مه‌بانگ

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از مهبانگ)
پرش به: ناوبری، جستجو
فارسیEnglish
برطبق مدل مه‌بانگ، جهان از یک وضعیت بسیار چگال و داغ شروع به انبساط نمود و همچنان در حال انبساط است.

نظریه مِه‌بانگ مدل کیهان‌شناسی پذیرفته‌شده جهان، از کهن‌ترین دوران شناخته‌شده و تکامل آن در مقیاس بزرگ است.[۱][۲][۳] این نظریه بیان می‌کند که گیتی از یک وضعیت بسیار چگال (متراکم) نخستین آغاز شده و در گذر زمان انبساط یافته‌است[۴][۵] این نظریه طیف گسترده‌ای از پدیده‌های مشاهده‌شده را به خوبی توضیح می‌دهد. از جمله این پدیده‌ها می‌توان به فراوانی عناصر سبک اولیه، تابش زمینه کیهانی، ساختار بزرگ مقیاس و قانون هابل اشاره نمود.[۶] اگر در زمان به عقب برگردیم، به نقطه‌ای در گذشته می‌رسیم که در آن قوانین فیزیکی شناخته‌شده کارایی خود را از دست می‌دهند و نقطه تکینگی نام دارد. این نقطه، نقطه پیدایش گیتی است و بر اساس اندازه‌گیریهای جدید، این لحظه تقریباً ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش رخ داده‌است و از این رو سن گیتی ۱۳٫۸ میلیارد سال تخمین زده می‌شود.[۷] پس از انبساط اولیه گیتی به اندازه کافی سرد شد که امکان پیدایش ذرات زیراتمی و بعدها اتمهای ساده، پدید آید. به هم پیوستن ابرهای غول‌پیکر از عناصر اولیه براثر نیروی گرانش، باعث پیدایش ستارگان و کهکشانها شد.

از زمانی که ژرژ لومتر، کشیش و اخترشناس بلژیکی، برای نخستین بار در سال ۱۹۲۷ متوجه شد که انبساط جهان را می‌توان در زمان رو به عقب دنبال نمود تا به نقطه اولیه رسید، تا کنون دانشمندان متعددی بر پایه ایده انبساط جهان نظریه‌پردازی کرده‌اند. اگرچه در ابتدا جامعه علمی به دو دسته طرفداران نظریه مه‌بانگ و نظریه حالت پایدار تقسیم می‌شد، اما شواهد تجربی کشف‌شده در گذر زمان، درستی نظریه مه‌بانگ را تأیید می‌کنند.[۸] در سال ۱۹۲۹، ادوین هابل با بررسی پدیده انتقال به سرخ در کهکشانها به این نتیجه دست یافت که کهکشانها در حال دور شدن از یکدیگر هستند. این کشف مهمی بود که با فرضیه جهان در حال انبساط سازگار بود. در سال ۱۹۶۴ تابش زمینه کیهانی کشف شد، که مدرکی کلیدی در تأیید مدل مه‌بانگ محسوب می‌شد، زیرا این نظریه وجود تابش پس‌زمینه در سراسر جهان را پیش از کشف آن پیش‌بینی کرده‌بود. به تازگی، بررسی انتقال به سرخ در ابرنواخترها نشان داد که سرعت انبساط گیتی نیز در حال افزایش است. دلیل افرایش سرعت انبساط گیتی، وجود انرژی تاریک است.[۹] با استفاده از قوانین فیزیکی شناخته‌شده می‌توان جزئیات ویژگی‌های جهان را در گذشته تا حالت نخستین چگالی و دمای بسیار بالا محاسبه نمود.[۱۰][۱۱][۱۲] مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین (CFA) می‌گوید: سناریوی مه‌بانگ دربارهٔ منشأ جهان هستی کاملاً ساکت است.[۱۳]

بررسی کلی[ویرایش]

تاریخ گیتی - اینطور فرض می‌شود که امواج گرانشی برآمده از تورم کیهانی (انبساط بسیار سریع بلافاصله پس از مه‌بانگ) هستند.[۱۴][۱۵][۱۶][۱۷]

ادوین هابل، اخترشناس آمریکایی مشاهده نمود که میان فاصله ما تا کهکشان‌های دوردست و میزان انتقال به سرخ آنها رابطه محکمی وجود دارد. این مشاهده اینگونه تفسیر شد که تمام کهکشان‌ها در حال دور شدن از ما هستند و سرعت دورشدن آنها با فاصله‌شان از ما متناسب است: بدون توجه به جهتشان، هر چه دورتر باشند، سرعت دور شدنشان نیز بیشتر است.[۱۸] اما اگر اصل کوپرنیکی(زمین در مرکز گیتی نیست) را بپذیریم، تنها توضیح ممکن این است که تمام نواحی قابل مشاهده فضا در حال دور شدن از تمام نواحی دیگر هستند. پس امروزه می‌دانیم که فاصله میان کهکشان‌ها همواره در حال افزایش بوده‌است، و این یعنی در گذشته آنها به هم نزدیک‌تر بوده‌اند. انبساط دائمی گیتی بدین معنی است که گیتی در گذشته فشرده‌تر و داغ‌تر بوده‌است.

شتاب‌دهنده‌های بزرگ ذرات می‌توانند شرایطی که در زمان بسیار اندکی پس از پیدایش گیتی بر آن حاکم بوده‌اند را شبیه‌سازی کنند و با استفاده از آنها می‌توان جزئیات مدل مه‌بانگ را تأیید یا اصلاح نمود. هرچند که این شتاب‌دهنده‌ها قادر به شبیه‌سازی شرایط گیتی در ابتدایی‌ترین لحظات پس از مه‌بانگ نیستند و این نخستین لحظه‌های پیدایش گیتی هنوز به خوبی درک نشده و پژوهش و گمانه‌زنی در این زمینه همچنان در جریان است.

نخستین ذرات زیر اتمی پروتون‌ها، نوترونها و الکترون‌ها بودند. اگرچه هسته‌های اتمهای ساده در جریان هسته‌زایی مه‌بانگ و در سه دقیقه نخست عمر گیتی شکل گرفتند، اما تشکیل اتمهای خنثی، هزاران سال طول کشید. بیشتر اتمهایی که توسط مه‌بانگ ایجاد شدند هیدروژن، به همراه هلیم و لیتیم بودند. ابرهای غول‌پیکر گازی متشکل از این عناصر اولیه از طریق گرانش به هم پیوستند تا ستاره‌ها و کهکشان‌ها را پدیدآورند و عناصر سنگین‌تر نیز در درون ستاره‌ها یا در حین انفجارهای ابرنواختری شکل گرفتند.

نظریه مه‌بانگ، توضیح کاملی برای طیف گسترده‌ای از پدیده‌های مشاهده شده، از جمله فراوانی عناصر سبک، تابش زمینه کیهانی، ساختار بزرگ مقیاس و قانون هابل ارائه می‌دهد.[۶] چارچوب مدل مه‌بانگ بر نظریه نسبیت عام اینشتین و همچنین فرضهایی چون یکنواختی و همچنین همسانگرد بودن فضا استوار است. معادلات حاکم بر آن توسط الکساندر فریدمان فرمول‌بندی شدند و البته راه‌حل‌های مشابهی نیز توسط ویلم دو سیتر ارائه شد. از آن زمان تاکنون دانشمندان اخترفیزیک مشاهدات تجربی و نظریات جدیدی را به مدل مهبانگ افزوده‌اند وشکل پارامتری‌شده آن در مدل لامبدا-سی‌دی‌ام، چارچوب پژوهش‌های نظری کیهان‌شناسی امروزی را تشکیل می‌دهد. مدل لامبدا-سی‌دی‌ام مدل استاندارد کیهان‌شناسی مه‌بانگ است و ساده‌ترین مدلی است که توضیحات نسبتاً خوبی برای بسیاری از پدیده‌ها ارائه می‌دهد.

گاه‌شمار مه‌بانگ[ویرایش]

نقطه تکینگی[ویرایش]

اگر با در نظر داشتن نظریه نسبیت عام، انبساط گیتی را در جهت معکوس در زمان دنبال کنیم، جهان به طور پیوسته منقبض خواهد شد و دمای آن افزایش می‌یابد تا سرانجام به نقطه‌ای در گذشته متناهی با چگالی و دمای بی‌نهایت برسد.[۱۹] این نقطه یک نقطه تکینگی گرانشی است و نشان می‌دهد که نظریه نسبیت عام و سایر قوانین فیزیک در این نقطه با شکست مواجه می‌شوند و قابل استفاده در مورد این نقطه از زمان نیستند. اینکه با برونیابی تا چه اندازه می‌توانیم به این نقطه نزدیک شویم جای بحث دارد اما قطعاً نمی‌توانیم از پایان دوره پلانک به این نقطه نزدیکتر شویم. گاهی این نقطه تکینگی، با نام مه‌بانگ خوانده می‌شود.[۲۰] اما واژه مه‌بانگ برای اشاره به خود حالت داغ و متراکم اولیه نیز به کار می‌رود.[۲۱]خطای یادکرد: خطای یادکرد: برچسب تمام کنندهٔ </ref> بدون برچسب <ref> (). (هسته‌زایی مهبانگ)که می‌توان آن را تولد گیتی دانست. براساس اندازه‌گیری انبساط با استفاده از روشهای ابرنواخترهای نوع Ia، اندازه گیریهای نوسانات دما در تابش زمینه کیهانی و اندازه گیریهای توابع همبستگی کهکشان‌ها[نیازمند منبع]، سن کنونی جهان ۰٫۰۳۷±۱۳٫۷۹۸ میلیارد سال تخمین زده‌شده‌است.[۲۲] همخوانی نتایج حاصل از این سه روش مستقل اندازه‌گیری، تأییدی محکم بر مدل لامبدا-سی دی ام است که جزئیات محتوای گیتی را توصیف می‌کند.

تورم کیهانی و باریون‌زایی[ویرایش]

گمانه‌زنی‌های نظری بسیاری در مورد لحظات نخستین مه‌بانگ صورت گرفته‌است. در مدل‌های رایج، گیتی در این لحظات به طور همگن و همسانگرد از انرژی با چگالی بسیار زیاد و دماها و فشارهای بسیار بالا تشکیل شده بود و با سرعت بسیار زیادی در حال انبساط و سرد شدن بود. تقریباً −۳۷۱۰ ثانیه پس از شروع انبساط، یک گذار فاز باعث تورم کیهانی شد که طی آن جهان رشدی نمایی داشت.[۲۳] پس از توقف تورم، جهان متشکل از یک پلاسمای کوارک-گلوئون و همچنین همه ذرات بنیادی دیگر بود.[۲۴] دما به اندازه‌ای بالا بود که حرکات تصادفی ذرات در سرعتهای نسبیتی انجام می‌گرفت و همه انواع جفتهای ماده-پادماده در برخوردها دائماً ایجاد و نابود می‌شدند.[۴] در نقطه‌ای از زمان، واکنشی ناشناخته به نام باریون زایی (به انگلیسی: Baryogenesis) باعث نقض پایستگی عدد باریونی شد و درنتیجه آن تعداد کوارک‌ها و لپتون‌ها نسبت به پادکوارک‌ها و پادلپتون‌ها به میزان بسیار بسیار اندکی افزایش یافت (به اندازه یک در سی میلیون). این افزایش اندک مسبب برتری ماده بر ضد ماده در جهان کنونی است.[۲۵]

سرد شدن[ویرایش]

نمای پانورامیک از کل آسمان توزیع کهکشانها در خارج از کهکشان راه شیری را نمایش می‌دهد؛ کهکشان‌ها بر اساس انتقال به سرخشان رنگ‌بندی شده‌اند.

ادامه یافتن کاهش دما و چگالی گیتی باعث کاهش انرژی ذرات می‌شد. تغییر فازهای تقارن شکن سبب شدند تا نیروهای بنیادی فیزیک و پارامترهای ذرات بنیادی به شکلی درآیند که امروزه مشاهده می‌شوند.[۲۶] پس از گذشت حدود −۱۱۱۰ ثانیه کمی از گمانه‌زنی کاسته می‌شود، زیرا انرژی ذرات کاهش می‌یابد و به مقادیری می‌رسد که در آزمایشگاه‌های ذرات بنیادی با تجهیزات کنونی قابل دسترسی هستند. پس از حدود ۱۰ ثانیه کوارکها و گلوئون‌ها ترکیب شدند تا باریونهایی مانند پروتون و نوترون را پدیدآورند. فزونی اندک تعداد کوارک‌ها به پادکوارک‌ها باعث فزونی اندک تعداد باریون‌ها به پادباریون‌ها شد. دما در این زمان دیگر آن قدر بالا نبود که جفتهای پروتون-پادپروتون (و یا نوترون-پادنوترون) جدیدی بتوانند بوجود آیند، از این رو فرایند نابودسازی گسترده‌ای آغاز شد و ذرات و پادذرات شروع به نابودسازی یکدیگر نمودند و از هر ۱۰۱۰ پروتون و نوترون اولیه تنها یکی باقی‌ماند وهیچ پادذره‌ای نیز باقی نماند. فرایند نابود سازی مشابهی نیز در ثانیه ۱، میان الکترونها و پوزیترونها آغاز شد و پس از پایان این نابودسازی‌ها دیگر ذرات در سرعتهای نسبیتی حرکت نمی‌کردند و چگالی انرژی گیتی از فوتونهاها (به همراه درصد اندکی نوترینو) تشکیل می‌شد.

چند دقیقه پس از آغاز انبساط که دمای گیتی به یک میلیارد کلوین کاهش یافته بود و چگالی آن در حد چگالی هوا بود، نوترون‌ها و پروتونها با یکدیگر ترکیب شدند تا در جریان فرایندی که به نام هسته زایی مهبانگ خوانده می‌شود هسته‌های دوتریم و هلیم تشکیل گردند.[۲۷] بیشتر پروتونها ترکیب نشدند و به صورت هسته‌های هیدروژن باقی‌ماندند. همچنانکه جهان رو به سرد شدن می‌گذاشت، چگالی جرم سکون انرژی ماده از نظر گرانشی بر چگالی جرم سکون-انرژی تابش فوتون غلبه نمود. پس از ۳۷۹۰۰۰ سال الکترونها و هسته‌ها با یکدیگر تر کیب شدند و اتم‌های خنثی پدید آمدند (غالباً اتم هیدروژن). بدین ترتیب تابش از ماده جدا شد و بدون مانع جدی در فضا منتشر شد. این تابش با نام تابش زمینه کیهانی خوانده می‌شود.[۲۸] به فاصله اندکی پس از مه‌بانگ در ۱۳٫۸ میلیارد سال قبل و در دوره‌ای قابل سکونت از تاریخ جهان و زمانی که تنها ۱۰–۱۷ میلیون سال عمر داشت، امکان پیدایش شیمی حیات و آغاز زندگی وجود داشته‌است.[۲۹][۳۰][۳۱]

تشکیل ساختار[ویرایش]

در طی یک دوره زمانی طولانی برخی نواحی از گیتی تقریباً یکنواخت که اندکی چگالتر از بقیه بودند به تدریج توسط گرانش ماده موجود در نزدیکی خود را جذب نموده و چگالتر شدند و درنتیجه آن، ابرهای گازی، ستارهها، کهکشانها و سایر ساختارهای نجومی قابل مشاهده امروزی پدید آمدند. جزئیات این فرایند به مقدار و نوع ماده موجود در گیتی بستگی دارد. جهار نوع ممکن از ماده عبارتند از ماده تاریک سرد، ماده تاریک گرم، ماده تاریک داغ و ماده باریونی. بهترین اندازه گیریهای کنونی (توسط دبلیومپ) نشانگر این است که داده‌ها با مدل لامبدا-سی دی ام همخوانی دارند. این مدل فرض می‌کند که ماده تاریک موجود در گیتی، سرداست (ماده تاریک گرم توسط فرایند بازیونیده‌شدن اولیه از بین می‌رود[۳۲]) و در حدود ۲۳٪ از ماده-انرژی در جهان را تشکیل می‌دهد در حالی که سهم ماده باریونی (معمولی) تنها ۴٫۶٪ است.[۳۳]

در مدل گسترده‌تری که ماده تاریک داغ به شکل نوترینو را نیز شامل شود، چگالی فیزیکی باریون Ωbh2 در حدود ۰٫۰۲۳ تخمین زده می‌شود و چگالی ماده تاریک سرد Ωch2 در حدود ۰٫۱۱ و چگالی نوترینو Ωvh2 کمتر از ۰٫۰۰۶۲ خواهد بود.

انبساط شتاب‌دار کیهانی[ویرایش]

ردیف‌های مستقلی از شواهد تجربی از ابر نو اخترهای نوع Ia و تابش زمینه کیهانی بر این واقعیت دلالت دارند که گیتی امروزه توسط گونه اسرارآمیزی از انرژی به نام انرژی تاریک تسخیر شده‌است که ظاهراً در تمام فضا پخش شده‌است. مشاهدات پیشنهاد می‌دهند که ۷۳٪ از کل چگالی انرژی گیتی از انرژی تاریک تشکیل شده‌است. به احتمال زیاد، هنگامی که گیتی بسیار جوان بود از انرژی تاریک آکنده بوده‌است. البته فضا بسیار کمتر و همه جیز به یکدیگر نزدیک تر بود. نیروی گرانش تفوق داشت و به آرامی روند انبساط را کند می‌کرد. اما در گذر چند میلیارد سال، فراوانی رو به افزایش انرژی تاریک باعث شتاب گرفتن انبساط کیهانی شد. انرژی تاریک در ساده‌ترین شکل به عنوان ثابت کیهانی در معادلات میدان اینشتین در نظریه نسبیت عام فرمول‌بندی می‌شود. اما جزئیات معادله حالت آن و ارتباطش با مدل استاندارد ذرات کماکان مورد پژوهش نظری و تجربی است.[۹]

مدل کیهان شناسی لامبدا سی دی ام می‌تواند با قدرت بالایی سراسر دوره تکامل کیهان پس از دوره تورم کیهانی را مدلسازی کند. این مدل از چارچوب‌های مستقل مکانیک کوانتوم و نسبیت عام انیشتین بهره می‌گیرد. چنانچه پیشتر عنوان شد، هیچ مدلی قادر به توصیف کنشهای قبل از ۱۰−۱۵ ثانیه اول نیست. ظاهراً یک نظریه وحدت یافته گرانش کوانتومی برای فایق آمدن بر این محدودیت لازم است. درک اولین دوره‌های تاریخ گیتی در حال حاضر یکی از بزرگترین مسائل حل نشده فیزیک است.

پیش‌فرض‌های نظریه مه‌بانگ[ویرایش]

نظریه مه‌بانگ بر دو فرض اساسی استوار است: جهان شمول بودن قوانین فیزیکی و اصل کیهان‌شناختی. اصل کیهان شناختی بیان می‌کند که در مقیاس بزرگ جهان همگن و همسانگرد است.

در ابتدا این ایده‌ها عنوان اصل پذیرفته‌شده بودند، اما امروزه تلاشهایی برای آزمودن درستی آنها در جریان است. مثلاً این مشاهده که بیشترین انحراف از ثابت ساختار ریز در قسمت عمده‌ای از عمر جهان در حد ۱۰−۵ است، آزمونی برای فرض نخست به‌شمار می‌رود.[۳۴] همچنین نسبیت عام نیز آزمونهای دشواری را در مقیاس منظومه شمسی و ستارگان دوتایی پشت سر گذارده‌است.[notes ۱]

اگر گیتی در مقیاسهای بزرگ و وقتی از روی زمین مشاهده شود، همسانگرد باشد، اصل کیهان‌شناختی را می‌توان از اصل ساده‌تری به نام اصل کوپرنیکی نتیجه گرفت. بنا بر اصل کوپرنیکی، هیچ نقطه مشاهده برتر و ویژه‌ای وجود ندارد. تا امروز اصل کیهان‌شناختی از طریق مشاهدات تابش زمینه کیهانی تا حد ۱۰−۵، تأیید شده‌است. بنا بر اندازه‌گیریهای انجام شده، جهان در مقیاسهای بزرگ در سطح ۱۰٪ یکنواخت است.[۳۵]

انبساط فضا[ویرایش]

نگاره شتاب گسترش فضازمان از لحظه مهبانگ.

نظریه نسبیت عام، فضازمان را توسط یک متریک توصیف می‌کند که فواصلی را که نقاط را از یکدیگر جدا کرده، تعریف می‌کند. خود این نقاط که ممکن است کهکشان، ستاره یا اجسام دیگر باشند، توسط یک شبکه یا دستگاه مختصات که کل فضازمان را پوشش می‌دهد، تعریف می‌شوند. اصل کیهان شناختی بیان می‌کند که جهان در مقیاس بزرگ همسانگرد و همگن است که این موضوع به شکل منحصربه‌فردی با متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر همخوانی دارد. این متریک یک فاکتور مقیاس دارد که رابطه تغییر اندازه گیتی با زمان را توصیف می‌کند. با استفاده از آن می‌توانیم دستگاه مختصات ویژه‌ای به نام دستگاه مختصات همراه تعریف کنیم. در این دستگاه مختصات، خود دستگاه نیز همگام و هم‌راستا با انبساط گیتی منبسط می‌شود و از این رو اجسامی که تنها دلیل حرکتشان، انبساط گیتی است، در نقاط ثابتی روی این شبکه باقی می‌مانند و حرکتی ندارند. در حالیکه فاصله مختصاتی(فاصله همراه) آنها ثابت می‌ماند، فاصله فیزیکی آنها متناسب با فاکتور مقیاس گیتی افزایش می‌یابد.[۳۶]

مه‌بانگ مانند انفجار مادی نیست که به سمت خارج حرکت و یک جهان خالی از پیش موجود را پر کند، بلکه در این مورد، خود فضا نیز با گذر زمان منبسط می‌شود و فاصله فیزیکی بین دو نقطه همراه افزایش می‌یابد. به بیان دیگر مه‌بانگ انفجاری در فضا نیست بلکه انفجار خود فضاست.[۴] از آنجاییکه متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر(FLRW) بر پایه فرض توزیع یکنواخت ماده و انرژی استوار است، تنها در مقیاسهای بزرگ مصداق دارد و توده‌های محلی ماده مانند کهکشان ما چون در دام گرانش محدود هستند، انبساط بزرگ-مقیاس گیتی را تجربه نمی‌کنند.

