Η θερμοκρασία του σύμπαντος κατά τη διάρκεια του Big Bang

Η θεωρία της μεγάλης έκρηξης της προέλευσης του σύμπαντος είναι ένα λογικό αποτέλεσμα της ανακάλυψης από τον αστρονόμο Edwin Hubble ότι το σύμπαν επεκτείνεται. Εάν η επέκταση θα μπορούσε να αντιστραφεί, ολόκληρο το σύμπαν, σε κάποια στιγμή, θα συρρικνωθεί σε ένα μόνο σημείο στο διάστημα. Οι επιστήμονες έχουν συμπεράνει τις συνθήκες και τη θερμοκρασία του σύμπαντος σε μια στιγμή απεριόριστα κοντά σε αυτήν την μοναδικότητα με βάση τις παρατηρήσεις του παρόντος σύμπαντος.

Η μοναδικότητα είναι μια περιοχή χωροχρόνου στην οποία η ύλη συνθλίβεται τόσο στενά ώστε οι βαρυτικοί νόμοι που εξηγούνται από τη γενική σχετικότητα να διαλύονται. Σε μια μοναδικότητα, ο όγκος του χώρου είναι μηδέν και η πυκνότητά του είναι άπειρη. Ένας άλλος τρόπος να το πούμε είναι ότι η καμπυλότητα του χωροχρόνου είναι άπειρη. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μια τέτοια μοναδικότητα υπάρχει στον πυρήνα μιας μαύρης τρύπας, η οποία συμβαίνει όταν ένας υπερ-τεράστιος ήλιος φτάσει στο τέλος της ζωής του και εκραγεί. Η γενική σχετικότητα απαιτεί επίσης μια τέτοια μοναδικότητα πρέπει να υπάρχει στην αρχή ενός επεκτεινόμενου σύμπαντος.

Το big bang είναι η στιγμή που η αρχέγονη μοναδικότητα έγινε το σύμπαν. Με βάση παρατηρήσεις μακρινών αντικειμένων και μετρήσεις της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, επιστήμονες έχουν συμπεράνει τη θερμοκρασία στο χρόνο Planck, που είναι 10 εκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρις δεύτερος. Εκείνη τη στιγμή, η θερμοκρασία ήταν 100 εκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια κέλβινες (180 εκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια βαθμοί Φαρενάιτ). Το σύμπαν υποβλήθηκε σε μια περίοδο επιταχυνόμενης διαστολής που έληξε πολύ πριν περάσει ένα δευτερόλεπτο. Μέχρι αυτή τη στιγμή, είχε κρυώσει σε θερμοκρασία 100 δισεκατομμυρίων kelvins (180 δισεκατομμύρια βαθμούς Φαρενάιτ).

Περίπου ένα δευτερόλεπτο μετά το big bang, το σύμπαν ήταν περίπου 400.000 φορές πιο πυκνό από το νερό και η θερμοκρασία ήταν 10 δισεκατομμύρια kelvins. Το υλικό αποτελείται κυρίως από πρωτόνια και νετρόνια. Μετά από 13,8 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία είχε μειωθεί σε 3 δισεκατομμύρια κέλβινες, και τρία λεπτά και 45 δευτερόλεπτα αργότερα, είχε μειωθεί σε 1 δισεκατομμύριο κέλβιν. Σε αυτό το σημείο, τα νετρόνια και τα πρωτόνια άρχισαν να σχηματίζουν πυρήνες ηλίου. Τα πρώτα άτομα δεν σχηματίστηκαν μέχρι 700.000 χρόνια μετά το big bang. Μέχρι τότε, η θερμοκρασία είχε μειωθεί σε αρκετές χιλιάδες κέλβιν, η οποία ήταν αρκετά δροσερή για τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν άτομα υδρογόνου.

Εκτός από την ανακάλυψη του Hubble ότι το σύμπαν επεκτείνεται, το οποίο οδήγησε στην ανάπτυξη της θεωρίας του big bang, υπάρχουν δύο ακόμη λόγοι για την αποδοχή της θεωρίας. Το ένα είναι ότι προβλέπει ότι το ήλιο που σχηματίστηκε κατά τη στιγμή της έκρηξης θα πρέπει να αντιπροσωπεύει το 25 τοις εκατό της μάζας του σύμπαντος, κάτι που παρατηρούν οι αστροφυσικοί. Το άλλο είναι ότι προβλέπει ότι η θερμοκρασία της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου - η μεταλαμπή του big bang - θα πρέπει να είναι 3 μοίρες πάνω από το απόλυτο μηδέν, και οι παρατηρήσεις έχουν επίσης το επιβεβαίωσε.