Wszystko co istnieje we wszechświecie - mnóstwo galaktyk i miliardy gwiazd w każdej z nich, niemożliwa do oszacowania liczba planet, w tym Ziemia i każdy najmniejszy kwant, było kiedyś skupione w obiekcie o wymiarach znacznie mniejszych od ziarenka piasku. To tylko obrazowe porównanie. Trudno sobie wyobrazić ten obiekt o nieskończenie małych rozmiarach, jednak bardzo poważni naukowcy stworzyli taką właśnie teorię powstania wszechświata, która została nazwana teorią Wielkiego Wybuchu.
Zgodnie z tą teorią wszechświat nie istniał od zawsze (jak uważali starożytni greccy filozofowie), lecz powstał w pewnym momencie w przeszłości i nie jest statyczny ani nieskończony. Uważano tę teorię tak niezwykłą, że nawet po uzyskaniu poważnych dowodów na jej potwierdzenie świadomie naginano fakty do powszechnego przekonania (które miała ogromna większość naukowców jeszcze sto lat temu), że jest inaczej. Dopiero odkrycia z początku XX wieku sprawiły, że teorie o pełnym ruchu we wszechświecie zaczęły przybierać realne kształty.
Największy błąd Einsteina
Już Isaac Newton (1642-1727), autor prawa powszechnej grawitacji, miał wątpliwości. Zgodnie z jego odkryciem dwa dowolne ciała we wszechświecie przyciągają się z siłą, która jest tym większa, im większe są masy tych ciał i im mniejsza jest odległość między nimi. A zatem gwiazdy powinny przyciągać się wzajemnie - nie mogłyby więc pozostawać w spoczynku. Idea jednak tak bardzo kłóciła się z ogólnie przyjętymi poglądami, że Newton i jego następcy woleli tworzyć wymyślne koncepcje (np. o równoważących się siłach przyciągania przez bliskie gwiazdy i odpychania przez dalekie, by potwierdzić wygodną teorię, że wszechświat jest statyczny), niż szukać racjonalnego wytłumaczenia tej zagadki. Wątpliwości dotyczące niezmienności wszechświata miał również niemiecki astronom Heinrich Wilhelm Olbers (1758-1840). Postawił pytanie: skoro wszechświat rozciąga się w nieskończoność w przestrzeni, a gwiazdy są równomiernie rozłożone, to dlaczego niebo jest ciemne? Patrząc niemal w każdym kierunku, obserwator powinien dostrzec światło gwiazd. Zagadkę, którą zadał Niemiec, nazwano paradoksem Olbersa. Sam twórca starał się wytłumaczyć ją w sposób typowy dla zwolenników statyczności wszechświata, że w kosmosie znajduje się materia, która pochłania część światła. Nawet Albert Einstein (1879-1955), twórca szczególnej i ogólnej teorii względności, obawiał się ośmieszenia i mimo że jego matematyczny model uzasadniał przekonanie, iż wszechświat kurczy się lub rozszerza, wolał go zmodyfikować. Wymyślił więc tak zwaną stałą kosmologiczną - siłę nie związaną z żadnym konkretnym źródłem, równoważącą przyciąganie materii znajdującej się we wszechświecie. Dzięki niej udało mu się dopasować wzory do idei wiecznego i nieskończonego wszechświata. Później, kiedy uzyskano materialne dowody na nieprawdziwość wielowiekowej koncepcji, Einstein przyznał, że włączenie stałej kosmologicznej do równań było największym błędem jego życia. Dowody podważające założenia o statycznym wszechświecie i potwierdzające prawdziwość teorii o jego rozszerzaniu się dostarczył w latach dwudziestych XX wieku amerykański astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953).