افق‌ها[ویرایش]

یکی از ویژگیهای مهم مه‌بانگ، وجود افق هاست. از آنجا که سن گیتی متناهی است و نور نیز با سرعتی متناهی حرکت می‌کند، ممکن است رویدادهایی در گذشته رخ داده باشند که هنوز نور آنها زمان کافی برای رسیدن به ما را نداشته‌است. این موضوع محدودیتی از نظر دورترین جسمی که قابل مشاهده باشد، بوجود می‌آورد که افق گذشته خوانده می‌شود. وهمچنین بالعکس چون گیتی در حال انبساط است و اجسام دورتر حتی با سرعت بیشتری از ما دور می‌شوند نوری که از جانب ما منتشر شود ممکن است هرگز به اجسام دور نرسد زیرا این اجسام نیز پیوسته در حال عقب رفتن هستند. این محدودیت یک افق آینده تعریف می‌کند که محدوده رویدادهایی در آینده که می‌توانیم تحت تأثیر قرار دهیم را تعیین می‌کند. وجود هر یک از این افق‌های گذشته و آینده وابسته به جزئیات مدل متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر است که گیتی را توصیف می‌کند. درکی که ما از گیتی در دوران بسیار قدیم آن داریم پیشنهاد می‌کند که افق گذشته وجود دارد هرچند که در عمل عدم شفافیت گیتی در دوران بسیار دور گذشته نیز دید ما را محدود می‌کند. پس اگرچه افق ما در فضا عقب‌نشینی می‌کند، دید ما هرگز نمی‌تواند به گذشته دورتر برسد. اگر گیتی به انبساط شتابدارش ادامه دهد یک افق آینده نیز وجود خواهد داشت.[۳۷]

تاریخچه[ویرایش]

واژه شناسی[ویرایش]

واژه «مِه‌بانگ» ترجمه پارسی واژه Big Bang از زبان انگلیسی است. در زبان پارسی یکی از معانی «مِه»، «بزرگ» است و بانگ به معنی آوای بلند است. ابداع واژه Big Bang به فرد هویل (به انگلیسی: Fred Hoyle) نسبت داده می‌شود که برای نخستین بار در سال ۱۹۴۹ از این واژه در یک برنامه رادیویی استفاده کرد. درآن زمان بسیاری بر این باور بودند که هویل که خود طرفدار نظریه حالت پایدار بود با طعنه از این واژه استفاده نموده‌است اما خود وی صریحاً این ادعاها را رد کرد و اعلام نمود که این واژه را تنها برای تصویر کردن اختلاف بین این دو نظریه استفاده نموده‌است.[۳۸][۳۹][۴۰]

شکل‌گیری نظریه مه‌بانگ[ویرایش]

زمینه فراژرف هابل اندازه با اندازه ماه مقایسه شده - در این چشم‌انداز کوچک چندین هزار کهکشان که از میلیاردها ستاره تشکیل شده‌اند به چشم می‌خورند.
XDF چشم‌انداز ۲۰۱۲ -هر نقطه نوری یک کهکشان است - برخی از این کهکشانها عمرهایی طولانی تا ۱۳٫ میلیارد سال دارند[۴۱] - تخمین زده می‌شود که حدود ۲۰۰ میلیارد کهکشان در جهان وجود دارد.
تصویر زمینه فراژرف هابل کهکشانهای کاملاً بالغ را در صفحه جلویی - کهکشانهای نیمه بالغ با عمر ۵ تا ۹ میلیارد سال- نیا کهکشانها، که از نور ستارگان جوان می‌درخشند

نظریه مه‌بانگ از مشاهدات ساختار گیتی و بررسی‌های نظری شکل گرفت. در سال ۱۹۱۲ وستو اسلیفر (به انگلیسی: Vesto Slipher) اثر دوپلر را در یک سحابی مارپیچی (سحابی مارپیچی نامی منسوخ‌شده برای کهکشان مارپیچی است) اندازه‌گیری کرد و خیلی زود دریافت که تمام این سحابی‌ها در حال دور شدن از زمین هستند. او در آن زمان متوجه جنبه‌های کیهان شناختی این کشف نشد. در واقع در آن زمان بحثی داغ پیرامون اینکه این کهکشانها ممکن است جهانهای جزیره‌مانند دیگری باشند، در جریان بود.[۴۲][۴۳] ده سال بعد یک کیهان شناس و ریاضیدان روسی به نام الکساندر فریدمان بر پایه معادلات میدان نسبیت عام اینشتین معادلات فریدمان را ارائه داد که نشان می‌داد بر خلاف مدل جهان ایستا که اینشتین نیز از آن حمایت می‌کرد، جهان ممکن است در حال انبساط باشد.[۴۴] در سال ۱۹۲۴ اندازه‌گیری فاصله بزرگ ما تا نزدیکترین کهکشان مارپیچی توسط ادوین هابل نشان داد که این اجسام کهکشان هستند. در سال ۱۹۲۷ ژرژ لومتر؛ فیزیکدان و کشیش کاتولیک؛ با نتیجه‌گیری از معادلات فریدمان پیشنهاد داد که دور شدن کهکشانها ناشی از انبساط کیهان است.[۴۵]

در سال ۱۹۳۱ لومتر پارا فراتر نهاد و پیشنهاد کرد که اگر انبساط گیتی را در زمان به عقب برگردانیم، هر چه عقب‌تر رویم جهان کوچکتر می‌شود و در نهایت در یک زمان متناهی در گذشته کل گیتی در یک نقطه فشرده‌می‌شود؛ یک اتم نخستین که مکان و زمانی است که در آن فابریک زمان و فضا به وجود آمد.[۴۶]

ادوین هابل از سال ۱۹۲۴ با زحمت فراوان با استفاده از تلسکوپ ۱۰۰ اینچی هوکر در رصدخانه کوه ویلسون مجموعه‌ای از نشانگرهای فاصله را که نسخه اولیه‌ای برای نردبان فاصله کیهانی بودند، ایجاد کرد. با این روش او می‌توانست فاصله کهکشانهایی را که انتقال به سرخ آنها پیشتر عمدتاً توسط اسلیفر اندازه‌گیری شده بود، تخمین بزند. در سال ۱۹۲۹ او کشف نمود که بین فاصله و سرعت عقب‌نشینی این کهکشانها رابطه‌ای وجود دارد که امروزه به نام قانون هابل شناخته می‌شود.[۱۸][۴۷] لومتر قبلاً نشان داده بود که این موضوع با استفاده از اصل کیهان‌شناختی قابل پیش بینی است.[۹]

در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ تقریباً تمام کیهان شناسان برجسته نظریه حالت پایدار و جهان ابدی را ترجیح می‌دادند و گروهی نیز شکایت داشتند که ایده «آغاز زمان» که از نظریه مه‌بانگ نتیجه‌گیری می‌شود مفاهیم مذهبی را وارد فیزیک نموده‌است. این اعتراض بعدها نیز توسط طرفداران نظریه حالت پایدار دوباره مطرح شد.[۴۸] این واقعیت که ژرژ لومتر، بنیانگذار اصلی نظریه مه‌بانگ، یک کشیش کاتولیک بود، نیز این شبهه را تقویت می‌نمود.[۴۹] آرتور ادینگتون با ارسطو هم‌رای بود که جهان نقطه آغازی در زمان ندارد و ماده ابدی است. نقطه آغازی برای زمان در نظر وی غیرقابل قبول می‌نمود.[۵۰][۵۱]

اما لومتر بر این باور بود که

اگر دنیا از یک کوانتوم تنها شروع شده باشد مفاهیم زمان و فضا نمی‌توانند در آغاز معنادار باشند؛ آنها تنها زمانی می‌توانند معنی پیدا کنند که کوانتوم اولیه به تعداد کافی از کوانتاها تقسیم شده باشد. اگر این پیشنهاد درست باشد، آغاز دنیا کمی قبل از شروع زمان و مکان رخ داده‌است.[۵۲]

در خلال دهه ۱۹۳۰ نظریه‌های دیگری همچون کیهان شناسی‌های غیر استاندارد برای توضیح مشاهدات هابل مطرح شدند که از جمله این مدل‌ها می‌توان به مدل میلن (به انگلیسی: Milne Model)[۵۳] ، مدل چرخه‌ای (که در ابتدا توسط فریدمان مطرح شد اما توسط انیشتین و ریچارد تولمان حمایت شد)[۵۴] و فرضیه نور خسته فریتز زوئیکی اشاره کرد.[۵۵]

پس از جنگ جهانی دوم دو مدل متمایز وجود داشت. یکی مدل حالت پایدار فرد هویل بود که بنا بر این نظریه طی انبساط گیتی ماده جدید بوجود می‌آید. در این مدل گیتی تقریباً در همه زمانها یکسان است.[۵۶] مدل دیگر نظریه مه‌بانگ ژرژ لومتر بود که توسط جرج گاموف حمایت شد و توسعه یافت. گاموف فردی بود که هسته‌زایی مه‌بانگ را معرفی نمود[۵۷] و همکاران او، رالف آشر آلفر و رابرت هرمان، تابش زمینه کیهانی را پیش بینی نمودند.[۵۸] این هویل بود که واژه Big Bang را برای اشاره به نظریه لومتر به کار برد. او این واژه را در یک برنامه رادیویی بی‌بی‌سی در مارس ۱۹۴۹ در حالیکه از نظریه لومتر به عنوان «این ایده انفجار بزرگ» (به انگلیسی: this big bang idea) یاد می‌کرد ابداع نمود.[۵۹] تا مدتی حمایت دانشمندان بین این دو نظریه تقسیم شده بود اما در نهایت شواهد تجربی رای به برتری نظریه مه‌بانگ داد. کشف و تأیید تابش زمینه کیهانی در سال ۱۹۶۴[۶۰] جایگاه نظریه مه‌بانگ را به عنوان بهترین نظریه در توضیح آغاز و تکامل کیهان مستحکم نمود. بخش بزرگی از تلاشهای امروز در زمینه کیهان شناسی صرف فهمیدن چگونگی شکل‌گیری کهکشانها در نظریه مه‌بانگ، درک فیزیک جهان در زمانهای قبل تر و قبل تر و هماهنگ سازی مشاهدات با نظریه‌ها می‌شود.

به دلیل پیشرفت در فناوری تلسکوپ‌ها و تحلیل داده‌های ماهواره‌هایی همچون کاوشگر زمینه کیهان[۶۱] ، تلسکوپ فضایی هابل و دبلیومپ از اواخر دهه ۱۹۹۰ به بعد پیشرفتهای قابل توجهی در کیهان شناسی مه‌بانگ حاصل شده‌است.[۶۲] اکنون کیهان شناسان اندازه گیریهای نسبتاً دقیقی از بسیاری از پارامترهای مدل مه‌بانگ در دست دارند و متوجه این واقعیت غیرمنتظره شده‌اند که سرعت انبساط جهان رو به افزایش است.

شواهد تجربی نظریه مه‌بانگ[ویرایش]

تصویر سازی هنری از ماهواره دبلیو مپ در حال جمع‌آوری داده برای کمک به دانشمندان در فهم مهبانگ

" آنقدر داده‌های تاییدکننده نظریه مه‌بانگ در حوزه‌های گوناگون زیاد است که نمی‌توان به سادگی ویژگی‌های اصلی‌اش را رد نمود."

قدیمی‌ترین و مستقیم‌ترین شواهد تجربی در تأیید نظریه مه‌بانگ عبارتند از: انبساط گیتی بر پایه قانون هابل (با مشاهده پدیده انتقال به سرخ در کهکشانها)، کشف و اندازه‌گیری تابش زمینه کیهانی و فراوانی نسبی عناصر سبک که در جریان هسته زایی مهبانگ تولید شده‌اند. مشاهدات مربوط به شکل‌گیری و تکامل کهکشانها و نحوه توزیع ساختارهای بزرگ مقیاس در گیتی نیز شواهد تازه‌تری هستند که به این گروه اضافه شدند.[۶۴] از این موارد به عنوان چهار ستون نظریه مه‌بانگ نیز یاد شده‌است.[۶۵] در مدل‌های نوین دقیق مه‌بانگ، پدیده‌های فیزیکی دور از ذهنی مطرح می‌شوند که نه در هیچ آزمایشی در روی زمین تجربه شده‌اند و نه در مدل استاندارد فیزیک ذرات راه پیدا کرده‌اند. از جمله این پدیده‌ها می‌توان به ماده تاریک اشاره کرد که اکنون موضوع فعالترین پژوهشهای آزمایشگاهی است.[۶۶] از سایر موارد می‌توان به مسئله هاله تیزه‌ای و مسئله کهکشان کوتوله در ارتباط با ماده تاریک سرد اشاره نمود. انرژی تاریک نیز از موضوعاتی است که کنجکاوی دانشمندان را بسیار برانگیخته‌است اما مشخص نیست که کشف مستقیم آن امکان‌پذیر باشد.[۶۷] تورم کیهانی و باریون‌زایی نیز همچنان به عنوان ویژگیهای ابهام‌آمیز مدل‌های نوین مه‌بانگ باقی مانده‌اند و هنوز توضیح کمیتی قابل قبولی برای آنها پیدا نشده‌است. اینها تا امروز جز مسائل حل‌نشده فیزیک باقی مانده‌اند.

قانون هابل و انبساط فضا[ویرایش]

مشاهده کهکشانهای دوردست و اختروش‌ها نشان داد است که این اجسام دچار پدیده انتقال به سرخ می‌شوند-نور منتشر این اجسام به طول موجهای بلندتر منتقل شده‌است-. این پدیده را می‌توان با تطبیق طیف بسامدی یک جسم با الگوی طیف‌بینی خطوط گسیلی و جذبی طیف اتمهای عناصری که با نور برهم‌کنش دارند، مشاهده نمود. این انتقال به سرخ‌ها به شکل یکنواختی همسانگرد هستند و به طور مساوی بین همه اجسام در همه جهتها توزیع شده‌اند. اگر انتقال به سرخ را به عنوان انتقال دوپلری تفسیر کنیم، سرعت عقب‌نشینی این اجسام قابل محاسبه است. برای برخی از کهکشانها می‌توان فاصله را از راه نردبان فاصله کیهانی تخمین زد. اگر نمودار سرعت عقب‌نشینی نسبت به فاصله را رسم کنیم، یک رابطه خطی در آن قابل تشخیص است که به نام قانون هابل مشهور است:[۱۸]

v = H۰D

که

  • v: سرعت عقب‌نشینی کهکشان یا هر جسم دیگر
  • D: طول همراه(Comoving) تا جسم مورد نظر
  • H۰: ثابت هابل است که بنا بر اندازه گیریهای دبلیومپ مقداری برابر با ۷۰٫۴ +۱٫۳−۱٫۴ کیلومتر/ثانیه/مگا پارسک دارد.[۳۳]

قانون هابل را به دو گونه ممکن می‌توان توجیه نمود. یا ما در مرکز انفجار کهکشان‌ها هستیم - که با پذیرش اصل کوپرنیکی این توجیه پذیرفتنی نیست - یا اینکه جهان در همه جا به صورت یکنواخت منبسط می‌شود. پیش از اینکه هابل در سال ۱۹۲۹ این مشاهدات و تحلیل را انجام دهد، انبساط جهان توسط فریدمان در سال ۱۹۲۲[۴۴] و لومتر در سال ۱۹۲۷[۴۵] با استفاده از نسبیت عام پیش‌بینی شده بود و کماکان سنگ بنای نظریه مه‌بانگ فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر به‌شمار می‌رود

در این نظریه رابطه v = HD باید همیشه برقرار باشد. همچنانکه جهان منبسط می‌شود مقادیر v, Hو D نیز تغییر می‌کند (به همین دلیل ثابت هابل را با H۰ نمایش می‌دهیم که به معنی تابت هابل در زمان کنونی است) برای فواصلی که از اندازه جهان قابل مشاهده بسیار کوچکتر هستند می‌توان انتقال سرخ را به عنوان اثر دوپلر در نظر گرفت که به دلیل سرعت رو به عقب اجسام پدید می‌آید. اما انتقال به سرخ در واقع اثر دوپلر نیست بلکه ناشی از انبساط جهان در فاصله زمانی بین انتشار نور و زمانی است که نور به ما می‌رسد.[۶۸]

انبساط متریک جهان را می‌توان توسط مشاهدات مستقیم اصل کیهان شناختی و اصل کوپرنیکی نمایش داد که وقتی با قانون هابل در کنار هم قرار بگیرند هیچ توضیح دیگری جز انبساط جهان قابل تصور نیست. انتقال به سرخ‌های نجومی بسیار همگن و همسانگرد هستند[۱۸] و این موضوع تأیید کننده اصل کیهان شناختی است که می‌گوید جهان در تمام جهت‌ها یکسان به نظر می‌رسد. اگر انتقال به سرخ‌ها ناشی از انفجار از یک مرکز انفجار در نقطه‌ای دور از ما بودند، در جهات مختلف یکسان نبودند.

اندازه‌گیری آثار تابش زمینه کیهانی بر سامانه‌های اخترفیزیکی دوردست در سال ۲۰۰۰ اصل کوپرنیکی را اثبات کرد که بیان می‌کند در مقیاس‌های کیهانی، زمین در موقعیتی مرکزی قرار ندارد.[۶۹] تابش مه‌بانگ در زمان گذشته گرم تر بوده‌است و سرد شدن یکنواخت تابش زمینه کیهانی تنها در حالتی قابل توضیح است که جهان انبساط یکنواختی داشته باشد و احتمال اینکه ما در یگانه مرکز انفجار باشیم را از بین می‌برد.

تابش زمینه کیهانی[ویرایش]

9 year WMAP تصویر تابش زمینه کیهانی (۲۰۱۲).[۲۲][۷۰] تابش به اندازه تقریباً یک در ۱۰۰٬۰۰۰ همسانگرد (به انگلیسی: isotropic) است.[۷۱]

در سال ۱۹۶۴ آرنو آلان پنزیاس و رابرت وودرو ویلسون با خوش شانسی تابش زمینه کیهانی را کشف کردند، یک سیگنال چند جهته در باند ریزموج.[۶۰] آنها در حالیکه می‌کوشیدند تا سیگنال‌های مزاحم پس زمینه را از سیگنال‌های دریافتی آنتن رادیویی خود حذف کنند به این کشف دست یافتند. آنها قادر به حذف این نویز نبودند و متوجه شدند که این نویز در تمام جهات به صورت یکسان دریافت می‌شود. این بدان معنی بود که این سیگنال می‌بایستی از ورای کهکشان آمده باشد، در غیر این صورت نمی‌توانست در تمام جهات آسمان به صورت یکسان دریافت شود. همگرایی شدید این سیگنال نیز نشان می‌داد که منبع این سیگنال در فاصلهٔ دوری از ما قرار دارد و در نتیجه این سیگنال در اوایل عمر جهان ایجاد شده‌است و همچنین منبع قدرتمندی دارد که ما امروزه قادر به دریافت این سیگنال هستیم.

وجود این تابش پیش از کشف آن توسط نظریه مه‌بانگ پیش‌بینی شده بود و ویژگیهای این تابش به خوبی با آنچه در موردش پیش‌بینی شده بود، همخوانی داشت: تابش در همه جهات با طیف یک جسم سیاه ایدئال همخوانی داشت؛ این طیف بر اثر انبساط جهان دچار انتقال سرخ شده و دمای کنونی آن در حدود ۲٫۷۲۵ درجه کلوین است. این موضوع موازنه شواهد تجربی را به نفع نظریه مه‌بانگ تغییر داد و در سال ۱۹۷۸ برای این کشف به پنزیاس و ویلسن جایزه نوبل اهدا شد.

اندازه‌گیری طیف تابش زمینه کیهانی در ماهواره کاوشگر زمینه کیهان(COBE) دقیقترین اندازه‌گیری طیف جسم سیاه در طبیعت است.[۷۲]

در سال ۱۹۸۹ ناسا ماهواره کاوشگر زمینه کیهان(COBE) را به فضا فرستاد. یافته‌های این ماهواره با پیش‌بینی‌ها در مورد تابش زمینه کیهانی همخوانی داشت. این ماهواره دمای پس زمینه این تابش را ۲٫۷۲۶ کلوین اندازه‌گیری نمود (که البته در اندازه‌گیریهای جدیدتر این مقدار به ۲٫۷۲۵ تغییر یافته‌است) و همچنین برای نخستین بار شواهدی مبنی بر وجود نوسانات (ناهمسان‌گردی) در تابش زمینه کیهانی در مرتبه یک قسمت در ۱۰۵ ارائه داد.[۶۱] جان ماتر و جرج اسموت به عنوان پیشروان این پژوهش، موفق به کسب جایزه نوبل شدند. در خلال سالهای اخیر آزمایشهای زمینی و بالنی متعددی، ناهمسان‌گردی‌های تابش زمینه کیهانی را مورد پژوهش قرار داده‌اند. در سال ۲۰۰۰–۲۰۰۱ از آزمایشهای متعددی که از مهمترینشان می‌توان به آزمایش بومرنگ اشاره نمود، و با اندازه‌گیری اندازه زاویه‌ای ناهمسان‌گردی‌ها، این نتیجه حاصل شد که شکل فضایی جهان تخت است.[۷۳][۷۴][۷۵]

در اوایل سال ۲۰۰۳ نخستین نتایج کاوشگر ناهمسانگردی ریزموجی ویلکینسون منتشر شد و مقادیر دقیقتری برای برخی از پارامترهای کیهانی به‌دست‌آمد. این نتایج باعث رد چندین مورد از مدل‌های خاص تورم کیهانی شد اما به طور کلی با نظریه تورم کیهانی سازگار است.[۶۲] ماهواره پلانک نیز در سال ۲۰۰۹ به فضا پرتاب شد و آزمایشهای زمینی و بالنی دیگری نیز در مورد تابش زمینه کیهانی در جریان است.

