Pojdi na vsebino

Prapok

Uredi povezave
Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Po teoriji prapoka se je Vesolje začelo v izjemno gostem in vročem stanju (spodaj). Od tedaj se je prostor razširil v času in s seboj nosil galaksije.

Prápòk (prápók) ali velíki pòk (véliki ~) (angleško big bang) je v fizikalni kozmologiji znanstvena teorija nastanka Vesolja, ki naj bi nastalo z velikansko eksplozijo prostora in snovi v nekem končnem času v preteklosti. Osrednja zamisel je, da opazovani rdeči premik galaksij (Hubblov zakon) kaže na to, da se galaksije oddaljujejo druga od druge, kar pomeni, da so bile v preteklosti bolj skupaj. V mejnem primeru to vodi do tega, da so bili vsi sestavni deli Vesolja v stanju, kjer sta bili gostota in temperatura izredno veliki ali pa celo v stanju gravitacijske singularnosti, to je v neskončno zbitem stanju. Od tedaj se je prostor širil v času in s seboj nosil galaksije.

Ime prapok si naj bi porogljivo izmislil angleški astronom, astrofizik, kozmolog, matematik, pisatelj in popularizator znanosti Fred Hoyle (1905–2001). Drugi pripisujejo ime belgijskemu teologu, astronomu in matematiku Georgesu Lemaîtru (1894–1966). Lemaître je pri tem rabil izraz prvobitni atom, saj je razmišljal, da je Vesolje nastalo iz neke vrste praatoma in menil, da bi se ta razpad lahko odkril v kozmičnih žarkih.[1]

Izraz »prapok« se uporablja tako v ožjem smislu za opis dogodka v času, ko se je začelo opazljivo širjenje Vesolja po Hubblovem zakonu, nekako pred 13,7 milijardami let (13,7 · 109 let), in v širšem smislu za prevladujočo kozmološko paradigmo, ki opisuje izvor in razvoj Vesolja.

Ena od posledic prapoka je, da se pogoji sedanjega Vesolja razlikujejo od pogojev v preteklosti ali v prihodnosti. Iz tega modela sta lahko Gamow in Alpher leta 1948 napovedala kozmično mikrovalovno prasevanje ozadja. Prasevanje so odkrili v 1960-ih letih in je potrjevalo teorijo prapoka v nasprotju z njeno tekmico, teorijo mirujočega stanja iz leta 1948.

Zgodovina

[uredi | uredi kodo]

Teorijo prapoka so razvili na podlagi opazovanj in teorijskih premislekov. V 1910-ih letih sta ameriški astronom Vesto Slipher in kasneje nemški astronom Carl Wirtz, ki je delal na Observatoriju v francoskem Strasbourgu, ugotovila, da se večina spiralnih galaksij oddaljuje od Zemlje, nista pa se zavedala kozmoloških posledic in tudi ne, da so bile domnevne meglice v bistvu galaksije zunaj naše Galaksije.[2][3]

Leta 1916 je Einstein objavil splošno teorijo relativnosti, ki na podlagi osnovnih predpostavk v kozmologiji ni dovoljevala statičnih kozmoloških rešitev. Njegova teorija je opisala Vesolje z metričnim tenzorjem, ki je lahko vodil do razširjanja ali do krčenja. To lastnost je imel Einstein za napačno in zaradi tega je enačbam gravitacijskega polja samovoljno dodal kozmološko konstanto Λ. Prvi, ki je resno uporabil splošno teorijo relativnosti brez uravnoteženja kozmološke konstante, je bil ruski matematik, fizik in kozmolog Aleksander Fridman. Njegove enačbe iz leta 1922 in 1924 opisujejo Fridman-Lemaître-Robertson-Walkerjevo metriko.

Leta 1927 je Lemaître neodvisno določil enačbe te metrike in na podlagi oddaljevanja spiralnih meglic predlagal, da se je Vesolje začelo z »eksplozijo« »prvobitnega atoma«, kar so kasneje poimenovali prapok.

Leta 1929 je ameriški astronom Edwin Hubble priskrbel opazovalno osnovo za Lemaîtreovo teorijo. Že leta 1922 je dokazal, da so bile spiralne meglice galaksije. Z opazovanjem kefeidnih spremenljivk je izmeril njihove razdalje in uvidel, da se oddaljujejo v vseh smereh s hitrostmi (relativno glede na Zemljo), ki so neposredno sorazmerne z njihovimi razdaljami. Ta zakonitost je znana kot Hubblov zakon.[4][5]

Po kozmološkem načelu je Hubblov zakon pokazal, da se je Vesolje širilo. To je lahko pomenilo dve nasprotni možnosti. Ena je bila Lemaîtreova teorija prapoka, ki jo je naprej razvil Gamow.[6] Druga možnost pa je bila teorija mirujočega stanja, kjer bi snov nastajala med oddaljevanjem galaksij. V tem modelu je Vesolje v grobem enako v vsakem trenutku.[7] V bistvu je Hoyle sam skoval ime za Lemaîtreovo teorijo med radijsko oddajo Narava stvari (The Nature of Things) na BBC leta 1949 in jo posmehljivo imenoval »ta zamisel prapoka«.[8][9] Besedilo oddaje so objavili leto kasneje 1950.

