El big-bang o gran explosió és el model cosmològic de l'Univers que considera que aquest s'ha expandit fins al seu estat actual a partir d'una condició primigènia en la qual existien unes condicions d'una infinita densitat i temperatura. miniatura|D'acord amb la teoria del big-bang, l'Univers fou originat per una singularitat d'infinita densitat. L'espai s'ha anat expandint al llarg del temps i els objectes s'han anat situant cada cop més lluny els uns dels altres
Aquesta paraula que designa el principi de la dilatació i l'expansió de l'Univers, comparada abusivament amb una explosió, fou proposada per primera vegada, de manera bastant desdenyosa, pel físic anglès Fred Hoyle en un programa de ràdio de la BBC, The Nature of Things ('La natura de les coses'), el text del qual fou publicat el 1950. Hoyle no explicava la teoria, sinó que se'n reia del concepte, car ell en proposava una altra, avui abandonada, la teoria de l'estat estacionari, segons la qual l'Univers no hauria conegut una etapa densa i calenta. Malgrat el menyspreu original, aquesta expressió ha perdut la seva connotació pejorativa i irònica i ha esdevingut un nom científic i vulgaritzat de l'època en què va aparèixer l'Univers que coneixem. És un model dins de la teoria de la relativitat general que descriu el desenvolupament de l'Univers primerenc. També es parla de big-bang en un sentit més concret, per descriure la bola de foc gegant que va esclatar, en una explosió gegantina, a l'inici de la història del nostre espaitemps. Per tant, el terme big-bang s'utilitza tant per a referir-se específicament al moment en què es va encetar l'expansió observable de l'Univers, quantificada en la llei de Hubble-Lemaître, com en un significat més general per a referir-se al paradigma cosmològic que explica l'origen i l'evolució del mateix univers.
El suport teòric per al big-bang prové d'uns models matemàtics, l'anomenada mètrica FLRW o models de Friedmann, que mostren que un fenomen com el big-bang és coherent amb la teoria general de la relativitat i amb el principi cosmològic, que manifesta que les propietats de l'Univers haurien de ser independents de la posició o de l'orientació.
Les proves observades que confirmen la teoria inclouen l'anàlisi de l'espectre de llum de les galàxies, que mostren un desplaçament cap a longituds d'ona més llargues en proporció a la distància de cada galàxia i en una relació descrita per la llei de Hubble-Lemaître.
Si aquestes proves s'afegeixen a la que es desprèn del principi de Copèrnic, que considera que observadors situats en qualsevol lloc de l'Univers poden fer observacions similars, permet afirmar que l'espai s'està expandint. Una altra prova encara més important prové del descobriment, l'any 1964, de la radiació còsmica de fons o fons còsmic de microones.
Aquest fenomen s'havia pronosticat com una relíquia del procés en què el plasma ionitzat calent de l'Univers primigeni es refredava de manera suficient per a formar hidrogen neutre i fer possible que l'espai fos transparent a la llum, i aquesta descoberta ha afavorit que entre els físics s'accepti de manera general que el big-bang és el millor model per a explicar l'origen i l'evolució de l'Univers. Altres dades que també en donen suport provenen de la proporció relativa d'elements químics lleugers existents a l'Univers; la sorprenent coincidència entre els valors predits i les abundàncies d'aquests elements inferides a partir de les observacions es pot considerar un complet èxit de la teoria de la nucleosíntesi del big-bang.
Big-bang o estat estacionari La demostració de l'expansió de l'Univers per Edwin Hubble prova que aquest no és estàtic. En els primers temps, la teoria de l'estat estacionari fou la més popular, si bé el fenomen de la creació de matèria no estava justificada per consideracions físiques per la consideració que l'Univers és etern, sense conflicte entre l'edat de l'Univers i l'edat d'un objecte celeste qualsevol. Dins la hipòtesi del big-bang, l'Univers té una edat finita. Alguns mètodes de datació de la Terra indicaven que era més vella que l'edat de l'Univers estimat a partir de la seva taxa d'expansió. Els models del tipus big-bang tenien dificultats per causa d'aquestes observacions. Aquestes dificultats desaparegueren amb una nova avaluació més precisa de la taxa d'expansió de l'Univers.
