Was war der Auslöser der Big Bang? Es ist kompliziert (Op-Ed)

Paul Sutter ist als visiting Scholar an der Ohio State University Center for Kosmologie und Astroteilchenphysik Physik (CCAPP). Sutter ist auch Gastgeber der Podcasts Ask ein Raumfahrer und Realraum und der YouTube-Serie Space In Your Face. Er trug dieses Artikels auf Space.com Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Am Anfang gab es ein Fragezeichen. Alles andere folgt. Das Ende.

Wir alle kennen von the Big Bang Theory (ich spreche von kosmologischen Modell, nicht der TV-Show), aber es ist wichtig zu verstehen, was diese Theorie ist und was es nicht ist. Ich nehme diese Gelegenheit, genau, reichlich, mit Nachdruck, lächerlich, traumhaft klar zu sein: The Big Bang Theorie ist keine Theorie der Entstehung des Universums. Full Stop. Getan. Nennen Sie es. Brennen Sie diesen Satz in Ihr Gehirn. Sagen Sie es, bevor Sie schlafen gehen, und das erste, was, wenn du aufwachst.

The Big Bang Theory ist ein Modell der Geschichte des Universums Aufspüren der Entwicklung des Kosmos zu seinen frühesten Momenten. Und das war's. Versuchen Sie nicht, alles andere in diesem Rahmen zu stopfen. Einfach nicht aufhören. Sie können Ihre Meta sicher weg von meinem Physik, ich danke Ihnen sehr viel halten.

Ich bin dies betonen, denn es eine Menge Verwirrung von allen Seiten gibt, und es empfiehlt sich, es einfach zu halten. The Big Bang Theory ist ein wissenschaftliches Modell, genau wie jedes andere wissenschaftliche Modell. Wir glauben, die Theorie ist auf dem richtigen Weg, denn es ist — Keuchen — unterstützt durch umfangreiches Beweismaterial.

Sie müssen nicht mein Wort dafür nehmen. Da die Idee zum ersten Mal gekocht, the Big Bang Theory hat jahrzehntelange Wissenschaftler kämpfen, kratzen, hinterhältiger, kritisieren, untergraben, Gezänk, streiten überlebt und sogar Beschimpfungen, alles in einem Versuch, ihre Rivalen zu vernichten und beweisen, dass ihr Haustier Alternativen überlegen waren. Warum? Denn wer nimmt sich einen großen wissenschaftlichen Paradigma eine kostenlose Reise nach Stockholm bekommt.

Und am Ende von allem, ist der Beweis. Wissen Sie, das tatsächliche Universum, das wir zu verstehen versuchen. Jede neue Beobachtung ist die wissenschaftliche Thunderdome; zwei Theorien geben können, aber nur lassen. Und was blieb nach jahrzehntelanger Beweise? Ein kleiner Tipp: Es ist groß.

Die Beweise beginnt mit Edwin Hubbles beachten Sie, dass jeder Galaxie, im Durchschnitt fliegen weg von jeder anderen Galaxie. Das Universum dehnt sich aus. Das ist eine ziemlich große Sache. Seit Jahrtausenden, der Standard-Annahme (können man niemandem die Schuld?) war, dass, während Dinge hier auf der Erde, bis in den fernen Himmeln Zeug irgendwie ändern... is. Ja, Sternen können die Luft sprengen oder Galaxien kollidieren können, aber im großen und ganzen das Universum von letzter Woche ziemlich genau wie das Universum heute aussieht. Überprüfen Sie noch einmal in einem Monat? Yup, das gleiche Universum. At mindestens das ist, was die Leute denken.

Aber es ist nicht. Das Universum ist heute anders als wie es gestern war, und es wird morgen anders sein. Und es ist nicht nur auf lokale Skalen; der ganze Rummel Änderungen Charakter einen Tag auf den anderen. [Entwicklung des Universums aufgedeckt durch Computersimulation (Galerie)]

Und wenn Sie feststellen, dass jeden Tag das Universum größer immer wird, Sie können einen enormen Sprung der Logik zu dem Schluss kommen, das vor langer Zeit das Universum war... kleiner? Vielleicht? Ich vermute? Wie jeder gute Wissenschaftler, sobald Sie diese Art von lächerlich, absurd-Konzept, Kochen Sie anfangen, über was die Folgen wären und wie Sie es testen könnte – ich weiß, radikale Vorstellungen.

