Originea universului
Aa
Originea universului de John Barrow
CUPRINS
1. Universul pe înțelesul tuturor
2. Marele catalog al universului
3. Singularitatea și alte probleme
4. Inflația și particulele elementare
5. Inflația și cercetările satelitului COBE
6. Timpul – o și mai scurtă istorie
JOHN D. BARROW este profesor de matematică și fizică teoretică la Universitatea Cambridge. Este autorul a peste 300 de articole științifice în domeniile cosmologiei și astrofizicii. A participat de asemenea la proiectul Millennium, o inițiativă care urmărește îmbunătățirea înțelegerii matematicii de către publicul larg. Între cele 15 cărți publicate se numără: The Left Hand of Creation (împreună cu John Silk), Pi in the Sky, Theories of Everything, The Anthropic Cosmological Principle (împreună cu Frank Tipler), The World within the World.
Prefață
Trăim în universul ajuns la deplina lui înflorire, mult timp după ce majoritatea evenimentelor spectaculoase au avut deja loc. Privește cerul într-o noapte înstelată și vei vedea câteva mii de stele, cele mai multe din ele străpungând bezna într-o mare fâșie pe care o numim Calea Lactee. Asta e tot ce știau cei din vechime despre univers. Cu timpul, pe măsură ce au apărut telescoape cu putere de rezoluție din ce în ce mai mare, un univers neînchipuit de vast s-a ivit vederii noastre. O mulțime de stele se adună în insule de lumină numite galaxii, iar de jur-împrejurul galaxiilor se întinde un ocean rece de microunde – ecou al big bang-ului de acum 15 miliarde de ani. Timpul, spațiul și materia par să-și aibă originile într-un eveniment exploziv din care s-a născut universul de astăzi într-o stare de expansiune generală, răcindu-se încet și rarefiindu-se continuu.
La început, universul a fost un infern de radiații, prea fierbinte pentru ca vreun atom să poată supraviețui. În primele minute, s-a răcit suficient pentru ca nucleele și elementele cele mai ușoare să se formeze. Abia câteva milioane de ani mai târziu cosmosul a devenit suficient de rece pentru a apărea atomi întregi, urmați curând de molecule simple, iar, după miliarde de ani, de șirul complex de evenimente care au dus la condensarea materiei în stele și galaxii. Apoi, odată cu apariția condițiilor planetare stabile, au rezultat complicatele produse ale biochimiei prin procese pe care încă nu le înțelegem. Dar cum și de ce a fost inițiat acest șir subtil de evenimente? Ce ne pot spune cosmologii zilelor noastre despre începutul universului?
Diferitele povestiri din vremurile străvechi despre creație nu sunt teorii științifice în sens modern. Ele nu încercau să dezvăluie ceva nou despre structura lumii; erau destinate pur și simplu să gonească spectrul necunoscutului din închipuirile omului. Găsindu-și locul în ierarhia creației, cei din vechime puteau să se raporteze la lume și să evite teribila confruntare cu necunoscutul sau cu incognoscibilul. Descrierile științei moderne trebuie să ne ofere mult mai mult. Ele trebuie să fie îndeajuns de profunde pentru a ne spune despre univers mai mult decât punem noi în ipotezele noastre. Ele trebuie de asemenea să se extindă îndeajuns pentru a putea face predicții, astfel încât să putem testa capacitatea lor de a explica lucruri pe care le cunoaștem deja despre lume. Ele trebuie să dea coerență și unitate unei mulțimi de fapte disparate.
Metodele folosite de cosmologii moderni sunt simple, însă nu neapărat evidente pentru neinițiați. Până la proba contrară, ele pornesc, de la presupunerea că legile care conduc lumea local, aici, pe Pământ, sunt valabile pretutindeni în univers. Există locuri în univers, mai ales în trecutul lui, în care condițiile de densitate și temperatură sunt extreme, ceea ce se află în afara experienței noastre directe pe Pământ. Uneori ne așteptăm ca teoriile noastre să fie valabile în aceste domenii – și într-adevăr așa se și întâmplă. În alte împrejurări însă, apelăm la aproximații ale legilor adevărate din natură – aproximații care au limite de aplicabilitate cunoscute. Când ajungem la aceste limite, trebuie să încercăm să găsim noi aproximații adaptate condițiilor neobișnuite pe care le întâlnim. Multe teorii fac predicții ce nu pot fi testate prin observație. Acest gen de predicții determină în numeroase cazuri tipul de observator sau de satelit ce urmează să fie conceput.
