Az Ősrobbanás-elmélet titokzatos kérdései

2016. február 29., hétfő




Az Ősrobbanás-elmélet korántsem teljes, számos kényes kérdésre nem képes választ adni eredeti formájában, mint például az Univerzumban megfigyelhető anyageloszlásra vagy éppen a kezdeti szingularitás leírására. Vajon képesek vagyunk-e megmagyarázni a jelenlegi kozmológiai tudásunkkal felvértezve az Ősrobbanás-elmélet hiányosságait?

Az Ősrobbanás-elmélet és a relativitáselmélet

Az Ősrobbanás-elmélet az Univerzum keletkezésének és fejlődésének napjainkban legelfogadottabb elmélete, amely szerint a Világegyetem valamikor 12-14 milliárd évvel ezelőtt egy úgynevezett szingularitásból keletkezett, amely aztán kitágult, és lehűlt.

A keletkezés következményeit ma is megtapasztalhatjuk a kozmikus háttérsugárzásban,

amely a korai, forró Univerzum lehűlése során maradt vissza, illetve az egész téridő tágulásában, ami napjainkban is (egyre gyorsuló ütemben) tart.

Az Ősrobbanás elmélete alapvetően két nagy alappilléren nyugszik.

Az egyik az Albert Einstein által felfedezett általános relativitáselmélet,

amely egészen új szempontból közelítette meg a Newton által korábban leírt gravitációt és a testek mozgását.

univberzum-titka

Bevezeti a téridő fogalmát, amelyhez elválaszthatatlanul hozzákapcsolja az anyagot és egyben deklarálja a fénysebességet, mint abszolút határsebességet az Univerzumban. Ez utóbbinak érdekes következményei vannak, amelyek közül had említsünk meg egy példát.

Mi történne, ha eltűnne a Nap?

Mi történne, ha az egyik pillanatban eltűnne a Nap? Mit tapasztalnánk? Newton felfogásában, abban a pillanatban, hogy a Nap eltűnne, a Földünk letérne a pályájáról, mivel a gravitációs mező megszűnése, mint hatás, azonnal tapasztalható lenne. Vagyis találtunk egy olyan fizikai hatásmechanizmust, amely végtelen sebességgel terjed.

Azonban Einstein óta tudjuk, hogy nem ez történne. A Napunk eltűnését követő kb. 8,3 percben (ennyi időre van szüksége átlagosan a fénynek, hogy megtegye a Nap-Föld távolságot) semmi változást nem tapasztalnánk,

hiszen a gravitációs mező megszűnése, mint hatás, sem terjedhet gyorsabban a fénynél.

Érdekes elgondolkodni mindezen, hiszen ez azt jelenti, hogy sosem tudhatjuk, mi zajlik éppen a jelenben a Napon, csak azt, ami a múltban történik.

univerzum-2

Mindez csupán egyetlen példa Einstein forradalmian új gondolkodásmódjára, amelyet a kozmológia el kellett fogadjon, azóta pedig számtalan úton bizonyították a jóslatait (legutóbb a gravitációs hullámok felfedezésével). John Wheeler fizikus szavai kiválóan összefoglalják Einstein elméletének lényegét:

Az anyag megmondja a téridőnek, hogyan görbüljön, és a téridő megmondja az anyagnak, hogyan mozogjon!”.

Az anyag és energia (Einstein óta azt is tudjuk, hogy az anyag az energiának tulajdonképpen egy megjelenési formája) befolyásolja a téridő szövedékét, meggörbíti azt,

míg a görbült téridő visszahat a testek mozgására, amit mi gravitációs erőként értelmezünk.

napkitores Ha a Nap megszűnne létezni, nyolc perc kellene hozzá, hogy észrevegyük.

Ez a leírásmód alapvetően meghatározza az Univerzum nagyléptékű szerkezetét, és így közvetlenül be kell hogy épüljön az Univerzum keletkezésével és fejlődésével foglalkozó bármely elméletbe.

Az Ősrobbanás-elmélet és a Kozmológiai Elv

Einstein elméletének megszületése után számtalan tudós (köztük maga Einstein) igyekezte is alkalmazni a relativitáselmélet által adott dinamikát az Univerzum keletkezésére, fejlődésére. Mindehhez pedig szükség volt egy alapvető első feltevésre az anyag eloszlására vonatkozólag a Világegyetemben.

A legkézenfekvőbb feltevés, ha megfelelően nagy léptékben szemléljük az Univerzum szerkezetét, azt, hogy a Világegyetemben az anyag eloszlása homogén és izotróp.

Ezt a feltevést hívjuk Kozmológiai Elvnek,

amelyet az Univerzumban található anyag (galaxisok) eloszlására vonatkozó megfigyelések is alátámasztani látszottak.

szingularitas

Mindezt jól kiegészítette (eleinte) a kozmikus háttérsugárzás nagyléptékű egyenletessége is, amely megerősítette azt a feltevést, miszerint a háttérsugárzást milliárd évekkel korábban kibocsátó anyag eloszlása is a legnagyobb léptékben egyenletes kellett hogy legyen. Az Ősrobbanás-elmélet a relativitáselmélet és a Kozmológiai Elv alapvető pilléreire támaszkodva próbálta megmagyarázni az Univerzum keletkezésének és fejlődésének alapkérdését.

