Terdapat dentuman yang kuat, misteri kelahiran alam semesta, dan kesan evolusi banyak galaksi selama ratusan juta tahun. Teori Big Bang yang mengejutkan, yang membuka semua jenis dugaan tentang kelahiran alam semesta, bertepatan dengan pemerhatian kami.

Jadi, sejauh manakah kebenaran teori Big Bang? Mungkinkah alam semesta telah wujud sejak zaman purba? Jadi mari kita lihat terlebih dahulu apa yang wujud di alam semesta?

Apabila malam tiba, langit penuh dengan bintang yang berkelip-kelip, dan di galaksi kita, terdapat berbilion-bilion bintang yang bertaburan di sekeliling. Tetapi dengan bantuan Teleskop Angkasa Hubble, kita akan kagum apabila mendapati bahawa lautan galaksi tersebar dalam keluasan alam semesta. Pada masa yang sama, kami telah membangunkan beberapa teknik praktikal untuk mengukur jarak galaksi ini dari kami.

Salah satu cara mudah dan berkesan untuk melakukan ini ialah apa yang ditemui oleh Hubble sendiri, mengira jarak dengan melihat satu bintang dalam galaksi.

Kita perlu terlebih dahulu menyelami bintang-bintang dan memahami cara ia berfungsi! Daripada bintang yang baru lahir kepada bintang berubah-ubah kepada letupan supernova yang menakjubkan, mereka semua mempunyai satu persamaan – kecerahan intrinsik dan kecerahan yang diperhatikan. Oleh itu, dengan melihat kecerahan intrinsik dan kecerahan yang diperhatikan bintang, kita boleh mengira jarak bintang dari kita berdasarkan hubungan antara kecerahan dan jarak.

Satu lagi perkara penting ialah kesan Doppler, di mana cahaya yang dipancarkan daripada objek yang bergerak ke arah kita bergerak ke arah hujung biru spektrum, dan sebaliknya. Dengan mengukur garis spektrum galaksi, kita boleh mengetahui sama ada galaksi bergerak lebih dekat atau jauh daripada kita, dan mengetahui seberapa pantas mereka bergerak.

Dengan memerhatikan hubungan antara jarak galaksi dan anjakan merah, kita mendapati bahawa semakin jauh galaksi, semakin cepat mereka menjauhkan diri daripada kita! Dalam erti kata lain, semakin jauh galaksi, semakin besar anjakan merah. Hubble sendiri tidak tahu mengapa galaksi berpindah antara satu sama lain pada masa itu, tetapi hubungan ini (iaitu, Undang-undang Hubble) kini kita tahu bahawa galaksi lebih daripada satu bilion tahun cahaya jauhnya terpakai di setiap arah alam semesta. Penemuan ini cukup untuk menyangkal model alam semesta yang kekal dan tidak berubah.

Jadi, apakah yang menyebabkan anjakan merah cahaya menjadi lebih ketara semakin jauh objek? Fenomena itu sendiri membawa kepada beberapa penjelasan yang mungkin, termasuk:

Keletihan ringan dari masa ke masa dan kehilangan tenaga;

Alam semesta berubah-ubah, secara berkala mengembang dan mengecut, dan kita berada dalam tempoh pengembangan;

Pemalar kosmologi, seperti kelajuan cahaya atau pemalar graviti, berubah dari semasa ke semasa;

Alam semesta berkembang dengan mantap dan sama rata, dengan penciptaan jirim baharu;

Alam semesta berputar pada kelajuan tinggi, dan terdapat gerakan translasi yang besar dan tidak dapat diperhatikan di galaksi yang jauh dari kita.

Teori-teori ini semua membayangkan fenomena yang berbeza yang, pada dasarnya, boleh disahkan melalui pemerhatian, yang membantu kita membezakan antara teori-teori ini. Tetapi pada 40-an abad ke-0, Gamow dan pelajarnya Alver dan Hermann menghasilkan teori yang luar biasa.

Model Big Bang Gamow, dan beberapa ramalannya

Teori Gamow ialah anjakan merah adalah disebabkan oleh fakta bahawa alam semesta mengembang, dan ia digunakan untuk berkembang lebih cepat! Alam semesta menyejukkan, mengembang dan perlahan dari semasa ke semasa.

Seperti teori sebelumnya, teori Gamow membawa kepada beberapa ramalan yang menakjubkan. Apa yang akan berlaku jika kita kembali ke masa lalu dan membiarkan ketumpatan dan suhu alam semesta meningkat secara beransur-ansur?

Malah, jika kita kembali cukup jauh, alam semesta tidak boleh membentuk atom neutral yang stabil kerana suhu yang tinggi! Tetapi dalam alam semesta yang mengembang, sinaran yang pernah mengion atom kini sepatutnya sangat rendah dan diedarkan sama rata di angkasa, dan panjang gelombang sinaran ini akan dialihkan merah ke jalur gelombang mikro. Selain itu, sinaran sisa ini harus mempunyai jenis spektrum yang sangat spesifik, spektrum sinaran benda hitam.