Cosmologii vorbesc adesea despre construirea „modelelor cosmologice”. Ei înțeleg prin asta generarea unor descrieri matematice simplificate ale structurii și trecutului universului, descrieri matematice simplificate ale structurii trecutului universului, descrieri care să surprindă principalele sale trăsături. După cum un aeromodel reproduce unele dintre caracteristicile avionului real, dar nu pe toate, la fel și un model de univers nu poate spera să cuprindă fiecare detaliu al structurii universului. Modelele noastre cosmologice sunt foarte grosolane și simple. Ele încep prin a trata universul ca pe un ocean complet uniform de materie. Aglomerarea materiei în stele și galaxii e ignorată. Abia când cercetezi aspecte mai delicate, cum ar fi originea stelelor și a galaxiilor, apar abateri de la perfecta uniformitate considerată inițial. Această strategie funcționează remarcabil. Una dintre cele mai frapante trăsături ale universului nostru este faptul că partea sa vizibilă e atât de bine descrisă de modelul-simplificat al distribuției uniforme a materiei.
O altă trăsătură importantă a modelelor noastre cosmologice este că implică proprietăți – ca densitatea sau temperatura – ale căror valori numerice pot fi găsite doar prin observații, iar numai anumite combinații ale valorilor observate pentru unele dintre aceste cantități sunt compatibile cu modelul. Astfel, compatibilitatea dintre model și universul real poate fi verificată.
În explorarea universului au fost urmate mai multe direcții. În afară de sateliți, nave spațiale și telescoape, am folosit microscoape, acceleratoare și ciocniri între atomi, calculatoare și gândire umană pentru a ne lărgi înțelegerea privind întregul mediu cosmic. În afară de lumea spațiului extraterestru – stele, galaxii și mari structuri cosmice –, am ajuns să prețuim subtilitățile labirintice ale adâncului din microcosmos. Aici am găsit lumea subatomică a nucleelor și a componentelor lor: cărămizile elementare ale materiei – atât de puține la număr, atât de simple ca structură, dar care în combinație pot fi organizate în uriașa gamă a complexității pe care o vedem pretutindeni în jurul nostru și din care facem și noi parte.
Aceste două frontiere ale cunoașterii – lumea microscopică a părților elementare ce constituie materia și lumea astronomică a stelelor și galaxiilor – s-au unit în chip neașteptat în vremea din urmă. Dacă odinioară ele reprezentau domenii aparținând unor grupuri diferite de savanți ce încercau să răspundă la întrebări destul de diferite prin mijloace separate, acum preocupările și metodele lor sunt intim legate. Secretul nașterii galaxiilor poate fi dezvăluit de studiul particulelor elementare în detectori îngropați adânc sub pământ; identitatea acelor particule elementare poate fi stabilită prin observații asupra luminii, provenind de la o stea îndepărtată. Și, dacă încercăm să reconstituim istoria universului cercetând urmele fosile din copilăria și adolescența sa, aflăm că, reunind aspectele cele mai mari și cele mai mici ale lumii fizice, percepem mai bine unitatea impresionantă a universului.
Această carte își propune să prezinte pe scurt începutul pentru uzul începătorilor. Ce mărturii avem privind istoria timpurie a universului? Care sunt cele mai recente teorii despre nașterea universului? Le putem oare testa prin observație? Cum se raportează existența noastră de ele? Acestea sunt unele dintre întrebările care vor apărea în călătoria noastră spre originile timpului. Voi prezenta unele dintre cele mai noi teorii despre natura timpului, „universul inflaționar”, „găurile de vierme” și voi explica semnificația observațiilor făcute de satelitul COBE, observații care au fost primite cu entuziasm în primăvara anului 1992.
Doresc să mulțumesc colegilor și colaboratorilor mei cosmologi pentru discuțiile purtate și descoperirile lor care au făcut posibilă apariția acestei povestiri moderne despre originea universului. Anthony Cheetham și John Brockman au avut ideea acestui proiect. Rămâne de văzut dacă a fost înțelept din partea lor să mă invite să particip. Aș vrea de asemenea să le mulțumesc lui Gerry Lyons și Sarei Lippincott pentru îndrumările lor cu caracter editorial. Soția mea, Elizabeth, mi-a acordat un mare sprijin și astfel am dus mai repede lucrarea la bun sfârșit, fără să fiu obligat să-mi abandonez complet alte preocupări. Ca de fiecare dată, ei îi datorez totul. Doar pe tinerii membri ai familiei – David, Roger și Louise – proiectul a părut să nu-i impresioneze. Totuși, ei îl îndrăgesc pe Sherlock Holmes.