Història miniatura|Dibuix de la Via Làctia
Vegeu també: Cronologia de la cosmologia i Història de l'astronomia La teoria del big-bang es desenvolupa a partir de les observacions en l'estructura de l'Univers i a partir dels avenços teòrics. El 1912, el nord-americà Vesto Slipher va mesurar el primer efecte Doppler d'una "nebulosa espiral", i aviat van descobrir que gairebé totes les nebuloses espirals s'allunyaven de la Terra. No s'adonaren que aquestes suposades nebuloses eren en realitat galàxies espirals més allunyades de la Via Làctia. Ni tampoc entenien les implicacions cosmològiques d'aquella observació, ja que en aquella època existia una controvèrsia important sobre si aquelles nebuloses eren «universos illa» més llunyans que la Via Làctia.
A la primera meitat del , la teoria de la relativitat d'Albert Einstein no admetia solucions estàtiques, que era un resultat que el mateix Einstein va considerar erroni, corregint-lo amb l'addició de la constant cosmològica. Va ser el 1922 quan el cosmòleg i matemàtic rus Alexander Friedmann va obtenir les equacions de Friedmann, aplicant formalment la relativitat a la cosmologia sense utilitzar la constant cosmològica. Les seves equacions descriuen l'Univers Friedman-Lemaître-Robertson-Walker, que pot expandir-se i contreure's. (en alemany) (Traducció en anglès a: )
El 1924, Edwin Hubble calcula la gran distància que hi havia entre la nebulosa espiral més propera, que mostrava que aquests sistemes eren en efecte galàxies. Independentment de l'obtenció de les equacions de Friedmann, el 1927, el sacerdot belga catòlic romà Georges Lemaître va proposar que la recessió de les nebuloses era a causa de l'expansió de l'Univers. (en francès) Translated in: El mateix Lemaître l'any 1931 va anar més enllà afegint que l'Univers s'havia originat a partir d'un "àtom primigeni" simple, possiblement repetint les especulacions prèvies que proposaven l'existència d'un ou còsmic com a origen de l'Univers. Aquest àtom primigeni va ser posteriorment anomenat big-bang.
Hubble va començar el 1924 a desenvolupar de manera molt laboriosa una sèrie d'indicadors de distància, i fou el precursor de l'escala de distàncies còsmiques, utilitzant el telescopi de 100 polzades (2.500 mm) de Hooker de l'observatori de Mount Wilson. Així, va poder estimar la distància que hi havia entre les diferents galàxies, encara que ja havien sigut mesurades mitjançant el desplaçament cap al roig, principalment per Slipher. L'any 1929, Hubble va descobrir la correlació entre la distància i la velocitat de recessió, actualment coneguda com la llei de Hubble-Lemaître. Lemaître proposà el principi cosmològic. miniatura|esquerra|Descripció artística del satèl·lit WMAP. Recull dades que ajuden els científics a la comprensió del big-bang Durant els anys 1930, es van proposar altres idees, com poden ser les cosmologies no estàndards, per explicar les observacions de Hubble, incloent-hi el model de Milne amb l'univers oscil·lant. L'univers oscil·latori va ser originàriament proposat per Friedmann, però defensat per Einstein i Richard Tolman. Reissued (1987) Nova York: Dover Fritz Zwicky també proposà la hipòtesi de la llum cansada.