Hier ist der Kern: die Geschichte von der Vergangenheit 14-ish Milliarden Jahre ist eine Geschichte der Dichte. Das Universum besteht aus vielen Arten von Sachen: Wasserstoff, Helium, Aardvarks, dunkle Materie, Knorpel, Photonen, Riesenräder, Neutrinos, etc.. All dieses Zeug verhält sich anders als bei unterschiedlichen dichten, also als das Universum kleiner war, eine Art der Sache über eine andere dominieren vielleicht und die physikalische Verhalten der das Ding fahren würde, was im Universum vor sich ging.

Beispielsweise ist das Universum heute meist dunkle Energie (was immer das ist), und sein Verhalten ist das Universum regieren – in diesem Fall fahren eine beschleunigte Expansion. Aber ein paar Milliarden Jahren das Universum war kleiner, und die Angelegenheit war vollgestopft enger zusammen. Und aufgrund seiner Dichte, sei Sache der Herrscher der Roost, überwältigende dunklen Energie, die nur ein Hintergrund Wimp, anstatt das Kraftpaket, was, das es jetzt ist.

(Randbemerkung: die dunkle Energie Übernahme geschah in etwa zur gleichen Zeit unseres Sonnensystems seine Sachen zusammen immer war, und das Universum war damals etwa die Hälfte seiner heutigen Größe.)

Die dunkle Energie-Zeitalter mag nicht so dramatisch, aber weiter zurück gehen Sie rechtzeitig – und je kleiner Sie das Universum – der Fremde wird es. Zurückschieben Sie mehr als 13 Milliarden Jahren, als das Universum war nur ein Tausendstel von seinem aktuellen Umfang, und die Sache, dass eines Tages Make-up würde ganze Galaxien ist zusammengepfercht so fest, dass Atome kann nicht selbst bilden. Es ist so dicht, dass jedes Mal, wenn ein Kern in ein Elektron Seile, ein unvorsichtiger energiereichen Photon hinein, knallt Rippen das Elektron entfernt. Dies ist ein Plasma, und auf einmal das gesamte Universum lebten wie folgt.

Schneller Vorlauf bis heute Tag und das übrig gebliebene Licht aus der Zeit, wann das Universum abgekühlt und erweitert, gerade genug, um die erste Form der Atome lassen, weiterhin über uns jetzt waschen. Aber das Universum ist älter und kälter, und diese hochenergetische Gammastrahlen sind nun lustlos Mikrowellen, Erstellen eines Hintergrunds Kosmos durchdringt – eine kosmische Hintergrundstrahlung oder CMB, wenn man so will.

Die CMB ist nicht nur eines der wichtigsten Stücke der Beweise für den Urknall (es ist ein Baby-Bild des Universums... was will man mehr für?), aber es ist auch ein Fenster in noch früheren Zeiten. Wir können möglicherweise nicht das Universum vor der Bildung des CMB wahrnehmen, aber die Physik lässt einen Abdruck in das Strahlungsfeld. Es ist, naja, irgendwie wichtig.

Je weiter wir in der Zeit zurückdrängen, der Fremde das Universum bekommt – ja, noch seltsamer als ein Plasma. Zurück weiter schieben, und stabile Kerne können nicht bilden. Gehen sogar noch weiter zurück, und Protonen und Neutronen nicht ausstehen den Druck und degenerieren in ihre Bestandteile: Quarks und Gluonen. Zurückschieben noch weiter und, na ja, wird es kompliziert.

The Big Bang Theory lassen sich so zusammenfassen: zu einer Zeit, das gesamte Universum – alles was du kennst und liebst, alles auf der Erde und im Himmel – war am Boden zerstört zu einer Billionen Kelvin Kugel etwa so groß wie ein Pfirsich. Oder Apple. Oder kleine Grapefruit. Die Frucht ist wirklich, hier, OK egal?

