Didysis sprogimas

Didysis sprogimas (angl. Big Bang) – sąvoka, Didžiojo sprogimo teorijoje nusakanti Visatos atsiradimo momentą.^[1] Teorija grindžiama teiginiu, jog galaktikos palaipsniui tolsta viena nuo kitos. Šį teiginį patvirtina stebimų galaktikų šviesos spektro poslinkis, aiškinamas Hablo dėsniu. Remiantis šiuo dėsniu galima nesunkiai apskaičiuoti, jog visos galaktikos prieš maždaug 13,7 milijardų metų buvo vienoje vietoje.

Pavadinimas Big Bang buvo juokais vartotas teorijos kritikų, norint paversti idėją ad absurdum. Šis ironiškas, bet vaizdingas žodžių junginys prigijo ir tapo šiuolaikiniu kosmologijos terminu.

Kadangi nei erdvės, nei laiko, nei juose egzistuojančios mums įprastos materijos prieš Didijį sprogimą nebuvo, jie turėjo atsirasti Didžiojo sprogimo metu. Be šių sąvokų šiuolaikinės fizikos teorijos negali aprašyti pačios ankstyviausios Visatos raidos. Jos gali būti taikomos tik po Planko epochos – 10^-43s.

Po Didžiojo sprogimo Visata buvo beveik vientisai užpildyta energijos ir buvo ypač karšta – 10³²K.^{[reikalingas šaltinis]} Sparčiai didėjant atstumams tarp Visatą sudarančių objektų, jos temperatūra krito, ėmė veikti visos šiuo metu žinomos fizikinės jėgos, susidarė elementariosios dalelės, vandenilio ir helio atomai.

Po maždaug 400 000 m. temperatūra nukrito iki 3000 K. Šiuo laikotarpiu stabilizavosi atomai; tai leido šviesai laisvai sklisti erdvėje. Šis Visatos periodas stebimas reliktiniame spinduliavime. Šio spinduliavimo egzistavimas buvo prognozuotas XX a. ketvirtame dešimtmetyje, o jo atradimas 1965 m. tapo svarbiu fizikos laimėjimu.

Per tam tikrą laiką šiek tiek tankesnes Visatos vietas, sudarytas iš ne visiškai vienalytės materijos, gravitacija sutraukė į tankesnes struktūras, taip sudarydamos dujų debesis, žvaigždes, galaktikas ir kitas astronomines struktūras.

Bendrosios reliatyvumo teorijos požiūriu neįmanoma atskirti erdvės ir laiko – egzistuoja tik erdvėlaikis. Didžiojo sprogimo teorijoje ši problema neaktuali; Hermano Vailio (Hermann Weyl) postulatas teigia, kad laikas gali būti nedviprasmiškai išmatuotas bet kuriame taške „nuo Didžiojo sprogimo“. Tokie matavimai remiasi vadinamaisiais komfortiškais atstumais ir laikais, kurie leidžia nepaisyti Visatos plėtimosi matuojant erdvėlaikį.

Alberto Einšteino reliatyvumo teorija teigia, jog, priklausomai nuo materijos tankio Visatoje, galimos dvi Visatos plėtimosi baigtys. Vienu atveju Visata plėsis be sustojimo (infliacinis modelis, "Big Rip"), kitu atveju, esant didesniam tankiui, vėl susitrauks (defliacinis modelis, Big Crunch) ir susidarys situacija, panaši į Didįjį sprogimą. Tokiu atveju galima būtų teigti, jog Visatos raida yra cikliška. Tačiau atlikus šiuolaikinius Visatos tankio matavimus begalinio Visatos plėtimosi modelis atrodo tinkamesnis^{[reikalingas šaltinis]}.

1915 m. Albertas Einšteinas sukūrė Bendrąją reliatyvumo teoriją. Ši teorija neleido jokių statinių sprendinių, t. y., Visata galėjo arba plėstis, arba trauktis. Šį rezultatą jis pats laikė klaidingu, ir vėliau jį bandė koreguoti, pridėdamas kosmologinę konstantą.

Vėliau, 1918 m., Strasburgo astronomas Karlas Vilhelmas Vircas (Carl Wilhelm Wirtz) išmatavo sisteminį kai kurių galaktikos ūkų raudonąjį poslinkį, ir pavadino tai K-pataisa (K-correction), tačiau jis dar nesuprato nei jos kosmologinės reikšmės, nei to, kad manomieji ūkai iš tiesų buvo galaktikos už mūsų Paukščių Tako.