فراوانی عناصر نخستین[ویرایش]

با استفاده از نظریه مهبانگ می‌توان میزان تمرکز هلیم-۴، هلیم-۳، دوتریم و لیتیم-۷ در جهان را نسبت به مقدار هیدروژن معمولی به دست آورد.[۷۶] فراوانی نسبی این عناصر به مقدار نسبت فوتونها به باریونها بستگی دارد. این مقدار را می‌توان به صورت جداگانه از جزئیات ساختاری نوسانات تابش زمینه کیهانی محاسبه نمود. مقادیر تقریبی پیش‌بینی‌شده برای فراوانی نسبی عناصر عبارتند از: حدود ۰٫۲۵ برای نسبت 4
He
/H، حدود ۱۰−۳ برای نسبت 2
H
/H، حدود ۱۰−۴ برای 3
He
/H و حدود ۱۰−۹ برای 7
Li
/H.[۷۶]

تمام مقادیر اندازه‌گیری شده، حداقل به طور تقریبی با مقادیر پیش‌بینی‌شده از طریق نسبت باریون به فوتون همخوانی دارند. این همخوانی به ویژه در مورد دوتریم با دقت بالایی صادق است. برای نسبت 4
He
مقادیر اندازه‌گیری شده و پیش‌بینی‌شده نزدیک به هم‌اند اما اختلافی نیز وجود دارد و برای نسبت 7
Li
با فاکتور ۲ اختلاف دارد. در دو مورد آخر خطاهای سیستماتیک اندازه‌گیری نیز در اختلاف مشاهده‌شده دخیل‌اند. در هر صورت همخوانی کلی فراوانی‌های نسبی پیش‌بینی‌شده توسط نظریه هسته‌زایی مه‌بانگ و مقادیر اندازه‌گیری‌شده، شاهدی قوی برای درستی نظریه مه‌بانگ به‌شمار می‌رود واین نظریه تنها توضیح ممکن برای فراوانی عناصر سبک است و تقریباً غیرممکن است که بتوان مه‌بانگ را طوری تنظیم نمود که مقداری خیلی بیشتر یا کمتر از ۲۰–۳۰٪ هلیم تولید کند.[۷۷] در واقع به جز مه‌بانگ، هیچ دلیل واضح دیگری وجود ندارد که در جهان جوان نخستین (یعنی پیش از شکل‌گیری ستاره‌ها) مقدار هلیم از دوتریم بیشتر باشد یا میزان دوتریم از 3
He
بیشتر باشد و نسبتها نیز ثابت باشد.[۷۸]:۱۸۲–۱۸۵

توزیع و تکامل کهکشانها[ویرایش]

این دید پانورامیک از سراسر آسمان توزیع کهکشانها در خارج از کهکشان راه شیری را نمایش می‌دهد کهکشانها بر اساس انتقال سرخشان رنگ‌بندی شده‌اند.

مشاهدات مربوط به شکل و توزیع کهکشانها و اختروشها با پیش بینی‌های نظریه مه‌بانگ همخوانی دارند. ترکیبی از مشاهدات و نظریات چنین پیشنهاد می‌کند که نخستین اختروش‌ها و کهکشانها در حدود یک میلیارد سال پس از مه‌بانگ بوجود آمده‌اند و از آن موقع تا کنون ساختارهای بزرگتری مانند خوشه‌های کهکشانی و اَبَر خوشه‌ها در حال شکل‌گیری بوده‌اند. جمعیت‌های ستاره‌ای در حال تکامل و پیرتر شدن بوده‌اند به گونه‌ای که کهکشانهای دورتر (که به دلیل فاصله‌شان به همان شکلی که در اوایل جهان داشتند، دیده می‌شوند) بسیار متفاوت از کهکشانهای نزدیک به نظر می‌رسند. علاوه بر این، میان کهکشانهایی که به نسبت زمان کمتری از تشکیلشان می‌گذرد، با کهکشانهایی که تقریباً در همان فاصله از ما قرار دارند اما اندکی پس از مه‌بانگ بوجود آمده‌اند، تفاوت مشخصی وجود دارد. این‌ها همه شواهدی قوی بر علیه نظریه حالت پایدار هستند. مشاهدات زایش ستارگان، توزیع کهکشانها و اختروش‌ها و ساختارهای بزرگ‌تر، با نتایج شبیه‌سازی‌های مبتنی بر نظریه مه‌بانگ همخوانی کامل دارند و کمک می‌کنند که جزئیات بیشتری از این نظریه به دست آید.[۷۹][۸۰]

ابرهای گازی نخستین[ویرایش]

صفحه کانونی تلسکوپ BICEP زیر یک میکروسکوپ - ممکن است امواج گرانشی را از زمان طفولیت گیتی ردیابی کرده باشد.[۱۴][۱۵][۱۶][۱۷]

در سال ۲۰۱۱ فضانوردان از طریق بررسی خطوط جذبی طیف اختروش‌های دوردست، چیزی را کشف کردند که به گمان آنها ابرهای دست نخورده‌ای از گازهای نخستین بود. پیش از این تمام اجسام نجومی شناخته‌شده حاوی عناصر سنگین‌تری بودند که در ستارگان بوجود آمده‌اند. این دو ابر گازی هیچ عنصری سنگین‌تر از هیدروژن و دوتریم نداشتند.[۸۱][۸۲] از آنجا که ابرهای گازی شامل عنصر سنگینی نیستند، احتمالاً می‌بایست در نخستین دقایق پس از مه‌بانگ و در حین هسته‌زایی مه‌بانگ شکل‌گرفته باشند. ترکیب آنها با ترکیب پیش‌بینی‌شده توسط نظریه هسته‌زایی مه‌بانگ همخوانی داردو این شاهدی مستقیم برای این موضوع ارائه می‌دهد که در دوره‌ای از عمر گیتی، بیشتر ماده معمولی موجود، به شکل ابرهای گازی متشکل از هیدروژن خنثی بوده‌است.[نیازمند منبع]

سایر شواهد[ویرایش]

مقدار تخمین‌زده‌شده برای سن گیتی بر اساس انبساط هابل و تابش زمینه کیهانی، اکنون به خوبی با تخمین‌های دیگری که با استفاده از سن پیرترین ستارگان به دست می‌آیند، همخوانی دارند. چه آن مقادیر تخمینی که از طریق استفاده از نظریه تکامل ستارگان در مورد خوشه‌های ستاره‌ای کروی، به دست می‌آیند، و چه مقادیری که از طریق تاریخ‌نگاری رادیومتریک ستارگان منفرد جمعیت II به دست می‌آیند.[۸۳] این پیش بینی که دمای تابش زمینه کیهانی در گذشته بالاتر بوده‌است توسط مشاهدات تجربی خطوط جذب دماهای بسیار پایین در ابرهای گازی در انتقال به سرخ بالا اثبات شده‌است.[۸۴] این پیش بینی همچنین بیانگر آن است که دامنه اثر سونیائف زلدوویچ در خوشه‌های کهکشانی مستقیماً به انتقال به سرخ وابسته نیست. شواهد درستی این موضوع را به طور تقریبی نشان داده‌اند اما این اثر به ویژگیهای خوشه بستگی دارد و در طول زمان کیهانی تغییر می‌کند و اندازه‌گیری دقیق را مشکل می‌سازند.[۸۵][۸۶] در ۱۷ مارس ۲۰۱۴، فضانوردان مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین، اعلام نمودند که امواج گرانشی اولیه را ردیابی کرده‌اند، که اگر به تأیید برسد، می‌تواند مدرکی محکم برای تورم کیهانی و مه‌بانگ باشد.[۱۴][۱۵][۱۶][۱۷] هرچند که در ۱۹ ژوئن ۲۰۱۴ گزارش‌هایی مبنی بر کاهش اطمینان نسبت به درستی این کشف منتشر شد[۸۷][۸۸][۸۹] و در ۱۹ سپتامبر ۲۰۱۴ این اطمینان حتی کمتر هم شد.[۹۰][۹۱]

مسائل و مشکلات مرتبط در فیزیک[ویرایش]

مانند هر نظریه دیگری، با توسعه نظریه مه‌بانگ، معماها و مسائلی سربرآورده‌اند. برای برخی پاسخهایی ارائه شده و تعدادی نیز بدون پاسخ مانده‌اند. برخی پاسخهای پیشنهاد شده برای مسائل مدل مه‌بانگ، خود معماهای جدیدی به‌وجودآورده‌اند. مثلاً مسئله افق، مسئله تک قطبی مغناطیسی و مسئله تخت بودن عموماً توسط نظریه تورمی حل می‌شوند؛ اما جزئیات جهان تورمی هنوز حل‌نشده باقی مانده‌اند و هنوز نظریات جایگزین نظریه تورمی در متون علمی طرفدار دارند.[۹۲][۹۳] آنچه در ادامه در ابن بخش آمده، جنبه‌های رازآلود نظریه مه‌بانگ است که همچنان تحت بررسی شدید از جانب کیهان‌شناسان و اخترفیزیک‌دانان هستند.

عدم تقارن باریون[ویرایش]

هنوز به خوبی نمی‌دانیم که چرا در جهان میزان ماده از پادماده (ضدماده) بیشتر است.[۹۴] تصور کلی بر این است که وقتی جهان جوان و بسیار داغ بود در یک تعادل آماری بود و تعداد باریونها و پادباریونها برابر بود. این در حالی است که مشاهدات نشان می‌دهند که جهان حتی در دورترین نقاط آن تقریباً به طور کامل از ماده ساخته‌شده‌است. اینطور پنداشته می‌شود که فرایندی ناشناخته به نام باریون‌زایی مسئول این عدم تقارن است. برای رخ دادن پدیده باریون‌زایی، باید سه شرط ساخاروف برقرار باشد:

همه این شرایط در مدل استاندارد رخ می‌دهند اما اثر آنها آن‌قدر زیاد نیست که عدم تقارن باریونی کنونی را توجیه کند.

انرژی تاریک[ویرایش]

اندازه گیریهای رابطه انتقال سرخ-قدر ظاهری ابرنواخترهای نوع Ia نشان می‌دهد که انبساط جهان، در زمانی که جهان نیمی از سن کنونی‌اش را داشته، شتابدار شده‌است. بنا بر نظریه نسبیت عام برای اینکه چنین شتابی امکانپذیر باشد باید بیشتر انرژی جهان از مولفه‌ای با فشار منفی بالا تشکیل شده باشد که این مولفه را انرژی تاریک نامیده‌اند.[۹] انرژی تاریک اگرچه هنوز در حد گمانه‌زنی است، اما مسائل متعددی را حل می‌کند. اندازه گیریهای تابش زمینه کیهانی نشان می‌دهند که جهان از نظر شکل فضایی تقریباً تخت است و بنا براین طبق نظریه نسبیت عام باید میزان چگالی جرم/انرژی آن تقریباً با مقدار چگالی بحرانی برابر باشد. چگالی جرم جهان را می‌توان از خوشه‌بندی‌های گرانشی آن به دست آورد و اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد این مقدار تنها ۳۰٪ چگالی بحرانی است.[۹] از آنجا که انرژی تاریک بنا بر نظریات موجود، به شیوه متعارف خوشه‌بندی نمی‌شود، بهترین توضیح برای چگالی انرژی گمشده جهان است. انرژی تاریک همچنین در توضیح دو روش اندازه‌گیری هندسی خمش کلی جهان از طریق بسامد لنزهای گرانشی یا با استفاده از ساختار بزرگ مقیاس جهان به عنوان یک خط‌کش کیهانی، سودمند است.

اینگونه پنداشته می‌شود که فشار منفی از ویژگی‌های انرژی خلاء است، اما ماهیت دقیق و وجود انرژی تاریک همچنان به عنوان یکی از رازهای مه‌بانگ باقی مانده‌است. نتایج منتشر شده توسط تیم دبلیومپ در سال ۲۰۰۸، جهانی را توصیف می‌کنند که شامل ۷۳٪ انرژی تاریک، ۲۳٪ ماده تاریک، ۴٫۶٪ ماده و معمولی و کمتر از ۱٪ نوترینو است.[۳۳] بنا بر نظریات، چگالی انرژی در ماده با انبساط کیهان کاهش می‌یابد اما چگالی انرژی تاریک ثابت است (یا تقریباً ثابت است). بنا براین در گذشته ماده بخش بزرگتری از کل انرژی جهان را در مقایسه با زمان حال تشکیل می‌داد و اما همچنانکه سلطه انرژی تاریک در آینده دور افزایش می‌یابد، سهم ماده در انرژی کل جهان کاهش خواهد یافت.

انرژی تاریک، به عنوان یکی از مولفه‌های تشکیل‌دهنده جهان توسط نظریه‌پردازان در چندین نظریه رقیب توضیح داده شده‌است؛ مثلاً توسط ثابت کیهانی اینشتین یا نظریه‌های بیگانه‌تری مانند اثیر یا انواع دیگری از تعریف گرانش.[۹۶] مسئله ثابت کیهانی که گاهی از آن به شرم‌آورترین مسئله در فیزیک یاد می‌شود، حاصل اختلاف میان چگالی انرژی اندازه‌گیری‌شده انرژی تاریک با مقدار پیش‌بینی شده آن توسط یکاهای پلانک است.[۹۷]

ماده تاریک[ویرایش]

نمودار دایره‌ای نشان دهنده ترکیب نسبی مولفه‌های مختلف چگالی-انرژی جهان، با استفاده از مدل لامبدا-سی‌دی‌ام. تقریباً ۹۵٪ از فرمهای عجیب ماده تاریک (۲۳٪) و انرژی تاریک (۷۳٪) همچنین کمتر از ۴٪ هلیم و هیدروژن و کمتر از ۱٪ شامل ۰٫۳٪ نیتروژن، ۰٫۵٪ ستاره و ۰٫۰۳ اجسام سنگین تشکیل شده‌است.

در دهه های۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ مشاهدات مختلفی نشان داد که ماده کافی در جهان برای توجیه قدرت نیروهای گرانشی بین کهکشانها و درون آنها وجود ندارد. این مشاهدات به این ایده منجر شد که ۹۰٪ ماده در جهان ماده تاریک است که نوری از آن منتشر نمی‌گردد و برهمکنشی با ماده باریونی معمولی ندارد. به علاوه، این تصور که گیتی بیشتر از ماده معمولی تشکیل شده باشد، منجر به پیش بینی‌هایی می‌شد که به شدت با مشاهدات تجربی در تناقض بودند. به عنوان نمونه در جهان امروز میزان دوتریم بسیار کمتری از آن است که بدون وجود ماده تاریک قابل توجیه باشد. اگرچه وجود ماده تاریک همواره محل بحث و اختلاف نظر بوده‌است، اما مشاهدات مختلفی دلالت بر وجود آن دارند: ناهمسانگردیها در تابش زمینه کیهانی، پراکندگی سرعت گروه‌ها و خوشه‌های کهکشانی، توزیع ساختار بزرگ مقیاس، مطالعات در زمینه همگرایی گرانشی و اندازه گیریهای پرتو ایکس خوشه‌های کهکشانی.[۹۸]

تنها گواه غیر مستقیم برای وجود ماده تاریک، تأثیر گرانشی آن بر ماده معمولی است و تا کنون ماده تاریکی در آزمایشگاه‌ها مشاهده‌نشده‌است. در فیزیک ذرات، نامزدهای متعددی برای ماده تاریک پیشنهاد شده‌است و پروژه‌های متعددی برای ردیابی مستقیم آن در حال انجام‌اند.[۹۹]

علاوه بر این، مسائل حل‌نشده‌ای در مورد مدل پذیرفته‌شده ماده تاریک سرد نیز وجود دارند که از جمله آنها می‌توان به مسئله کهکشان کوتوله[۱۰۰] و یا مسئله هاله تیزه‌ای اشاره نمود.[۱۰۱] نظریه‌های جایگزینی نیز پیشنهاد شده‌اند که نیازی به میزان انبوهی از ماده کشف‌نشده ندارند، بلکه در عوض آنها قوانین گرانش نیوتن و اینشتین را تغییر می‌دهند، اما هیچ‌یک از این نظریه‌ها به اندازه مدل ماده تاریک سرد در توضیح مشاهدات کنونی موفق نبوده‌اند.[۱۰۲]

مسئله افق[ویرایش]

این مسئله برآمده از این اصل پذیرفته‌شده‌است که در جهان اطلاعات نمی‌تواند باسرعتی بیشتر از سرعت نور منتقل شود. در جهانی با سن متناهی، این اصل حد بیشینه‌ای برای میزان فاصله ممکن میان دو ناحیه از جهان که با یکدیگر رابطه سببی دارند، ایجاد می‌کند(افق ذره).[۱۰۳] همسانگردی و یکنواختی دمای تابش زمینه کیهانی در سراسر جهان سبب برانگیخته‌شدن پرسشهایی در ارتباط با این اصل می‌شود: اگر جهان تا دوران آخرین پخش همواره از تابش یا ماده تشکیل شده‌باشد، افق ذره در آن زمان می‌بایست متناظر با ۲ درجه در آسمان باشد و برای اینکه نواحی گسترده‌تر از این بتوانند با هم تبادل اطلاعات کنند و هم‌دما شوند، هیچ مکانیزمی وجود نداشته‌است[۷۸]:۱۹۱–۲۰۲ و نمی‌توان توضیح داد که چرا تابش زمینه کیهانی در سراسر جهان دمای یکنواختی دارد.

نظریه تورم کیهانی پاسخی برای این تناقض ظاهری پیشنهاد می‌کند. بنا بر این نظریه در نخستین لحظات پس از مه‌بانگ (پیش از باریون‌زایی)، سراسر جهان را یک میدان انرژی همسانگرد نرده‌ای (اسکالر) و همگن فراگرفته‌است و باعث تورم ناگهانی جهان شده‌است. در حین دوره تورمی، جهان دچار انبساطی نمایی شده‌است که طی آن افق ذره با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه پیشتر تصور می‌شد، گسترش یافته‌است. بدین ترتیب حتی نواحی که در در دو انتهای مخالف جهان قابل مشاهده قرار دارند نیز در افق ذره یکدیگر قرار می‌گیرند. همسانگردی مشاهده شده در تابش زمینه کیهانی نیز برآمده از این واقعیت است که نقاط این ناحیه بزرگتر پیش از شروع تورم کیهانی در ارتباط سببی با یکدیگر بوده‌اند.[۲۳]:۱۸۰–۱۸۶

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ پیش‌بینی می‌کند که در حین دوره تورمی نوسانات گرمایی کوانتومی وجود داشته‌است که با تورم گیتی با همین مقیاس بزرگ شده‌اند. این نوسانات بذر تمام ساختارهای کنونی مشاهده‌شده در جهان هستند.[۷۸]:۲۰۷ نظریه تورمی پیش‌بینی می‌کند که نوسانات نخستین تقریباً مستقل از مقیاس و گاوسی بوده‌اند که این پیش‌بینی توسط اندازه‌گیریهای تابش زمینه کیهانی با دقت تأیید شده‌است.[۱۰۴]:sec ۶

اگر تورم کیهانی اتفاق افتاده باشد، انبساط نمایی نواحی بزرگ فضا را بسیار دورتر از افق قابل مشاهده ما رانده‌است.

یک مسئله مرتبط با این مسئله کلاسیک افق، ناشی از این واقعیت است که در مدلهای تورمی کنونی، تورم کیهانی پیش از وقوع تقارن‌شکنی الکتروضعیف متوقف می‌شود؛ بنابراین تورم کیهانی نمی‌توانسته مانع از گسستگی در خلأ الکتروضعیف در مقیاس بزرگ، شده‌باشد، زیرا نواحی بسیار دور از هم در جهان قابل مشاهده وقتی دوره الکتروضعیف به پایان رسید، نمی‌توانسته‌اند با هم رابطه علت و معلولی داشته باشند.[۱۰۵]

مسئله تک قطبی مغناطیسی[ویرایش]

مسئله تک قطبی مغناطیسی در اواخر دهه ۱۹۷۰ مطرح شد. نظریه وحدت بزرگ نقایص توپولوژیکی را در فضا پیش‌بینی می‌کند که می‌تواند در شکل تک قطبی مغناطیسی تجلی یابد. این اجسام می‌توانستند به سادگی در جهان داغ اولیه بوجود آیند و باعث شوند چگالی بسیار بیشتر از مقدار اندازه‌گیری‌شده باشد اما تا کنون جستجوها برای تک قطبی مغناطیسی بی‌نتیجه مانده‌است. این مسئله نیز با استفاده از نظریه تورم کیهانی این‌گونه پاسخ داده شده‌است که تورم کیهانی همانگونه که شکل جهان را تخت کرد همه نقایص نقطه‌ای جهان قابل مشاهده را نیز برطرف نمود.[۱۰۶]

مسئله تخت بودن جهان[ویرایش]

شکل هندسی کلی جهان بسته به اینکه پارامتر امگای کیهان شناسی کوچتر، مساوی یا بزگتر از ۱ باشد متفاوت خواهد بود. در این شکل از بالا به پایین یک جهان کروی با خمش مثبت، جهان هایپربولیک با خمش منفی و جهان تخت با خمش صفر نمایش داده شده‌اند.