Túl a Kozmológiai Elven

A Kozmológiai Elv eredeti formájában az újabb felfedezések fényében kérdésessé vált,

és vele együtt a rá építkező Ősrobbanás-elméletben is szaporodni kezdtek a problémák.

Az egyre kisebb méretskálákon éppen az egyenletes anyageloszlás ellentéte fedezhető fel, amelynek korántsem egyértelmű a magyarázata az Ősrobbanás-elmélet keretein belül.

tagulo-vilagegyetem-modell

A megoldáshoz a kozmológusok kidolgozták az úgynevezett inflációs-elméletet, amely tulajdonképpen az Ősrobbanás-elmélet kiterjesztésének tekinthető. Az Univerzum nagyon korai időszakában a korábbihoz képest lényegesen gyorsabb növekedési szakaszt feltételezve, mind az Univerzum nagy léptékű szerkezete, valamint a lokális struktúrák (galaxisok) kialakulása is megmagyarázhatóvá válik.

Tekintsük át az Ősrobbanás-elméletben felvetődött legnagyobb kérdéseket és próbáljuk ezeket megmagyarázni az inflációs szakasz bevezetésével!

Hogyan formálódtak az Univerzum struktúrái?

A távcsövek viszonylag egyszerű eszközt adnak a kezünkbe az Univerzum különböző léptékű szerkezetének megfigyelésére.

Ezt a szerkezeti felépítést bármely keletkezési modellnek meg kell tudnia magyarázni,

vagyis olyan fejlődési irányvonalat kell jósolnia, amely a ma megfigyelt Világegyetemet eredményezi.

A Hubble űrteleszkóp talán egyik leghíresebb felvétele a „Deep Field Image”, amely erről a struktúráról árulkodik. Az Ősrobbanás-elméletből éppen annak a magyarázata hiányzik, hogy miként jöhettek létre ezek a megfigyelhető struktúrák a Világegyetemben? A legelfogadottabb feltevés szerint a jelenleg látható struktúrák a kezdeti Univerzum, közel egyenletes anyageloszlásában tapasztalható apró fluktuációiból (ingadozásából, hullámzásából) alakultak ki a gravitáció hatására.

vilagegyetem

Ezek a fluktuációk máig megőrizték nyomukat a kozmikus háttérsugárzás hőmérsékletingadozásaiban. Az eredeti Ősrobbanás-elmélet segítségével, megmagyarázható az egyenletes kezdeti anyageloszlás, valamint a kozmikus háttérsugárzás, illetve a könnyű elemek keletkezésének kérdése, azonban a galaxisok létezése, valamint az Univerzum strukturális felépítése már nem értelmezhető.

Viszont az apróbb fluktuációk által indított gravitációs elrendeződés értelmezhetővé teszi a problémát. Példaképpen tekintsünk vissza a Világegyetem távoli múltjába.

Nagyjából 500 ezer évvel az Ősrobbanás után az Univerzum közel 1000-szer volt kisebb a jelenlegi méreténél.

Ebben az időszakban például a Tejútrendszerünket magába foglaló tértartományban az anyag sűrűsége mintegy 0,5%-al kellett hogy felülmúlja a környezetét, ami miatt az itt található anyag lényegesen lassabban tágult, mint a környező régiókban.

spiritualis-univerzum

Ennek hatására a későbbi Tejútrendszer környezetében egyre jobban megnövekedett az anyag sűrűsége, a gravitáció irányítása alatt. Ha ezt a gondolatmenetet tovább folytatjuk, akkor elképzelhetjük azt az egyre jobban sűrűsödő anyagcsomót, amelyből kialakult a Tejútrendszer, illetve azon belül a további csillagcsoportosulások, a csillagrendszerek, és a bolygórendszerek is.

A kozmológusok azt feltételezik, hogy a Hubble-űrtávcső számos felvételén éppen ilyen galaxisformálódási fázisban lévő állapotokat láthatunk. (Ne feledjük, hogy a galaxisok képe a múltat tükrözi, az akkori állapotot, amikor a galaxis fénye elindult hozzánk).

Hogyan keletkeztek a korai Univerzum apró fluktuációi?

Az eddig összefoglalt fejlődési mechanizmust a gravitáció vezényelte le az apró, kezdeti ingadozásokból kiindulva, amelyeknek jelen kellett lenniük a korai Univerzum közel egyenletes anyageloszlásában. Azonban még ez sem ad magyarázatot arra, hogy miként jöttek létre ezek a kezdeti fluktuációk.

az-univerzum-tagulasa

Két elméleti lehetőség vetődött fel a kozmológusok számára, hogy megválaszolják ezt az égető kérdést. Az egyik az inflációs tágulási időszak bevezetése a korai Univerzumba, illetve a Világegyetem nagyléptékű szerkezetében tapasztalható defektusok, hiányosságok feltételezése. A két feltevés némileg eltérő jóslatokat adott a kozmikus háttérsugárzás apró ingadozásaira.

A megfigyelések az inflációs elmélet jóslatait látszanak alátámasztani, így a folytatásban alaposan áttekintjük majd a kozmikus háttérsugárzás eloszlásáról szerzett ismereteinket is, a korai Univerzum magyarázatára.

Forrás: Origo

tudomány ősrobbanás fluktuáció nagy bumm


Megtekintések száma: 3847





Szólj hozzá Te is a cikkhez

Ez is érdekelhet