Milyen alternatívái vannak az ősrobbanás-modellnek?

A zaj – mint a rádió statikus – úgy tűnt, hogy ott van, függetlenül attól, hogy milyen irányba irányították a távcsövet az égen. Eleinte azt hitték, hogy magából a távcsőből, városi interferenciából, vagy esetleg a teleszkóp antennájában élő galambokból származik. A lehetséges földi interferencia minden más formájának kizárása után azonban a zaj megmaradt.

Valójában a zajt más csillagászok is hallották, bár értelmetlen interferenciaként értelmezték. Az ok, amiért a csapatok több távcsövön és minden irányban hallhatták, az volt, hogy ez az irritáló zaj valójában a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) volt – az ősrobbanásból megmaradt sugárzás, amely halványan érzékelhető és áthatja az egész ismert univerzumot.

Penzias és Wilson rájöttek, hogy egy Ralph Alpher által javasolt jelet vizsgálnak, és hogy ez az ősrobbanás elméletének bizonyítéka, és munkájukért fizikai Nobel-díjat kaptak.

Bár az ősrobbanás a legjobb magyarázat arra, amit az univerzumban megfigyeltünk, nem ez az egyetlen magyarázat, amelyet eddig kaptunk, és nem is minden kozmológus fogadja el. Ráadásul nem kell túl messzire visszamenni a történelemben, hogy megtaláljuk azt az időpontot (előzetes megfigyelések, amelyek valószínűbbé teszik az ősrobbanás forgatókönyvét), amikor a tudományos konszenzus az volt, hogy statikus univerzumban élünk.

Statikus és örök univerzum

Valójában nem tudtunk olyan régóta a galaxisokról. A 20. század elején a Cepheid változócsillagoktól való távolság mérésével bizonyítékokat találtak a Tejútrendszeren túli "szigetuniverzumok" gondolatára. De csak 1924-ben, amikor Edwin Hubble közelebbről megvizsgálta az Andromédát – amelyet akkoriban ködnek hittek –, és megtalálta a cefeidákat és megmérte a távolságukat, megerősítettük, hogy van bármi a saját galaxisunkon túl.

Nem sokkal ezután felfedeztük, hogy a távolabbi galaxisok fénye vöröseltolásosabb, ami a fizikusok szerint a fény hullámhosszának megnyúlásának eredménye az univerzum tágulásával.

Mielőtt bizonyítékunk lett volna a táguló univerzumra, sok tudós és természetfilozófus előttük azt feltételezte, hogy az univerzum időben és térben végtelen, és nem tágul és nem zsugorodik.

Amikor Einstein megírta 1917-es tanulmányát Kozmológiai megfontolások az általános relativitáselméletben, híresen bevezette a kozmológiai állandót egyenleteibe. Ez egy kísérlet volt arra, hogy megakadályozzák az univerzumot abban, hogy végül önmagába omoljon a gravitációs kölcsönhatások miatt, és összhangban tartsák a statikus univerzum megfigyeléseivel.

Bár az örök és végtelen univerzum vonzó, az ötlet nem illeszkedik a vöröseltolódás és a galaxisok távolságának modern megfigyeléseihez, és nem magyarázza meg a nagyon megfigyelhető és mindig jelenlévő CMB-t. Ezeknek a fogalmaknak az alternatív magyarázatai, mint például a fáradt fény, nem illeszkednek jól a bizonyítékokhoz.

Nagy visszapattanás

Az egyik meglehetősen népszerű elképzelés, amelyet időről időre még mindig felvetnek, az, hogy az ősrobbanás nem az igazi kezdet volt, hanem a legújabb a terjeszkedések ciklusában.

Az alapötlet az, hogy az univerzum minimális, de véges méretűre zsugorodik, ekkor a kvantumgravitációs hatások "visszapattognak", és újra tágulni kezd.