Brighton, martie 1994
1.
Universul pe înțelesul tuturor
„Vă mulțumesc”, spuse Sherlock Holmes, „că mi-ați atras atenția asupra unui caz care fără îndoială prezintă unele trăsături interesante.”
Câinele din Baskerville
Cum, de ce și când a apărut universul? Cât de mare e? Ce formă are? Din ce e alcătuit? Acestea sunt întrebări pe care orice copil curios le-ar putea pune, dar sunt și întrebări cu care cosmologii zilelor noastre se luptă de mai multe decenii. Pentru ziariști și autorii de știință popularizată, unul din motivele de atracție ale cosmologiei este acela că multe probleme de la frontierele acestui domeniu sunt ușor de prezentat. Luați de exemplu frontierele electronicii cuantice, ale secvențelor de ADN, ale neurofiziologiei sau ale matematicii pure, și nu veți găsi probleme pe care specialistul să le poată traduce atât de ușor în limbajul de zi cu zi.
Până la începutul secolului XX, nici filosofii și nici astronomii nu s-au îndoit că spațiul e absolut fix – o arenă în care stelele, planetele și toate celelalte corpuri cerești își desfășoară mișcarea. În cursul anilor 1920 însă, această reprezentare simplă a suferit transformări: întâi sub imboldul fizicienilor care cercetau consecințele teoriei lui Einstein privind gravitația, apoi sub imboldul observațiilor făcute de astronomul american Edwin Hubble asupra luminii provenind de la stele din galaxii îndepărtate.
Hubble a făcut apel la o proprietate simplă a undelor. Dacă sursa lor se îndepărtează de receptor, atunci frecvența cu care undele sunt receptate scade. Ca să înțelegeți despre ce e vorba, mișcați din deget în sus și în jos într-o apă liniștită și priviți crestele valurilor care se îndreaptă spre un punct oarecare de pe suprafața apei. Deplasați acum degetul, îndepărtându-l de acel punct și continuând să faceți valuri, iar valurile vor ajunge acolo cu o frecvență mai scăzută decât cea cu care sunt emise. Deplasați apoi degetul spre punctul de recepție, iar frecvența va crește. Această proprietate caracterizează toate undele. În cazul undelor sonore, ea e răspunzătoare de schimbarea tonului la șuieratul locomotivei sau la sirena mașinii de poliție care trece pe lângă voi. Lumina e și ea o undă, iar când sursa ei se îndepărtează de observator scăderea frecvenței undelor luminoase se traduce prin faptul că lumina vizibilă receptată pare ceva mai roșiatică. De aceea efectul e numit „deplasare spre roșu”. Când sursa luminoasă se apropie de observator, frecvența receptată crește, lumina vizibilă devine mai albastră, iar efectul e numit „deplasare spre albastru”.
Hubble a descoperit că lumina provenind de la galaxiile pe care le privea prezenta o deplasare spre roșu sistematică. Măsurând valoarea deplasării, el putea determina cât de repede se îndepărtează sursele de lumină, iar prin compararea strălucirii aparente a stelelor de același tip (stele a căror strălucire intrinsecă trebuie să fie aceeași) putea deduce distanțele lor relative față de noi. Hubble a descoperit că, cu cât sursa de lumină se afla mai departe, cu atât se îndepărta mai repede de noi. Această tendință poartă numele de Legea lui Hubble, iar în figura 1.1 e ilustrată prin date recente. Figura 1.2 prezintă un exemplu de semnal luminos receptat de la o galaxie îndepărtată, spectrul deplasat spre roșu al diverșilor atomi fiind comparat cu cel emis de aceiași atomi în laborator.
Figura 1.1. O ilustrare modernă a Legii lui Hubble care prezintă creșterea direct proporțională a vitezei de îndepărtare (recesie) a galaxiilor în raport cu distanța.
Ceea ce descoperise Hubble era expansiunea universului. În locul unei arene neschimbătoare în care să putem urmări perindarea locală a planetelor și stelelor, el a găsit că universul se afla într-o stare dinamică. A fost cea mai mare descoperire a științei secolului XX și a confirmat previziunile teoriei generale a relativității privind universul: nu poate fi static. Atracția gravitațională dintre galaxii le-ar aduna laolaltă dacă nu s-ar îndepărta unele de altele. Universul nu poate rămâne nemișcat.