Després de la Segona Guerra Mundial, emergeixen dues possibilitats diferents. L'una va ser la teoria de l'estat estacionari de Fred Hoyle, en què a mesura que l'Univers s'expandeix es crea nova matèria. En aquest model, l'Univers és aproximadament el mateix al llarg del temps. L'altra va ser la teoria del big-bang de Lemaître. Aquesta va conèixer una evolució important a partir dels anys 1930. Físics com Robert Herman, Ralph Alpher i George Gamow va posar en evidència les implicacions del fet que, en un espai en expansió, la matèria es dilueix i inevitablement es refreda. Així, retrocedint en el temps, l'Univers devia estar en un estat molt dens i calent. Aquests físics, va introduir la nucleosíntesi primordial del big-bang, és a dir, que els elements atòmics més lleugers (hidrogen, deuteri, heli i liti) no podien existir en l'Univers primordial i s'havien d'haver sintetitzat en els primers minuts de la història còsmica. Finalment, els seus associats, Ralph Alpher i Robert Herman, van pronosticar la radiació còsmica de fons (RCF). És irònic que fos Hoyle qui encunyés el nom que havia sigut aplicat a la teoria de Lemaître, referint-se amb el terme d'"aquesta idea del big-bang" durant una emissió de ràdio per la BBC l'any 1950.Es diu popularment que Hoyle intentava ser despectiu. Tanmateix, Hoyle negava i deia que era només una imatge sorprenent pensada per a emfatitzar les diferències entre les dues teories pels oients de la ràdio. See chapter 9 of The Alchemy of the Heavens by Ken Croswell, Anchor Books, 1995. Durant un curt temps, el suport estava dividit entre aquestes dues teories. Finalment, les proves observacionals es van fer importants, particularment amb el descobriment de les fonts de ràdio, i començà a afavorir-ne l'última. El descobriment de la radiació còsmica de fons el 1964 va assegurar el big-bang com la millor teoria per a explicar l'origen i l'evolució del cosmos. Molta de la feina actual en cosmologia inclou l'enteniment de com es formen les galàxies en el context del big-bang, entenent la física de l'Univers "a l'inici dels temps", i reprenent les observacions amb la teoria bàsica.
Els passos de gegant que s'han fet en la cosmologia del big-bang des dels anys 1990 són gràcies als grans avenços en la tecnologia dels telescopis, així com a l'anàlisi de dades copioses des de satèl·lits com el COBE, el telescopi espacial Hubble i el WMAP. Pràcticament, tots els treballs teòrics actuals en la cosmologia intenten estendre o matisar els elements de la teoria del big-bang. Molts dels treballs actuals en cosmologia inclouen una explicació de com es formen les galàxies en el context del big-bang, i analitzar les observacions amb la teoria bàsica. Els cosmòlegs, actualment, tenen una mesura bastant precisa de molts dels paràmetres del model del big-bang, i han fet la descoberta inesperada que diu que l'expansió de l'Univers està accelerant.
Visió de conjunt Si es fa una extrapolació de l'expansió de l'Univers basada en la relativitat general, ens trobem en el passat amb una densitat i una temperatura infinita en un temps finit. Hi ha un debat obert per posar-se d'acord en la mesura en què pot ser precisa aquesta extrapolació i naturalment, en el temps, que no és anterior a l'època de Planck. La primera fase densa i calorosa, es coneix com el big-bang i és considerat el "naixement" del nostre univers. No hi ha consens sobre quant temps va durar: per a alguns especialistes, es fa referència només a la singularitat gravitatòria inicial, però per a d'altres comprèn tota la història de l'Univers; normalment s'entén que, com a mínim, ens referim als primers minuts durant els quals se sintetitza l'heli. miniatura|Univers representat en 3 dimensions Es calcula que l'edat de l'Univers és de 13,7 ±0,2 milers de milions d'anys. Aquesta estimació s'ha fet basant-se en mesures: de l'expansió de l'Univers a partir d'observacions de supernoves tipus Ia, de la variació de la radiació còsmica de fons, i de la llei de Hubble-Lemaître (recessió de les galàxies). És notable el fet que els tres tipus de mesures, que són independents, siguin consistents i coincidents, per la qual cosa es consideren que són una clara prova de l'anomenat model Lambda-CDM (model ΛCDM) o model de concordança del big-bang, que descriu de manera detallada la natura de l'Univers.