مسئله تخت بودن (یا مسئله پیری) با متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر مرتبط است.[۱۰۳] خمش فضایی جهان بسته به مقدار چگالی انرژی کل آن ممکن است منفی، مثبت یا صفر باشد. اگر چگالی انرژی آن کمتر از چگالی بحرانی باشد خمش منفی، اگر بزرگتر باشد خمش مثبت و اگر برابر با چگالی بحرانی باشد خمش صفر و فضا تخت خواهد بود. مشکل اینجاست که با وجود اینکه هر اختلاف اندک با مقدار چگالی بحرانی در طول زمان افزایش می‌یابد، شکل جهان همچنان بسیار نزدیک به تخت است.[notes ۲] با توجه به اینکه یک مقیاس زمانی طبیعی برای تغییر در شکل تخت، می‌تواند زمان پلانک، ۱۰−۴۳ باشد،[۴] این واقعیت که جهان پس از میلیاردها سال نه دچار مرگ گرمایی و نه مه‌رمب شده‌است، به توضیح نیاز دارد. مثلاً حتی در زمانی که سن جهان چند دقیقه بود، اختلاف چگالی جهان با چگالی بحرانی می‌بایست به اندازه یک در ۱۰۱۴ باشد و در غیر اینصورت جهان به صورتی که امروز دیده می‌شود، وجود نداشت.[۱۰۷]

آینده جهان بنا بر نظریه مه‌بانگ[ویرایش]

پیش از مشاهدات مربوط به وجود انرژی تاریک، کیهان شناسان دو سناریوی متفاوت برای آینده جهان متصور بودند. اگر چگالی جرم جهان بیشتر از مقدار بحرانی بود، جهان به اندازه بیشینه‌ای رسیده و شروع به فروپاشی می‌کرد. جهان چگالتر و داغ تر می‌شد تا سر انجام به وضعیتی مشابه وضعیتی که از آن شروع شده‌است برسد. به این فرایند مه‌رمب (به انگلیسی: Big Crunch) می‌گویند.[۱۰۸] در حالت دیگر اگر چگالی جهان با چگالی بحرانی برابر یا از آن کمتر بود انبساط کندتر شده اما هرگز متوقف نخواهد شد. با مصرف شدن تمام گازهای میان ستاره‌ای درون کهکشانها، زایش ستارگان متوقف می‌شود و ستاره‌ها کاملاً می‌سوزند و از خود کوتوله‌های سفید، ستاره‌های نوترونی و سیاهچاله به جای می‌گذارند. در روندی بسیار کند و تدریجی این اجسام با هم برخورد می‌کنند و سیاهچاله‌های بزرگتر و بزرگتری پدید می‌آید و دمای متوسط جهان به سمت صفر مطلق میل خواهد کرد - انجماد بزرگ.[۱۰۹] علاوه بر این اگر پروتون ناپایدار باشد ماده باریونی ناپدید خواهد شد و تنها تابش و سیاهچاله باقی می‌ماند. در نهایت سیاه چاله‌ها نیز بر اثر انتشار تابش هاوکینگ تبخیر خواهند شد. انتروپی جهان تا نقطه‌ای افزایش خواهد یافت که هیچ شکل سازمان دیده‌ای از انرژی را نمی‌توان از آن استخراج کرد. این سناریو را مرگ گرمایی جهان می‌نامند.[۱۱۰]:sec VI٫D مشاهدات جدید مبنی بر شتابدار بودن انبساط جهان، ایجاب می‌کند که بخشهای بیشتر و بیشتری از جهانی که هم اکنون قابل مشاهده است از افق رویداد ما فراتر می‌روند و ارتباط ما با آن بخشها قطع می‌شود. سرانجام نهایی نامعلوم است. مدل لامبدا-سی دی ام (به انگلیسی: Lambda-CDM model(ΛCDM)) انرژی تاریک را به صورت یک ثابت کیهان‌شناسی در نظر می‌گیرد. این نظریه پیشنهاد می‌کند که تنها سامانه‌های گرانشی مانند کهکشانها منسجم می‌مانند و در نهایت آنها نیز بر اثر انبساط و سرد شدن جهان دچار مرگ گرمایی می‌شوند. سایر نظریات مطرح شده برای انرژی تاریک، مانند نظریه انرژی‌های فانتومی پیش بینی می‌کنند که در نهایت خوشه‌های کهکشانی، سیاره‌ها، هسته و خود ماده بر اثر انبساط روزافزون، به سرنوشت مه‌گسست دچار می‌شوند و از هم گسیخته می‌شوند.[۱۱۱]

گمانه‌زنی‌های فراتر از مه‌بانگ[ویرایش]

این نگاره، نمایشی هنری از انبساط متریک فضاست که در آن فضا (که شامل قسمت‌های فرضی غیرقابل مشاهده جهان هم هست) را در هر لحظه از زمان را می‌توان با برشی قرصی از نمودار نمایش داد. توجه کنید که در سمت چپ شکل می‌توانید انبساط دراماتیک فضا در دوره تورمی را ببینید

اگرچه نظریه مه‌بانگ نظریه‌ای پذیرفته‌شده در دانش کیهان‌شناسی فیزیکی امروزی است، اما تغییر آن در آینده دور از ذهن نیست. نظریه مه‌بانگ برپایه معادلات کلاسیک نسبیت عام، وجود یک نقطه تکینگی گرانشی را در مبدأ زمان پیش‌بینی می‌کند، این نقطه با چگالی بی‌نهایت از نظر فیزیکی امکانپذیر نیست. البته می‌دانیم که این معادلات تا پیش از فرارسیدن دوره پلانک و سرد شدن جهان تا دمای پلانک، قابل استفاده نیستند.

یکی از راه‌های پیشنهاد شده برای اجتناب از این تکینگی، فرمولبندی مناسبی از یک نظریه گرانش کوانتومی است.[۱۱۲]

اینکه چه چیزی ممکن است سبب به‌وجودآمدن این نقطه تکینگی شده یا اینکه چگونه و چرا آغاز شده، هنوز نادانسته مانده‌است. اگرچه در شاخه کیهان‌زایی، گمانه‌زنی‌های متعددی در این زمینه صورت گرفته‌است.

برخی از این گمانه‌زنی‌ها که البته همگی شامل فرضیه‌های آزموده‌نشده‌اند، عبارتند از:

  • مدلهایی که شامل شرط بدون مرز هارتل-هاوکینگ هستند که در آن کل فضازمان متناهی است. مه‌بانگ نمایانگر سرحد زمان است اما بدون تکینگی.[۱۱۳]
  • مدل مه‌بانگ شبکه‌ای بیان می‌کند که جهان در لحظه مه‌بانگ، شبکه‌ای نامتناهی از فرمیونها بوده‌است که سراسر دامنه بنیادی را فراگرفته بوده و به آن تقارن چرخشی، انتقالی و پیمانه‌ای می‌بخشیده‌است. این تقارن بالاترین سطح تقارن ممکن است و در نتیجه پایین‌ترین میزان انتروپی ممکن را دارد.[۱۱۴]
  • مدلهای کیهان‌شناسی غشایی که در آنها تورم کیهانی ناشی از جابجایی غشاها در نظریه ریسمان است؛ مدل پیش-مه‌بانگ؛ مدل اکپیروتیک که در آن مه‌بانگ ناشی از برخورد غشاهاست؛ و مدل چرخه‌ای که تغییریافته مدل اکپیروتیک است که در آن برخوردها به شکل تناوبی تکرار می‌شوند. درمدل آخری پیش از مه‌بانگ یک مه‌رمب روی می‌دهد و جهان به شکل متناوب و نامتناهی دچار این دو فرایند می‌شود.[۱۱۵][۱۱۶][۱۱۷][۱۱۸]
  • تورم ابدی که در آن تورم کیهانی به صورت محلی در نقاط مختلف (به شکل تصادفی) پایان می‌یابد؛ و هر نقطه پایانی به یک جهان حبابی تبدیل می‌شود که بر اثر مه‌بانگ خود منبسط می‌شود.[۱۱۹][۱۲۰]

پیشنهادهایی که در دو دسته آخر قرار می‌گیرند مه‌بانگ را یا به صورت رویدادی در یک جهان بزرگتر و کهن‌تر ویا در یک چندجهانی می‌بینند.

برداشت‌های دینی و فلسفی از مه‌بانگ[ویرایش]

مه‌بانگ به عنوان نظریه توصیف‌گر مبدأ جهان، جهت‌گیری‌های مذهبی و فلسفی بسیاری برانگیخته است.[۱۲۱][۱۲۲] و در نتیجه این نظریه به یکی از داغ‌ترین موضوعات در مباحثه میان دین و دانش بدل شده‌است.[۱۲۳] برخی بر این باورند که نظریه مه‌بانگ نشانگر وجود خداست[۱۲۴][۱۲۵] و برخی نیز نشانه‌های آن را در کتب مقدس خود پیدا کرده‌اند،[۱۲۶] در حالیکه برخی دیگر عقیده دارند که با نظریه مه‌بانگ وجود مفهوم یک پدیدآورنده غیرضروری است.[۱۲۲][۱۲۷]

مه‌بانگ به خودی خود یک نظریه فیزیکی است و تأیید درستی و نادرستی آن از طریق مشاهدات تجربی امکانپذیر است، اما از آنجا که در مورد مبدأ واقعیت حرف می‌زند، نتیجه‌گیری‌های خداشناسانه‌ای در ارتباط با مفهوم پیدایش از هیچ به دنبال دارد.[۱۲۸][۱۲۹][۱۳۰] علاوه بر این بسیاری از خداشناسان و فیزیکدانان، نظریه مه‌بانگ را نشانه‌ای از وجود خدا می‌دانند.[۱۳۱][۱۳۲] یکی از بحثهای پرطرفدار در مورد وجود خدا به نام «کیهان‌شناسی کلام» بر پایه نظریه مه‌بانگ استوار است.[۱۳۳][۱۳۴] در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ تقریباً همه کیهان‌شناسان نامدار، مدل جهان پایدار را ترجیح می‌دادند و حتی بسیاری اعتراض داشتند که مفهوم آغاز زمان در نظریه مه‌بانگ، مفاهیم مذهبی را وارد فیزیک نموده‌است و با آن مخالفت می‌کردند[۱۳۵] و این نتیجه‌گیری که جهان سرآغازی داشته‌است را رد می‌کردند.[۱۲۳][۱۳۶]

بسیاری از مفسرین مسلمان ادعا نموده‌اند که در قرآن از مه‌بانگ یاد شده‌است.[۱۳۷][۱۳۸] به عنوان نمونه به آیه سی از سوره انبیاء اشاره شده‌است که ترجمه آن چنین است: «آیا کافران ندانسته‌اند که آسمان‌ها و زمین به‌هم بسته و پیوسته بودند و ما آن دو را شکافته و از هم بازکردیم و هر چیز زنده‌ای را از آب آفریدیم؟ پس آیا ایمان نمی‌آورند؟»[۱۳۹][۱۴۰][۱۴۱]

پاپ پیوس دوازدهم در نشست افتتاحیه آکادمی علوم پونتیفیکال در ۲۲ نوامبر ۱۹۵۱ اعلام کرد که نظریه مه‌بانگ با مفهوم خلفت در آیین کاتولیک در تناقض نیست[۱۴۲][۱۴۳] اما پیروان باور آفرینش‌گرایی زمین جوان که تفسیر لغوی کتاب خلقت را قبول دارند، این نظریه را رد می‌کنند.

