Prapok

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.

Prápók ali vêliki pók (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 izmislil angleški astronom, astrofizik, kozmolog, matematik, pisatelj in popularizator znanosti Fred Hoyle (1905-2001). Drugi pripisujejo ime belgijskemu teologu, astronomu in matematiku Georges-Édouardu Lemaîtru (1894-1966).

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 mikrovalovno prasevanje kozmičnega ozadja. Prasevanje so odkrili v 60. letih 20. stoletja in je potrjevalo teorijo prapoka v nasprotju z njeno tekmico, teorijo mirujočega stanja iz leta 1948.

[uredi] Zgodovina

Teorijo prapoka so razvili na podlagi opazovanj in teorijskih premislekov. V 10. letih 20. stoletja sta ameriški astronom Slipher in kasneje nemški astronom 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 izven naše Galaksije.

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 Fridman. Njegove enačbe 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 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.

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. 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. 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«. 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 mikrovalovnega prasevanja kozmičnega 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 Tolman podal kot nihajoče vesolje. Tedaj so Hawking in drugi pokazali, da takšna zamisel ne bi delovala in je tako singularnost neločljivo povezana s fiziko, ki jo opisuje Einsteinova teorija gravitacije. 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 mikrovalovnega sevanja kozmičnega ozadja Nasine sonde WMAP

Večina teorijskih 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 90. letih 20. stoletja in na začetku 21. stoletja zaradi izboljšane tehnologije daljnogledov v kombinaciji z velikim številom podatkov iz umetnih satelitov kot so COBE, Hubblov vesoljski daljnogled in WMAP. S temi podatki so lahko kozmologi izračunali veliko parametrov prapoka z večjo natančnostjo. Poleg tega so z opazovanjem supernov nepričakovano odkrili, da se verjetno Vesolje vse hitreje širi (glejte temna energija).