Тестове на теорията на Големия взрив

Разширението

Големият взрив е модел, който произтича по естествен начин от Общата теория на относителността, приложена към хомогенна вселена. През 1917 година обаче идеята за разширяваща се вселена била абсурдна. Затова Айнщайн измислил терминът космологична константа, с която теоретично направил вселената статична. През 1929 година Едуин Хъбъл обявил, че според неговите наблюдения на галактики отвъд нашия Млечен път, те систематично се отдалечават със скорост, пропорционална на квадрата на разстоянието им до нас. Колкото по-далеч е галактиката, толкова по-бързо се отдалечава. В крайна сметка вселената се разширява — точно както в началото предсказвала Общата теория на относителността. Хъбъл установил, че светлината от коя да е галактика се отмества към червения край на светлинния спектър толкова повече, колкото по-далеч е тя от нас.

Ако вселената действително се разширява еднакво във всички посоки, то ние бихме наблюдавали точно гореописаното поведение на галактиките. Освен това никоя галактика няма да е привилегирована и да заема централно място. Откритието на Хъбъл отговаря на хомогенна разширяваща се вселена.

Нуклеосинтез в ранната вселена

Терминът нуклеосинтез означава образуване на по-тежки химични елементи — атомни ядра с много протони и неутрони — от по-леки елементи. Теорията на Големия взрив предсказва, че ранната вселена е била много горещо място. Секунда след него температурата била 10 милиарда градуса и всичко било изпълнено от неутрони, протони, електрони, позитрони, фотони и неутрино. С охлаждането неутроните или се разпадали на протони и електрони, или се комбинирали с протоните и образували деутерий (изотоп на водорода). През първите три минути повечето деутерий се свързал в хелий. Има и следи от литий от това време.

Предсказаното изобилие от деутерий, хелий и литий зависи от плътността на обикновената материя в ранната вселена, както се вижда на графиката. Според резултатие количеството хелий зависи много слабо от изобилието на обикновена материя (над определена граница). Очакванията на учените са, че 24% от материята във вселената е хелий, образуван при Големия взрив. Това съответства много добре на наблюденията.

Общоприетият в момента модел може да се тества още. За да отговарят предсказаните количества други леки елементи на наблюденията трябва плътността на обикновената материя да е 4% от критичната плътност. (защо?) Сателитът WMAP би трябвало да успее директно да измери плътността на обикновената материя и да сравни получените резултати с очакваните от теорията на нуклеосинтеза при Големия взрив. Това ще бъде важен и неоспорим тест на модела. Ако резултатие съвпадат, те ще потвърдят теорията на Големия взрив. Ако не съвпадат, тогава:

1) данните са грешни,
2) не разбираме достатъчно процесите на нуклеосинтез в ранната вселена,
3) погрешно разбираме механизмите, които причиняват флуктуации в микровълновото фоново лъчение, или
4) има фундаментален проблем в теорията на Големия взрив.

Нуклеосинтез в звездите

По-тежките от литий елементи се синтезират в звездите. През късните етапи на звездната еволюция масивните звезди изгарят хелий и образуват въглерод, кислород, силиций, сяра и желязо. По-тежките от желязо елементи се получават по два начина:

• във външните слоеве на свръхгигантски звезди и
• при експлозиите на свръхнови.

Микровълново фоново лъчение

Равномерното разпределение на това много слабо, но доловимо лъчение по целия небосклон е още един много силен аргумент в защита на Големия взрив.