Ebben az elképzelésben a fizika törvényei változhatnak, ahogy az univerzum összehúzódik és visszapattan, és egyedi árulkodó jeleket hagyhat a CMB-n. Nem találtak olyan jelet, amely ezt az ötletet jobban megfeleltetné a bizonyítékoknak, mint a standard modell.

Konform ciklikus kozmológia

Ez az ötlet a Nobel-díjas fizikustól, Roger Penrose-tól származik, és az univerzumunkról szóló érdekes megfigyelésekből származik. A termodinamika második főtétele kimondja, hogy az entrópia (bonyolulttá válik, de az itt használt célokra gondoljon "rendezetlenségre") csak növekedhet. A dolgok az idő múlásával egyre rendezetlenebbé válnak, és egy bizonyos ponton ez az univerzum "hőhalálát" eredményezi, ahol az anyag egyenletesen oszlik el, és nem lehet több "munkát" végezni.

Penrose elképzelése szerint ez a hőhalál, ahol az összes fekete lyuk elpárolog, a részecskék lebomlottak, és a tömeg nélküli sugárzás dominál, egy új "eon" kezdeteként szolgál. Részecskék vagy fekete lyukak nélkül az univerzum méretaránya értelmetlenné válik, és konformálisan átméretezheti az univerzumot (változatlanul hagyva a szögeket), és marad a forró, sűrű és sima univerzum, amely úgy nézhet ki, mint a saját univerzumunk kezdete. Innentől kezdve egy újabb ősrobbanásszerű esemény történik, mielőtt ez az univerzum is hőhalálon és átméretezésen megy keresztül.

Az ötlet magyarázatot ad az univerzum sima állapotára a kezdetektől infláció nélkül, és Penrose és mások szerint, akik az ötleten dolgoznak, bizonyítékot láthatunk erre a jelenlegi korszakunkból.

"A konformális ciklikus kozmológia (CCC) azt javasolja, hogy az univerzum ismétlődő (gyorsított) tágulási ciklusokon megy keresztül, amelyeket "eonoknak" neveznek, ahol az előző ciklus maximális (vagy végtelen) kiterjedése egybeesik az egymást követő ciklus ősrobbanási szakaszával. Ebben a modellben nincs szükség összehúzódásra (nagy ropogásra)" - magyarázta Penrose egy tanulmányban.

"Ezt az a konform struktúra teszi lehetővé, amely minden korszak elején és végén uralja a téridőt. A CCC megoldja a második törvény által megkövetelt szuper-speciális kezdeti feltételek paradoxonát az ősrobbanásnál, és megfigyelési következményei között megjósolja a "kör alakú gyűrűk" jelenlétét a kozmikus mikrohullámú háttérspektrum hőmérséklet-ingadozásaiban."

Bár érdekes, még nem találtak szilárd bizonyítékot ezekre a gyűrűszerkezetekre vagy "Hawking-pontokra". Az sem világos, hogy a protonok bomlanak-e, és ha nem, akkor a konform átskálázás nem történhet meg.

Örök növekedés

A standard ősrobbanás-modellben a korai univerzum rendkívül gyors infláción megy keresztül, amelyet az inflációs mező hajt, amely kisimította az univerzumot és "lapos" maradt. Az örök inflációban ez a gyors növekedés az univerzum egyes régióiban örökké folytatódik, míg bizonyos zsebekben vagy "buborékuniverzumokban" az infláció helyileg véget ér, és az anyag létezhet.

Ebben az elképzelésben az univerzumok nagyon eltérő fizikai törvényekkel rendelkezhetnek, és mi abban élünk, amely képes támogatni az élettípusunkat, és eltünteti az olyan problémákat, mint a "finomhangolás" problémája. A modellek eltérőek, de egyesek azt jósolják, hogy a CMB-ben is láthatjuk az univerzumok közötti ütközések jeleit.

Ismét nincs bizonyítékunk arra, hogy ez a helyzet, és az ősrobbanás plusz az infláció továbbra is a legjobb modellünk az univerzumról, eddig.