Belgijos dvasininkas Žoržas Lemetras 1927 m. buvo pirmasis, pasiūlęs idėją, kad Visata prasidėjo dėl „pirmykščio atomo“ sprogimo.

Ketvirtajame dešimtmetyje Edvinas Hablas pateikė eksperimentinių įrodymų, patvirtinančių Ž. Lemetro teoriją. E. Hablas jau 1913 m. buvo nustatęs, kad galaktikos tolsta. Tačiau vėliau, dar kartą naudodamasis raudonojo poslinkio matavimais, jis nustatė, kad tolimos galaktikos tolsta visomis kryptimis tokiais greičiais, kurie yra vienodi Žemės atžvilgiu, ir kurie tiesiogiai proporcingi atstumui nuo Žemės iki tų galaktikų. Šis dėsnis šiuo metu žinomas kaip Hablo dėsnis.

Ši teorija 1948 m. išprovokavo prognozes apie reliktinį spinduliavimą (angl. Cosmic microwave background radiation), kurio egzistavimas 1965 m. buvo patvirtintas astronominiais matavimais.

Hablo dėsnis pagimdė dvi teorijas apie Visatos ateitį. Viena – pasiūlyta Georgijaus Gamovo (George Gamow) – teigia, kad Visata prasidėjo apibrėžtu laiku praeityje ir ateityje visą laiką plėsis. Kita teorija – Fredo Hoilio (Fred Hoyle) pastovios būsenos modelis, pagal kurį nauja materija būtų kuriama galaktikoms tolstant vienai nuo kitos, ir visatos vaizdas laike nesikeistų. F. Hoilis yra ir paties termino „Didysis sprogimas“ autorius. Pirmąsyk F. Hoilis jį pavartojo 1950 m. BBC radijo programoje, kritiškai atsiliepdamas apie šią teoriją.

Faktai, paremti vėlesnių stebėjimų duomenimis, buvo palankūs Didžiojo sprogimo teorijai. Nuo XX amžiaus septintojo dešimtmečio vidurio ji buvo laikoma tiksliausia esama teorija apie Visatos kilmę bei evoliuciją. Šiuo metu beveik visi kosmologijos ištekliai skirti Didžiojo sprogimo teorijai plėsti ir taisyti. Tiriama, kaip po Didžiojo sprogimo susiformavo galaktikos bei kas įvyko per patį Didįjį sprogimą.

XX amžiaus dešimtajame dešimtmetyje ir XXI amžiaus pradžioje tobulėjant teleskopų technologijoms Didžiojo sprogimo teorija buvo labai patikslinta. Gauti duomenys leido astronomams tiksliau apskaičiuoti daug Didžiojo sprogimo parametrų ir nustatyti, jog Visatos plėtimosi greitis auga greičiau, negu buvo manyta ir tuo prieštarauja Hablo dėsniui. Jei šių stebėjimų duomenys yra teisingi ir greitėjimas tęsis, o plėtimosi greitis pasieks šviesos greitį, galiausiai nebegalėsime matyti kitų galaktikų, o Visata baigsis vadinamuoju Didžiuoju suplėšymu.

2007 m. gruodį kosmologo B. Wandelt'o paskelbta reliktinio spinduliavimo analizė parodė, kad dabartiniai visatos plėtimosi modeliai yra arba pernelyg paprasti, arba neteisingi, ir ateinantys metai bus skiriami tyrimams siekiant tai patikrinti.^[2]

Didžiojo Sprogimo teorija paaiškina daugumą stebėjimo duomenų. Neaišku, kas vyko laiko intervale nuo 0 iki 10^-43s po Didžiojo sprogimo. Tikima, kad Bendroji reliatyvumo teorija negali prognozuoti pačios Visatos pradžios. Šiuolaikinėje kosmologijoje trūksta kvantinės gravitacijos teorijos bei Bendrosios reliatyvumo teorijos sujungimo į Didžiąją apibendrintą teoriją ( angl. Grand unification Theory – GUT), nors ši teorija vis dar neleis nustatyti, kas vyko Planko epochos metu. Taip pat kol kas nėra aiški Visatos sudėtis, ypač nematomosios medžiagos ir tamsiosios energijos prigimtis, todėl neaišku, kodėl dabar Visata plečiasi su pagreičiu ir kodėl kosmologinė konstanta tokia maža.

• Didžiojo sprogimo chronologija
• Didžiojo sprogimo branduolių sintezė