در میان پوراناهای هندو، جهان ابدی و بدون نقطه شروع زمان و به صورت چرخه‌ای توصیف شده‌است تا اینکه بر اثر مه‌بانگ به وجود آمده باشد.[۱۴۴][۱۴۵] اما دانشنامه هندوئیسم بیان می‌کند که نظریه مهبانگ به بشریت یادآوری می‌کند که همه چیز از برهمن سرچشمه گرفته‌است که از یک اتم سبکتر و از بزرگترین‌ها بزرگتر است.[۱۴۶] ناسادیا سوکتا (سرود آفرینش) در ریگ‌ودا (۱۲۹:۱۰) عنوان می‌کند که جهان از یک نقطه (بیندو) توسط گرما ایجاد شده‌است.[۱۴۷][۱۴۸]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. Horizons of Cosmology [افق کیهان‌شناسی]. Templeton Press, 2009. 208. 
  2. Big Bang: The Origin of the Universe [مه‌بانگ، سرآغاز گیتی]. Harper Perennial, 2005. 560. 
  3. Wollack، E. J.. «Cosmology: The Study of the Universe»(en)‎. Universe 101: Big Bang Theory [کیهان‌شناسی: مطالعه گیتی]. NASA، 10 December 2010. بازبینی‌شده در 27 April 2011. «بخش دوم در مورد آزمون‌های نظریه مه‌بانگ است که باعث می‌شود پذیرش آن به عنوان توصیف احتمالی گیتی شدنی به نظر برسد.» 
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ ۴٫۲ ۴٫۳ "First Second of the Big Bang". How the Universe Works#Season 3. Discovery Science.
  5. «Big-bang model»(en)‎. [مدل مه بانگ]. بازبینی‌شده در 11 February 2015. 
  6. ۶٫۰ ۶٫۱ Wright، E. L.. «What is the evidence for the Big Bang?»(en)‎. Frequently Asked Questions in Cosmology. UCLA, Division of Astronomy and Astrophysics، 9 May 2009. بازبینی‌شده در 16 October 2009. 
  7. «Planck reveals an almost perfect universe». Planck [ماهواره پلانک از جهانی تقریباً کامل پرده برمی‌دارد]. ESA، 2013-03-21. بازبینی‌شده در 2013-03-21. 
  8. Kragh، H.. Cosmology and Controversy. Princeton University Press، 1996. 318. شابک ‎۰-۶۹۱-۰۲۶۲۳-۸. 
  9. ۹٫۰ ۹٫۱ ۹٫۲ ۹٫۳ ۹٫۴ “The cosmological constant and dark energy”. Reviews of Modern Physics 75, no. 2 (2003): 559–606. arXiv:astro-ph/0207347. Bibcode2003RvMP...75..559P. doi:10.1103/RevModPhys.75.559.  خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «peebles» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «peebles» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «peebles» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  10. Gibson، C. H.. «The First Turbulent Mixing and Combustion». IUTAM Turbulent Mixing and Combustion. 2001. 
  11. A bot will complete this citation soon. Click here to jump the queuearXiv:astro-ph/0110012 [astro-ph].
  12. A bot will complete this citation soon. Click here to jump the queuearXiv:astro-ph/0501416 [astro-ph].
  13. https://www.cfa.harvard.edu/seuforum/questions/
  14. ۱۴٫۰ ۱۴٫۱ ۱۴٫۲ «BICEP2 2014 Results Release». 17 March 2014. بازبینی‌شده در 18 March 2014. 
  15. ۱۵٫۰ ۱۵٫۱ ۱۵٫۲ Clavin، Whitney. «NASA Technology Views Birth of the Universe». NASA، 17 March 2014. بازبینی‌شده در 17 March 2014. 
  16. ۱۶٫۰ ۱۶٫۱ ۱۶٫۲ Overbye، Dennis. «Detection of Waves in Space Buttresses Landmark Theory of Big Bang». 17 March 2014. بازبینی‌شده در 17 March 2014. 
  17. ۱۷٫۰ ۱۷٫۱ ۱۷٫۲ Overbye، Dennis. «Ripples From the Big Bang». 24 March 2014. بازبینی‌شده در 24 March 2014. 
  18. ۱۸٫۰ ۱۸٫۱ ۱۸٫۲ ۱۸٫۳ “A Relation Between Distance and Radial Velocity Among Extra-Galactic Nebulae [رابطه‌ای میان فاصله و سرعت شعاعی در میان سحابی‌های فراکهکشانی]”. Proceedings of the National Academy of Sciences 15, no. 3 (1929): 168–73. Bibcode1929PNAS...15..168H. doi:10.1073/pnas.15.3.168. PMC 522427. PMID 16577160. 
  19. Hawking, S.W. The Large-Scale Structure of Space-Time. Cambridge University Press, 1973. ISBN ‎0-521-20016-4. 
  20. Roos, M. Astronomy and Astrophysics. EOLSS publishers, 2008. 
  21. Drees, W.B. Beyond the big bang: quantum cosmologies and God. Open Court Publishing, 1990. 223–224. ISBN ‎978-0-8126-9118-4. 
  22. ۲۲٫۰ ۲۲٫۱ Bennett, C.L, L Larson and J.L Weiland. Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results. December 20, 2012.  خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «arXiv-20121220» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  23. ۲۳٫۰ ۲۳٫۱ Guth, A.H. The Inflationary Universe: Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Vintage Books, 1998. ISBN ‎978-0-09-995950-2. 
  24. Schewe, P. “An Ocean of Quarks”. Physics News Update (American Institute of Physics) 728, no. 1= (2005). 
  25. Kolb and Turner (1988), chapter 6
  26. Kolb and Turner (1988), chapter 7
  27. Kolb and Turner (1988), chapter 4
  28. Peacock (1999), chapter 9
  29. Loeb، Abraham. The Habitable Epoch of the Early Universe. ج. 13. October 2014. 337–339. doi:10.1017/S1473550414000196. بازبینی‌شده در 15 December 2014. 
  30. Loeb، Abraham. The Habitable Epoch of the Early Universe. 2 December 2013. arXiv:۱۳۱۲.۰۶۱۳v۳. بازبینی‌شده در 15 December 2014. 
  31. Dreifus، Claudia. «Much-Discussed Views That Go Way Back - Avi Loeb Ponders the Early Universe, Nature and Life». 2 December 2014. بازبینی‌شده در 3 December 2014. 
  32. Spergel, D. N.. “First year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: determination of cosmological parameters”. Astrophysical Journal Supplement 148, no. 1 (2003): 175–194. arXiv:astro-ph/0302209. Bibcode2003ApJS..148..175S. doi:10.1086/377226. 
  33. ۳۳٫۰ ۳۳٫۱ ۳۳٫۲ Jarosik, N. Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results. NASA. 
  34. Ivanchik, A.V and A.Y Potekhin. “The Fine-Structure Constant: A New Observational Limit on Its Cosmological Variation and Some Theoretical Consequences”. Astronomy and Astrophysics, 1999, 343: 459. Bibcode1999A&A...343..439I. 
  35. Goodman, J.. “Geocentrism Reexamined”. Physical Review D 52, no. 4 (1995): 1821. arXiv:astro-ph/9506068. Bibcode1995PhRvD..52.1821G. doi:10.1103/PhysRevD.52.1821. 
  36. d'Inverno, R. Chapter 23. Introducing Einstein's Relativity. Oxford University Press, 1992. ISBN ‎ISBN 0-19-859686-3. 
  37. Kolb and Turner (1988), chapter 3
  38. «'Big bang' astronomer dies». BBC News، 22 August 2001. بایگانی‌شده از نسخهٔ اصلی در 8 December 2008. بازبینی‌شده در 7 December 2008. 
  39. Croswell، K.. «Chapter 9». در The Alchemy of the Heavens. Random House، ۱۹۹۵. 
  40. Mitton، S.. Fred Hoyle: A Life in Science. Aurum Press، ۲۰۰۵. ۱۲۷. 
  41. Moskowitz، Clara. «Hubble Telescope Reveals Farthest View Into Universe Ever». Space.com، September 25, 2012. بازبینی‌شده در September 26, 2012. 
  42. Slipher, V.M. “The Radial Velocity of the Andromeda Nebula”. Lowell Observatory Bulletin 1 (1913): 56–57. Bibcode1913LowOB...2...56S. 
  43. Slipher, V.M. “Spectrographic Observations of Nebulae”. Popular Astronomy 23 (1915): 21–24. Bibcode1915PA.....23Q..21S. 
  44. ۴۴٫۰ ۴۴٫۱ Friedman، A.A.. «Über die Krümmung des Raumes». Deutsche Physikalische Gesellschaft 10، ش. 1 (1922): ۳۷۷–۳۸۶. Bibcode۱۹۲۲ZPhy...۱۰..۳۷۷F. doi:10.1007/BF01332580.  (آلمانی)
    (ترجمه انگلیسی: Friedman, A.. “On the Curvature of Space [در باب خمش فضا]”. General Relativity and Gravitation 31, no. 12 (1999): 1991–2000. Bibcode1999GReGr..31.1991F. doi:10.1023/A:1026751225741. )
  45. ۴۵٫۰ ۴۵٫۱ Lemaître، G.. «Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques». Annals of the Scientific Society of Brussels 47A (۱۹۲۷): ۴۱.  (فرانسوی)
    (ترجمه انگلیسی: Lemaître. “A Homogeneous Universe of Constant Mass and Growing Radius Accounting for the Radial Velocity of Extragalactic Nebulae”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 91 (1931): 483–490. Bibcode1931MNRAS..91..483L. )
  46. Lemaître, G.. “The Evolution of the Universe: Discussion”. Nature 128, no. 3234 (1931): 699–701. Bibcode1931Natur.128..704L. doi:10.1038/128704a0. 
  47. Christianson, E.. Edwin Hubble: Mariner of the Nebulae. Farrar, Straus and Giroux, 1995. ISBN ‎0-374-14660-8. 
  48. Kragh، H.. Cosmology and Controversy. Princeton (NJ): Princeton University Press، ۱۹۹۶. شابک ‎۰-۶۹۱-۰۲۶۲۳-۸. 
  49. «People and Discoveries: Big Bang Theory»(en)‎. A Science Odyssey. PBS. بازبینی‌شده در 9 March 2012. 
  50. Eddington, A.. “The End of the World: from the Standpoint of Mathematical Physics”. Nature 127, no. 3203 (1931): 447–453. Bibcode1931Natur.127..447E. doi:10.1038/127447a0. 
  51. Appolloni, S.. “"Repugnant", "Not Repugnant at All": How the Respective Epistemic Attitudes of Georges Lemaitre and Sir Arthur Eddington Influenced How Each Approached the Idea of a Beginning of the Universe”. IBSU Scientific Journal 5, no. 1 (17 June 2011): 19–44. ISSN 2233–3002. 
  52. Lemaître، G.. «The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory». Nature ۱۲۷، ش. ۳۲۱۰ (۱۹۳۱): ۷۰۶. Bibcode۱۹۳۱Natur.۱۲۷..۷۰۶L. doi:10.1038/127706b0. 
  53. Milne, E.A.. Relativity, Gravitation and World Structure. Oxford University Press, 1935. . 
  54. Tolman، R.C.. Relativity, Thermodynamics, and Cosmology. Oxford University Press، ۱۹۳۴. شابک ‎۰-۴۸۶-۶۵۳۸۳-۸. . 
  55. Zwicky, F.. “On the Red Shift of Spectral Lines through Interstellar Space”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 15, no. 10 (1929): 773–779. Bibcode1929PNAS...15..773Z. doi:10.1073/pnas.15.10.773. PMC 522555. PMID 16577237. 
  56. Hoyle, F.. “A New Model for the Expanding Universe”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 108 (1948): 372. Bibcode1948MNRAS.108..372H. 
  57. Alpher, R.A., H. Bethe and G. Gamow. “The Origin of Chemical Elements”. Physical Review 73, no. 7 (1948): 803. Bibcode1948PhRv...73..803A. doi:10.1103/PhysRev.73.803. 
  58. Alpher, R.A. and R. Herman. “Evolution of the Universe”. Nature 162, no. 4124 (1948): 774. Bibcode1948Natur.162..774A. doi:10.1038/162774b0. 
  59. Singh، S.. «Big Bang»(en)‎. SimonSingh.net. 21 April 2007. بایگانی‌شده از نسخهٔ اصلی در 30 June 2007. بازبینی‌شده در 28 May 2007. 
  60. ۶۰٫۰ ۶۰٫۱ Penzias, A.A. and R.W. Wilson. “A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s”. Astrophysical Journal 142 (1965): 419. Bibcode1965ApJ...142..419P. doi:10.1086/148307. 
  61. ۶۱٫۰ ۶۱٫۱ Boggess, N.W. et al. “The COBE Mission: Its Design and Performance Two Years after the launch”. The Astrophysical Journal 397 (1992): 420. Bibcode1992ApJ...397..420B. doi:10.1086/171797. 
  62. ۶۲٫۰ ۶۲٫۱ Spergel, D.N. et al. “Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year Results: Implications for Cosmology”. Astrophysical Journal Supplement 170, no. 2 (2006): 377. arXiv:astro-ph/0603449. Bibcode2007ApJS..170..377S. doi:10.1086/513700. 
  63. Krauss، L.. A Universe From Nothing: Why there is Something Rather than Nothing. Free Press، 2012. 118. شابک ‎۹۷۸-۱-۴۵۱۶-۲۴۴۵-۸. 
  64. Gladders، M.D. و دیگران. «Cosmological Constraints from the Red-Sequence Cluster Survey». The Astrophysical Journal ۶۵۵، ش. ۱ (۲۰۰۷): ۱۲۸–۱۳۴. arXiv:astro-ph/۰۶۰۳۵۸۸. Bibcode۲۰۰۷ApJ...۶۵۵..۱۲۸G. doi:10.1086/509909. 
  65. The Four Pillars of the Standard Cosmology
  66. Sadoulet، B.. «Direct Searches for Dark Matter». Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey. The National Academies. بازبینی‌شده در 12 March 2012. 
  67. Cahn، R.. «For a Comprehensive Space-Based Dark Energy Mission». Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey. The National Academies. بازبینی‌شده در 12 March 2012. 
  68. Peacock (1999), chapter 3
  69. Srianand، R.، P. Petitjean و C. Ledoux. «The microwave background temperature at the redshift of 2.33771». Nature ۴۰۸، ش. ۶۸۱۵ (۲۰۰۰): ۹۳۱–۹۳۵. arXiv:astro-ph/۰۰۱۲۲۲۲. Bibcode۲۰۰۰Natur.۴۰۸..۹۳۱S. doi:10.1038/35050020. Lay summary – رصدخانه جنوبی اروپا (December 2000). 
  70. Gannon، Megan. «New 'Baby Picture' of Universe Unveiled». Space.com، December 21, 2012. بازبینی‌شده در December 21, 2012. 
  71. Wright، E.L.. Measuring and Modeling the Universe. انتشارات دانشگاه کمبریج، ۲۰۰۴. ۲۹۱. arXiv:astro-ph/۰۳۰۵۵۹۱. شابک ‎۰-۵۲۱-۷۵۵۷۶-X. 
  72. Proceedings of the Los Angeles Meeting, DPF 99. arXiv:astro-ph/9903232. Bibcode 1999dpf..conf.....W.
  73. «A measurement of Omega from the North American test flight of BOOMERANG». Astrophys Journal (Institute of Physics)، ش. 536 (1999). بازبینی‌شده در 2015-05-15. 
  74. «A Flat Universe from High-Resolution Maps of the Cosmic Microwave Background Radiation». Nature (Nature Publishing Group) 404:‎955–959. arXiv:astro-ph/۰۰۰۴۴۰۴. doi:10.1038/35010035. 
  75. «A Measurement of the Angular Power Spectrum of the Cosmic Microwave Background from l = 100 to 400». The Astrophysical Journal Letters 524 (1). arXiv:astro-ph/۹۹۰۶۴۲۱. Bibcode۱۹۹۹ApJ...۵۲۴L...۱M. doi:10.1086/312293. 
  76. ۷۶٫۰ ۷۶٫۱ Kolb and Turner (1988), chapter 4
  77. Steigman، G.. «Primordial Nucleosynthesis: Successes And Challenges». International Journal of Modern Physics E [Nuclear Physics] ۱۵ (۲۰۰۵): ۱–۳۶. arXiv:astro-ph/۰۵۱۱۵۳۴. Bibcode۲۰۰۶IJMPE..۱۵....۱S. doi:10.1142/S0218301306004028. 
  78. ۷۸٫۰ ۷۸٫۱ ۷۸٫۲ Introduction to cosmology. Addison-Wesley، 2003. شابک ‎۹۷۸-۰-۸۰۵۳-۸۹۱۲-۸. 
  79. A bot will complete this citation soon. Click here to jump the queuearXiv:astro-ph/0101009 [astro-ph].
  80. Bertschinger، E.. «Simulations of Structure Formation in the Universe». Annual Review of Astronomy and Astrophysics ۳۶، ش. ۱ (۱۹۹۸): ۵۹۹–۶۵۴. Bibcode۱۹۹۸ARA&A..۳۶..۵۹۹B. doi:10.1146/annurev.astro.36.1.599. 
  81. «Detection of Pristine Gas Two Billion Years After the Big Bang». Science 334، ش. 6060 (2011): 1245–9. arXiv:۱۱۱۱.۲۳۳۴. Bibcode۲۰۱۱Sci...۳۳۴.۱۲۴۵F. doi:10.1126/science.1213581. PMID ۲۲۰۷۵۷۲۲. 
  82. «Astronomers Find Clouds of Primordial Gas from the Early Universe, Just Moments After Big Bang». Science Daily، 10 November 2011. بازبینی‌شده در 13 November 2011. 
  83. Perley، D.. «Determination of the Universe's Age, to». University of California Berkeley, Astronomy Department، 21 February 2005. بازبینی‌شده در 27 January 2012. 
  84. «First detection of CO in a high-redshift damped Lyman-α system». Astronomy and Astrophysics 482، ش. 3 (2008): L39. Bibcode۲۰۰۸A&A...۴۸۲L..۳۹S. doi:10.1051/0004-6361:200809727. 
  85. A bot will complete this citation soon. Click here to jump the queueAvgoustidis, A.. arXiv:1112.1862v1 [astro-ph.CO].
  86. Belusevic، R.. Relativity, Astrophysics and Cosmology. Wiley-VCH، 2008. 16. شابک ‎۳-۵۲۷-۴۰۷۶۴-۲. 
  87. Overbye، Dennis. «Astronomers Hedge on Big Bang Detection Claim». 19 June 2014. بازبینی‌شده در 20 June 2014. 
  88. Amos، Jonathan. «Cosmic inflation: Confidence lowered for Big Bang signal». 19 June 2014. بازبینی‌شده در 20 June 2014. 
  89. Detection of B-Mode Polarization at Degree Angular Scales by BICEP2. ج. 112. 19 June 2014. 241101. arXiv:۱۴۰۳.۳۹۸۵. Bibcode۲۰۱۴PhRvL.۱۱۲x۱۱۰۱A. doi:10.1103/PhysRevLett.112.241101. PMID ۲۴۹۹۶۰۷۸. 
  90. Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes. 19 September 2014. arXiv:۱۴۰۹.۵۷۳۸. Bibcode۲۰۱۴arXiv۱۴۰۹.۵۷۳۸P. بازبینی‌شده در 22 September 2014. 
  91. Overbye، Dennis. «Study Confirms Criticism of Big Bang Finding». 22 September 2014. بازبینی‌شده در 22 September 2014. 
  92. .
  93. Fergus, E. J. (ed), ed. DOI:10.1111/j.1749-6632.1989.tb50513.x.
  94. Kolb and Turner, chapter 6
  95. Sakharov، A.D.. «Violation of CP Invariance, C Asymmetry and Baryon Asymmetry of the Universe». Zhurnal Eksperimental'noi i Teoreticheskoi Fiziki, Pisma ۵ (۱۹۶۷): ۳۲.  (روسی)
    (ترجمه شده در Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 5, 24 (1967).)
  96. Mortonson, Michael J.; Weinberg, David H.; White, Martin (Dec 2013). "Dark Energy: A Short Review". Particle Data Group 2014 Review of Particle Physics. 
  97. Rugh, S.E.; Zinkernagel, H. (December 2002). "The quantum vacuum and the cosmological constant problem". Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics 33 (4): 663–705. doi:10.1016/S1355-2198(02)00033-3. 
  98. Keel، B.. «Dark Matter». بازبینی‌شده در 28 May 2007. 
  99. Yao، W.M.. «Review of Particle Physics: Dark Matter». Journal of Physics G ۳۳، ش. ۱ (۲۰۰۶): ۱–۱۲۳۲. arXiv:astro-ph/۰۶۰۱۱۶۸. Bibcode۲۰۰۶JPhG...۳۳....۱Y. doi:10.1088/0954–3899/33/1/001. 
  100. «Notes on the Missing Satellites Problem». XX Canary Islands Winter School of Astrophysics on Local Group Cosmology,. 
  101. «Cusps in cold dark matter haloes». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 364، ش. 2 (12/2005): 665-673. doi:10.1111/j.1365-2966.2005.09601.x. 
  102. «The Real Problem with MOND». Honorable Mention, Gravity Research Foundation 2011 Awards، Dec 2011. 
  103. ۱۰۳٫۰ ۱۰۳٫۱ Kolb and Turner (1988), chapter 8
  104. «Three-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Implications for Cosmology». The Astrophysical Journal Supplement Series 170:‎377–408. arXiv:astro-ph/۰۶۰۳۴۴۹. Bibcode۲۰۰۷ApJS..۱۷۰..۳۷۷S. doi:10.1086/513700. 
  105. . Vintage books، 2007. شابک ‎۰-۶۷۹-۷۷۶۳۱-۱. 
  106. Kolb and Turner, chapter 8
  107. .
  108. Kolb and Turner, 1988, chapter 3
  109. Griswold، Britt. «What is the Ultimate Fate of the Universe?». NASA، 2012. 
  110. «A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects». Reviews of Modern Physics 69، ش. 2 (1997): 337–372. arXiv:astro-ph/۹۷۰۱۱۳۱. Bibcode۱۹۹۷RvMP...۶۹..۳۳۷A. doi:10.1103/RevModPhys.69.337. .
  111. Caldwell، R. R، M. Kamionkowski و N. N. Weinberg. «Phantom Energy and Cosmic Doomsday». Physical Review Letters 91، ش. 7 (2003): 071301. arXiv:astro-ph/۰۳۰۲۵۰۶. Bibcode۲۰۰۳PhRvL..۹۱g۱۳۰۱C. doi:10.1103/PhysRevLett.91.071301. PMID ۱۲۹۳۵۰۰۴. 
  112. Hawking، S. W. و G. F. R. Ellis. The Large Scale Structure of Space-Time. Cambridge University Press، 1973. شابک ‎۰-۵۲۱-۰۹۹۰۶-۴. 
  113. Hartle، J.H. و S. Hawking. «Wave Function of the Universe». Physical Review D ۲۸، ش. ۱۲ (۱۹۸۳): ۲۹۶۰. Bibcode۱۹۸۳PhRvD..۲۸.۲۹۶۰H. doi:10.1103/PhysRevD.28.2960. 
  114. Bird، P.. «Determining the Big Bang State Vector». 2011. 
  115. Langlois، D.. «Brane Cosmology: An Introduction». Progress of Theoretical Physics Supplement 148 (2002): 181–212. arXiv:hep-th/۰۲۰۹۲۶۱. Bibcode۲۰۰۲PThPS.۱۴۸..۱۸۱L. doi:10.1143/PTPS.148.181. 
  116. A bot will complete this citation soon. Click here to jump the queuearXiv:hep-th/0205259 [hep-th].
  117. Than، K.. «Recycled Universe: Theory Could Solve Cosmic Mystery». Space.com، 2006. بازبینی‌شده در 3 July 2007. 
  118. Kennedy، B. K.. «What Happened Before the Big Bang?». 2007. بایگانی‌شده از نسخهٔ اصلی در 4 July 2007. بازبینی‌شده در 3 July 2007. 
  119. Linde، A.. «Eternal Chaotic Inflation». Modern Physics Letters A ۱، ش. ۲ (۱۹۸۶): ۸۱. Bibcode۱۹۸۶MPLA....۱...۸۱L. doi:10.1142/S0217732386000129. 
  120. Linde، A.. «Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe». Physics Letters B ۱۷۵، ش. ۴ (۱۹۸۶): ۳۹۵–۴۰۰. Bibcode۱۹۸۶PhLB..۱۷۵..۳۹۵L. doi:10.1016/0370–2693(86)90611–8. 
  121. Harris، J.F.. Analytic philosophy of religion. Springer، ۲۰۰۲. ۱۲۸. شابک ‎۹۷۸-۱-۴۰۲۰-۰۵۳۰-۵. 
  122. ۱۲۲٫۰ ۱۲۲٫۱ Frame، T.. Losing my religion. UNSW Press، ۲۰۰۹. ۱۳۷–۱۴۱. شابک ‎۹۷۸-۱-۹۲۱۴۱۰-۱۹-۲. 
  123. ۱۲۳٫۰ ۱۲۳٫۱ Harrison، P.. The Cambridge Companion to Science and Religion. Cambridge University Press، 2010. 9. شابک ‎۹۷۸-۰-۵۲۱-۷۱۲۵۱-۴.  خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «Cambridge - Theological Implications» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  124. Harris 2002, p. 129
  125. Craig، William Lane. «The ultimate question of origins: God and the beginning of the Universe.». Astrophysics and Space Science 269-270، ش. 1-4 (1999): 723–740. doi:10.1007/978-94-011-4114-7_85. 
  126. Asad، Muhammad. The Message of the Qu'rán. Dar al-Andalus Limited. شابک ‎۱-۹۰۴۵۱۰-۰۰-۰. 
  127. Sagan، C.. introduction to A Brief History of Time by Stephen Hawking. Bantam Books، 1988. X. شابک ‎۰-۵۵۳-۳۴۶۱۴-۸. 
  128. «Issues in the philosophy of cosmology». Philosophy of Physics، 2007-08-08، 1183–1285. doi:10.1016/B978-044451560-5/50014-2. شابک ‎۹۷۸۰۴۴۴۵۱۵۶۰۵. 
  129. Alexander، Vilenkin. «Creation of universes from nothing». Physics Letters B 117، ش. 1–2 (1982-11-04): 25–28. doi:10.1016/0370-2693(82)90866-8. ISSN ۰۳۷۰-۲۶۹۳. بازبینی‌شده در 2012-02-28. 
  130. Manson، N.A.. God and Design: The Teleological Argument and Modern Science. Routledge، 1993. شابک ‎۹۷۸-۰-۴۱۵-۲۶۳۴۴-۳. «The Big Bang theory strikes many people as having theological implications, as shown by those who do not welcome those implications.» 
  131. Harris، J.F.. Analytic Philosophy of Religion. Springer Press، 2002. شابک ‎۹۷۸-۱-۴۰۲۰-۰۵۳۰-۵. «Both theists and physicists have seen the big bang theory as leaving open such an opportunity for a theistic explanation.» 
  132. The Big Bang Never Happened: A Startling Refutation of the Dominant Theory of the Origin of the Universe. Vintage Books، 2010-12-15. شابک ‎۹۷۸۰۳۰۷۷۷۳۵۴۸. بازبینی‌شده در 2012-03-16. «From theologians to physicists to novelists, it is widely believed that the Big Bang theory supports Christian concepts of a creator. In February 1989, for example, the front-page article of the New York Times Book Review argued that scientists argued that scientists and novelists were returning to God, in large part through the influence of the Big Bang.» 
  133. Analytic Philosophy of Feligion. Springer Science، 2002. شابک ‎۹۷۸۱۴۰۲۰۰۵۳۰۵. «THE KALAM COSMOLOGICAL ARGUMENT Perhaps the best known and most clearly formulated version of the cosmological argument that incorporates the fundamental concepts of big bang theory is found in the work of William Lane Craig.» 
  134. McGrath، A.E.. Science and Religion. John Wiley & Sons، 2011. شابک ‎۹۷۸-۱-۴۴۴۳-۵۸۰۸-۷. «It will be clear that this type of argument relates directly to modern cosmological research, particularly the "big bang" theory of the origins of the cosmos. This is also true of the kalam version of the cosmological argument, to which we now turn.» 
  135. Kragh، H.. Cosmology and Controversy. انتشارات دانشگاه پرینستون، 1996. شابک ‎۰-۶۹۱-۰۲۶۲۳-۸. 
  136. Kragh، H.. Entropic Creation. Ashgate Publishing، 2008. 226. شابک ‎۹۷۸-۰-۷۵۴۶-۶۴۱۴-۷. «Andrei Zhdanov, Stalin's notorious chief ideologue, said in a speech of 1947 that Lemaître and his kindred spirits were 'Falsifiers of science [who] wanted to revive the fairy tale of the origin of the world from nothing … Another failure of the 'theory' in question consists in the fact that it brings us to the idealistic attitute of assuming the world to be finite.'» 
  137. Essential Islam: a comprehensive guide to belief and practice. ABC-CLIO، ۲۰۱۰. «اگرچه هدف قرآن این نبوده که یک کتاب علمی فیزیکی باشد، بسیاری از مفسرین مسلمان در قرآن به دنبال آیاتی می‌گردند که با یافته‌های تازه دانش نوین همخوانی داشته باشند، تا بصیرت مستقل از زمان قرآن را اثبات کنند. برخی از این همخوانی‌ها شامل ارجاعاتی به مه‌بانگ، پادماده، ستارگان چرخان، همجوشی رادیواکتیو، صفحه‌های تکتونیک و لایه اوزون می‌شود.» 
  138. Encyclopædia of the history of science, technology, and medicine in non-western cultures. Springer Press، ۱۹۹۷. «Subjects ranging from relativity, quantum mechanics, and the big bang theory to the entire field of embryology and much of modern geology have been discovered in the Qur'an 
  139. Islam in Malawi week 1998. University of Malawi، ۲۰۰۰. 
  140. quran.com سوره انبیا ۲۱:۳۰ سورة الأنبیاء
  141. tanzil.net
  142. Ferris، T.. Coming of age in the Milky Way. Morrow، ۱۹۸۸. ۲۷۴, ۴۳۸. شابک ‎۹۷۸-۰-۶۸۸-۰۵۸۸۹-۰. , citing Berger، A.. The Big bang and Georges Lemaître: proceedings of a symposium in honour of G. Lemaître fifty years after his initiation of big-bang cosmology, Louvainla-Neuve, Belgium, 10–13 October 1983. D. Reidel، ۱۹۸۴. ۳۸۷. شابک ‎۹۷۸-۹۰-۲۷۷-۱۸۴۸-۸. 
  143. «Ai soci della Pontificia Accademia delle Scienze, 22 novembre 1951 - Pio XII, Discorsi»(it)‎. Tipografia Poliglotta Vaticana، ۱۹۵۱-۱۱-۰۲. بازبینی‌شده در ۲۰۱۲-۰۲-۲۳. 
  144. The Hindu World. Psychology Press، ۲۰۰۴. «In the Vedic cosmogonies, the question of what caused the primordial desire does not arise; like the Big Bang of modern cosmology, the primal impulse is beyond all time and causation, so it makes no sense to ask what preceded it or what caused it. However, in the Hindu cosmology which we find in the Puranas and other non-Vedic Sanskrit texts, time has no absolute beginning; it is infinite and cyclic and so is kama 
  145. The Routledge companion to the study of religion. Taylor & Francis، ۲۰۱۰. «There are also other cosmological models of the universe besides the Big bang model, including eternal universe theories - views more in keeping with Hindu cosmologies than with traditional theistic concepts of the cosmos.» 
  146. Encyclopædia of Hinduism: T-Z, Volume 5. Sarup & Sons، ۱۹۹۹. «The theory is known as the 'Big Bang theory' and it reminds us of the Hindu idea that everything came from the Brahman which is "subtler than the atom, greater than the greatest" (Kathopanishad-2-20).» 
  147. Empty citation (help) 
  148. Human Being in Depth: A Scientific Approach to Religion. SUNY Press، ۱۹۹۱. ۲۱. شابک ‎۰-۷۹۱۴-۰۶۷۹-۲. 

یادداشت‌ها[ویرایش]

  1. جزئیات بیشتر در مورد آزمونهای نسبیت عام را در نوشتار آزمونهای نسبیت عام ببینید
  2. انرژی تاریک در شکل یک ثابت کیهانی جهان را به سوی وضعیت تخت می‌راند؛ هرچند که شکل جهان ما در طول چند میلیارد سال پیش از اینکه انرژی تاریک چگالی قابل توجهی پیدا کند، نیز تخت بوده‌است.

پیوند به بیرون[ویرایش]

برای مطالعهٔ بیشتر[ویرایش]

Timeline of the metric expansion of space, where space (including hypothetical non-observable portions of the universe) is represented at each time by the circular sections. On the left, the dramatic expansion occurs in the inflationary epoch; and at the center, the expansion accelerates (artist's concept; not to scale).

The Big Bang theory is the prevailing cosmological model for the universe[1] from the earliest known periods through its subsequent large-scale evolution.[2][3][4] The model describes how the universe expanded from a very high density and high temperature state,[5][6] and offers a comprehensive explanation for a broad range of phenomena, including the abundance of light elements, the cosmic microwave background (CMB), large scale structure and Hubble's law.[7] If the known laws of physics are extrapolated to the highest density regime, the result is a singularity which is typically associated with the Big Bang. Physicists are undecided whether this means the universe began from a singularity, or that current knowledge is insufficient to describe the universe at that time. Detailed measurements of the expansion rate of the universe place the Big Bang at around 13.8 billion years ago, which is thus considered the age of the universe.[8] After the initial expansion, the universe cooled sufficiently to allow the formation of subatomic particles, and later simple atoms. Giant clouds of these primordial elements later coalesced through gravity in halos of dark matter, eventually forming the stars and galaxies visible today.

Since Georges Lemaître first noted in 1927 that an expanding universe could be traced back in time to an originating single point, scientists have built on his idea of cosmic expansion. The scientific community was once divided between supporters of two different theories, the Big Bang and the Steady State theory, but a wide range of empirical evidence has strongly favored the Big Bang which is now universally accepted.[9] In 1929, from analysis of galactic redshifts, Edwin Hubble concluded that galaxies are drifting apart; this is important observational evidence consistent with the hypothesis of an expanding universe. In 1964, the cosmic microwave background radiation was discovered, which was crucial evidence in favor of the Big Bang model,[10] since that theory predicted the existence of background radiation throughout the universe before it was discovered. More recently, measurements of the redshifts of supernovae indicate that the expansion of the universe is accelerating, an observation attributed to dark energy's existence.[11] The known physical laws of nature can be used to calculate the characteristics of the universe in detail back in time to an initial state of extreme density and temperature.[12]

Overview

External Timeline A graphical timeline is available at
Graphical timeline of the Big Bang

American astronomer Edwin Hubble observed that the distances to faraway galaxies were strongly correlated with their redshifts. This was interpreted to mean that all distant galaxies and clusters are receding away from our vantage point with an apparent velocity proportional to their distance: that is, the farther they are, the faster they move away from us, regardless of direction.[13] Assuming the Copernican principle (that the Earth is not the center of the universe), the only remaining interpretation is that all observable regions of the universe are receding from all others. Since we know that the distance between galaxies increases today, it must mean that in the past galaxies were closer together. The continuous expansion of the universe implies that the universe was denser and hotter in the past.

Large particle accelerators can replicate the conditions that prevailed after the early moments of the universe, resulting in confirmation and refinement of the details of the Big Bang model. However, these accelerators can only probe so far into high energy regimes. Consequently, the state of the universe in the earliest instants of the Big Bang expansion is still poorly understood and an area of open investigation and speculation.

The first subatomic particles to be formed included protons, neutrons, and electrons. Though simple atomic nuclei formed within the first three minutes after the Big Bang, thousands of years passed before the first electrically neutral atoms formed. The majority of atoms produced by the Big Bang were hydrogen, along with helium and traces of lithium. Giant clouds of these primordial elements later coalesced through gravity to form stars and galaxies, and the heavier elements were synthesized either within stars or during supernovae.