Diese Aussage klingt absolut lächerlich, und wenn Sie ein paar hundert Jahren gesagt... Nun, hoffe ich euch gefällt Grillen, weil Sie sind dabei, auf dem Scheiterhaufen verbrannt werden. Aber so verrückt wie dieses Konzept klingt, können wir tatsächlich dieser Epoche verstehen mit unseren Kenntnissen der Hochenergiephysik. Die Physik des Universums modellieren wir in diesem frühen Stadium und herauszufinden, die neuzeitlichen beobachtenden folgen. Wir können Vorhersagen machen. Wir können tun, Wissenschaft.

Je weiter im Zeitalter bekommt das Universum je klarer wird auch unser Bild, aber es ist fast erschreckend zu berücksichtigen, dass unsere Gehirne der arme Affe sogar, solche frühen Epochen im Universum erwägen. An der "Pfirsich Epoche," war das Universum nur ein winziger Bruchteil eines zweiten alten. In der Tat, es war sogar kleiner als ein winziger Bruchteil — 10 ^-36 Sekunden alt, oder so ungefähr. Von da an, haben wir etwa anständiges Bild davon, wie das Universum funktioniert. Einige Fragen sind noch offen, natürlich, aber im Allgemeinen, haben wir zumindest eine vage Verständnis.

Zu noch früheren Zeiten, aber unser Verständnis des Universums bekommt... fuzzy. Die Kräfte, Energien, dichten und Temperaturen zu hoch und die Kenntnisse der Physik, die wir haben nur im Laufe der Jahrhunderte zusammengeschustert ist nicht bis zur Aufgabe. Im sehr frühen Universum Schwerkraft beginnt bei kleinen Maßstäben zu sehr wichtig, und das ist das Reich der Quantengravitation, das noch gelöst großen Rätsel der modernen Physik. Bei kleinen Maßstäben haben wir nur Flat-out kein Verständnis der starken Schwerkraft.

Wir. Nur. Tue nicht.

Früher als 10 ^-36 Sekunden, wir einfach nicht verstehen die Natur des Universums. The Big Bang Theory ist fantastisch zu beschreiben alles nach , aber bevor es, wir sind ein wenig verloren. Dies bekommen: bei klein genug Maßstäben wir nicht einmal wissen, ob das Wort "vor" noch Sinn macht! Bei unglaublich winzigen Schuppen (und ich spreche kleiner als die kleinste Sache Sie denkbar möglich), die Quantennatur der Realität erhebt ihr hässliches Haupt in voller Stärke, unsere sauber, ordentlich, freundlich Raumzeit in einem gebrochenen Klettergerüst von Loops und Verwicklungen und rostigen Spitzen rendern. Vorstellungen von Abständen in Zeit und Raum nicht wirklich auf diese Maßstäbe gelten. Wer weiß, was vor sich geht?

Natürlich gibt es einige Ideen da draußen – Modelle, die versuchen zu beschreiben, was "gezündet" oder "entkernt" Big Bang, aber sie sind zu diesem Zeitpunkt reine Spekulation. Wenn diese Ideen Beobachtungsdaten Hinweise geben können – zum Beispiel eine besondere Prägung der CMB dann Hurra – können wir Wissenschaft!

Wenn nicht, sind sie nur Gutenachtgeschichten.

Erfahren Sie mehr durch das Anhören der Episode "was dem Urknall knallte?" auf die Fragen A Spaceman Podcast, erhältlich auf iTunes und im Internet unter. Dank an Rafael Ribeiro für die Frage, die zu diesem Stück geführt! Eigene Frage auf Twitter mit #AskASpaceman oder durch Anschluss an Paul @PaulMattSutter und facebook.com/PaulMattSutter.

Alle Experten stimmen Fragen und Debatten zu folgen – und werden Sie Teil der Diskussion – auf Facebook, Twitter und Google +. Die Meinungen sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Meinung des Herausgebers. Diese Version des Artikels erschien ursprünglich auf Space.com.