Walaupun cara pemerhatian masih mundur pada 40-an abad ke-0, ramalan Gamow tidak berhenti di situ!

Bercakap tentang atom individu, bagaimana dengan nukleus individu? Dalam satu cara, apabila suhu meningkat, nukleus atom juga ditiup oleh tenaga sinaran, dan pada suhu yang begitu tinggi, alam semesta tidak boleh membentuk struktur yang lebih kompleks daripada satu proton, neutron, atau elektron!

Tetapi kita mesti ingat bahawa alam semesta sentiasa mengembang dan menyejukkan, dan pada satu ketika, apabila suhu menurun, alam semesta mengambil langkah pertamanya: proton dan neutron bergabung untuk membentuk deuterium. Ia juga boleh difahami bahawa pada suhu dan ketumpatan yang betul, alam semesta mengalami pelakuran nuklear mudah untuk tempoh masa tertentu, membuat unsur yang lebih berat dengan menambah proton dan neutron!

Mungkin, beginilah cara pelbagai unsur alam semesta dilahirkan!

Malah, ada masa apabila kebenaran tentang model alam semesta, termasuk teori Big Bang, telah dipertimbangkan secara serius oleh saintis. Kerana teori adalah alat untuk meramalkan kemungkinan peristiwa, tetapi sama ada teori itu betul atau tidak mesti disokong oleh data pemerhatian dan eksperimen yang boleh membantu kita menentukan teori mana yang terbaik dan paling berkesan!

Dalam 1964 tahun, beberapa teori mula berakhir. Mengapa? Masanya telah tiba untuk mengesahkan ramalan.

Arnold Penzias dan Bob Wilson bekerja di Bell Labs, di mana mereka menggunakan antena tanduk untuk mengkaji sinaran gelombang mikro di alam semesta. Mereka mendapati bahawa walaupun terdapat beberapa sinaran gelombang mikro khas di satah Bima Sakti, seluruh langit dipenuhi dengan bunyi bersuhu rendah, yang berterusan walaupun selepas mereka membersihkan sejumlah besar najis burung dari mulut antena dan menghalau burung berdekatan.

Malah, mereka bingung dengan bunyi suhu rendah yang meresap ke langit dan tidak tahu apa itu. Ini adalah cahaya selepas Big Bang yang diramalkan oleh Gamow. Tetapi bagaimana pula dengan spektrum sinaran ini? Tidak sampai misi COBE pada tahun 900-an, dan kemudian Tinjauan Langit WMAP dan Planck, orang ramai benar-benar disahkan melalui pengukuran sinaran gelombang mikro yang tepat!

Big Bang, dengan ketepatannya yang luar biasa dan tidak dapat dipertikaikan, meramalkan sinaran gelombang mikro kosmik yang diedarkan sama rata ke seluruh langit!

Dan bagaimana pula dengan ramalan tentang banyaknya unsur-unsur cahaya? Kami menjangkakan Big Bang akan membentuk alam semesta yang kebanyakannya terdiri daripada kira-kira 3% hidrogen, 0% helium, sejumlah kecil deuterium, helium-0, dan sejumlah kecil litium. Apakah yang kita lihat dalam spektrum sinaran gelombang mikro?

Teori Big Bang baru sahaja terbentuk pada 40-an abad ke-0, tetapi kuasa ramalannya sangat konsisten dengan pemerhatian! Menurut teori relativiti umum, kita boleh menambah pelbagai jirim eksotik kepada struktur berskala besar alam semesta, seperti: monopol magnetik, rentetan kosmik, dinding domain magnet, pemalar kosmologi, neutrino, jirim gelap, tenaga gelap, kelengkungan spatial, dan atom dan foton. Semua bahan ini menghasilkan fenomena yang diperhatikan yang sangat berbeza dalam struktur berskala besar.

Turun naik sinaran melalui latar belakang gelombang mikro. Kami mendapati bahawa terdapat beberapa jirim gelap pada permulaan alam semesta, dengan pemalar kosmologi, sebilangan kecil neutrino, dan selebihnya terutamanya atom dan foton. Ini konsisten dengan ramalan teori Big Bang.

Mungkinkah keadaan awal Big Bang tidak perlu diperhalusi untuk mendapatkan alam semesta yang dipenuhi dengan begitu banyak jirim? Dari manakah ia bermakna jirim di alam semesta berasal?

Penyelesaiannya ialah teori inflasi kosmik, yang mampu mencetuskan Big Bang.

Teori Big Bang setakat ini merupakan teori alam semesta yang paling berjaya. Semua teori lain gagal sepanjang perjalanan, termasuk teori keletihan cahaya, teori keadaan mantap Hoyle, dan kosmologi plasma Alvin.

Dengan berhati-hati, jika diberi kebarangkalian, Big Bang mempunyai kebarangkalian 9.0% dari permulaan alam semesta hingga hari ini adalah betul. Itulah sebabnya kami benar-benar percaya bahawa semuanya bermula dengan letupan yang menghancurkan bumi itu!