Universumin lämpötila ison räjähdyksen aikana

Universumin alkuperän alkuräjähdeteoria on looginen tulos tähtitieteilijä Edwin Hubble'n havainnosta, että maailmankaikkeus laajenee. Jos laajentuminen voitaisiin kääntää päinvastaiseksi, koko maailmankaikkeus supistuisi jossain vaiheessa yhteen avaruuspisteeseen. Tutkijat ovat päättäneet maailmankaikkeuden olosuhteet ja lämpötilan äärettömän lähellä tätä singulariteettia nykyisen maailmankaikkeuden havaintojen perusteella.

Singulariteetti on aika-ajan alue, jossa aine murskataan niin läheisesti toisiinsa, että yleisellä suhteellisuusteollisuudella selitetyt gravitaatiolakit hajoavat. Yksittäisyydessä avaruuden tilavuus on nolla ja sen tiheys on ääretön. Toinen tapa sanoa tämä on, että aika-ajan kaarevuus on ääretön. Tutkijat uskovat, että tällainen singulariteetti on mustan aukon ytimessä, joka tapahtuu, kun erittäin massiivinen aurinko saavuttaa elämänsä lopun ja implodes. Yleinen suhteellisuusteoria vaatii myös, että tällaisen singulariteetin on oltava olemassa laajenevan maailmankaikkeuden alussa.

Suuri räjähdys on hetki, jolloin alkeellisesta singulariteetista tuli universumi. Tutkijat perustuvat kaukaisiin kohteisiin tehtyihin havaintoihin ja kosmisen taustasäteilyn mittauksiin ovat päättäneet lämpötilan Planckin aikaan, joka on 10 miljoonaa biljoonaa biljoonaa biljoonaa toinen. Tuolloin lämpötila oli 100 miljoonaa biljoonaa biljoonaa kelviiniä (180 miljoonaa biljoonaa biljoonaa Fahrenheit-astetta). Maailmankaikkeus koki nopeutuneen laajenemisen, joka päättyi hyvissä ajoin ennen sekunnin kulumista. Tähän mennessä se oli jäähtynyt 100 miljardin kelviinin (180 miljardia Fahrenheit-astetta) lämpötilaan.

Noin sekunnin ison räjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus oli noin 400 000 kertaa tiheämpi kuin vesi ja lämpötila oli 10 miljardia kelviiniä. Aine koostui pääasiassa protoneista ja neutroneista. 13,8 sekunnin kuluttua lämpötila oli laskenut 3 miljardiin kelviiniin, ja kolme minuuttia ja 45 sekuntia myöhemmin se oli laskenut miljardiin kelviiniin. Tässä vaiheessa neutronit ja protonit alkoivat muodostaa heliumin ytimiä. Ensimmäiset atomit muodostuivat vasta 700 000 vuotta ison räjähdyksen jälkeen. Siihen mennessä lämpötila oli laskenut useaan tuhanteen kelviiniin, joka oli tarpeeksi viileä protonien ja elektronien muodostamiseksi vetyatomeja.

Sen lisäksi, että Hubble havaitsi maailmankaikkeuden laajenevan, mikä johti ensisilmäyksen valtavan räjähdyksen teoriaan, teorian hyväksymiseen on kaksi syytä. Yksi on, että se ennustaa, että ison räjähdyksen aikaan muodostuneen heliumin tulisi olla 25 prosenttia maailmankaikkeuden massasta, mitä astrofyysikot havaitsevat. Toinen on se, että se ennustaa kosmisen taustasäteilyn - alkuräjähdyksen jälkivalon - tulisi olla 3 astetta absoluuttisen nollan yläpuolella, ja havaintoja on myös vahvisti tämän.