Articles

Alkuperä: CERN: Ideat: CERN: The Big Bang | Exploratorium

History of Universe
photo: CERN
Klikkaa kuvaa nähdäksesi laajennetun maailmankaikkeuden historian.

Tiesitkö, että kehossasi oleva aine on miljardeja vuosia vanhaa?
Useimpien astrofyysikoiden mukaan kaikki nykyisin maailmankaikkeudessa esiintyvä aine – mukaan lukien ihmisissä, kasveissa, eläimissä, maapallossa, tähdissä ja galakseissa oleva aine – on syntynyt aivan ensimmäisellä hetkellä, jonka arvellaan olleen noin 13 miljardia vuotta sitten.
Tutkijat uskovat, että maailmankaikkeus sai alkunsa siten, että sen jokainen energiapilkku oli puristettu hyvin pieneen pisteeseen. Tämä äärimmäisen tiheä piste räjähti käsittämättömällä voimalla, loi ainetta ja työnsi sen ulospäin muodostaen valtavan maailmankaikkeutemme miljardeja galakseja. Astrofyysikot kutsuivat tätä valtavaa räjähdystä alkuräjähdykseksi.
Suurräjähdys ei muistuttanut mitään sellaista räjähdystä, jota voitte nähdä maapallolla tänä päivänä. Esimerkiksi vetypommin räjähdys, jonka keskus rekisteröi noin 100 miljoonaa celsiusastetta, liikkuu ilmassa noin 300 metrin sekuntinopeudella. Sitä vastoin kosmologit uskovat, että alkuräjähdys heitti energiaa kaikkiin suuntiin valon nopeudella (300 000 000 metriä sekunnissa, miljoona kertaa nopeammin kuin H-pommi) ja arvioivat, että koko maailmankaikkeuden lämpötila oli 1000 biljoonaa celsiusastetta vain sekunnin murto-osan kuluttua räjähdyksestä. Jopa nykymaailman maailmankaikkeuden kuumimpien tähtien ytimet ovat paljon tätä viileämpiä.
Alkuräjähdyksessä on toinenkin tärkeä ominaisuus, joka tekee siitä ainutlaatuisen. Siinä missä ihmisen tekemän pommin räjähdys laajenee ilman läpi, alkuräjähdys ei laajentunut minkään läpi. Tämä johtuu siitä, että ajan alussa ei ollut tilaa, jonka läpi laajentua. Fyysikot uskovat pikemminkin, että alkuräjähdys loi ja venytti itse avaruutta ja laajensi maailmankaikkeutta.

Jäähtyvä, laajeneva maailmankaikkeus

Hubble Deep Field
kuva: Space Telescope Science Institute
Alkuuniversumin jäähtyessä alkuräjähdyksessä syntynyt aine kerääntyi tähdiksi ja galakseiksi.