Več let so različno gledali na obe teoriji. Opazovanja pa so začela podpirati zamisel, da se je vesolje razvilo iz vročega gostega stanja. Od odkritja kozmičnega mikrovalovnega prasevanja ozadja leta 1965 je teorija prapoka postala najboljša teorija izvora in razvoja Vesolja.

Pred poznimi 60. leti 20. stoletja je veliko kozmologov menilo, da lahko neskončno gosto in fizikalno paradoksalno singularnost na začetku Fridmanovega kozmološkega modela obidejo s predpostavko, da se je Vesolje, preden je prešlo v vročo gosto stanje, krčilo in se začelo znova širiti. To zamisel je ameriški fizikalni kemik in fizik Richard Tolman podal kot nihajoče vesolje. Tedaj so Stephen Hawking in drugi pokazali, da takšna zamisel ne bi delovala in je tako singularnost neločljivo povezana s fiziko, ki jo opisuje Einsteinova teorija gravitacije.[10][11] To je vodilo večino kozmologov, da ima Vesolje, ki ga trenutno opisuje fizika splošne teorije relativnosti, končno starost. Vendar je zaradi neupoštevanja lastnosti kvantne gravitacije nemogoče reči ali je singularnost izhodiščna točka Vesolja ali fizikalni procesi, ki vladajo, povzročajo, da je narava Vesolja večna.

Slika kozmičnega mikrovalovnega prasevanja ozadja Nasine sonde WMAP

Večina teoretičnih raziskav v kozmologiji prapoka se ukvarja z razširitvijo in izboljšavami osnovne teorije prapoka. Veliko trenutnih raziskav v kozmologiji je usmerjeno na to kako so v tem okviru nastale galaksije, kaj se je zgodilo v samem prapoku in na izgladitev opazovalnih podatkov z osnovno teorijo.

Velik napredek v kozmologiji prapoka je prišel v poznih 1990-ih in na začetku 21. stoletja zaradi izboljšane tehnologije daljnogledov v kombinaciji z velikim številom podatkov iz umetnih satelitov kot so COBE[12], Hubblov vesoljski daljnogled in WMAP[13]. S temi podatki so lahko kozmologi izračunali veliko parametrov prapoka z večjo točnostjo. Poleg tega so z opazovanjem supernov nepričakovano odkrili, da se verjetno Vesolje vse hitreje širi (glej temna energija).

Dokazi

[uredi | uredi kodo]
Umetnikova upodobitev sonde WMAP, ki je z meritvami kozmičnega prasevanja ozadja utrdila trenutno sprejeti model prapoka

Za ugotovitev veljavnosti teorije prapoka in teorije mirujočega stanja se je razvilo vsaj 7 kriterijev nakazanih v preglednici:[1]:386–387

kriterij model prapoka stacionarni model
1. rdeči premik in širjenje Vesolja pričakovano v Vesolju, ki nastane v gostem stanju in se potem krči pričakovano v večnem vesolju, ki se širi in snov nastaja v vrzelih
2. količine atomov opazovana razmerja so blizu napovedim ni zadovoljive razlage
3. tvorba galaksij raztrganje galaksij zaradi širjenja na voljo več časa in ni začetne eksplozije
4. porazdelitev galaksij porazdelitev se spreminja z razdaljo ni opazovanih mladih galaksij
5. prasevanje napoved prapoka ni razlage
6. starost Vesolja telesa v Vesolju so mlajša od samega Vesolja ni dokazov, da je karkoli starejše od 20 milijard let, Vesolje pa je neskončno staro
7. nastanek Vesolja ni razlage za nastanek Vesolja ni razlage za nastanek nove snovi

Najzgodnejši in najbolj neposredni dokazi veljavnosti teorije so širjenje prostora v skladu s Hubblovim zakonom (kot ga izdajajo rdeči premiki galaksij), odkritje in meritve kozmičnega prasevanja ozadja ter razmerja v pogostosti lahkih elementov, ki so po tej teoriji nastali v procesu nukleosinteze. Med novejšimi posrednimi dokazi so opazovanja nastajanja in razvoja galaksij ter strukturiranosti snovi v Vesolju na večjem velikostnem redu.[14] Včasih jih imenujejo »štirje stebri« standardne kozmologije.[15]