Widma Hubble'a
W 1924 roku Hubble przeprowadził obserwacje astronomiczne, które wykazały, że nasza Galaktyka nie jest jedyna we wszechświecie. Dowiódł on, że w rzeczywistości istnieje wiele innych, oddzielonych od siebie pustymi obszarami pustej przestrzeni. Przy okazji badania widma gwiazd w odległych galaktykach (dzięki czemu można wyznaczyć temperaturę gwiazdy oraz jej skład chemiczny) zauważył, że widać w nim dokładnie te same układy kolorów co w widmach gwiazd naszej Galaktyki. Z pewną różnicą: kolory te były przesunięte w kierunku czerwonego krańca widma o taką samą względną wartość długości fali. Hubble doszedł do wniosku, że docierające na Ziemię światło z ciał kosmicznych zawiera fale elektromagnetyczne o mniejszych częstotliwościach (czyli przesunięte w kierunku czerwonego krańca widma), niż należałoby tego oczekiwać, gdyby źródło światła było nieruchome. A zatem przesunięcie ku czerwieni świadczyło, że galaktyki oddalają się od Ziemi. Udowodnienie ruchu galaktyk względem siebie nie zakończyło badań ani nie rozwiało wątpliwości. Większość astronomów była przekonana, że poruszają się one zupełnie przypadkowo, w takim wypadku część widm powinna być przesunięta ku czerwieni (gdy obiekty oddalały się Ziemi), a część w stronę niebieskiego krańca (gdy się do niej przybliżały). Ku powszechnemu zdumieniu okazało się, że prawie wszystkie widma są przesunięte ku czerwieni, a zatem przeważająca część galaktyk oddala się od Ziemi. Jeszcze bardziej zaskoczyło naukowców następne odkrycie Hubble'a, zgodnie z którym wielkość przesunięcia widma ku czerwieni jest wprost proporcjonalna do odległości galaktyki. Im dalej znajduje się ona od Ziemi, tym większą ma prędkość i tym szybciej oddala się od obserwatora. A to już z całą pewnością oznaczało, że wszechświat nie pozostaje statyczny, lecz się rozszerza. Pojawiło się jednak kolejne pytanie: skoro wszystkie galaktyki oddalają się od Ziemi, to może nasza planeta zajmuje szczególne miejsce we wszechświecie? Myśl ta była przyjemna dla ludzkości, która przez wieki wierzyła w geocentryzm, jednak naukowcy wybrali postawę sceptyczną. Rosyjski fizyk Aleksander Friedmann stwierdził, że rozszerzanie się wszechświata przypomina nadmuchiwanie cętkowanego balonu: w miarę jego powiększania się odległość między dwiema dowolnymi cętkami wzrasta niezależnie od tego, w którym miejscu balonu się one znajdują; a zatem żadna z nich nie może być uznana za centrum. W dodatku im większa odległość między nimi, tym szybciej się od siebie oddalają. Było to obrazowe potwierdzenie przypuszczeń Hubble'a, jednocześnie wykluczające centralne miejsce Ziemi we wszechświecie. Belgijski uczony Georges Edouard Lemaître (1894-1966), który prowadził badania dotyczące rozszerzania się wszechświata równolegle (choć niezależnie) z Friedmannem, twierdził, że skoro galaktyki się oddalają, to w przeszłości musiał istnieć stan, gdy znajdowały się blisko siebie. Było to bardzo dawno temu (zdaniem Friedmanna od ok. 10 do 20 mld lat temu); wtedy cała materia wszechświata koncentrowała się w jednym punkcie o ogromnej gęstości. Teorię tę nazwano Wielkim Wybuchem (ang. Big Bang - "Wielkie Bum"). Powstały dwa różniące się modele oparte na koncepcji rozszerzającego się wszechświata. Pierwszy z nich przewiduje, że wszechświat będzie rozszerzał się w nieskończoność. Zgodnie z drugim "ucieczka" galaktyk jest na tyle wolna, że grawitacja może zwolnić, a następnie zatrzymać ekspansję. W takim wypadku galaktyki zaczęłyby się zbliżać do siebie, a wszechświat zacząłby się kurczyć. Kiedy materia zostałaby ściśnięta w bardzo mały punkt o ogromnej gęstości, nastąpiłaby Wielka Zapaść. Wszechświat mógłby cyklicznie kurczyć się i rozszerzać.
Wybuch, którego nie było
Kiedy uznano teorię Wielkiego Wybuchu za prawdopodobną (w nauce żadne prawo nie jest uznawane za niezmienne, istnieje więc możliwość, że pojawią się nowe dowody, które obalą tę koncepcję), zaczęto badać teoretycznie jego strukturę w przeszłości, cofając się aż do chwili tuż przed początkiem ekspansji. George Anthony Gamow (1904-1968), amerykański fizyk pochodzenia rosyjskiego, uważał na przykład, że wczesny wszechświat był bardzo gorący, gęsty i wypełniony promieniowaniem o bardzo wysokiej temperaturze. Według niego sekundę po Wielkim Wybuchu wszechświat miał 10 miliardów kelwinów, a trzy minuty później jego temperatura spadła do 1 miliarda. Koledzy Gamowa, Ralph Alpher i Robert Herman, obliczyli, że promieniowanie wczesnego wszechświata powinno przenikać cały kosmos i temperatura tego promieniowania powinna wynosić obecnie 5 kelwinów. Wysunęli przypuszczenie, iż takie szczątkowe promieniowanie nadal istnieje i jest możliwe do wykrycia. Mieli rację. W 1965 roku dwaj amerykańscy fizycy: Arno Allan Penzias i Robert Woodrow Wilson, wypróbowywali bardzo czuły detektor mikrofalowy. Mieli z nim kłopot, ponieważ rejestrował on dziwny szum, który nie pochodził z żadnego konkretnego kierunku. Nie wykryli źródła zakłóceń - ani w małej odległości (szukali odchodów gołębi na antenie), ani w dużej (w obszarze gwiazd naszej Galaktyki) nie było nic, co można by obarczyć odpowiedzialnością za szum. Szczątkowego promieniowania poszukiwali również dwaj inni fizycy z USA: Robert Dicke i James Peebles, ale dopiero budowali własny detektor, gdy dowiedzieli się odkryciu Penziasa i Wilsona. To oni domyślili się, że szum był reliktowym promieniowaniem kosmicznym, udowadniającym prawdziwość teorii Friedmanna. Dalsze badania przeprowadzone przez innych uczonych potwierdziły, że promieniowanie to jest pozostałością po kosmicznym wydarzeniu, które dało początek wszechświatowi, a fotony składające się na nie są najstarsze w kosmosie i istnieją od ponad 10 miliardów lat. Wszystkie obserwacje pozwoliły określić wiek wszechświata na 15-20 miliardów lat. Ten skończony czas tłumaczy wątpliwość Olbersa dotyczącą światła gwiazd: niebo nie jest rozjarzone, gdyż do Ziemi dociera światło z ograniczonej wiekiem wszechświata liczby tych ciał niebieskich. Wczesny wszechświat był wypełniony promieniowaniem i materią, którą początkowo stanowiły wodór i hel utworzone z cząsteczek elementarnych w gęstej pierwotnej kuli ognistej. Potem zaczęły narastać niejednorodności, czyli niewielkie zagęszczenia gazu, i to one przyczyniły się do pojawienia się galaktyk. Wielkiego Wybuchu nie należy wyobrażać sobie jako eksplozji z błyskiem światła i hukiem pędzącego powietrza. Nie istniały bowiem fale akustyczne ani świetlne, nie było również czasu ani przestrzeni (powstały właśnie w momencie Wielkiego Wybuchu), a zatem wraz z rozszerzaniem się wszechświata rozszerzała się czasoprzestrzeń.
a tu do powiekszenia:
http://www.fonon.uni...a/grph/89bb.jpg
zrodlo:http://www.fonon.univ.rzeszow.pl/~joanna/index2.php?file=0&sec=bb
