Wszechświat wątpliwości

Niedługo minie 80 lat od czasu, gdy amerykański astronom Edwin Hubble opracował koncepcję Wielkiego Wybuchu, ale im więcej wiemy o wszechświecie, tym mniej go rozumiemy. Teoria Wielkiego Wybuchu, do niedawna uważana niemal za doskonałą, nadaje się przynajmniej do generalnego remontu. Nie tłumaczy ani początku wszechświata, ani jego końca.
Wszechświat - zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu - miał swój początek w nieskończenie małym, gęstym i gorącym punkcie. Od tej "chwili zero", która wydarzyła się 13,7 mld lat temu (a jak wskazują najnowsze pomiary, nawet 15,8 mld lat temu), przestrzeń miała pęcznieć, niosąc z sobą materię. Tylko czym był ów początkowy punkt? Skąd się wziął i dlaczego wybuchł? Na te pytania teoria Wielkiego Wybuchu nie odpowiada.

Relikt kosmosu
Przed Wielkim Wybuchem - według teorii - nie było przestrzeni ani czasu. Zatem pytania, dlaczego wszechświat narodził się w tej chwili, a nie kilka minut wcześniej, nie mają sensu. Bez sensu jest też pytanie o miejsce, w którym znajdował się początkowy punkt. Był nieskończenie mały, ale jednocześnie zajmował całą przestrzeń.
W 1929 r. Edwin Hubble ogłosił, że galaktyki cały czas się od siebie oddalają. Podobnie do wybuchającego fajerwerku, w którym ogniki świetlne rozbiegają się na boki, choć powstały w jednym punkcie, także oddalające się galaktyki wyglądały, jakby podróż rozpoczęły w tym samym miejscu. W 1959 r. ukraiński fizyk George Gamow przewidział, że skutkiem eksplozji musi być istnienie swoistego echa, świadczącego o tym, że w okresie niemowlęcym wszechświat był gęstą i gorącą zupą materii. Jest to tzw. promieniowanie reliktowe, które zarejestrowano w 1964 r.
Uczonym udało się nawet wyliczyć liczbę pierwiastków lekkich, które narodziły się bezpośrednio po Wielkim Wybuchu (cięższe atomy, z których dziś zbudowany jest wszechświat, powstały później). Przewidziano, że stosunek występowania izotopów helu-4 do wodoru wynosi około 0,25, a deuteru do wodoru 0,001. Te wielkości, obliczone dzięki modelowi Wielkiego Wybuchu, zgadzają się z tymi zaobserwowanymi w rzeczywistości.

Pęcznienie przestrzeni
Zaledwie kilka lat po odkryciu promieniowania tła zaczęto się zastanawiać, jak to możliwe, że niezależnie od kierunku, w którym spoglądano, widmo promieniowania reliktowego jest takie samo. Czy to nie przeczy założeniu, że informacja nie może się poruszać szybciej niż światło? Obszary leżące na przeciwległych krańcach kosmosu nie mogły mieć z sobą kontaktu. Jak to zatem możliwe, że ich historie przebiegały tak samo? A musiały tak przebiegać, skoro na mapach promieniowania reliktowego wyglądają dziś identycznie.
Jest to tzw. problem horyzontu, który spędzał sen z powiek naukowcom przez ponad 10 lat. Udało się go wyjaśnić dopiero dzięki tzw. teorii inflacji, zaproponowanej na początku lat 80. XX wieku przez Alana Gutha. Zakłada ona, że zaraz po okresie stworzenia nastąpił krótki, ale intensywny proces pęcznienia przestrzeni. Rozszerzała się ona szybciej niż światło (nie materia, lecz sama przestrzeń poruszała się szybciej niż światło), oddalając od siebie obszary, które dzisiaj leżą na antypodach wszechświata. Te obszary miały z sobą kontakt tuż przed tym, nim intensywne pęcznienie przestrzeni (inflacja) się rozpoczęło. Gdyby tego nie było, dziś leżałyby bliżej siebie i paradoks ich "komunikacji" nigdy przez naukowców nie zostałby podniesiony.
Teoria inflacji miała też wyjaśniać, jaki jest kształt wszechświata. Obserwacje wskazują, że jest płaski, ale ze wszystkich scenariuszy akurat ten jest najmniej prawdopodobny. Czyżby wszechświat był w stanie tzw. równowagi chwiejnej, jak ołówek ostrzem balansujący na napiętym sznurku? - pytano. Dzisiaj wydaje się, że płaskość, którą obserwujemy, to tylko złudzenie, takie jak to, że stojąc na powierzchni Ziemi, jesteśmy pewni, że nie jest ona zakrzywiona.

Ciemna strona kosmosu
Teoria inflacji jest jedynie "przybudówką" do klasycznej teorii Wielkiego Wybuchu i zręcznym obejściem problemów. Nie wyjaśnia mechanizmów leżących u podstaw pierwszych chwil po narodzinach wszechświata, a jedynie próbuje uzasadnić to, co obserwujemy. Kilka lat temu zauważono, że galaktyki nie tylko oddalają się od siebie, ale prędkość ich ucieczki stale rośnie. Takiego scenariusza nie przewiduje teoria Wielkiego Wybuchu. Tym razem uczeni wymyślili tzw. ciemną energię - siłę, która w przeciwieństwie do grawitacji działa odpychająco. W ten sposób wyjaśniono, co obserwujemy, ale nie wiemy, dlaczego tak się dzieje.
Gdyby wszechświat składał się tylko z tych obiektów, które widać, już dawno rozsypałby się jak perły z zerwanego naszyjnika. Potrzeba więcej materii, bo tylko ona może pomóc sile grawitacji utrzymać wszystko w ryzach. Materii, której nie widać, ale co do której istnienia wielu naukowców nie ma wątpliwości. Uczeni wymyślili zatem, że oprócz ciemnej energii musi istnieć ciemna materia, ale tak jak w wypadku ciemnej energii nie wiemy, jaka jest jej natura ani skąd się wzięła. Jest to tym dziwniejsze, że ciemnej materii ma być ponad 5 razy więcej niż materii widzialnej.
Wszechświat w 74 proc. jest zbudowany z ciemnej energii, a 22 proc. to ciemna materia. Na zwykłą (tzw. barionową) materię pozostaje jedynie 4 proc! W dodatku z jej istnieniem wiążą się wątpliwości. Teoria mówi, że na początku wszechświata materii i antymaterii było tyle samo. Teraz pozostała tylko materia.
Dotychczas błędnie szacowano także wiek wszechświata. Według najnowszych badań Carnegie Institution ma on 15,8 mld lat. Jest o 2 mld lat starszy niż sądzono.
Wątpliwości dotyczących teorii Wielkiego Wybuchu najprawdopodobniej pojawi się więcej. Próby teoretycznego opisu rzeczywistości ewoluują, szczególnie gdy pojawiają się nowe odkrycia. Dach modelu Wielkiego Wybuchu jest osadzony na solidnych filarach, ale ściany są podziurawione naszą niewiedzą jak sito.