Točni modeli prapoka predpostavljajo vpliv raznih eksotičnih fizikalnih pojavov, ki še niso bili izmerjeni v laboratorijskih poskusih na Zemlji ali vključeni v standardni model fizike osnovnih delcev. Med njimi raziskovalci največ pozornosti posvečajo temni snovi.[16] Računalniške simulacije razvoja Vesolja, ki vključujejo temno snov, poleg tega predvidevajo hitro povečevanje gostote proti središču galaksij in veliko število pritlikavih galaksij, česar opazovanja ne potrjujejo. Veliko zanimanja fizikov je deležna tudi temna energija, za katero pa ni znano, ali jo bo kdaj možno neposredno izmeriti.[17] To so zaenkrat nerešeni problemi sodobne fizike.

Sklici

[uredi | uredi kodo]
  1. ↑ 1,0 1,1 Singh (2007).
  2. ↑ Slipher, V. M. (1913). »The Radial Velocity of the Andromeda Nebula«. Lowell Observatory Bulletin. 1: 56–57. Bibcode:1913LowOB...2...56S.
  3. ↑ Slipher, V. M. (1915). »Spectrographic Observations of Nebulae«. Popular Astronomy. 23: 21–24. Bibcode:1915PA.....23...21S.
  4. ↑ Hubble, E. (1929). »A Relation Between Distance and Radial Velocity Among Extra-Galactic Nebulae«. Proceedings of the National Academy of Sciences. 15 (3): 168–73. Bibcode:1929PNAS...15..168H. doi:10.1073/pnas.15.3.168. PMC 522427. PMID 16577160.
  5. ↑ Christianson, E. (1995). Edwin Hubble: Mariner of the Nebulae. Farrar, Straus and Giroux. ISBN 0-374-14660-8.
  6. ↑ Alpher, R. A.; Bethe, H.; Gamow, G. (1948). »The Origin of Chemical Elements«. Physical Review. 73 (7): 803–804. Bibcode:1948PhRv...73..803A. doi:10.1103/PhysRev.73.803.
  7. ↑ Hoyle, F. (1948). »A New Model for the Expanding Universe«. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 108 (5): 372–382. Bibcode:1948MNRAS.108..372H. doi:10.1093/mnras/108.5.372.
  8. ↑ »Hoyle on the Radio: Creating the 'Big Bang'«. BBC News. Arhivirano iz spletišča dne 26. maja 2014. Pridobljeno 4. septembra 2017.
  9. ↑ Mitton. Fred Hoyle: A Life in Science. Cambridge University Press. ISBN 978-1-139-49595-0."To create a picture in the mind of the listener, Hoyle had likened the explosive theory of the universe's origin to a 'big bang'"
  10. ↑ Hawking, S.; Ellis, G. F. (1968). »The Cosmic Black-Body Radiation and the Existence of Singularities in our Universe«. The Astrophysical Journal. 152: 25. Bibcode:1968ApJ...152...25H. doi:10.1086/149520.
  11. ↑ Hawking, S.; Penrose, R. (27. januar 1970). »The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology«. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. The Royal Society. 314 (1519): 529–548. Bibcode:1970RSPSA.314..529H. doi:10.1098/rspa.1970.0021. Pridobljeno 27. marca 2015.
  12. ↑ Boggess, N. W.; in sod. (1992). »The COBE Mission: Its Design and Performance Two Years after the launch«. The Astrophysical Journal. 397: 420. Bibcode:1992ApJ...397..420B. doi:10.1086/171797.
  13. ↑ Spergel, D. N.; in sod. (2006). »Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year Results: Implications for Cosmology«. Astrophysical Journal Supplement. 170 (2): 377–408. arXiv:astro-ph/0603449. Bibcode:2007ApJS..170..377S. doi:10.1086/513700.
  14. ↑ Gladders; idr. (2007).
  15. ↑ »The Four Pillars of the Standard Cosmology«. The Hot Big Bang Model. Oddelek za uporabno matematiko in teoretično fiziko, Univerza v Cambridgeu. Pridobljeno 2. marca 2015.
  16. ↑ Sadoulet (2010).
  17. ↑ Cahn (2010).

Viri

[uredi | uredi kodo]

Zunanje povezave

[uredi | uredi kodo]
Wikimedijina zbirka ponuja več predstavnostnega gradiva o temi: prapok.
Pridobljeno iz »https://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Prapok&oldid=6305743«