik kosmolooge peab ebatõenäoliseks.
Alan Guth pakkus välja 1980. aastate esimese sekundi murdosa uue pildi, viidates sellele, et universum kulutas oma varasemad hetked plahvatuslikult kiiremini kui praegu. Mingil hetkel see protsess peatus ja pidurite rakendamine tekitas tiheda ja kuuma (kuid mitte lõpmatuseni) osakeste jama, mis võtab ainulaadsuse asemele. "Enda meelest pean seda suureks pauguks, kui universum kuumaks läks," ütles Farrar.
Inflatsiooniteoorias, nagu seda nimetatakse, on nüüd arvukalt konkureerivaid mudeleid. Ehkki keegi ei teadnud palju sellest, mis pani universumi nii kiiresti laienema, on teooria populaarseks muutunud selle tõttu, et ta suudab selgitada näiliselt ebatõenäolist CMB-d: inflatsioon säilitas väikesed kõikumised (millest kujunesid tänapäeva galaktikaparved), samal ajal suuremad suurenedes. "See on väga armas lugu," sõnas Steinhardt, kes aitas teooriat arendada. "See on see, mida me oma lastele ütleme."
Lisaks inflatsioonile
Hiljutised uuringud on inflatsiooniteooria kosmilisse narratiivi sisse viinud kaks kortsu. Steinhardti ja teiste tööd viitavad sellele, et mõnes piirkonnas (näiteks meie vaadeldav universum) oleks inflatsioon peatunud, kuid teistes jätkunud, luues massiivse eraldiseisva territooriumi, millel oleks "iga mõeldav kosmoloogiliste omaduste kogum", nagu Steinhardt ütleb. Paljud füüsikud peavad seda "mitmeversioonilist" pilti ebameeldivaks, sest see teeb lõpmatu hulga ennustamatuid ennustusi.
Eksperimentaalses plaanis eeldavad kosmoloogid, et inflatsioon oleks pidanud tekitama KMA-s galaktikat laiendavaid gravitatsioonilaineid just nii, nagu see oleks tekitanud väikseid temperatuuri ja tiheduse kõikumisi. Praegused katsed peaksid olema nende leidmiseks piisavalt tundlikud, kuid ürgset kosmose-aja veetlust pole ilmnenud (vaatamata ühele valehäirele 2014. aastal).
Paljud teadlased ootavad CMB täpsemaid mõõtmisi, mis võivad tappa või kinnitada paljusid inflatsioonimudeleid, mis siiani kehtivad. Teised füüsikud ei näe aga kosmose sujuvust probleemina - see algas ühtlaselt ja ei vaja selgitust.
Kuigi eksperimenteerijad püüdlevad uute täpsustasemete poole, on mõned teoreetikud pöördunud inflatsiooni poole, et otsida muid võimalusi universumi lamedamaks muutmiseks. Näiteks Steinhardt töötab "suure põrke" mudeli kallal, mis lükkab alguskella veelgi tagasi varasemale kokkutõmbumisperioodile, mis tasandab ruumi-aja ja pani aluse plahvatusohtlikule laienemisele. Ta loodab, et enne liiga pikka aega seavad uued allkirjad lisaks probleemidele, nagu ürgsete gravitatsiooniliste lainete puudumine, kosmoloogidele uue loomisloo. "Kas on veel muid jälgitavaid jooni, mida otsida?" Steinhardt ütles: "Küsige minult mõne aasta pärast uuesti ja loodan, et saan vastuse."
Lisaks ressursse:
