די ביג באַנג טעאָריע און דער אָנהייב פֿון דער וועלט
די פראגע ווי אזוי דער אוניווערס האט אנגעהויבן האט פארכאפט מענטשן פאר טויזנטער יארן. פון די שאַפונגס-מיטאָסן פון פארשידענע קולטורן ביז מאָדערנער וויסנשאפטלעכער פאָרשונג, איז די נייגעריקייט וועגן די אָנהייב פון דעם קאָסמאָס קיינמאָל נישט אָפּגעשוואונדן. אין היינטיקער וויסנשאפט, איז די מערסט וויידלי אנגענומענע טעאָריע צו דערקלערן די געבורט און עוואָלוציע פון דעם אוניווערס די ביג באַנג טעאָריע. די טעאָריע איז נישט נאָר אַ געוויינטלעכע "עקספּלאָזיע", נאָר אַ וויסנשאפטלעכער מאָדעל געשטיצט דורך אַ ברייטע פאַרשיידנקייט פון אָבסערוואַציאָנעלע, מאַטעמאַטישע און קאָסמאָלאָגישע פיזישע באַווייַזן. דער אַרטיקל דיסקוטירט וואָס די ביג באַנג טעאָריע איז, ווי די באַווייַזן שטיצן עס, די פריע סטאַדיעס פון דעם אוניווערס, און די הויפּט פראגעס וואָס בלייבן אָפֿן.
וואָס איז די ביג באַנג טעאָריע?
די גרויסע קלאַפּ טעאָריע זאָגט אַז די וועלט האָט זיך אָנגעהויבן אין אַ זייער הייסן און געדיכטן צושטאַנד אַרום 13,8 ביליאָן יאָר צוריק, און זינט דעמאָלט האָט זיך די וועלט אויסגעברייטערט און אָפּגעקילט. דער טערמין "גרויסער קלאַפּ" פירט אָפט צו דער פאַלשער מיינונג אַז אַן עקספּלאָזיע איז געשען אין אַ ספּעציפֿישן פּונקט אין פּלאַץ. אָבער, לויט מאָדערנער קאָסמאָלאָגיע, איז עס פּלאַץ אַליין וואָס עקספּאַנדירט. דאָס מיינט אַז עס איז נישטאָ קיין "צענטער" פון דער עקספּלאָזיע אין פּלאַץ; אַנשטאָט, עקספּאַנדירט זיך דער גאַנצער פּלאַץ.
דער ביג בענג מאָדעל גיט אַ ראַם צו דערקלערן פאַרוואָס גאַלאַקסיעס ריקן זיך אַוועק איינע פון די אַנדערע, פאַרוואָס די וניווערס איז אָנגעפילט מיט איבערבליבענע ראַדיאַציע פון אירע פריע טעג, און פאַרוואָס ליכט עלעמענטן ווי וואַסערשטאָף און העליום זענען אַזוי שעפעדיק. אָבער, די טעאָריע איז נישט די דעפיניטיווע ענטפער. דער ביג בענג דערקלערט די עוואָלוציע פון די וניווערס פון אירע עקסטרעמע אָנהייב באדינגונגען, אָבער די קשיא פון "וואָס איז געשען פריער" בלייבט אַ ענין פון אַקטיוו דעבאַטע און פאָרשונג.
א קורצע געשיכטע: פון רעלאטיוויטעט צו מאדערנער קאסמאלאגיע
די געדאַנק אַז דער אוניווערס עקספּאַנדירט זיך האָט אירע וואָרצלען אין אַלבערט איינשטיין'ס אַנטוויקלונג פון דער אַלגעמיינער טעאָריע פון רעלאַטיוויטעט (1915). איינשטיין'ס גלייכונגען ערלויבן אַ דינאַמישן אוניווערס - איינער וואָס קען עקספּאַנדירן אָדער זיך צוזאַמענדריקן. אָנהייב האָט איינשטיין געמיינט אַז דער אוניווערס איז סטאַטיש, האָט ער צוגעגעבן אַ "קאָסמאָלאָגישע קאָנסטאַנטע" צו באַלאַנסירן זיין מאָדעל. אָבער, שפּעטערע אָבסערוואַציעס האָבן געוויזן אַז דער אוניווערס איז נישט סטאַטיש.
אין די 1920ער יארן, האט אסטראנאם עדווין האבל אנטדעקט אז ליכט פון ווייטע גאלאקסיעס איז רויט-פארשיבט, וואס ווייזט אז זיי ריקן זיך אוועק. די באציאונג צווישן ווייטקייט און רויט-פארשיבונג, באקאנט אלס האבלס געזעץ, איז געווארן א שליסל זייל פון קאסמאלאגיע. דאס האט געפירט צום פארשטאנד אז אויב די אוניווערס פארברייטערט זיך יעצט, איז זי געווען געדיכטער אין דער פארגאנגענהייט - ביז א קאסמישן אפשטאם.
דריי הויפּט באַווייזן פֿאַר דער ביג באַנג טעאָריע
די ביג בענג טעאריע איז ברייט אנגענומען ווייל זי ווערט געשטיצט דורך עטלעכע שטארקע ליניעס פון אבזערוואציאנעלע באווייזן. דריי פון די ווערן אפט באטראכט אלס די הויפט יסודות.
1. אויסברייטונג פון דעם אוניווערס (גאַלאַקטישע רויטשיפט)
ווען גאַלאַקסיעס באַוועגן זיך אַוועק, ווערן די כוואַליע-לענג פון ליכט וואָס מיר באַקומען אויסגעצויגן, און זיי באַוועגן זיך צו דער רויטער עק פון דעם ספּעקטרום. ווי ווייטער אַוועק די גאַלאַקסי, אַלץ גרעסער איז איר רויט-פאַרשיבונג. דאָס איז אין איינקלאַנג מיט אַן אויסברייטערנדיקן אוניווערס. די אויסברייטונג איז נישט פשוט די באַוועגונג פון גאַלאַקסיעס דורך דעם פּלאַץ, נאָר גאַנץ פאַרקערט די אויסברייטונג פון פּלאַץ צווישן זיי.
2. קאָסמישע מיקראָוועוו הינטערגרונט ראַדיאַציע (CMB)
אין 1965, האבן ארנא פענזיאס און ראבערט ווילסאָן אנטדעקט דעם קאָסמישן מייקראַוועוו הינטערגרונט (CMB), א "רעווערבעראַציע" פון ראַדיאַציע פון דעם יונגן אוניווערס. דער CMB איז א הייסער רעשטל פון א צייט ווען דער אוניווערס איז געווען קיל גענוג פאר נייטראלע אטאמען צו פארמירן, דערלויבנדיק ליכט צו רייזן פריי. היינט, ווערט דער CMB דעטעקטירט ווי מייקראַוועוו ראַדיאַציע מיט א טעמפּעראַטור פון בערך 2,7 קעלווין. דער מוסטער פון קליינע וועריאַציעס (אַניזאָטראָפּיעס) אין דעם CMB גיט אויך אנווייזונגען צו די זוימען פון סטרוקטורן וואָס וואָלטן שפּעטער אַנטוויקלען זיך אין גאַלאַקסיעס און גאַלאַקסיע קלאַסטערס.
3. שעפע פון ליכט עלעמענטן
די ביג בענג טעאריע פאראויסזאגט אז אין די ערשטע פאר מינוטן פון דעם ביג בענג, איז פארגעקומען נוקלעאסינטעז, וואס האט געשאפן לייכטע עלעמענטן: הויפטזעכליך וואסערשטאף, העליום, און א קליינע מאס ליטיום. באאבאכטונגען פון דער עלעמענטארער צוזאמענשטעלונג פון דעם אוניווערס זענען אין אויסגעצייכנטער הסכמה מיט דעם פאראויסזאגונג. אויב דער אוניווערס איז קיינמאל נישט געווען אין א הייסער, געדיכטער פאזע, איז שווער צו דערקלערן די גרויסע צאל פון אור-העליום.
כראָנאָלאָגיע פֿון דער פֿריִער וועלט
כדי צו פֿאַרשטיין די אָנהייבן פֿון דער אוניווערס לויטן גרויסן קלאַפּ, האָבן וויסנשאַפֿטלער אויפֿגעשטעלט אַ כראָנאָלאָגיע פֿון די פֿריִע פֿאַזעס באַזירט אויף הויך-ענערגיע פֿיזיק.
1. די זייער פריע תקופה און אינפלאציע
פאר א גאר קליינעם טייל פון צייט נאך איר אנפאנג, גלויבט מען אז דער אוניווערס האט דורכגעמאכט קאסמישע אינפלאציע - א פעריאד פון גאר שנעלער אויסברייטונג. אינפלאציע דערקלערט פארוואס דער אוניווערס דערשיינט באמערקענסווערט איינהייטלעך אויף גרויסע מאסשטאבן און פארוואס די געאמעטריע פון ספעיס דערשיינט כמעט פלאך. כאטש אינפלאציע איז נאך נישט אינגאנצן פארשטאנען, שטיצט א גרויס טייל פון די CMB דאטן די געדאנק אז עפעס ווי אינפלאציע איז מסתמא פארגעקומען.
2. פאָרמירונג פון עלעמענטאַרע פּאַרטיקלען
ווי דער אוניווערס האט זיך אויסגעברייטערט, איז זיין טעמפעראטור געפאלן. די ענערגיע וואס איז פריער געווען גענוג צו פראדוצירן פארשידענע טיילכלעך האט זיך שטייטליך "געפרארן" אין די סטאבילן טיילכלעך וואס מיר קענען: קווארקס, לעפטאנען, און דערנאך פראטאנען און נייטראנען. בעת דעם פאזע איז אויך געשאפן געווארן אנטי-מאטעריע, אבער פאר עפעס א סיבה בלייבט אונזער אוניווערס דאמינירט פון מאטעריע. די פראבלעם ווערט גערופן די מאטעריע-אנטי-מאטער אסימעטריע, איינע פון די גרויסע סודות פון קאסמאלאגיע.
3. ביג בענג נוקלעאָסינטעז
אינערהאלב מינוטן פון דעם אָנהייב, האָבן פּראָטאָנען און נעיטראָנען זיך פאַראייניקט צו שאַפֿן ליכטיקע אַטאָם-קערנס ווי העליום-4. נאָכדעם איז די אוניווערס געוואָרן צו קיל פֿאַר גרויס-מאָסשטאַביגע פֿוזיע צו פאָרזעצן. דאָס איז פאַרוואָס שווערערע עלעמענטן ווי קוילן-שטאָף, זויערשטאָף און אייַזן זענען נישט געשאַפן געוואָרן אין דעם גרויסן קלאַפּ, נאָר פיל שפּעטער אין שטערן און סופּערנאָוואַ עקספּלאָזיעס.
4. רעקאָמבינאַציע און ליכט ימישאַן (CMB)
בערך 380.000 יאר נאך דעם אנהויב, זענען די טעמפעראטורן געפאלן גענוג כדי עלעקטראנען זאלן זיך קענען פארבינדן מיט די קערנס און שאפן נייטראלע אטאמען. ווען עלעקטראנען האבן שוין נישט אזוי אפט צוזאמגעשטויסן מיט פאטאנען, האט ליכט געקענט פריי פארן. דאס ליכט איז וואס מיר זעהן היינט אלס די CMB.
5. טונקעלע צייטן, ערשטע שטערן, און גאלאקסיעס
נאך רעקאמבינאציע, איז די אוניווערס אריין אין א טונקעלן צייט-עלטער, אן קיין שטערן וואס האבן נאך נישט געשיינט. דערנאך האט גראוויטאציע געזאמלט גאז אין די ערשטע שטערן, וואס האט ווידער אנגעצונדן די אוניווערס און געהאלפן שאפן גרויסע סטרוקטורן: גאלאקסיעס, גאלאקסי קלאסטערס, און די קאסמישע נעץ.
די ראלע פון טונקעלע מאַטעריע און טונקעלע ענערגיע
דער מאָדערנער ביג בענג איז נישט נאָר געווען וועגן געוויינטלעכע מאַטעריע. אָבסערוואַציעס ווייַזן אַז די מאַטעריע וואָס מיר קענען זען - שטערן, גאַז, פּלאַנעטן - איז בלויז אַ קליינטשיק בראָכצאָל פון די גאַנצע אינהאַלט פון די קאָסמאָס.
– טונקעלע מאַטעריע איז אַן אומזעיקבאַרער קאָמפּאָנענט וואָס אינטעראַקטירט בפֿרט דורך גראַוויטאַציע. עס העלפֿט דערקלערן פאַרוואָס גאַלאַקסיעס קענען זיך דרייען מיט הויכע גיכקייטן אָן זיך צעברעכן, און ווי גרויסע סטרוקטורן פֿאָרמירן זיך שנעלער ווי אויב נאָר געוויינטלעכע מאַטעריע וואָלט געווען פֿאַראַן.
– טונקעלע ענערגיע איז דער טערמין פאר עפעס וואס פאראורזאכט דעם אוניווערס צו פארברייטערן זיך שנעלער, אנטדעקט דורך אבזערוואציעס פון סופערנאוועס אין די שפעטע 1990ער יארן. טונקעלע ענערגיע בלייבט איינע פון די גרעסטע רעטענישן אין פיזיק ווייל איר גענויע נאטור בלייבט אומבאקאנט.
אלגעמיינע מיספארשטענדענישן וועגן דעם גרויסן קלאַפּ
עס זענען דא עטלעכע טעותים וואָס פּאַסירן אָפט:
1. דער ביג בענג איז נישט געווען קיין אויפרייס אין ליידיגן ספעיס, נאר גיכער אן אויסברייטונג פון ספעיס אליין.
2. די ביג בענג טעאריע איז נישט די פילאסאפישע פארקערטע פון "שאַפונג," נאר גיכער א וויסנשאפטלעכע מאָדעל וואָס דערקלערט די עוואָלוציע פון קאָסמאָס באַזירט אויף אָבסערוואַציעס און די געזעצן פון פיזיק.
3. דער גרויסער קלאַפּ ענטפֿערט נישט אויטאָמאַטיש "פֿאַרוואָס עס איז עפּעס אַנשטאָט גאָרנישט." קאָסמאָלאָגיע באַשרײַבט "ווי" די אוניווערס האָט זיך עוואַלוירט; די פֿראַגע פֿון "פֿאַרוואָס" קען אַרייננעמען די וועלט פֿון פֿילאָסאָפֿיע אָדער טעאָלאָגיע.
פֿראגן וואָס בלייבן אָפֿן
כאָטש שטאַרק, לאָזט די ביג באַנג טעאָריע איבער אַ צאָל יסודותדיקע פֿראַגעס:
– וואָס פאַראורזאכט אינפלאַציע, און וואָס איז דער גענויער מעханіזם?
– פארוואס איז דא מער מאַטעריע ווי אַנטימאַטעריע?
– וואָס איז די נאַטור פון טונקעלע מאַטעריע און טונקעלע ענערגיע?
– וואָס פּאַסירט מיטן "סטאַרטפּונקט" אויב מיר פֿירן אײַן קוואַנטום גראַוויטאַציע?
– איז אונדזער אוניווערס די איינציקע, אדער טייל פון א מולטיווערס?
אסאך וויסנשאפטלער גלייבן אז צו ענטפערן די פראגעס, דארפן מיר א טעאריע וואס פאראייניגט אלגעמיינע רעלאטיוויטעט און קוואנטום מעכאניק, אפט באצייכנט אלס קוואנטום גראוויטי. קאנדידאטן שליסן איין שטריקל טעאריע און שלייף קוואנטום גראוויטי צוגאנגען, אבער קיינע פון די נישט איז באשטעטיקט געווארן דורך אבזערוואציעס.
קלאָוזינג
די ביג בענג טעאריע איז א וויכטיגער מיילשטיין אין מענטשהייט'ס זוכעניש צו פארשטיין דעם אוניווערס. מיט באווייזן פון קאסמישער אויסברייטונג, די קאסמישע מייקראכווע הינטערגרונט ראדיאציע, און די שעפע פון ליכט עלעמענטן, גיט דאס מאדעל א קאנסיסטענטע וויסנשאפטלעכע דערציילונג וועגן דעם אוניווערס'ס רייזע פון עקסטרעמע פריע באדינגונגען צו א קאסמאס פול מיט גאלאקסיעס, שטערן, און פלאנעטן. אבער, דער ביג בענג איז נישט דער סוף פון דער געשיכטע. אין פאקט, הינטער זיין ערפאלג, זענען ארויסגעקומען נייע סודות וואס שטעלן ארויס די פראבלעם מיט מאדערנע פיזיק: טונקעלע מאטעריע, טונקעלע ענערגיע, אינפלאציע, און פראגעס וועגן די פריעסטע באדינגונגען פון דעם אוניווערס. די זוכעניש פאר ענטפערס צו די סודות איז וואס האלט קאסמאלאגיע לעבעדיג, דינאמיש, און קאנסטאנט אין אנטוויקלונג.
אויב איר ווילט, קען איך אַדאַפּטירן דעם אַרטיקל צו אַ מער פּאָפּולערן סטיל פֿאַר סטודענטן, אָדער צו זיין מער טעכניש מיט נאָך פֿאָרמולעס, פֿיגורן און לייענרעפֿערענצן.
