טמפרטורת היקום במהלך המפץ הגדול

תורת המפץ הגדול על מקור היקום היא תוצאה הגיונית של גילויו של האסטרונום אדווין האבל כי היקום מתרחב. אם ניתן היה להפוך את ההתרחבות, היקום כולו, בנקודת זמן מסוימת, יתכווץ לנקודה אחת במרחב. מדענים הסיקו את התנאים והטמפרטורה של היקום בזמן אינסופי לאיחוד זה בהתבסס על תצפיות ביקום הנוכחי.

ייחוד הוא אזור של מרחב-זמן בו החומר נמחץ בצורה הדוקה כל כך עד שחוקי הכבידה המוסברים על ידי תורת היחסות הכללית מתפרקים. בסינגולריות, נפח החלל הוא אפס וצפיפותו אינסופית. דרך נוספת לומר זאת היא שעיקול המרחב-זמן הוא אינסופי. מדענים מאמינים כי ייחוד כזה קיים בליבתו של חור שחור, המתרחש כאשר שמש סופר-מאסיבית מגיעה לסוף חייה ומתפתחת. תורת היחסות הכללית תובעת גם כי ייחודיות כזו חייבת להתקיים בתחילתו של יקום מתרחב.

המפץ הגדול הוא הרגע שבו הסינגולריות הראשונית הפכה ליקום. בהתבסס על תצפיות על עצמים רחוקים ומדידות של קרינת הרקע הקוסמית, מדענים הסיקו את הטמפרטורה בזמן פלאנק, שהיא 10 מיליון טריליון טריליון טריליון של שְׁנִיָה. באותו רגע הטמפרטורה הייתה 100 מיליון טריליון טריליון קלווינים (180 מיליון טריליון טריליון מעלות פרנהייט). היקום עבר תקופת התפשטות מואצת שהסתיימה הרבה לפני שחלפה שנייה. בשלב זה הוא התקרר לטמפרטורה של 100 מיליארד קלווינים (180 מיליארד מעלות פרנהייט).

בערך שנייה לאחר המפץ הגדול היקום היה צפוף פי כ -400,000 מים, והטמפרטורה הייתה 10 מיליארד קלווינים. החומר כלל בעיקר פרוטונים ונויטרונים. לאחר 13.8 שניות, הטמפרטורה ירדה ל -3 מיליארד קלווינים, ושלוש דקות ו 45 שניות לאחר מכן היא ירדה למיליארד קלווינים. בשלב זה, הנויטרונים והפרוטונים החלו ליצור גרעיני הליום. האטומים הראשונים לא נוצרו עד 700,000 שנה לאחר המפץ הגדול. עד אז הטמפרטורה ירדה לכמה אלפי קלווינים, שהיו קרירים מספיק כדי שפרוטונים ואלקטרונים יווצרו אטומי מימן.

מלבד גילויו של האבל כי היקום מתרחב, מה שהוביל להתפתחות תיאוריית המפץ הגדול מלכתחילה, ישנן שתי סיבות נוספות לקבלת התיאוריה. האחת היא שהיא צופה כי ההליום שנוצר בזמן המפץ הגדול אמור להסביר 25 אחוז ממסת היקום, וזה מה שאסטרופיזיקאים צופים. השני הוא שהוא מנבא כי הטמפרטורה של קרינת הרקע הקוסמית - הזוהר של המפץ הגדול - צריך להיות 3 מעלות מעל האפס המוחלט, וגם לתצפיות אישר זאת.