The Big Bang theory offers a comprehensive explanation for a broad range of observed phenomena, including the abundance of light elements, the CMB, large scale structure, and Hubble's Law.[7] The framework for the Big Bang model relies on Albert Einstein's theory of general relativity and on simplifying assumptions such as homogeneity and isotropy of space. The governing equations were formulated by Alexander Friedmann, and similar solutions were worked on by Willem de Sitter. Since then, astrophysicists have incorporated observational and theoretical additions into the Big Bang model, and its parametrization as the Lambda-CDM model serves as the framework for current investigations of theoretical cosmology. The Lambda-CDM model is the current "standard model" of Big Bang cosmology, consensus is that it is the simplest model that can account for the various measurements and observations relevant to cosmology.

Timeline

Singularity

Extrapolation of the expansion of the universe backwards in time using general relativity yields an infinite density and temperature at a finite time in the past.[14] This singularity indicates that general relativity is not an adequate description of the laws of physics in this regime. Models based on general relativity alone can not extrapolate toward the singularity beyond the end of the Planck epoch.

This primordial singularity is itself sometimes called "the Big Bang",[15] but the term can also refer to a more generic early hot, dense phase[16][notes 1] of the universe. In either case, "the Big Bang" as an event is also colloquially referred to as the "birth" of our universe since it represents the point in history where the universe can be verified to have entered into a regime where the laws of physics as we understand them (specifically general relativity and the standard model of particle physics) work. Based on measurements of the expansion using Type Ia supernovae and measurements of temperature fluctuations in the cosmic microwave background, the time that has passed since that event — otherwise known as the "age of the universe" — is 13.799 ± 0.021 billion years.[17] The agreement of independent measurements of this age supports the ΛCDM model that describes in detail the characteristics of the universe.

Despite being extremely dense at this time—far denser than is usually required to form a black hole—the universe did not re-collapse into a black hole. This may be explained by considering that commonly-used calculations and limits for gravitational collapse are usually based upon objects of relatively constant size, such as stars, and do not apply to rapidly expanding space such as the Big Bang.

Inflation and baryogenesis

The earliest phases of the Big Bang are subject to much speculation. In the most common models the universe was filled homogeneously and isotropically with a very high energy density and huge temperatures and pressures and was very rapidly expanding and cooling. Approximately 10−37 seconds into the expansion, a phase transition caused a cosmic inflation, during which the universe grew exponentially during which time density fluctuations that occurred because of the uncertainty principle were amplified into the seeds that would later form the large-scale structure of the universe.[18] After inflation stopped, reheating occurred until the universe obtained the temperatures required for the production of a quark–gluon plasma as well as all other elementary particles.[19] Temperatures were so high that the random motions of particles were at relativistic speeds, and particle–antiparticle pairs of all kinds were being continuously created and destroyed in collisions.[5] At some point, an unknown reaction called baryogenesis violated the conservation of baryon number, leading to a very small excess of quarks and leptons over antiquarks and antileptons—of the order of one part in 30 million. This resulted in the predominance of matter over antimatter in the present universe.[20]

Cooling

Panoramic view of the entire near-infrared sky reveals the distribution of galaxies beyond the Milky Way. Galaxies are color-coded by redshift.

The universe continued to decrease in density and fall in temperature, hence the typical energy of each particle was decreasing. Symmetry breaking phase transitions put the fundamental forces of physics and the parameters of elementary particles into their present form.[21] After about 10−11 seconds, the picture becomes less speculative, since particle energies drop to values that can be attained in particle accelerators. At about 10−6 seconds, quarks and gluons combined to form baryons such as protons and neutrons. The small excess of quarks over antiquarks led to a small excess of baryons over antibaryons. The temperature was now no longer high enough to create new proton–antiproton pairs (similarly for neutrons–antineutrons), so a mass annihilation immediately followed, leaving just one in 1010 of the original protons and neutrons, and none of their antiparticles. A similar process happened at about 1 second for electrons and positrons. After these annihilations, the remaining protons, neutrons and electrons were no longer moving relativistically and the energy density of the universe was dominated by photons (with a minor contribution from neutrinos).

A few minutes into the expansion, when the temperature was about a billion (one thousand million) kelvin and the density was about that of air, neutrons combined with protons to form the universe's deuterium and helium nuclei in a process called Big Bang nucleosynthesis.[22] Most protons remained uncombined as hydrogen nuclei.[23]

As the universe cooled, the rest mass energy density of matter came to gravitationally dominate that of the photon radiation. After about 379,000 years, the electrons and nuclei combined into atoms (mostly hydrogen); hence the radiation decoupled from matter and continued through space largely unimpeded. This relic radiation is known as the cosmic microwave background radiation.[23] The chemistry of life may have begun shortly after the Big Bang, 13.8 billion years ago, during a habitable epoch when the universe was only 10–17 million years old.[24][25][26]

Structure formation

Over a long period of time, the slightly denser regions of the nearly uniformly distributed matter gravitationally attracted nearby matter and thus grew even denser, forming gas clouds, stars, galaxies, and the other astronomical structures observable today.[5] The details of this process depend on the amount and type of matter in the universe. The four possible types of matter are known as cold dark matter, warm dark matter, hot dark matter, and baryonic matter. The best measurements available, from Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), show that the data is well-fit by a Lambda-CDM model in which dark matter is assumed to be cold (warm dark matter is ruled out by early reionization),[28] and is estimated to make up about 23% of the matter/energy of the universe, while baryonic matter makes up about 4.6%.[29] In an "extended model" which includes hot dark matter in the form of neutrinos, then if the "physical baryon density" is estimated at about 0.023 (this is different from the 'baryon density' expressed as a fraction of the total matter/energy density, which as noted above is about 0.046), and the corresponding cold dark matter density Ωch2 is about 0.11, the corresponding neutrino density Ωvh2 is estimated to be less than 0.0062.[29]

Cosmic acceleration

Independent lines of evidence from Type Ia supernovae and the CMB imply that the universe today is dominated by a mysterious form of energy known as dark energy, which apparently permeates all of space. The observations suggest 73% of the total energy density of today's universe is in this form. When the universe was very young, it was likely infused with dark energy, but with less space and everything closer together, gravity predominated, and it was slowly braking the expansion. But eventually, after numerous billion years of expansion, the growing abundance of dark energy caused the expansion of the universe to slowly begin to accelerate.[11]

Dark energy in its simplest formulation takes the form of the cosmological constant term in Einstein's field equations of general relativity, but its composition and mechanism are unknown and, more generally, the details of its equation of state and relationship with the Standard Model of particle physics continue to be investigated both through observation and theoretically.[11]

All of this cosmic evolution after the inflationary epoch can be rigorously described and modeled by the ΛCDM model of cosmology, which uses the independent frameworks of quantum mechanics and Einstein's General Relativity. There is no well-supported model describing the action prior to 10−15 seconds or so. Apparently a new unified theory of quantum gravitation is needed to break this barrier. Understanding this earliest of eras in the history of the universe is currently one of the greatest unsolved problems in physics.

Features of the model

The Big Bang theory depends on two major assumptions: the universality of physical laws and the cosmological principle. The cosmological principle states that on large scales the universe is homogeneous and isotropic.

These ideas were initially taken as postulates, but today there are efforts to test each of them. For example, the first assumption has been tested by observations showing that largest possible deviation of the fine structure constant over much of the age of the universe is of order 10−5.[30] Also, general relativity has passed stringent tests on the scale of the Solar System and binary stars.[notes 2]

If the large-scale universe appears isotropic as viewed from Earth, the cosmological principle can be derived from the simpler Copernican principle, which states that there is no preferred (or special) observer or vantage point. To this end, the cosmological principle has been confirmed to a level of 10−5 via observations of the CMB. The universe has been measured to be homogeneous on the largest scales at the 10% level.[31]

Expansion of space

General relativity describes spacetime by a metric, which determines the distances that separate nearby points. The points, which can be galaxies, stars, or other objects, are themselves specified using a coordinate chart or "grid" that is laid down over all spacetime. The cosmological principle implies that the metric should be homogeneous and isotropic on large scales, which uniquely singles out the Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metric (FLRW metric). This metric contains a scale factor, which describes how the size of the universe changes with time. This enables a convenient choice of a coordinate system to be made, called comoving coordinates. In this coordinate system, the grid expands along with the universe, and objects that are moving only because of the expansion of the universe, remain at fixed points on the grid. While their coordinate distance (comoving distance) remains constant, the physical distance between two such co-moving points expands proportionally with the scale factor of the universe.[32]

The Big Bang is not an explosion of matter moving outward to fill an empty universe. Instead, space itself expands with time everywhere and increases the physical distance between two comoving points. In other words, the Big Bang is not an explosion in space, but rather an expansion of space.[5] Because the FLRW metric assumes a uniform distribution of mass and energy, it applies to our universe only on large scales—local concentrations of matter such as our galaxy are gravitationally bound and as such do not experience the large-scale expansion of space.[33]

Horizons

An important feature of the Big Bang spacetime is the presence of particle horizons. Since the universe has a finite age, and light travels at a finite speed, there may be events in the past whose light has not had time to reach us. This places a limit or a past horizon on the most distant objects that can be observed. Conversely, because space is expanding, and more distant objects are receding ever more quickly, light emitted by us today may never "catch up" to very distant objects. This defines a future horizon, which limits the events in the future that we will be able to influence. The presence of either type of horizon depends on the details of the FLRW model that describes our universe.[34]

Our understanding of the universe back to very early times suggests that there is a past horizon, though in practice our view is also limited by the opacity of the universe at early times. So our view cannot extend further backward in time, though the horizon recedes in space. If the expansion of the universe continues to accelerate, there is a future horizon as well.[34]

History

Etymology

English astronomer Fred Hoyle is credited with coining the term "Big Bang" during a 1949 BBC radio broadcast, saying: "These theories were based on the hypothesis that all the matter in the universe was created in one big bang at a particular time in the remote past."[35]

It is popularly reported that Hoyle, who favored an alternative "steady state" cosmological model, intended this to be pejorative,[36] but Hoyle explicitly denied this and said it was just a striking image meant to highlight the difference between the two models.[37][38][39]:129

Development

XDF size compared to the size of the Moon - several thousand galaxies, each consisting of billions of stars, are in this small view.
XDF (2012) view - each light speck is a galaxy - some of these are as old as 13.2 billion years[40] - the universe is estimated to contain 200 billion galaxies.
XDF image shows fully mature galaxies in the foreground plane - nearly mature galaxies from 5 to 9 billion years ago - protogalaxies, blazing with young stars, beyond 9 billion years.

The Big Bang theory developed from observations of the structure of the universe and from theoretical considerations. In 1912 Vesto Slipher measured the first Doppler shift of a "spiral nebula" (spiral nebula is the obsolete term for spiral galaxies), and soon discovered that almost all such nebulae were receding from Earth. He did not grasp the cosmological implications of this fact, and indeed at the time it was highly controversial whether or not these nebulae were "island universes" outside our Milky Way.[41][42] Ten years later, Alexander Friedmann, a Russian cosmologist and mathematician, derived the Friedmann equations from Albert Einstein's equations of general relativity, showing that the universe might be expanding in contrast to the static universe model advocated by Einstein at that time.[43] In 1924 Edwin Hubble's measurement of the great distance to the nearest spiral nebulae showed that these systems were indeed other galaxies. Independently deriving Friedmann's equations in 1927, Georges Lemaître, a Belgian physicist and Roman Catholic priest, proposed that the inferred recession of the nebulae was due to the expansion of the universe.[44]

In 1931 Lemaître went further and suggested that the evident expansion of the universe, if projected back in time, meant that the further in the past the smaller the universe was, until at some finite time in the past all the mass of the universe was concentrated into a single point, a "primeval atom" where and when the fabric of time and space came into existence.[45]

Starting in 1924, Hubble painstakingly developed a series of distance indicators, the forerunner of the cosmic distance ladder, using the 100-inch (2.5 m) Hooker telescope at Mount Wilson Observatory. This allowed him to estimate distances to galaxies whose redshifts had already been measured, mostly by Slipher. In 1929 Hubble discovered a correlation between distance and recession velocity—now known as Hubble's law.[13][46] Lemaître had already shown that this was expected, given the cosmological principle.[11]

In the 1920s and 1930s almost every major cosmologist preferred an eternal steady state universe, and several complained that the beginning of time implied by the Big Bang imported religious concepts into physics; this objection was later repeated by supporters of the steady state theory.[47] This perception was enhanced by the fact that the originator of the Big Bang theory, Georges Lemaître, was a Roman Catholic priest.[48] Arthur Eddington agreed with Aristotle that the universe did not have a beginning in time, viz., that matter is eternal. A beginning in time was "repugnant" to him.[49][50] Lemaître, however, thought that

If the world has begun with a single quantum, the notions of space and time would altogether fail to have any meaning at the beginning; they would only begin to have a sensible meaning when the original quantum had been divided into a sufficient number of quanta. If this suggestion is correct, the beginning of the world happened a little before the beginning of space and time.[51]

During the 1930s other ideas were proposed as non-standard cosmologies to explain Hubble's observations, including the Milne model,[52] the oscillatory universe (originally suggested by Friedmann, but advocated by Albert Einstein and Richard Tolman)[53] and Fritz Zwicky's tired light hypothesis.[54]

After World War II, two distinct possibilities emerged. One was Fred Hoyle's steady state model, whereby new matter would be created as the universe seemed to expand. In this model the universe is roughly the same at any point in time.[55] The other was Lemaître's Big Bang theory, advocated and developed by George Gamow, who introduced big bang nucleosynthesis (BBN)[56] and whose associates, Ralph Alpher and Robert Herman, predicted the CMB.[57] Ironically, it was Hoyle who coined the phrase that came to be applied to Lemaître's theory, referring to it as "this big bang idea" during a BBC Radio broadcast in March 1949.[39][notes 3] For a while, support was split between these two theories. Eventually, the observational evidence, most notably from radio source counts, began to favor Big Bang over Steady State. The discovery and confirmation of the CMB in 1964 secured the Big Bang as the best theory of the origin and evolution of the universe.[59] Much of the current work in cosmology includes understanding how galaxies form in the context of the Big Bang, understanding the physics of the universe at earlier and earlier times, and reconciling observations with the basic theory.

In 1968 and 1970 Roger Penrose, Stephen Hawking, and George F. R. Ellis published papers where they showed that mathematical singularities were an inevitable initial condition of general relativistic models of the Big Bang.[60][61] Then, from the 1970s to the 1990s, cosmologists worked on characterizing the features of the Big Bang universe and resolving outstanding problems. In 1981, Alan Guth made a breakthrough in theoretical work on resolving certain outstanding theoretical problems in the Big Bang theory with the introduction of an epoch of rapid expansion in the early universe he called "inflation".[62] Meanwhile, during these decades, two questions in observational cosmology that generated much discussion and disagreement were over the precise values of the Hubble Constant[63] and the matter-density of the universe (before the discovery of dark energy, thought to be the key predictor for the eventual fate of the universe).[64]

In the mid-1990s, observations of certain globular clusters appeared to indicate, that they were about 15 billion years old, which conflicted with most then-current estimates of the age of the universe (and indeed with the age measured today). This issue was later resolved when new computer simulations, which included the effects of mass loss due to stellar winds, indicated a much younger age for globular clusters.[65] While there still remain some questions as to how accurately the ages of the clusters are measured, globular clusters are of interest to cosmology as some of the oldest objects in the universe.

Significant progress in Big Bang cosmology has been made since the late 1990s as a result of advances in telescope technology as well as the analysis of data from satellites such as COBE,[66] the Hubble Space Telescope and WMAP.[67] Cosmologists now have fairly precise and accurate measurements of many of the parameters of the Big Bang model, and have made the unexpected discovery that the expansion of the universe appears to be accelerating.

Observational evidence

Artist's depiction of the WMAP satellite gathering data to help scientists understand the Big Bang
"[The] big bang picture is too firmly grounded in data from every area to be proved invalid in its general features."
Lawrence Krauss[68]

The earliest and most direct observational evidence of the validity of the theory are the expansion of the universe according to Hubble's law (as indicated by the redshifts of galaxies), discovery and measurement of the cosmic microwave background and the relative abundances of light elements produced by Big Bang nucleosynthesis. More recent evidence includes observations of galaxy formation and evolution, and the distribution of large-scale cosmic structures,[69] These are sometimes called the "four pillars" of the Big Bang theory.[70]

Precise modern models of the Big Bang appeal to various exotic physical phenomena that have not been observed in terrestrial laboratory experiments or incorporated into the Standard Model of particle physics. Of these features, dark matter is currently subjected to the most active laboratory investigations.[71] Remaining issues include the cuspy halo problem and the dwarf galaxy problem of cold dark matter. Dark energy is also an area of intense interest for scientists, but it is not clear whether direct detection of dark energy will be possible.[72] Inflation and baryogenesis remain more speculative features of current Big Bang models. Viable, quantitative explanations for such phenomena are still being sought. These are currently unsolved problems in physics.

Hubble's law and the expansion of space

Observations of distant galaxies and quasars show that these objects are redshifted—the light emitted from them has been shifted to longer wavelengths. This can be seen by taking a frequency spectrum of an object and matching the spectroscopic pattern of emission lines or absorption lines corresponding to atoms of the chemical elements interacting with the light. These redshifts are uniformly isotropic, distributed evenly among the observed objects in all directions. If the redshift is interpreted as a Doppler shift, the recessional velocity of the object can be calculated. For some galaxies, it is possible to estimate distances via the cosmic distance ladder. When the recessional velocities are plotted against these distances, a linear relationship known as Hubble's law is observed:[13] where

Hubble's law has two possible explanations. Either we are at the center of an explosion of galaxies—which is untenable given the Copernican principle—or the universe is uniformly expanding everywhere. This universal expansion was predicted from general relativity by Alexander Friedmann in 1922[43] and Georges Lemaître in 1927,[44] well before Hubble made his 1929 analysis and observations, and it remains the cornerstone of the Big Bang theory as developed by Friedmann, Lemaître, Robertson, and Walker.

The theory requires the relation v = HD to hold at all times, where D is the comoving distance, v is the recessional velocity, and v, H, and D vary as the universe expands (hence we write H0 to denote the present-day Hubble "constant"). For distances much smaller than the size of the observable universe, the Hubble redshift can be thought of as the Doppler shift corresponding to the recession velocity v. However, the redshift is not a true Doppler shift, but rather the result of the expansion of the universe between the time the light was emitted and the time that it was detected.[73]

That space is undergoing metric expansion is shown by direct observational evidence of the Cosmological principle and the Copernican principle, which together with Hubble's law have no other explanation. Astronomical redshifts are extremely isotropic and homogeneous,[13] supporting the Cosmological principle that the universe looks the same in all directions, along with much other evidence. If the redshifts were the result of an explosion from a center distant from us, they would not be so similar in different directions.

Measurements of the effects of the cosmic microwave background radiation on the dynamics of distant astrophysical systems in 2000 proved the Copernican principle, that, on a cosmological scale, the Earth is not in a central position.[74] Radiation from the Big Bang was demonstrably warmer at earlier times throughout the universe. Uniform cooling of the CMB over billions of years is explainable only if the universe is experiencing a metric expansion, and excludes the possibility that we are near the unique center of an explosion.

Cosmic microwave background radiation

9 year WMAP image of the cosmic microwave background radiation (2012).[75][76] The radiation is isotropic to roughly one part in 100,000.[77]

In 1964 Arno Penzias and Robert Wilson serendipitously discovered the cosmic background radiation, an omnidirectional signal in the microwave band.[59] Their discovery provided substantial confirmation of the big-bang predictions by Alpher, Herman and Gamow around 1950. Through the 1970s the radiation was found to be approximately consistent with a black body spectrum in all directions; this spectrum has been redshifted by the expansion of the universe, and today corresponds to approximately 2.725 K. This tipped the balance of evidence in favor of the Big Bang model, and Penzias and Wilson were awarded a Nobel Prize in 1978.

The cosmic microwave background spectrum measured by the FIRAS instrument on the COBE satellite is the most-precisely measured black body spectrum in nature.[78] The data points and error bars on this graph are obscured by the theoretical curve.

The surface of last scattering corresponding to emission of the CMB occurs shortly after recombination, the epoch when neutral hydrogen becomes stable. Prior to this, the universe comprised a hot dense photon-baryon plasma sea where photons were quickly scattered from free charged particles. Peaking at around 372±14 kyr,[28] the mean free path for a photon becomes long enough to reach the present day and the universe becomes transparent.

In 1989, NASA launched the Cosmic Background Explorer satellite (COBE), which made two major advances: in 1990, high-precision spectrum measurements showed that the CMB frequency spectrum is an almost perfect blackbody with no deviations at a level of 1 part in 104, and measured a residual temperature of 2.726 K (more recent measurements have revised this figure down slightly to 2.7255 K); then in 1992, further COBE measurements discovered tiny fluctuations (anisotropies) in the CMB temperature across the sky, at a level of about one part in 105.[66] John C. Mather and George Smoot were awarded the 2006 Nobel Prize in Physics for their leadership in these results.

During the following decade, CMB anisotropies were further investigated by a large number of ground-based and balloon experiments. In 2000–2001 several experiments, most notably BOOMERanG, found the shape of the universe to be spatially almost flat by measuring the typical angular size (the size on the sky) of the anisotropies.[79][80][81]

In early 2003, the first results of the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) were released, yielding what were at the time the most accurate values for some of the cosmological parameters. The results disproved several specific cosmic inflation models, but are consistent with the inflation theory in general.[67] The Planck space probe was launched in May 2009. Other ground and balloon based cosmic microwave background experiments are ongoing.