Dacă universul se află în expansiune, atunci când inversăm sensul istoriei și privim spre trecut ar trebui să găsim dovezi că el provine dintr-o stare mai mică, mai densă – o stare ce pare să fi avut la un moment dat dimensiunea zero. Acesta este începutul care a devenit cunoscut sub numele de big bang (marea explozie).
Figura 1.2. Spectrul unei galaxii îndepărtate (cunoscută sub numele de Markarian 609) care arată că trei linii spectrale (notate cu Hβ, O și O), în jurul lungimii de undă de 5000 Ǻ, și două (notate cu Hα, N), în jurul lungimii de undă de 6500 Ǻ, sunt sistematic deplasate spre lungimi de undă mai mari decât cele măsurate în laborator. Pozițiile liniilor obținute în laborator sunt indicate prin săgețile notate LAB; pozițiile măsurate sunt marcate prin vârfurile graficului spectrului. Deplasarea spre roșu (lumina roșie vizibilă e în jurul lungimii de unda de 8000 Ǻ) permite calcularea vitezei de îndepărtare
Dar am mers puțin prea repede. Rămân lucruri importante de spus privind expansiunea actuală a universului, înainte de a începe să răscolim trecutul. Înainte de toate, trebuie precizat ce anume se află în expansiune. În filmul Annie Hall, Woody Allen stă întins pe canapeaua psihanalistului și vorbește despre spaima care-l cuprinde când se gândește la expansiunea universului: „Asta înseamnă că Brooklyn-ul se dilată, eu mă dilat, tu te dilați, cu toții ne dilatăm.” Slavă Domnului, se înșela. Noi nu ne dilatăm. Nici Brooklyn-ul. Nici Pământul. Nici sistemul solar. De fapt, nici Calea Lactee. Nici măcar conglomeratele de mii de galaxii pe care le numim roiuri galactice. Aceste ansambluri de materie sunt menținute prin forțele chimice și gravitaționale care acționează între constituenții lor – forțe mai puternice decât forța expansiunii.
Numai dacă trecem dincolo de scara marilor roiuri de sute și mii de galaxii putem vedea că expansiunea învinge atracția gravitațională locală. De pildă, vecinul nostru cel mai apropiat, galaxia Andromeda, se îndreaptă spre noi pentru că atracția gravitațională dintre Andromeda și Calea Lactee e mai puternică decât efectul expansiunii universale. Nu galaxiile însele, ci abia roiurile galactice pot fi considerate etaloane ale expansiunii cosmice. Pentru a căpăta o imagine simplă, închipuiți-vă firele de praf de pe suprafața unui balon care se umflă. Balonul se va dilata, iar firele de praf se vor îndepărta unele de altele, dar nu se vor dilata în același fel. Ele reprezintă etaloane pentru gradul de întindere a cauciucului. În mod analog, cel mai bine e să privim dilatarea universului ca pe dilatarea spațiului dintre roiurile de galaxii, așa cum se vede în figura 1.3.
Figura 1.3. Dilatarea universului privită ca dilatarea spațiului. Punctele marcate pe suprafața balonului reprezintă roiuri de galaxii. Spațiul dintre roiuri crește, dar nu și dimensiunea roiurilor. Acesta e analogul unui univers cu două dimensiuni spațiale, reprezentat de suprafața balonului. Orice roi de pe suprafața care se dilată vede toate celelalte roiuri îndepărtându-se de el. Observați că centrul dilatării nu se află pe suprafața balonului.
Ne-am putea apoi teme de implicațiile faptului că toate roiurile galactice se îndepărtează de noi. De ce de noi? Dacă știm ceva din istoria științei, știm ce a demonstrat Copernic: Pământul nu e centrul universului. Desigur, dacă ne-am închipui că toate se îndepărtează de noi, ne-am instala din nou în centrul imensității. Însă nu e cazul. Universul în expansiune nu seamănă cu o explozie care își are originea într-un punct din spațiu. Nu există un spațiu fix pe fundalul căruia universul să se dilate. Universul conține tot spațiul existent!