Lyhyen hetken ajan alkuräjähdyksen jälkeen valtava kuumuus loi olosuhteet, jotka eivät ole samanlaisia kuin astrofyysikot näkevät nykyään maailmankaikkeudessa. Vaikka planeetat ja tähdet koostuvat nykyään alkuaineiden, kuten vedyn ja piin, atomeista, tutkijat uskovat, että silloinen maailmankaikkeus oli liian kuuma millekään muulle kuin kaikkein perustavanlaatuisimmille hiukkasille – kuten kvokeille ja fotoneille.
Mutta kun maailmankaikkeus laajeni nopeasti, alkuräjähdyksen energia “laimeni” avaruudessa yhä enemmän, jolloin maailmankaikkeus viileni. Olutpullon avaaminen johtaa suunnilleen samanlaiseen viilentävään, laajenevaan vaikutukseen: pulloon sulkeutunut kaasu leviää ilmaan, ja oluen lämpötila laskee.
Nopea jäähtyminen mahdollisti tuntemamme aineen muodostumisen maailmankaikkeuteen, vaikka fyysikot yrittävät yhä selvittää, miten tämä tapahtui. Noin kymmenesosasekunnin kuluttua alkuräjähdyksestä muodostui protoneja ja neutroneja, ja muutamassa minuutissa nämä hiukkaset juuttuivat yhteen muodostaen atomiytimiä, lähinnä vetyä ja heliumia. Satoja tuhansia vuosia myöhemmin elektronit kiinnittyivät ytimiin muodostaen kokonaisia atomeja.
Noin miljardi vuotta alkuräjähdyksen jälkeen painovoima sai nämä atomit kerääntymään valtaviksi kaasupilviksi ja muodostamaan galakseiksi kutsuttuja tähtikokoelmia. Painovoima on voima, joka vetää kaikkia esineitä, joilla on massaa, toisiaan kohti – sama voima, joka saa esimerkiksi ilmaan heitetyn pallon putoamaan maahan.
Miten maapallon kaltaiset planeetat syntyvät? Miljardien vuosien aikana tähdet “keittävät” vety- ja heliumatomeja kuumissa ytimissään muodostaen raskaampia alkuaineita, kuten hiiltä ja happea. Suuret tähdet räjähtävät ajan mittaan räjäyttäen nämä alkuaineet avaruuteen. Tämä aine tiivistyy sitten tähdiksi, planeetoiksi ja satelliiteiksi, jotka muodostavat oman aurinkokuntamme kaltaiset aurinkokunnat.

Miten tiedämme, että alkuräjähdys tapahtui?
Astrofyysikot ovat viimeisten sadan vuoden aikana löytäneet paljon vakuuttavia todisteita alkuräjähdysteorian tueksi. Näihin todisteisiin kuuluu havainto siitä, että maailmankaikkeus laajenee. Tarkastelemalla kaukaisten galaksien lähettämää valoa tutkijat ovat havainneet, että nämä galaksit liikkuvat nopeasti poispäin galaksistamme, Linnunradasta. Alkuräjähdyksen kaltainen räjähdys, joka lähetti aineen lentämään pisteestä ulospäin, selittää tämän havainnon.


Tiesitkö, että televisiossasi näkyvä kohina johtuu alkuräjähdyksestä jääneestä säteilystä?

Toinen ratkaiseva löytö oli havainto mikroaaltojen matalasta tasosta kaikkialla avaruudessa. Tähtitieteilijät uskovat, että nämä mikroaallot, joiden lämpötila on noin -270 celsiusastetta, ovat jäänteitä alkuräjähdyksen tuottamasta äärimmäisen korkealämpöisestä säteilystä.
Huomionarvoista on, että tähtitieteilijät voivat saada käsityksen siitä, kuinka kuuma maailmankaikkeus oli aikoinaan tarkastelemalla hyvin kaukaisia kaasupilviä suuritehoisten teleskooppien avulla. Koska näiltä pilviltä tulevan valon saapuminen kaukoputkiin voi kestää miljardeja vuosia, näemme tällaiset kappaleet sellaisina kuin ne näyttäytyivät aikakausia sitten. Kappas vain, nämä muinaiset kaasupilvet näyttävät olevan kuumempia kuin nuoremmat pilvet.
Tutkijat ovat myös pystyneet tukemaan alkuräjähdysteoriaa mittaamalla eri alkuaineiden suhteellisia määriä maailmankaikkeudessa. He ovat havainneet, että maailmankaikkeus sisältää massaltaan noin 74 prosenttia vetyä ja 26 prosenttia heliumia, kahta kevyintä alkuainetta. Kaikki muut raskaammat alkuaineet – mukaan lukien maapallolla tavalliset alkuaineet, kuten hiili ja happi – muodostavat vain pienen osan kaikesta aineesta.
Miten tämä siis todistaa mitään alkuräjähdyksestä? Tutkijat ovat teoreettisten laskelmien avulla osoittaneet, että nämä runsaudet ovat voineet syntyä vain maailmankaikkeudessa, joka alkoi hyvin kuumassa, tiheässä tilassa ja sitten nopeasti jäähtyi ja laajeni. Juuri tällaista maailmankaikkeutta alkuräjähdysteoria ennustaa.
seuraava sivu…