Abundance of primordial elements

Using the Big Bang model it is possible to calculate the concentration of helium-4, helium-3, deuterium, and lithium-7 in the universe as ratios to the amount of ordinary hydrogen.[22] The relative abundances depend on a single parameter, the ratio of photons to baryons. This value can be calculated independently from the detailed structure of CMB fluctuations. The ratios predicted (by mass, not by number) are about 0.25 for 4
He
/
H
, about 10−3 for 2
H
/
H
, about 10−4 for 3
He
/
H
and about 10−9 for 7
Li
/
H
.[22]

The measured abundances all agree at least roughly with those predicted from a single value of the baryon-to-photon ratio. The agreement is excellent for deuterium, close but formally discrepant for 4
He
, and off by a factor of two for 7
Li
; in the latter two cases there are substantial systematic uncertainties. Nonetheless, the general consistency with abundances predicted by Big Bang nucleosynthesis is strong evidence for the Big Bang, as the theory is the only known explanation for the relative abundances of light elements, and it is virtually impossible to "tune" the Big Bang to produce much more or less than 20–30% helium.[82] Indeed, there is no obvious reason outside of the Big Bang that, for example, the young universe (i.e., before star formation, as determined by studying matter supposedly free of stellar nucleosynthesis products) should have more helium than deuterium or more deuterium than 3
He
, and in constant ratios, too.[83]:182–185

Galactic evolution and distribution

Detailed observations of the morphology and distribution of galaxies and quasars are in agreement with the current state of the Big Bang theory. A combination of observations and theory suggest that the first quasars and galaxies formed about a billion years after the Big Bang, and since then, larger structures have been forming, such as galaxy clusters and superclusters.[84]

Populations of stars have been aging and evolving, so that distant galaxies (which are observed as they were in the early universe) appear very different from nearby galaxies (observed in a more recent state). Moreover, galaxies that formed relatively recently, appear markedly different from galaxies formed at similar distances but shortly after the Big Bang. These observations are strong arguments against the steady-state model. Observations of star formation, galaxy and quasar distributions and larger structures, agree well with Big Bang simulations of the formation of structure in the universe, and are helping to complete details of the theory.[84][85]

Primordial gas clouds

Focal plane of BICEP2 telescope under a microscope - used to search for polarization in the CMB.[86][87][88][89]

In 2011, astronomers found what they believe to be pristine clouds of primordial gas by analyzing absorption lines in the spectra of distant quasars. Before this discovery, all other astronomical objects have been observed to contain heavy elements that are formed in stars. These two clouds of gas contain no elements heavier than hydrogen and deuterium.[90][91] Since the clouds of gas have no heavy elements, they likely formed in the first few minutes after the Big Bang, during Big Bang nucleosynthesis.

Other lines of evidence

The age of the universe as estimated from the Hubble expansion and the CMB is now in good agreement with other estimates using the ages of the oldest stars, both as measured by applying the theory of stellar evolution to globular clusters and through radiometric dating of individual Population II stars.[92]

The prediction that the CMB temperature was higher in the past has been experimentally supported by observations of very low temperature absorption lines in gas clouds at high redshift.[93] This prediction also implies that the amplitude of the Sunyaev–Zel'dovich effect in clusters of galaxies does not depend directly on redshift. Observations have found this to be roughly true, but this effect depends on cluster properties that do change with cosmic time, making precise measurements difficult.[94][95]

Future observations

Future gravitational waves observatories might be able to detect primordial gravitational waves, relics of the early universe, up to less than a second after the Big Bang.[96][97]

Problems and related issues in physics

As with any theory, a number of mysteries and problems have arisen as a result of the development of the Big Bang theory. Some of these mysteries and problems have been resolved while others are still outstanding. Proposed solutions to some of the problems in the Big Bang model have revealed new mysteries of their own. For example, the horizon problem, the magnetic monopole problem, and the flatness problem are most commonly resolved with inflationary theory, but the details of the inflationary universe are still left unresolved and many, including some founders of the theory, say it has been disproven.[98][99][100][101] What follows are a list of the mysterious aspects of the Big Bang theory still under intense investigation by cosmologists and astrophysicists.

Baryon asymmetry

It is not yet understood why the universe has more matter than antimatter.[102] It is generally assumed that when the universe was young and very hot it was in statistical equilibrium and contained equal numbers of baryons and antibaryons. However, observations suggest that the universe, including its most distant parts, is made almost entirely of matter. A process called baryogenesis was hypothesized to account for the asymmetry. For baryogenesis to occur, the Sakharov conditions must be satisfied. These require that baryon number is not conserved, that C-symmetry and CP-symmetry are violated and that the universe depart from thermodynamic equilibrium.[103] All these conditions occur in the Standard Model, but the effects are not strong enough to explain the present baryon asymmetry.

Dark energy

Measurements of the redshiftmagnitude relation for type Ia supernovae indicate that the expansion of the universe has been accelerating since the universe was about half its present age. To explain this acceleration, general relativity requires that much of the energy in the universe consists of a component with large negative pressure, dubbed "dark energy".[11]

Dark energy, though speculative, solves numerous problems. Measurements of the cosmic microwave background indicate that the universe is very nearly spatially flat, and therefore according to general relativity the universe must have almost exactly the critical density of mass/energy. But the mass density of the universe can be measured from its gravitational clustering, and is found to have only about 30% of the critical density.[11] Since theory suggests that dark energy does not cluster in the usual way it is the best explanation for the "missing" energy density. Dark energy also helps to explain two geometrical measures of the overall curvature of the universe, one using the frequency of gravitational lenses, and the other using the characteristic pattern of the large-scale structure as a cosmic ruler.

Negative pressure is believed to be a property of vacuum energy, but the exact nature and existence of dark energy remains one of the great mysteries of the Big Bang. Results from the WMAP team in 2008 are in accordance with a universe that consists of 73% dark energy, 23% dark matter, 4.6% regular matter and less than 1% neutrinos.[29] According to theory, the energy density in matter decreases with the expansion of the universe, but the dark energy density remains constant (or nearly so) as the universe expands. Therefore, matter made up a larger fraction of the total energy of the universe in the past than it does today, but its fractional contribution will fall in the far future as dark energy becomes even more dominant.

The dark energy component of the universe has been explained by theorists using a variety of competing theories including Einstein's cosmological constant but also extending to more exotic forms of quintessence or other modified gravity schemes.[104] A cosmological constant problem, sometimes called the "most embarrassing problem in physics", results from the apparent discrepancy between the measured energy density of dark energy, and the one naively predicted from Planck units.[105]

Dark matter

Chart shows the proportion of different components of the universe  – about 95% is dark matter and dark energy.

During the 1970s and the 1980s, various observations showed that there is not sufficient visible matter in the universe to account for the apparent strength of gravitational forces within and between galaxies. This led to the idea that up to 90% of the matter in the universe is dark matter that does not emit light or interact with normal baryonic matter. In addition, the assumption that the universe is mostly normal matter led to predictions that were strongly inconsistent with observations. In particular, the universe today is far more lumpy and contains far less deuterium than can be accounted for without dark matter. While dark matter has always been controversial, it is inferred by various observations: the anisotropies in the CMB, galaxy cluster velocity dispersions, large-scale structure distributions, gravitational lensing studies, and X-ray measurements of galaxy clusters.[106]

Indirect evidence for dark matter comes from its gravitational influence on other matter, as no dark matter particles have been observed in laboratories. Many particle physics candidates for dark matter have been proposed, and several projects to detect them directly are underway.[107]

Additionally, there are outstanding problems associated with the currently favored cold dark matter model which include the dwarf galaxy problem[108] and the cuspy halo problem.[109] Alternative theories have been proposed that do not require a large amount of undetected matter, but instead modify the laws of gravity established by Newton and Einstein; yet no alternative theory has been as successful as the cold dark matter proposal in explaining all extant observations.[110]

Horizon problem

The horizon problem results from the premise that information cannot travel faster than light. In a universe of finite age this sets a limit—the particle horizon—on the separation of any two regions of space that are in causal contact.[111] The observed isotropy of the CMB is problematic in this regard: if the universe had been dominated by radiation or matter at all times up to the epoch of last scattering, the particle horizon at that time would correspond to about 2 degrees on the sky. There would then be no mechanism to cause wider regions to have the same temperature.[83]:191–202

A resolution to this apparent inconsistency is offered by inflationary theory in which a homogeneous and isotropic scalar energy field dominates the universe at some very early period (before baryogenesis). During inflation, the universe undergoes exponential expansion, and the particle horizon expands much more rapidly than previously assumed, so that regions presently on opposite sides of the observable universe are well inside each other's particle horizon. The observed isotropy of the CMB then follows from the fact that this larger region was in causal contact before the beginning of inflation.[18]:180–186

Heisenberg's uncertainty principle predicts that during the inflationary phase there would be quantum thermal fluctuations, which would be magnified to cosmic scale. These fluctuations serve as the seeds of all current structure in the universe.[83]:207 Inflation predicts that the primordial fluctuations are nearly scale invariant and Gaussian, which has been accurately confirmed by measurements of the CMB.[112]:sec 6

If inflation occurred, exponential expansion would push large regions of space well beyond our observable horizon.[18]:180–186

A related issue to the classic horizon problem arises because in most standard cosmological inflation models, inflation ceases well before electroweak symmetry breaking occurs, so inflation should not be able to prevent large-scale discontinuities in the electroweak vacuum since distant parts of the observable universe were causally separate when the electroweak epoch ended.[113]

Magnetic monopoles

The magnetic monopole objection was raised in the late 1970s. Grand unified theories predicted topological defects in space that would manifest as magnetic monopoles. These objects would be produced efficiently in the hot early universe, resulting in a density much higher than is consistent with observations, given that no monopoles have been found. This problem is also resolved by cosmic inflation, which removes all point defects from the observable universe, in the same way that it drives the geometry to flatness.[111]

Flatness problem

The overall geometry of the universe is determined by whether the Omega cosmological parameter is less than, equal to or greater than 1. Shown from top to bottom are a closed universe with positive curvature, a hyperbolic universe with negative curvature and a flat universe with zero curvature.

The flatness problem (also known as the oldness problem) is an observational problem associated with a Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metric (FLRW).[111] The universe may have positive, negative, or zero spatial curvature depending on its total energy density. Curvature is negative, if its density is less than the critical density; positive, if greater; and zero at the critical density, in which case space is said to be flat.

The problem is that any small departure from the critical density grows with time, and yet the universe today remains very close to flat.[notes 4] Given that a natural timescale for departure from flatness might be the Planck time, 10−43 seconds,[5] the fact that the universe has reached neither a heat death nor a Big Crunch after billions of years requires an explanation. For instance, even at the relatively late age of a few minutes (the time of nucleosynthesis), the density of the universe must have been within one part in 1014 of its critical value, or it would not exist as it does today.[114]

Cause

Gottfried Wilhelm Leibniz wrote: "Why is there something rather than nothing? The sufficient reason [...] is found in a substance which [...] is a necessary being bearing the reason for its existence within itself."[115] Philosopher of physics Dean Rickles[116] has argued that numbers and mathematics (or their underlying laws) may necessarily exist.[117][118] Physics may conclude that time did not exist before 'Big Bang', but 'started' with the Big Bang and hence there might be no 'beginning', 'before' or potentially 'cause' and instead always existed.[119][120] Some also argue that nothing cannot exist or that non-existence might never have been an option.[121][122][123][124] Quantum fluctuations, or other laws of physics that may have existed at the start of the Big Bang could then create the conditions for matter to occur.

Ultimate fate of the universe

Before observations of dark energy, cosmologists considered two scenarios for the future of the universe. If the mass density of the universe were greater than the critical density, then the universe would reach a maximum size and then begin to collapse. It would become denser and hotter again, ending with a state similar to that in which it started—a Big Crunch.[34]

Alternatively, if the density in the universe were equal to or below the critical density, the expansion would slow down but never stop. Star formation would cease with the consumption of interstellar gas in each galaxy; stars would burn out, leaving white dwarfs, neutron stars, and black holes. Very gradually, collisions between these would result in mass accumulating into larger and larger black holes. The average temperature of the universe would asymptotically approach absolute zero—a Big Freeze.[125] Moreover, if the proton were unstable, then baryonic matter would disappear, leaving only radiation and black holes. Eventually, black holes would evaporate by emitting Hawking radiation. The entropy of the universe would increase to the point where no organized form of energy could be extracted from it, a scenario known as heat death.[126]:sec VI.D

Modern observations of accelerating expansion imply that more and more of the currently visible universe will pass beyond our event horizon and out of contact with us. The eventual result is not known. The ΛCDM model of the universe contains dark energy in the form of a cosmological constant. This theory suggests that only gravitationally bound systems, such as galaxies, will remain together, and they too will be subject to heat death as the universe expands and cools. Other explanations of dark energy, called phantom energy theories, suggest that ultimately galaxy clusters, stars, planets, atoms, nuclei, and matter itself will be torn apart by the ever-increasing expansion in a so-called Big Rip.[127]

Misconceptions

The following is a partial list of the popular misconceptions about the Big Bang model:

The Big Bang as the origin of the universe: One of the common misconceptions about the Big Bang model is the belief that it was the origin of the universe. However, the Big Bang model does not comment about how the universe came into being. Current conception of the Big Bang model assumes the existence of energy, time, and space, and does not comment about their origin or the cause of the dense and high temperature initial state of the universe.[128]

The Big Bang was "small": It is misleading to visualize the Big Bang by comparing its size to everyday objects. When the size of the universe at Big Bang is described, it refers to the size of the observable universe, and not the entire universe.[129]

Hubble's law violates special theory of relativity: Hubble's law predicts that galaxies that are beyond Hubble Distance recede faster than the speed of light. However, special relativity does not apply beyond motion through space. Hubble's law describes velocity that results from expansion of space, rather than through space.[129]

Doppler redshift vs cosmological red-shift: Astronomers often refer to the cosmological red-shift as a normal Doppler shift,[129] which is a misconception. Although similar, the cosmological red-shift is not identical to the Doppler redshift. The Doppler redshift is based on special relativity, which does not consider the expansion of space. On the contrary, the cosmological red-shift is based on general relativity, in which the expansion of space is considered. Although they may appear identical for nearby galaxies, it may cause confusion if the behavior of distant galaxies is understood through the Doppler redshift.[129]

Speculations

While the Big Bang model is well established in cosmology, it is likely to be refined. The Big Bang theory, built upon the equations of classical general relativity, indicates a singularity at the origin of cosmic time; this infinite energy density is regarded as impossible in physics. Still, it is known that the equations are not applicable before the time when the universe cooled down to the Planck temperature, and this conclusion depends on various assumptions, of which some could never be experimentally verified. (Also see Planck epoch.)

One proposed refinement to avoid this would-be singularity is to develop a correct treatment of quantum gravity.[130]

It is not known what could have preceded the hot dense state of the early universe or how and why it originated, though speculation abounds in the field of cosmogony.

Some proposals, each of which entails untested hypotheses, are:

  • Models including the Hartle–Hawking no-boundary condition, in which the whole of space-time is finite; the Big Bang does represent the limit of time but without any singularity.[131]
  • Big Bang lattice model, states that the universe at the moment of the Big Bang consists of an infinite lattice of fermions, which is smeared over the fundamental domain so it has rotational, translational and gauge symmetry. The symmetry is the largest symmetry possible and hence the lowest entropy of any state.[132]
  • Brane cosmology models, in which inflation is due to the movement of branes in string theory; the pre-Big Bang model; the ekpyrotic model, in which the Big Bang is the result of a collision between branes; and the cyclic model, a variant of the ekpyrotic model in which collisions occur periodically. In the latter model the Big Bang was preceded by a Big Crunch and the universe cycles from one process to the other.[133][134][135][136]
  • Eternal inflation, in which universal inflation ends locally here and there in a random fashion, each end-point leading to a bubble universe, expanding from its own big bang.[137][138]

Proposals in the last two categories, see the Big Bang as an event in either a much larger and older universe or in a multiverse.

Religious and philosophical interpretations

As a description of the origin of the universe, the Big Bang has significant bearing on religion and philosophy.[139][140] As a result, it has become one of the liveliest areas in the discourse between science and religion.[141] Some believe the Big Bang implies a creator,[142][143] and some see its mention in their holy books,[144] while others argue that Big Bang cosmology makes the notion of a creator superfluous.[140][145]

See also

Notes

  1. ^ There is no consensus about how long the Big Bang phase lasted. For some writers, this denotes only the initial singularity, for others the whole history of the universe. Usually, at least the first few minutes (during which helium is synthesized) are said to occur "during the Big Bang".
  2. ^ Detailed information of and references for tests of general relativity are given in the article tests of general relativity.
  3. ^ It is commonly reported that Hoyle intended this to be pejorative. However, Hoyle later denied that, saying that it was just a striking image meant to emphasize the difference between the two theories for radio listeners.[58]
  4. ^ Strictly, dark energy in the form of a cosmological constant drives the universe towards a flat state; however, our universe remained close to flat for several billion years before the dark energy density became significant.

