Tras la misteriosa singularidad cosmológica, sigue la no menos misteriosa era de Planck (0 -10 -43 s). Es difícil decir qué procesos tuvieron lugar en este breve momento del Universo recién nacido. Pero se sabe con certeza que al final del momento de Planck, la influencia gravitatoria se ha separado de las tres fuerzas fundamentales, unidas en un solo grupo de la Gran Unificación.
Para describir el momento anterior, se necesita una nueva teoría, parte de la cual puede ser el modelo de gravedad cuántica de bucles y la teoría de cuerdas. Resulta que la era de Planck, como la singularidad cosmológica, es una brecha ultrapequeña en duración, pero significativa en términos de peso científico, en el conocimiento disponible del Universo primitivo. Además, dentro del tiempo de Planck, hubo fluctuaciones peculiares de espacio y tiempo. Para describir este caos cuántico, se puede utilizar la imagen de células cuánticas espumosas del espacio-tiempo.
En comparación con la era de Planck, otros acontecimientos aparecen ante nosotros bajo una luz clara y comprensible. En el período de 10 -43 s a 10 -35 s, las fuerzas de la gravedad y la Gran Unificación ya estaban actuando en el joven Universo. Durante este período, las influencias fuerte, débil y electromagnética fueron un todo único y constituyeron el campo de fuerza de la Gran Unificación.
Cuando habían pasado 10 -35 s desde el Big Bang, el Universo alcanzó una temperatura de 10 29 K. En ese momento, la fuerza fuerte se separó de la electrodébil. Esto condujo a una ruptura de simetría que ocurrió de manera diferente en diferentes partes del universo. Existe la posibilidad de que el Universo se dividiera en partes que estuvieran separadas entre sí por defectos en el espacio-tiempo. También podrían existir otros defectos allí: cuerdas cósmicas o monopolos magnéticos. Sin embargo, hoy no podemos ver esto debido a otra división del poder de la Gran Unificación: la inflación cosmológica.
En ese momento, el Universo estaba lleno de gas de gravitones, cuantos hipotéticos del campo gravitatorio y bosones de la fuerza de la Gran Unificación. Al mismo tiempo, casi no había diferencia entre leptones y quarks.
Cuando se produjo una separación de fuerzas en algunas partes del universo, surgió un falso vacío. La energía está atascada en un nivel alto, lo que hace que el espacio se duplique cada 10 -34 segundos. Así, el Universo ha pasado de escalas cuánticas (una billonésima trillonésima de centímetro) al tamaño de una bola con un diámetro de unos 10 cm Como resultado de la era de la Gran Unificación, se produjo una transición de fase de la materia primaria, que fue acompañado por una violación de la uniformidad de su densidad. La época de la Gran Unificación terminó aproximadamente 10 −34 segundos después del Big Bang, cuando la densidad de la materia era de 10 74 g/cm³ y la temperatura era de 10 27 K. Esta separación condujo a la siguiente transición de fase y a una expansión a gran escala del Universo, lo que condujo a un cambio en la densidad de la materia y su distribución en todo el Universo.
Una de las razones por las que sabemos tan poco sobre el estado del universo antes de la inflación es que los eventos posteriores lo cambiaron mucho, dispersando partículas antes de la edad inflacionaria a los rincones más lejanos del universo. Por lo tanto, aunque estas partículas se conserven, es bastante difícil detectarlas en la materia moderna.
Con el rápido desarrollo del Universo, ocurren grandes cambios, y después del período de la Gran Unificación viene la era de la inflación (10 -35 - 10 -32). Esta época se caracteriza por la expansión ultrarrápida del Universo joven, es decir, la inflación. En ese breve instante, el Universo era un océano de falso vacío con una alta densidad de energía, gracias al cual se hizo posible la expansión. Al mismo tiempo, los parámetros del vacío cambiaban constantemente debido a los estallidos cuánticos: fluctuaciones (formación de espuma en el espacio-tiempo).
La inflación explica la naturaleza de la explosión en el Big Bang, es decir, por qué ocurrió la rápida expansión del Universo. La teoría general de la relatividad de Einstein y la teoría cuántica de campos sirvieron como base para describir este fenómeno. Para describir este fenómeno, los físicos construyeron un hipotético campo inflador que llenaba todo el espacio. Debido a fluctuaciones aleatorias, tomó diferentes valores en regiones espaciales arbitrarias y en diferentes momentos. Luego, se formó una configuración uniforme de tamaño crítico en el campo del inflador, después de lo cual la región espacial ocupada por la fluctuación comenzó a aumentar rápidamente de tamaño. Debido al deseo del campo inflador de tomar una posición en la que su energía sea mínima, el proceso de expansión adquirió un carácter creciente, como resultado de lo cual el Universo comenzó a aumentar de tamaño. En el momento de la expansión (10 -34), el falso vacío comienza a desintegrarse, como resultado de lo cual comienzan a formarse partículas y antipartículas de altas energías.