Gândiți-vă la spațiu ca la o foaie elastică. Prezența și mișcarea materiei pe acest spațiu maleabil va produce adâncituri și curburi. Spațiul curbat al universului nostru este ca suprafața tridimensională a unei mingi cvadridimensionale – ceva ce nu ne putem imagina. Închipuiți-vă însă universul ca pe o foaie, fără grosime, având numai două dimensiuni spațiale. E ca suprafața unei mingi tridimensionale, ceea ce e mai ușor de reprezentat. Închipuiți-vă apoi că această minge tridimensională se poate mări – ca balonul din figura 1.3 care se umflă. Suprafața balonului este universul bidimensional în expansiune. Dacă marcăm două puncte pe el, aceste puncte se îndepărtează unul față de altul pe măsură ce balonul se dilată. Faceți apoi mai multe semne pe suprafața balonului și umflați-l din nou. Veți observa că indiferent în ce punct v-ați situa, toate celelalte puncte vor părea că se îndepărtează de voi în timp ce balonul se umflă. Vizualizați astfel legea expansiunii a lui Hubble, căci punctele aflate la distanță mai mare se îndepărtează unele față de altele mai repede decât cele aflate la distanță mai mică. Morala acestui exemplu e că suprafața balonului reprezintă spațiul, însă „centrul” dilatării balonului nu se află pe suprafață. Nu există vreun centru al dilatării pe suprafața balonului. Nici margine nu există. Nu puteți cădea de pe marginea universului; universul nu se dilată în interiorul a ceva. El este tot ce există.
O întrebare pe care am putea-o pune în acest stadiu este dacă starea de expansiune a universului la care suntem martori va continua la nesfârșit. Dacă aruncăm o piatră în sus, ea se va întoarce pe Pământ atrasă de forța gravitației terestre. Cu cât o aruncăm mai puternic, cu atât mai multă energie îi vom imprima pietrei în mișcare și cu atât mai sus se va ridica înainte de a se întoarce. Știm că, dacă lansăm un proiectil cu o viteză mai mare de 11 kilometri pe secundă, el va scăpa complet atracției gravitaționale terestre. Aceasta este viteza critică de lansare a rachetelor. Savanții o numesc „viteză de evadare” de pe Pământ.
Considerații asemănătoare se aplică oricărui sistem în explozie sau expansiune care e încetinit de atracția gravitațională. Dacă energia mișcării de expansiune o depășește pe cea generată de atracția spre interior a gravitației, atunci materia va depăși viteza de evadare și își va continua expansiunea. Dacă însă atracția pe care gravitația o exercită asupra fragmentelor este mai mare, obiectele aflate în expansiune vor începe până la urmă să se apropie unele de altele, așa cum se întâmplă în exemplul cu Pământul și piatra. La fel se întâmplă și cu universurile în expansiune; există o viteză critică de lansare la începutul expansiunii lor. Dacă viteza depășește această valoare critică, atunci atracția gravitațională a materiei dintr-un asemenea univers nu va putea opri expansiunea, iar ea va continua la nesfârșit. Pe de altă parte, dacă viteza de lansare e mai mică decât valoarea critică, în cele din urmă expansiunea se va opri și procesul va fi inversat, culminând cu o contracție către dimensiune zero – exact aceeași stare de la care a pornit. Între aceste două cazuri extreme se află ceea ce eu aș numi un „univers de compromis”, care are exact viteza critică de lansare – adică valoarea cea mai mică ce îl va menține în expansiune pentru totdeauna (vezi figura 1.4). Unul dintre marile mistere ale universului nostru este că în momentul de față se dilată într-un mod tulburător de apropiat acestui caz critic. Atât de aproape, încât deocamdată nu putem spune cu certitudine de ce parte a pragului critic se află. Nu cunoaștem prognoza pe termen lung.
Figura 1.4. Cele trei tipuri de univers în expansiune. Universurile „deschise” sunt infinite în mărime și se dilată la nesfârșit. Universurile „închise” sunt finite și sfârșesc prin a se contracta până la marea implozie (the big crunch). Granița dintre cele două tipuri e reprezentată de universul „critic”, care e infinit ca mărime și se extinde la nesfârșit.
