miniatura|Modelo cosmolóxico do big-bang, a imaxe representa a liña de tempo do Universo. miniatura|Segundo o modelo do big-bang, o universo formouse a partir dun estado extremadamente denso e quente. O propio espazo estivo expandíndose dende aquela, arrastrando galaxias (e o resto da materia) con el.
O big-bang (en lingua inglesa 'grande explosión'), ten tres significados relacionados na cosmoloxía física:
O primeiro fai referencia ós feitos observables que acreditan a evolución do universo, isto é os datos recollidos polos telescopios e demais instrumentos científicos, coma a radiación de fondo de microondas, ou o corremento ao vermello da luz emitida dende as estrelas e Galaxias.
Un segundo fai referencia ao modelo cosmolóxico explicativo da evolución do universo dende hai 13 800 millóns de anos, a partir dun estado enormemente denso e quente e de dimensión mínima ata as súas dimensións actuais e a súa posterior evolución.
Por último, nun senso máis técnico, utilizase para describir a explosión ocorrida uns 10-35 segundos despois do instante cero, tendo en conta que máis aló de 10-43 segundos despois da singularidade ou momento cero da historia do universo non son aplicábeis as leis físicas coñecidas, sendo este límite temporal o Tempo de Planck (o tempo que tarda un fotón en percorrer a lonxitude de Planck).
A evidencia observacional do big-bang inclúe a análise do espectro luminoso das galaxias, que revela un desprazamento cara ao vermello proporcional á distancia nunha relación descrita pola lei de Hubble. Combinada coa asunción de que os observadores posicionados en calquera lugar do universo farían observacións similares (principio de Copérnico), isto suxire que o propio espazo estase expandindo (ver espazo métrico). Retrotraéndonos no tempo dedúcese o estado inicial do universo (no tempo 0), o cal é a premisa clave do big-bang.
O apoio teórico do big-bang vén de modelos matemáticos, chamados modelos de Friedman, que amosan que un big-bang é consistente coa relatividade xeral e co principio cosmolóxico, que di que as propiedades do universo deberían ser independentes da súa posición ou orientación.
A teoría da nucleosíntese do big-bang predí o paso no que varios elementos de luz son creados en modelos do universo antigamente e dá resultados que son xeralmente consistentes coas observacións. O modelo do big-bang, ademais, predí a radiación de fondo cósmico de microondas, un fondo de feble radiación de microondas que enche o universo. O descubrimento da radiación do fondo cósmico de microondas en 1964 levou a que os físicos aceptasen, polo xeral, que o big-bang é o mellor modelo para explicar a orixe e a evolución do universo.
Big-bang ou estado estacionario A demostración da expansión do universo de Edwin Hubble proba que este non é estático. Nos primeiros tempos, a teoría do estado estacionario foi a máis popular, malia que o fenómeno da creación de materia non estaba xustificada por consideracións físicas pola consideración de que o universo é eterno, sen conflito entre a idade do universo e a idade dun obxecto celeste calquera. Na hipótese do big-bang, o universo ten unha idade finita. Algúns métodos de datación da Terra indicaban que era máis vella que a idade do universo estimado a partir da súa taxa de expansión. Os modelos do tipo big-bang tiñan dificultades por mor destas observacións. Estas dificultades desapareceron cunha nova avaliación máis precisa da taxa de expansión do universo.
Historia Véxase tamén: Liña de tempo da cosmoloxía e Historia da astronomía A teoría do big-bang desenvolveuse a partir de observacións da estrutura do universo e de consideracións teóricas. No 1912 Vesto Slipher mediu o primeiro efecto Doppler dunha "nebulosa espiral" (nebulosa espiral é un termo obsoleto para galaxias espirais), e pronto descubriu que case todas esas nebulosas estaban afastándose da Terra. Non comprendeu as implicación cosmolóxicas deste feito, e naquela época había moita controversia (o Gran Debate entre Shapley e Curtis) sobre se esas nebulosas eran "universos illa" exteriores á Vía Láctea.V. M. Slipher Vesto Slipher The radial velocity of the Andromeda nebula Lowell Observatory Bulletin volume1 | páxinas 56–57 =http://adsabs.harvard.edu/abs/1913LowOB...2...56S}} V. M. Slipher Vesto Slipher Spectrographic observations of nebulae opular Astronomy volume 23 páxinas 21–24 http://adsabs.harvard.edu/abs/1915PA.....23Q..21S Dez anos despois, Alexander Friedmann, un cosmoloxista e matemático ruso, obtivo as ecuacións de Friedmann a partir das ecuacións de Einstein da relatividade xeral, mostrando que o universo podería estar expandíndose, en contraposición ó modelo de universo estático que defendía Einstein.Alexander Alexandrovich Friedman Über die Krümmung des Raumes Z. Phys. volume 10 1922 páxinas 377–386 (tradución inglesa en: AFriedman On the Curvature of Space General Relativity and Gravitation volume 31 1999 1991–2000 http://adsabs.harvard.edu/abs/1999GReGr..31.1991F doi 10.1023/A:1026751225741) En 1924, a medición de Edwin Hubble da gran distancia á nebulosa espiral máis próxima mostrou que eses sistemas eran outras galaxias. Derivando ecuacións ata chegar ás ecuacións de Friedmann, pero independentemente, en 1927, Georges Lemaître, un sacerdote belga católico, predixo que o retroceso das nebulosas debíase á expansión do universo.G. | Lemaître 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 volume 47A 1927 páxina 41 Translated in: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society volume 91 1931 | 483–490 Expansion of the universe, A homogeneous universe of constant mass and growing radius accounting for the radial velocity of extragalactic nebulae http://adsabs.harvard.edu/abs/1931MNRAS..91..483L En 1931 Lemaître foi máis alá e suxeriu que o universo empezara en forma dun simple "átomo primitivo", facendo eco das anteriores especulacións sobre o ovo cósmico (orixe do universo).Lemaître, G. The evolution of the universe: discussion Nature volume 128 1931 páxina suppl.: 704
Empezando en 1924, Hubble coidadosamente desenvolveu unha serie de indicadores de distancia, o predecesor da escala de distancias cósmicas, usando o telescopio Hooker de 100 polgadas no Observatorio Monte Wilson. Isto permitiulle estimar as distancias ás galaxias cuxos corrementos ó vermello foran medidos, na súa maior parte por Slipher. En 1929, Hubble descubriu unha relación entre distancia e velocidade de retroceso, agora coñecida como lei de Hubble.A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae Edwin Hubble Proceedings of the National Academy of Sciences volume 15 páxinas 168–173 1929 http://www.pnas.org/cgi/reprint/15/3/168 E. Christianson Edwin Hubble: Mariner of the Nebulae 1995 Farrar Straus & Giroux ISBN 0-374-14660-8 Lemaître xa mostrara que isto era esperado, dado o principio cosmolóxico.P. J. E. Peebles e Bharat Ratra The cosmological constant and dark energy 2003 Reviews of Modern Physics volume 75 páxinas 559–606 doi 10.1103/RevModPhys.75.559 miniatura|esquerda|Representación dun artista do satélite WMAP recollendo datos para axudar os científicos a entender o big-bang. miniatura|esquerda|Imaxe do fondo de microondas, resultado dos datos do WMAP.