References

  1. ^ Overbye, Dennis (20 February 2017). "Cosmos Controversy: The Universe Is Expanding, but How Fast?". New York Times. Retrieved 21 February 2017. 
  2. ^ Silk, Joseph (2009). Horizons of Cosmology. Templeton Press. p. 208. 
  3. ^ Singh, Simon (2005). Big Bang: The Origin of the Universe. Harper Perennial. p. 560. 
  4. ^ Wollack, Edward J. (10 December 2010). "Cosmology: The Study of the Universe". Universe 101: Big Bang Theory. NASA. Archived from the original on 14 May 2011. Retrieved 2017-04-15. The second section discusses the classic tests of the Big Bang theory that make it so compelling as the likely valid description of our universe. 
  5. ^ a b c d e "First Second of the Big Bang". How The Universe Works 3. 2014. Discovery Science. 
  6. ^ "Big-bang model". Encyclopædia Britannica. Retrieved 11 February 2015. 
  7. ^ a b Wright, E. L. (9 May 2009). "What is the evidence for the Big Bang?". Frequently Asked Questions in Cosmology. UCLA, Division of Astronomy and Astrophysics. Retrieved 16 October 2009. 
  8. ^ "Planck reveals an almost perfect universe". PLANCK. ESA. 2013-03-21. Retrieved 2017-04-15. 
  9. ^ Kragh, Helge (1996). Cosmology and Controversy. Princeton University Press. pp. 318, 319. ISBN 0-691-02623-8. At the same time that observations tipped the balance definitely in favor of relativistic big-bang theory, ... 
  10. ^ Partridge, R. B. (2007). 3K: The Cosmic Microwave Background Radiation (illustrated ed.). Cambridge University Press. p. xvii. ISBN 978-0-521-35808-8.  Extract of page xvii
  11. ^ a b c d e f Peebles, P. J. E.; Ratra, Bharat (2003). "The cosmological constant and dark energy". Reviews of Modern Physics. 75 (2): 559–606. arXiv:astro-ph/0207347Freely accessible. Bibcode:2003RvMP...75..559P. doi:10.1103/RevModPhys.75.559. 
  12. ^ Chow, Tai L. (2008). Gravity, Black Holes, and the Very Early Universe: An Introduction to General Relativity and Cosmology. Springer (via Google Books). p. 211. 
  13. ^ a b c d Hubble, E. (1929). "A Relation Between Distance and Radial Velocity Among Extra-Galactic Nebulae". Proceedings of the National Academy of Sciences. 15 (3): 168–73. Bibcode:1929PNAS...15..168H. doi:10.1073/pnas.15.3.168. PMC 522427Freely accessible. PMID 16577160. 
  14. ^ Hawking, S. W.; Ellis, G. F. R. (1973). The Large-Scale Structure of Space-Time. Cambridge University Press. ISBN 0-521-20016-4. 
  15. ^ Roos, M. (2008). "Expansion of the Universe – Standard Big Bang Model". In Engvold, O.; Stabell, R.; Czerny, B.; Lattanzio, J. Astronomy and Astrophysics. Encyclopedia of Life Support Systems. UNESCO. arXiv:0802.2005Freely accessible. Bibcode:2008arXiv0802.2005R. This singularity is termed the Big Bang. 
  16. ^ Drees, W. B. (1990). Beyond the big bang: quantum cosmologies and God. Open Court Publishing. pp. 223–224. ISBN 978-0-8126-9118-4. 
  17. ^ Planck Collaboration (2015). "Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters (See PDF, page 32, Table 4, Age/Gyr, last column)". Astronomy & Astrophysics. 594: A13. arXiv:1502.01589Freely accessible. Bibcode:2016A&A...594A..13P. doi:10.1051/0004-6361/201525830. 
  18. ^ a b c Guth, A. H. (1998). The Inflationary Universe: Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Vintage Books. ISBN 978-0-09-995950-2. 
  19. ^ Schewe, P. (2005). "An Ocean of Quarks". Physics News Update. American Institute of Physics. 728 (1). Archived from the original on 23 April 2005. 
  20. ^ Kolb and Turner (1988), chapter 6
  21. ^ Kolb and Turner (1988), chapter 7
  22. ^ a b c Kolb and Turner (1988), chapter 4
  23. ^ a b Peacock (1999), chapter 9
  24. ^ Loeb, Abraham (24 September 2014). "The Habitable Epoch of the Early Universe" (PDF). Cambridge University Press / Astronomy Department, Harvard University. Retrieved 2017-04-15. 
  25. ^ Loeb, Abraham (October 2014). "The Habitable Epoch of the Early Universe". International Journal of Astrobiology. 13 (4): 337–339. arXiv:1312.0613Freely accessible. Bibcode:2014IJAsB..13..337L. doi:10.1017/S1473550414000196. 
  26. ^ Dreifus, Claudia (2 December 2014). "Much-Discussed Views That Go Way Back - Avi Loeb Ponders the Early Universe, Nature and Life". New York Times. Retrieved 3 December 2014. 
  27. ^ Clavin, Whitney; Jenkins, Ann; Villard, Ray (7 January 2014). "NASA's Hubble and Spitzer Team up to Probe Faraway Galaxies". NASA. Retrieved 8 January 2014. 
  28. ^ a b Spergel, D. N.; et al. (2003). "First year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: determination of cosmological parameters". The Astrophysical Journal Supplement. 148 (1): 175–194. arXiv:astro-ph/0302209Freely accessible. Bibcode:2003ApJS..148..175S. doi:10.1086/377226. 
  29. ^ a b c d Jarosik, N.; et al. (WMAP Collaboration) (2011). "Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results" (PDF). NASA/GSFC: 39, Table 8. Retrieved 4 December 2010. 
  30. ^ Ivanchik, A. V.; Potekhin, A. Y.; Varshalovich, D. A. (1999). "The Fine-Structure Constant: A New Observational Limit on Its Cosmological Variation and Some Theoretical Consequences". Astronomy and Astrophysics. 343: 459. arXiv:astro-ph/9810166Freely accessible. Bibcode:1999A&A...343..439I. 
  31. ^ Goodman, J. (1995). "Geocentrism Reexamined" (PDF). Physical Review D. 52 (4): 1821–1827. arXiv:astro-ph/9506068Freely accessible. Bibcode:1995PhRvD..52.1821G. doi:10.1103/PhysRevD.52.1821. 
  32. ^ d'Inverno, R. (1992). "Chapter 23". Introducing Einstein's Relativity. Oxford University Press. ISBN 0-19-859686-3. 
  33. ^ Tamara M. Davis and Charles H. Lineweaver, Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the Universe. astro-ph/0310808
  34. ^ a b c Kolb and Turner (1988), chapter 3
  35. ^ "Hoyle on the Radio: Creating the 'Big Bang'". BBC News. Archived from the original on 26 May 2014. Retrieved 4 September 2017. 
  36. ^ "Hoyle Scoffs at "Big Bang"". Cosmic Times. Archived from the original on 14 December 2016. Retrieved 4 September 2017. 
  37. ^ "'Big bang' astronomer dies". BBC News. 22 August 2001. Archived from the original on 8 December 2008. Retrieved 7 December 2008. 
  38. ^ Croswell, K. (1995). "Chapter 9". The Alchemy of the Heavens. Anchor Books. 
  39. ^ a b Mitton. Fred Hoyle: A Life in Science. Cambridge University Press. ISBN 978-1-139-49595-0. "To create a picture in the mind of the listener, Hoyle had likened the explosive theory of the universe's origin to a 'big bang'"
  40. ^ Moskowitz, C. (25 September 2012). "Hubble Telescope Reveals Farthest View Into Universe Ever". Space.com. Retrieved 26 September 2012. 
  41. ^ Slipher, V. M. (1913). "The Radial Velocity of the Andromeda Nebula". Lowell Observatory Bulletin. 1: 56–57. Bibcode:1913LowOB...2...56S. 
  42. ^ Slipher, V. M. (1915). "Spectrographic Observations of Nebulae". Popular Astronomy. 23: 21–24. Bibcode:1915PA.....23...21S. 
  43. ^ a b Friedman, A. A. (1922). "Über die Krümmung des Raumes". Zeitschrift für Physik (in German). 10 (1): 377–386. Bibcode:1922ZPhy...10..377F. doi:10.1007/BF01332580. 
    (English translation in: Friedman, A. (1999). "On the Curvature of Space". General Relativity and Gravitation. 31 (12): 1991–2000. Bibcode:1999GReGr..31.1991F. doi:10.1023/A:1026751225741. )
  44. ^ a b Lemaître, G. (1927). "Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques". Annals of the Scientific Society of Brussels (in French). 47A: 41. 
    (Translated in: Lemaître, G. (1931). "A Homogeneous Universe of Constant Mass and Growing Radius Accounting for the Radial Velocity of Extragalactic Nebulae". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 91: 483–490. Bibcode:1931MNRAS..91..483L. doi:10.1093/mnras/91.5.483. )
  45. ^ Lemaître, G. (1931). "The Evolution of the Universe: Discussion". Nature. 128 (3234): 699–701. Bibcode:1931Natur.128..704L. doi:10.1038/128704a0. 
  46. ^ Christianson, E. (1995). Edwin Hubble: Mariner of the Nebulae. Farrar, Straus and Giroux. ISBN 0-374-14660-8. 
  47. ^ Kragh, H. (1996). Cosmology and Controversy. Princeton University Press. ISBN 0-691-02623-8. 
  48. ^ "People and Discoveries: Big Bang Theory". A Science Odyssey. PBS. Retrieved 9 March 2012. 
  49. ^ Eddington, A. (1931). "The End of the World: from the Standpoint of Mathematical Physics". Nature. 127 (3203): 447–453. Bibcode:1931Natur.127..447E. doi:10.1038/127447a0. 
  50. ^ Appolloni, S. (2011). ""Repugnant", "Not Repugnant at All": How the Respective Epistemic Attitudes of Georges Lemaitre and Sir Arthur Eddington Influenced How Each Approached the Idea of a Beginning of the Universe". IBSU Scientific Journal. 5 (1): 19–44. 
  51. ^ Lemaître, G. (1931). "The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory". Nature. 127 (3210): 706. Bibcode:1931Natur.127..706L. doi:10.1038/127706b0. 
  52. ^ Milne, E. A. (1935). Relativity, Gravitation and World Structure. Oxford University Press. LCCN 35019093. 
  53. ^ Tolman, R. C. (1934). Relativity, Thermodynamics, and Cosmology. Clarendon Press. ISBN 0-486-65383-8. LCCN 34032023. 
  54. ^ Zwicky, F. (1929). "On the Red Shift of Spectral Lines through Interstellar Space". Proceedings of the National Academy of Sciences. 15 (10): 773–779. Bibcode:1929PNAS...15..773Z. doi:10.1073/pnas.15.10.773. PMC 522555Freely accessible. PMID 16577237. 
  55. ^ Hoyle, F. (1948). "A New Model for the Expanding Universe". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 108: 372–382. Bibcode:1948MNRAS.108..372H. doi:10.1093/mnras/108.5.372. 
  56. ^ Alpher, R. A.; Bethe, H.; Gamow, G. (1948). "The Origin of Chemical Elements". Physical Review. 73 (7): 803–804. Bibcode:1948PhRv...73..803A. doi:10.1103/PhysRev.73.803. 
  57. ^ Alpher, R. A.; Herman, R. (1948). "Evolution of the Universe". Nature. 162 (4124): 774–775. Bibcode:1948Natur.162..774A. doi:10.1038/162774b0. 
  58. ^ Croswell, K. (1995). The Alchemy of the Heavens. Anchor Books. chapter 9. ISBN 978-0-385-47213-5. 
  59. ^ a b Penzias, A. A.; Wilson, R. W. (1965). "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s". The Astrophysical Journal. 142: 419. Bibcode:1965ApJ...142..419P. doi:10.1086/148307. 
  60. ^ Hawking, S.; Ellis, G. F. (1968). "The Cosmic Black-Body Radiation and the Existence of Singularities in our Universe". The Astrophysical Journal. 152: 25. Bibcode:1968ApJ...152...25H. doi:10.1086/149520. 
  61. ^ Hawking, S.; Penrose, R. (27 January 1970). "The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology". Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. The Royal Society. 314 (1519): 529–548. Bibcode:1970RSPSA.314..529H. doi:10.1098/rspa.1970.0021. Retrieved 27 March 2015. 
  62. ^ Guth, Alan (15 January 1981). "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems". Phys. Rev. D. 23 (2): 347–356. Bibcode:1981PhRvD..23..347G. doi:10.1103/PhysRevD.23.347. 
  63. ^ Huchra, John (2008). "The Hubble Constant". Center for Astrophysics, Harvard University. 
  64. ^ Livio, Mario (2001). The Accelerating Universe: Infinite Expansion, the Cosmological Constant, and the Beauty of the Cosmos. John Wiley & Sons. p. 160. ISBN 047143714X. 
  65. ^ Navabi, A. A.; Riazi, N. (2003). "Is the Age Problem Resolved?". Journal of Astrophysics and Astronomy. 24 (1–2): 3–10. Bibcode:2003JApA...24....3N. doi:10.1007/BF03012187. 
  66. ^ a b Boggess, N. W.; et al. (1992). "The COBE Mission: Its Design and Performance Two Years after the launch". The Astrophysical Journal. 397: 420. Bibcode:1992ApJ...397..420B. doi:10.1086/171797. 
  67. ^ a b Spergel, D. N.; et al. (2006). "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year Results: Implications for Cosmology". Astrophysical Journal Supplement. 170 (2): 377–408. arXiv:astro-ph/0603449Freely accessible. Bibcode:2007ApJS..170..377S. doi:10.1086/513700. 
  68. ^ Krauss, L. (2012). A Universe From Nothing: Why there is Something Rather than Nothing. Free Press. p. 118. ISBN 978-1-4516-2445-8. 
  69. ^ Gladders, M. D.; et al. (2007). "Cosmological Constraints from the Red-Sequence Cluster Survey". The Astrophysical Journal. 655 (1): 128–134. arXiv:astro-ph/0603588Freely accessible. Bibcode:2007ApJ...655..128G. doi:10.1086/509909. 
  70. ^ "Four Pillars". Cambridge Cosmology: Hot Big Bang. Retrieved 4 March 2016. 
  71. ^ Sadoulet, B. (2010). "Direct Searches for Dark Matter". Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey. National Academies Press. Retrieved 12 March 2012. 
  72. ^ Cahn, R. (2010). "For a Comprehensive Space-Based Dark Energy Mission". Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey. National Academies Press. Retrieved 12 March 2012. 
  73. ^ Peacock (1999), chapter 3
  74. ^ Srianand, R.; Petitjean, P.; Ledoux, C. (2000). "The microwave background temperature at the redshift of 2.33771". Nature. 408 (6815): 931–935. arXiv:astro-ph/0012222Freely accessible. Bibcode:2000Natur.408..931S. doi:10.1038/35050020. Lay summaryEuropean Southern Observatory (December 2000). 
  75. ^ Bennett, C. L.; et al. (2013). "Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results". The Astrophysical Journal Supplement Series. 208: 20. arXiv:1212.5225Freely accessible. Bibcode:2013ApJS..208...20B. doi:10.1088/0067-0049/208/2/20. 
  76. ^ Gannon, M. (21 December 2012). "New 'Baby Picture' of Universe Unveiled". Space.com. Retrieved 21 December 2012. 
  77. ^ Wright, E. L. (2004). "Theoretical Overview of Cosmic Microwave Background Anisotropy". In W. L. Freedman. Measuring and Modeling the Universe. Carnegie Observatories Astrophysics Series. Cambridge University Press. p. 291. arXiv:astro-ph/0305591Freely accessible. Bibcode:2004mmu..symp..291W. ISBN 0-521-75576-X. 
  78. ^ White, M. (1999). Anisotropies in the CMB. Proceedings of the Los Angeles Meeting, DPF 99. UCLA. arXiv:astro-ph/9903232Freely accessible. Bibcode:1999dpf..conf.....W. 
  79. ^ Melchiorri, A., et. al. (1999). "A measurement of Omega from the North American test flight of BOOMERANG". The Astrophysical Journal. Institute of Physics. 536: L63–L66. arXiv:astro-ph/9911445Freely accessible. Bibcode:2000ApJ...536L..63M. doi:10.1086/312744. 
  80. ^ de Bernardis, P.; et al. (2000). "A Flat Universe from High-Resolution Maps of the Cosmic Microwave Background Radiation". Nature. Nature Publishing Group. 404: 955–959. arXiv:astro-ph/0004404Freely accessible. Bibcode:2000Natur.404..955D. doi:10.1038/35010035. PMID 10801117. 
  81. ^ Miller, A. D.; et al. (1999). "A Measurement of the Angular Power Spectrum of the Cosmic Microwave Background from l = 100 to 400". The Astrophysical Journal Letters. 524 (1): L1–L4. arXiv:astro-ph/9906421Freely accessible. Bibcode:1999ApJ...524L...1M. doi:10.1086/312293. 
  82. ^ Steigman, G. (2005). "Primordial Nucleosynthesis: Successes And Challenges". International Journal of Modern Physics E. 15: 1–36. arXiv:astro-ph/0511534Freely accessible. Bibcode:2006IJMPE..15....1S. doi:10.1142/S0218301306004028. 
  83. ^ a b c Barbara Sue Ryden (2003). Introduction to cosmology. Addison-Wesley. ISBN 978-0-8053-8912-8. 
  84. ^ a b Bertschinger, E. (2001). "Cosmological Perturbation Theory and Structure Formation". arXiv:astro-ph/0101009Freely accessible [astro-ph]. 
  85. ^ Bertschinger, E. (1998). "Simulations of Structure Formation in the Universe". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 36 (1): 599–654. Bibcode:1998ARA&A..36..599B. doi:10.1146/annurev.astro.36.1.599. 
  86. ^ "BICEP2 2014 Results Release". National Science Foundation. 17 March 2014. Retrieved 18 March 2014. 
  87. ^ Clavin, Whitney (17 March 2014). "NASA Technology Views Birth of the Universe". NASA. Retrieved 17 March 2014. 
  88. ^ Overbye, Dennis (17 March 2014). "Detection of Waves in Space Buttresses Landmark Theory of Big Bang". The New York Times. Retrieved 17 March 2014. 
  89. ^ Overbye, Dennis (24 March 2014). "Ripples From the Big Bang". New York Times. Retrieved 24 March 2014. 
  90. ^ Fumagalli, M.; O'Meara, J. M.; Prochaska, J. X. (2011). "Detection of Pristine Gas Two Billion Years After the Big Bang". Science. 334 (6060): 1245–9. arXiv:1111.2334Freely accessible. Bibcode:2011Sci...334.1245F. doi:10.1126/science.1213581. PMID 22075722. 
  91. ^ "Astronomers Find Clouds of Primordial Gas from the Early Universe, Just Moments After Big Bang". Science Daily. 10 November 2011. Retrieved 13 November 2011. 
  92. ^ Perley, D. (21 February 2005). "Determination of the Universe's Age, to". University of California Berkeley, Astronomy Department. Retrieved 27 January 2012. 
  93. ^ Srianand, R.; Noterdaeme, P.; Ledoux, C.; Petitjean, P. (2008). "First detection of CO in a high-redshift damped Lyman-α system". Astronomy and Astrophysics. 482 (3): L39. Bibcode:2008A&A...482L..39S. doi:10.1051/0004-6361:200809727. 
  94. ^ Avgoustidis, A.; Luzzi, G.; Martins, C. J. A. P.; Monteiro, A. M. R. V. L. (2011). "Constraints on the CMB temperature-redshift dependence from SZ and distance measurements". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2012: 013. arXiv:1112.1862v1Freely accessible [astro-ph.CO]. Bibcode:2012JCAP...02..013A. doi:10.1088/1475-7516/2012/02/013. 
  95. ^ Belusevic, R. (2008). Relativity, Astrophysics and Cosmology. Wiley-VCH. p. 16. ISBN 3-527-40764-2. 
  96. ^ Ghosh, Pallab (February 11, 2016). "Einstein's gravitational waves 'seen' from black holes". bbc.com. Retrieved April 13, 2017. 
  97. ^ Billings, Lee (February 12, 2016). "The Future of Gravitational Wave Astronomy". scientificamerican.com. Retrieved April 13, 2017. 
  98. ^ Earman, John; Mosterín, Jesús (March 1999). "A Critical Look at Inflationary Cosmology". Philosophy of Science. 66 (1): 1–49. doi:10.1086/392675. JSTOR 188736. 
  99. ^ Penrose, R. (1979). Hawking, S. W.; Israel, W., eds. Singularities and Time-Asymmetry. General Relativity: An Einstein Centenary Survey. Cambridge University Press. pp. 581–638. 
  100. ^ Penrose, R. (1989). Fergus, E. J., ed. Difficulties with Inflationary Cosmology. Proceedings of the 14th Texas Symposium on Relativistic Astrophysics. New York Academy of Sciences. pp. 249–264. Bibcode:1989NYASA.571..249P. doi:10.1111/j.1749-6632.1989.tb50513.x. 
  101. ^ Steinhardt, Paul J. (April 2011). "The inflation debate: Is the theory at the heart of modern cosmology deeply flawed?". Scientific American: 18–25. 
  102. ^ Kolb and Turner, chapter 6
  103. ^ Sakharov, A. D. (1967). "Violation of CP Invariance, C Asymmetry and Baryon Asymmetry of the Universe". Zhurnal Eksperimental'noi i Teoreticheskoi Fiziki, Pisma (in Russian). 5: 32. 
    (Translated in Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 5, 24 (1967).)
  104. ^
    • Mortonson, Michael J.; Weinberg, David H.; White, Martin (December 2013). "Dark Energy: A Short Review". Particle Data Group 2014 Review of Particle Physics. arXiv:1401.0046Freely accessible. Bibcode:2014arXiv1401.0046M. 
    • Mortonson, Michael J.; Weinberg, David H.; White, Martin (2014-06-27). "Dark Energy: A Short Review". LEVEL 5 — A Knowledgebase for Extragalactic Astronomy and Cosmology, NASA/IPAC Extragalactic Database (NED). Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology. Retrieved 2017-04-19. 
  105. ^ Rugh, S. E.; Zinkernagel, H. (December 2002). "The quantum vacuum and the cosmological constant problem". Studies in History and Philosophy of Science Part B. 33 (4): 663–705. arXiv:hep-th/0012253Freely accessible. Bibcode:2002SHPMP..33..663R. doi:10.1016/S1355-2198(02)00033-3. 
  106. ^ Keel, B. (October 2009). "Dark Matter". Retrieved 24 July 2013. 
  107. ^ Yao, W. M.; et al. (2006). "Review of Particle Physics: Dark Matter" (PDF). Journal of Physics G. 33 (1): 1–1232. arXiv:astro-ph/0601168Freely accessible. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. 
  108. ^ Bullock, James. "Notes on the Missing Satellites Problem". XX Canary Islands Winter School of Astrophysics on Local Group Cosmology. arXiv:1009.4505Freely accessible. Bibcode:2010arXiv1009.4505B. 
  109. ^ Diemand, Jürg; Zemp, Marcel; Moore, Ben; Stadel, Joachim; Carollo, C. Marcella (December 2005). "Cusps in cold dark matter haloes". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 364 (2): 665–673. arXiv:astro-ph/0504215Freely accessible. Bibcode:2005MNRAS.364..665D. doi:10.1111/j.1365-2966.2005.09601.x. 
  110. ^ Dodelson, Scott (December 2011). "The Real Problem with MOND". Honorable Mention. Gravity Research Foundation 2011 Awards. 20: 2749–2753. arXiv:1112.1320Freely accessible. Bibcode:2011IJMPD..20.2749D. doi:10.1142/S0218271811020561. 
  111. ^ a b c Kolb and Turner (1988), chapter 8
  112. ^ Spergel, D. N.; et al. (2007). "Three-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Implications for Cosmology" (PDF). The Astrophysical Journal Supplement Series. 170: 377–408. arXiv:astro-ph/0603449Freely accessible. Bibcode:2007ApJS..170..377S. doi:10.1086/513700. 
  113. ^ R. Penrose (2007). The Road to Reality. Vintage books. ISBN 0-679-77631-1. 
  114. ^ Dicke, R. H.; Peebles, P. J. E. Hawking, S. W.; Israel, W., eds. The big bang cosmology—enigmas and nostrums. General Relativity: an Einstein centenary survey. Cambridge University Press. pp. 504–517. 
  115. ^ Monadologie (1714). Nicholas Rescher, trans., 1991. The Monadology: An Edition for Students. Uni. of Pittsburg Press. Jonathan Bennett's translation. Latta's translation.
  116. ^ "Dean Rickles - Closer to Truth". www.closertotruth.com. 
  117. ^ Dean Rickles - Closter ToTruth
  118. ^ Michael Kuhn (to Christopher Ishaam) - Closter ToTruth
  119. ^ "No Big Bang? Quantum equation predicts universe has no beginning". Retrieved 26 April 2017. 
  120. ^ "The Beginning of TIme". Stephen Hawking. Retrieved 26 April 2017. 
  121. ^ "Why there's something rather than nothing". 
  122. ^ "Levels of Nothing by Robert Lawrence Kuhn - Closer to Truth". 
  123. ^ Bede Rundle - CloserToTruth
  124. ^ Lynds, Peter (10 January 2012). "Why there is something rather than nothing: The finite, infinite and eternal". arXiv:1205.2720Freely accessible. 
  125. ^ Griswold, Britt (2012). "What is the Ultimate Fate of the Universe?". Universe 101 Big Bang Theory. NASA. 
  126. ^ Adams, Fred C. & Laughlin, Gregory (1997). "A dying Universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects". Reviews of Modern Physics. 69 (2): 337–372. arXiv:astro-ph/9701131Freely accessible. Bibcode:1997RvMP...69..337A. doi:10.1103/RevModPhys.69.337. .
  127. ^ Caldwell, R. R; Kamionkowski, M.; Weinberg, N. N. (2003). "Phantom Energy and Cosmic Doomsday". Physical Review Letters. 91 (7): 071301. arXiv:astro-ph/0302506Freely accessible. Bibcode:2003PhRvL..91g1301C. doi:10.1103/PhysRevLett.91.071301. PMID 12935004. 
  128. ^ "Brief Answers to Cosmic Questions". www.cfa.harvard.edu. Archived from the original on 13 April 2016. Retrieved 19 July 2017. 
  129. ^ a b c d Davis, Tamara M.; Lineweaver, Charles H. (January 2004). "Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe". Publications of the Astronomical Society of Australia. 21 (1): 97–109. arXiv:astro-ph/0310808Freely accessible. Bibcode:2004PASA...21...97D. doi:10.1071/as03040. ISSN 1323-3580. 
  130. ^ Hawking, S. W.; Ellis, G. F. R. (1973). The Large Scale Structure of Space-Time. Cambridge (UK): Cambridge University Press. ISBN 0-521-09906-4. 
  131. ^ Hartle, J. H.; Hawking, S. (1983). "Wave Function of the Universe". Physical Review D. 28 (12): 2960–2975. Bibcode:1983PhRvD..28.2960H. doi:10.1103/PhysRevD.28.2960. 
  132. ^ Bird, P. (2011). "Determining the Big Bang State Vector" (PDF). 
  133. ^ Langlois, D. (2002). "Brane Cosmology: An Introduction". Progress of Theoretical Physics Supplement. 148: 181–212. arXiv:hep-th/0209261Freely accessible. Bibcode:2002PThPS.148..181L. doi:10.1143/PTPS.148.181. 
  134. ^ Linde, A. (2002). "Inflationary Theory versus Ekpyrotic/Cyclic Scenario". arXiv:hep-th/0205259Freely accessible [hep-th]. 
  135. ^ Than, K. (2006). "Recycled Universe: Theory Could Solve Cosmic Mystery". Space.com. Retrieved 3 July 2007. 
  136. ^ Kennedy, B. K. (2007). "What Happened Before the Big Bang?". Archived from the original on 4 July 2007. Retrieved 3 July 2007. 
  137. ^ Linde, A. (1986). "Eternal Chaotic Inflation". Modern Physics Letters A. 1 (2): 81–85. Bibcode:1986MPLA....1...81L. doi:10.1142/S0217732386000129. 
  138. ^ Linde, A. (1986). "Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe". Physics Letters B. 175 (4): 395–400. Bibcode:1986PhLB..175..395L. doi:10.1016/0370-2693(86)90611-8. 
  139. ^ Harris, J. F. (2002). Analytic philosophy of religion. Springer. p. 128. ISBN 978-1-4020-0530-5. 
  140. ^ a b Frame, T. (2009). Losing my religion. UNSW Press. pp. 137–141. ISBN 978-1-921410-19-2. 
  141. ^ Harrison, P. (2010). The Cambridge Companion to Science and Religion. Cambridge University Press. p. 9. ISBN 978-0-521-71251-4. 
  142. ^ Harris 2002, p. 129
  143. ^ Craig, William Lane (1999). "The ultimate question of origins: God and the beginning of the Universe". Astrophysics and Space Science. 269–270 (1–4): 723–740. doi:10.1007/978-94-011-4114-7_85. ISBN 978-94-010-5801-8. 
  144. ^ Asad, Muhammad (1984). The Message of the Qu'rán. Gibraltar, Spain: Dar al-Andalus Limited. ISBN 1904510000. 
  145. ^ Sagan, C. (1988). introduction to A Brief History of Time by Stephen Hawking. Bantam Books. pp. X. ISBN 0-553-34614-8. ... a universe with no edge in space, no beginning or end in time, and nothing for a Creator to do. 

Books

Further reading

External links