Teoretická podpora

Dnešná podoba teórie Veľkého tresku závisí na troch predpokladoch:

1.Univerzálnosť fyzikálnych zákonov
2.Kozmologický princíp
3.Kopernikov princíp

Keď sa prvý z nich vyvinul, boli tieto myšlienky jednoducho prijaté ako postuláty, avšak dnes sú v plnom prúde snahy o ich overenie. Univerzálnosť fyzikálnych zákonov bola overená na úroveň, že najväčší odklon fyzikálnych konštánt počas veku vesmíru je rádu 10-5. Izotropia vesmíru, ktorá definuje Kozmologický princíp, bola overená na úroveň rádu 10-5. Zmeralo sa tiež, že vesmír je homogénny v najväčších mierkach do úrovne 10%. Momentálne je snaha overiť Kopernikov princíp pozorovaním interakcie klastrov galaxií a CMB (cosmic microwave background = kozmické mikrovlnné pozadie) pomocou Sunyaev-Zeldovich-ovho efektu až na úroveň 1% presnosti.

Teória Veľkého tresku používa Weylov postulát na jednoznačné zmeranie času v ľubovoľnom bode ako "času od Planckovej epochy". Merania sa spoliehajú na rovnakouhlé (konformné) koordináty, v ktorých takzvané spolupohybujúce sa (po anglicky comoving) vzdialenosti a konformné časy odstránia rozpínanie vesmíru z úvahy časopriestorových meraní. V takom systéme koordinátov sú objekty, pohybujúce sa s kozmologickým prúdením, vždy v rovnakých spolupohybujúcich sa vzdialenostiach od seba a časticový horizont alebo limit vesmíru je daný konformným časom. Z tohto dôvodu nie je Veľký tresk výbuchom hmoty smerujúcej von, aby vyplnila prázdny vesmír; je to samotný časopriestor, ktorý sa rozpína. Táto expanzia spôsobuje zvýšenie fyzikálnej vzdialenosti medzi dvomi pevnými bodmi vo vesmíre. Objekty, ktoré sú spolu spojené (napríklad pôsobením gravitácie) sa s rozpínaním časopriestoru nevzďaľujú, pretože fyzikálne zákony, ktorými sa riadia, sú rovnomerné a nezávislé od metrického rozpínania. Navyše, rozpínanie vesmíru na dnešných miestnych mierkach je také malé, že ľubovoľná závislosť fyzikálnych zákonov od rozpínania je dnešnou technikou nemerateľná.


Dôkazy

Všeobecne sa uznávajú tri piliere pozorovaní podporujúce teóriu Veľkého tresku. Sú nimi Hubbleov zákon expanzie, pozorovaný v červenom posune galaxií, detailné merania kozmického mikrovlnného pozadia a početnosť zložiek svetla. Pozorované vzájomné vzťahy obrovských štruktúr vo vesmíre navyše veľmi dobre zapadajú do štandardnej teórie Veľkého tresku.

Hubbleov zákon expanzie

Pozorovania vzdialených galaxií a kvazarov ukazujú, že tieto objekty sú posunuté v červenom spektre, čo znamená, že svetlo z nich vyslané sa úmerne posunulo do väčších vlnových dĺžok. Toto možno vidieť zaznamenaním spektra objektov a následným zlúčením spektroskopického vzoru emisie alebo absorpčnej čiary korešpondujúcej s atómamy prvkov, ktoré interagujú s radiáciou. Z tejto analýzy sa dá zistiť meraný červený posun, vysvetlený rýchlosťou zodpovedajúcou Dopplerovmu posunu pre radiáciu. Keď sa tieto rýchlosti zakreslia do grafu spolu so vzdialenosťami od objektov, je vidno lineárnu závislosť, známu tiež ako Hubbleov zákon:v = H0 D

kde v je rýchlosť, D je vzdialenosť od objektu a H0 je Hubbleova konštanta, ktorá má podľa meraní sondy WMAP hodnotu 71 ± 4 km/s/Mpc.

Žiarenie kozmického mikrovlnného pozadia

Jedným z rysov teórie Veľkého tresku bolo predpovedanie žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia, tzv. reliktového žiarenia. Ako sa raný vesmír vďaka rozpínaniu ochladzoval, jeho teplota spadla až na 3000 K (= 2727 °C). Nad touto teplotou sú elektróny a protóny oddelené, čím robia vesmír nepriehľadný pre svetlo. Pod teplotou 3000 K sa vytvárajú atómy a umožňujú svetlu voľný pohyb cez plyn vesmíru. Tomuto javu sa hovorí izolovanie fotónov. Radiácia z tejto oblasti bude cestovať nerušene po zvyšok existencie vesmíru, posúvajúc sa do červeného spektra z dôvodu Hubbleovej expanzie. Toto vyústi do červeného posunu rovnomerne rozloženého spektra čierneho telesa (teleso, dokonale pohlcujúce žiarenie bez jeho odrážania) od 3000 K do 3 K (od 2727 °C do -270 °C). Je pozorované z každého bodu vesmíru a prichádza zo všetkých smerov.