Durante os anos 1930, outras ideas propuxéronse como cosmoloxías non estándares para explicar as observacións de Hubble, incluíndo o modelo de Milne,E. A. Milne Relativity, Gravitation and World Structure Oxford University Press 1935 o universo oscilante (orixinalmente suxerido por Friedmann, pero apoiado por Einstein e Richard Tolman)R. C. Tolman Relativity, Thermodynamics, and Cosmology Oxford Clarendon Press 1934 id=LCCN 340-32023 Reissued (1987) New York: Dover ISBN 0-486-65383-8. e a hipótese da luz cansa de Fritz Zwicky.Zwicky F 1929 On the Red Shift of Spectral Lines through Interstellar Space Proceedings of the National Academy of Sciences volume 15 páxinas 773–779 http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?1929PNAS...15..773Z Artigo completo (PDF)
Trala segunda guerra mundial emerxeron dúas posibilidades: unha era a teoría do estado estacionario de Fred Hoyle, segundo a cal dicíase que a materia se creaba mentres o universo parecía expandirse. Neste modelo, o universo é máis ou menos o mesmo en calquera lugar no tempo.Fred Hoyle A New Model for the Expanding universe Monthly Notices of the Royal Astronomical Society volume 108 1948 páxinas 372 http://adsabs.harvard.edu/abs/1948MNRAS.108..372H A outra fora a teoría do big-bang de Lemaître, defendida e desenvolvida por George Gamow, quen introduciu a nucleosíntese do big-bangR. A. Alpher, H. Bethe, G. Gamow The Origin of Chemical Elements Physical Review volume 73 1948 páxinas 803 http://adsabs.harvard.edu/abs/1948PhRv...73..803A e cuxos asociados, Ralph Alpher e Robert Herman, predixeron a radiación de fondo de microondas.R. A. Alpher and R. Herman Evolution of the Universe Nature volume 162 1948 | páxinas 774 É unha ironía o feito de que fora Hoyle o que acuñou o nome que acabaría sendo aplicado á teoría de Lemaître, referíndose a el sarcasticamente como "esta idea do big-bang" durante unha emisión de radio.http://www.simonsingh.net/Big_Bang.html Big Bang Simon Singh dataacceso=28-05-2007 Por un tempo, ámbalas dúas teorías foron igualmente apoiadas, pero eventualmente, a evidencia observacional, mais notablemente de contas de fontes de radio, empezaron a favorecer esta última. O descubrimento da radiación de fondo cósmico de microondas en 1964A. A. Penzias and R. W. Wilson A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s Astrophysical Journal volume 142 1965 páxinas 419 http://adsabs.harvard.edu/abs/1965ApJ...142..419P deixou o big-bang como a mellor teoría sobre a orixe e evolución do cosmos. Gran parte do traballo actual en cosmoloxía inclúe o entendemento de como se forman as galaxias no contexto do big-bang, entendendo a física do universo a tempos máis e máis temperáns, e reconciliando as observacións coa teoría básica.
Déronse grandes pasos na cosmoloxía do big-bang dende a década de 1990, como resultado de avances maiores na tecnoloxía do telescopio, así como da análise dos copiosos datos obtidos de satélites como o COBE,Boggess, N.W., et al. (COBE collaboration)1992 The COBE Mission: Its Design and Performance Two Years after the launch Astrophysical Journal volume 397 páxinas 420, Preprint No. 92-02 doi=10.1086/171797 o Hubble Space Telescope e o WMAP.D. N. Spergel et al. (WMAP collaboration) Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year Results: Implications for Cosmology http://arxiv.org/abs/astro-ph/0603449v2 2006 | dataacceso=2007-05-27 Os cosmoloxistas dispoñen agora mesmo dunha medida bastante precisa de moitos dos parámetros do modelo do big-bang, e fixeron o insospeitado descubrimento de que a expansión do universo parece acelerarse (ver enerxía escura).
Visión de conxunto 300px|miniatura|esquerda|Historia do Universo. As ondas gravitacionais postuladas polo modelo da grande inflación foron detectadas polo experimento BICEP2 segundo anunciaron o 17 de marzo de 2014
Singularidade inicial