Zaczniemy od sprawy elementarnej: nie było żadnego wybuchu. Wielki Wybuch to tylko nazwa wydarzenia, jakim był początek ekspansji Wszechświata. Kropka. Nazwę „Wielki Wybuch” wymyślili przeciwnicy tej teorii w pierwszej połowie ubiegłego stulecia, by ją ośmieszyć. Najwyraźniej im się udało, skoro po dziś dzień mnóstwo ludzi sądzi, że na początku istnienia Wszechświata była jakaś kula materii, która eksplodowała, a to jest wierutna bzdura. Nawet w filmach popularnonaukowych Wielki Wybuch pokazywany jest jako potężna eksplozja, co osobiście uważam za krzywdzące dla widza.
Wszystko, co nas otacza, powstało w chwili o nazwie Wielki Wybuch – w chwili, gdy nieskończenie mały Wszechświat zaczął się rozszerzać. Wszystko. Materia, energia, przestrzeń, czas. Ponieważ wtedy powstało wszystko co znamy, to bardzo intuicyjne jest nazywanie tego momentu początkiem Wszechświata. Należy wiedzieć, że wszystko co wiemy, cała nasza fizyka, operuje wyłącznie do momentu, w którym Wszechświat miał wyłącznie 10^(-43) sekundy. To, co się działo między teoretycznym czasem 0, a czasem 10^(-43) sekundy to wyłącznie spekulacje. Ten czas nazywa się erą Plancka lub erą kwantowej grawitacji.
Wczesny Wszechświat
Wraz zakończeniem ery Plancka, cały obserwowalny Wszechświat miał rozmiary około milion miliardów razy mniejsze od protonu. To znaczy, że cała przestrzeń zajmowała niesłychanie mały obszar. Od razu odpowiadam, że nie ma sensu pytanie: „co było dookoła”. Dookoła nawet nie było nic, bo nic jest przez nas rozumiane jako brak czegoś we Wszechświecie. Nie można więc mówić o czymś, co było poza Wszechświatem i w czym się Wszechświat rozszerzał. Nie można też mówić, że Wszechświat rozszerzał się w niczym. Wszechświat to wszystko co jest, było i będzie. A jak ktoś chce zadać śmiałe pytanie o to, co było przed Wielkim Wybuchem, czyli przed Wszechświatem, to niech się zastanowi porządnie: jak mogło być coś przed istnieniem czasu. Czas powstał wraz z początkiem Wszechświata, więc nie mogło być żadnego przedtem. Można sobie wyobrażać istnienie jakiegoś nadczasu, ale on nie operuje w naszym Wszechświecie, więc też nie nadaje się do opisywania rzeczy przed Wielkim Wybuchem.
Lecimy dalej. Cały Wszechświat miał rozmiary porównywalne z jedną tryliardową rozmiarów protonu. W takiej czterowymiarowej kulce Wszechświata zawarta była cała materia i energia całego obserwowalnego Wszechświata. Gęstości energii oraz coś, co możemy nazywać temperaturą, były niewyobrażalnie duże. Cały Wszechświat był wypełniony tą bardzo gęstą oraz gorącą materio-energią. Jeśli więc ktoś się zapyta, gdzie nastąpił Wielki Wybuch, należy odpowiedzieć: Wielki Wybuch nastąpił wszędzie we Wszechświecie.
Wraz z upływem czasu, czasoprzestrzeń (czyli tkanka Wszechświata) ekspandowała. Jeśli rozmiar czasoprzestrzeni urósł dwukrotnie, to jej objętość wzrosła ośmiokrotnie, a gęstość zawartej w niej materio-energii zmalała ośmiokrotnie. Jeśli gęstość materio-energii zmalała, to zmalała też jej temperatura. W chwili, kiedy obserwowalny Wszechświat miał dopiero 10^(-36) sekundy, jego rozmiary zdążyły powiększyć się biliard biliardów razy (czyli miał około milimetra średnicy), gęstość zawartej w nim materio-energii spadła milion milionów milionów razy, a temperatura zmalała do, bagatela, 1’000’000’000’000’000’000’000’000’000 Kelwinów (dla odmiany podałem w zerach, a co). W tym etapie grawitacja istniała już jako osobne oddziaływanie, ale siły elektromagnetyczne, jądrowe silne i jądrowe słabe zachowywały się tak, jakby były jednym i tym samym. Mniej więcej w tym czasie wydarzyło się coś bardzo dziwnego: rozpoczęła się kosmiczna inflacja, która trwała aż do 10^(-32) sekundy istnienia Wszechświata. W tym okresie czasoprzestrzeń (a więc Wszechświat) zwiększyła swoje rozmiary jakieś bilion biliardów razy (po tym okresie, cały Wszechświat miał wtedy rozmiary jakiegoś miliona lat świetlnych).
Utrwalenie
Można by się rozpisywać dalej, co się w szczegółach działo przez kolejne sekundy, ale w tym wpisie to nie jest najważniejsze. Po tym, co już zdążyłem napisać widać, że to cały Wszechświat był zawsze wypełniony gorącą materią, cały Wszechświat ekspandował, a materia, zaczepiona w przestrzeni, rozrzedzała się wraz z rozszerzającą się przestrzenią. Wystarczy wspomnieć, że cały Wszechświat miał temperaturę kilku tysięcy Kelwinów jeszcze w 380’000 lat po Wielkim Wybuchu.
To ekspansja przestrzeni pociąga za sobą ruch materii. Chyba wszyscy słyszeli o analogii z kropkami na nadmuchiwanym balonie. Wraz z ekspansją powłoki balonu, kropki oddalają się od siebie, bo wzrasta ilość przestrzeni między kropkami. Same kropki nie poruszają się w przestrzeni. Analogia jest o tyle słaba, że obiekty materialne wcale nie leżą na powierzchni jakiejś płaszczyzny oraz mogą się w czasoprzestrzeni swobodnie poruszać. Poza tym, analogia jest w pełni zgodna z rzeczywistością. To rozszerzająca się czasoprzestrzeń powoduje, że skupiska materii się od siebie oddalają. Wielki Wybuch to tylko nazwa na początek rozszerzania się czasoprzestrzeni. Nie było żadnej eksplozji, nie było żadnego wielkiego bum, a materia wcale nie jest rozrzucana po Wszechświecie przez siłę wybuchu. Materia jest niesiona przez rozszerzająca się czasoprzestrzeń.
Podsumowując: Wielki Wybuch nie był wybuchem; Wielki Wybuch nastąpił wszędzie we Wszechświecie; skupiska materii się od siebie oddalają, bo czasoprzestrzeń ekspanduje; pytanie o to, co było przed Wielkim Wybuchem nie ma sensu; pytanie o to, co jest poza Wszechświatem nie ma sensu. A przynajmniej nie można odpowiadać na te pytania używając Ogólnej i Szczególnej Teorii Względności, czyli wszystkiego, co wiemy o wielkoskalowym Wszechświecie.
Ten wpis zamieściłem również na Mikroblogu.