Cosmologii consideră faptul că ne aflăm atât de aproape de acest prag critic o proprietate stranie a universului, care se cere explicată. E greu de înțeles pentru că, pe măsură ce universul se dilată și îmbătrânește, el se îndepărtează din ce în ce mai mult de pragul critic, dacă, la început, viteza sa de lansare nu va fi fost cumva exact viteza critică. Acest fapt creează o mare problemă. Universul se dilată de aproximativ cincisprezece miliarde de ani și e în continuare atât de aproape de pragul critic încât nu putem spune de care parte a ei se află. Pentru a rămâne atât de aproape după o perioadă uriașă de timp, ar trebui ca viteza de lansare a universului să fi fost „aleasă” astfel încât să difere de cea critică cu nu mai mult de unu împărțit la zece urmat de treizeci și cinci de zerouri. De ce? Vom vedea mai târziu că încercările noastre de a afla ce s-a întâmplat în primele momente ale expansiunii universului oferă o posibilă explicație pentru această situație neobișnuită. Deocamdată ne vom mulțumi să înțelegem de ce un univers care conține ființe umane trebuie să se afle foarte aproape de pragul critic după miliarde de ani de expansiune.
Dacă universul începe să se dilate cu o viteză mult mai mare decât cea critică, atunci gravitația nu ar putea niciodată aduna laolaltă acele insule locale de materie spre a forma galaxii și stele. Formarea stelelor este un pas crucial în evoluția universului. Stelele sunt condensări ale materiei suficient de mari pentru a crea în centrele lor presiuni suficient de ridicate ca să inițieze reacții nucleare spontane. Aceste reacții transformă hidrogenul în heliu de-a lungul unei perioade îndelungate și calme a istoriei lor – la jumătatea căreia se află soarele nostru – însă, în etapa finală a vieții lor, stelele se confruntă cu o criză de energie. Ele parcurg o perioadă explozivă de schimbări rapide în care heliul este transformat în carbon, azot, oxigen, siliciu, fosfor și toate celelalte elemente care joacă un rol vital în biochimie. Când stelele explodează devenind supernove, aceste elemente se răspândesc în spațiu și în cele din urmă intră în alcătuirea planetelor și oamenilor.
Stelele sunt sursa tuturor elementelor pe care se întemeiază complexitatea, și prin urmare viața. Nucleul fiecărui atom de carbon din corpul nostru își are originea în stele.
Vedem astfel că universurile care se dilată mult mai repede decât pragul critic nu vor da niciodată naștere la stele și deci nu vor produce niciodată cărămizile elementare necesare apariției unor entități atât de complexe ca ființele umane sau calculatoarele construite pe bază de siliciu. Pe de altă parte, dacă un univers se dilată cu mult sub viteza critică, expansiunea se transformă în contradicție înainte ca stelele să fi avut timpul să se formeze, să explodeze și să creeze constituenții lumii vii. Avem iarăși de-a face cu un univers incapabil să dea naștere vieții.
Figura 1.5. Universurile care sunt mult peste pragul critic se dilată prea repede pentru ca materia să se condenseze în stele și galaxii; asemenea universuri rămân lipsite de viață. Cele care sunt mult sub pragul critic colapsează înainte ca stelele să se formeze. Regiunea înnegrită reprezintă domeniul expansiunilor cosmologice și epocilor în care pot apărea observatori.
Primim astfel o lecție surprinzătoare: numai acele universuri care se dilată foarte aproape de pragul critic pot produce, după miliarde de ani, materia care alcătuiește toate structurile suficient de complexe pentru a fi considerate „observatori”. N-ar trebui să ne surprindă să constatăm că universul nostru se dilată atât de aproape de pragul critic. Nu am putea exista într-un altfel de univers.
Dezvoltarea reprezentărilor noastre privind universul în expansiune și reconstituirea istoriei sale a înaintat foarte încet. În anii ’30 preotul și fizicianul belgian Georges Le Maâtre a jucat un rol important. Teoria sa despre „atomul primordial” a fost precursoarea a ceea ce este acum cunoscut sub numele de big bang. Cei mai importanți pași au fost făcuți în ultima parte a anilor ’40 de George Gamow, un emigrant rus sosit în Statele Unite, și de doi din tinerii săi studenți, Ralph Alpher și Robert Herman. Ei au început să ia în serios posibilitatea aplicării fizicii pe care o cunoșteau pentru a deduce ce s-a petrecut în stadiile timpurii ale universului în expansiune. Ei au descoperit un aspect esențial: dacă universul s-ar fi format într-o stare fierbinte, densă într-un trecut îndepărtat, ar trebui să fi rămas niște radiații de pe urma acestui început exploziv. Mai exact, ei și-au dat seama că atunci când universul avea o vârstă de câteva minute trebuie să fi fost suficient de fierbinte pentru ca să aibă pretutindeni loc reacții nucleare. Mai târziu, aceste remarcabile observații aveau să fie confirmate de cercetări mai aprofundate.