En la historia del Universo, comienza la era de los hadrones, una característica importante de la cual es la existencia de partículas y antipartículas. Según los conceptos modernos, en los primeros microsegundos después del Big Bang, el Universo estaba en un estado de plasma de quarks-gluones. Los quarks son los componentes de todos los hadrones (protones y neutrones), y las partículas neutras son los gluones, portadores de la interacción fuerte, que aseguran la adhesión de los quarks a los hadrones. En los primeros momentos del Universo, estas partículas sólo se formaron y se encontraban en estado libre, gaseoso.
El cromoplasma de los quarks y los gluones suele compararse con el estado líquido de la materia en interacción. En tal fase, los quarks y gluones se liberan de la materia hadrónica y pueden moverse libremente por todo el espacio del plasma, lo que da como resultado la formación de conductividad de color.
A pesar de las temperaturas extremadamente altas, los quarks estaban suficientemente unidos, y su movimiento se parecía más al movimiento de los átomos en un líquido que en un gas. Además, bajo tales condiciones, ocurre otra transición de fase, en la que los quarks ligeros que componen la materia pierden masa.
Las observaciones de CMB mostraron que la abundancia inicial de partículas en comparación con el número de antipartículas era una fracción insignificante del total. Y fueron estos protones en exceso los que fueron suficientes para crear la sustancia del Universo.
Algunos científicos creen que en la era de los hadrones también hubo un ocultamiento de la materia. Se desconoce el portador de la masa oculta, pero las partículas elementales como los axiones se consideran las más probables.
Durante el desarrollo de la explosión, la temperatura descendió y después de una décima de segundo llegó a 3*10 10 grados centígrados. En un segundo, diez mil millones de grados, y en trece segundos, tres mil millones. Esto ya fue suficiente para que los electrones y los positrones comenzaran a anagilarse más rápido. La energía liberada durante la anagilación redujo gradualmente la velocidad de enfriamiento del universo, pero la temperatura siguió cayendo.
El período de 10-4-10 s se denomina comúnmente la era de los leptones. Cuando la energía de las partículas y los fotones disminuyó cien veces, la materia se llenó de leptones, electrones y positrones. La era de los leptones comienza con la descomposición de los últimos hadrones en muones y neutrinos muónicos, y termina después de unos segundos, cuando la energía del fotón ha disminuido drásticamente y la generación de pares electrón-positrón ha cesado.
Alrededor de una centésima de segundo después del Big Bang, la temperatura del universo era de 10 a 11 grados centígrados. Esto es mucho más caliente que el centro de cualquier estrella que conozcamos. Esta temperatura es tan alta que ninguno de los componentes de la materia ordinaria, átomos y moléculas, podría existir. En cambio, el joven universo constaba de partículas elementales. Una de estas partículas eran los electrones, las partículas cargadas negativamente que forman las partes externas de todos los átomos. Las otras partículas eran positrones, partículas cargadas positivamente con una masa exactamente igual a la masa de un electrón. Además, había neutrinos de varios tipos, partículas fantasmales que no tenían masa ni carga eléctrica. Pero los neutrinos y los antineutrinos no se aniquilaron entre sí, porque estas partículas interactúan muy débilmente entre sí y con otras partículas. Por lo tanto, todavía deberían encontrarse a nuestro alrededor, y podrían ser una buena manera de probar el modelo caliente del universo primitivo. Sin embargo, las energías de estas partículas ahora son demasiado bajas para observarlas.
Durante la era de los leptones, había partículas como protones y neutrones. Y finalmente, había luz en el Universo, que, según la teoría cuántica, consiste en fotones. Proporcionalmente, había mil millones de electrones por un neutrón y un protón. Todas estas partículas nacían continuamente de pura energía, y luego se aniquilaban, formando otro tipo de partículas. La densidad en el universo primitivo a estas altas temperaturas era cuatro mil millones de veces mayor que la del agua.
Como se mencionó anteriormente, es durante este período que tiene lugar un intenso nacimiento en las reacciones nucleares de varios tipos de neutrinos fantasma, que se denomina reliquia.
Comienza la era de la radiación, al comienzo de la cual el Universo entra en la era de la radiación. Al comienzo de la era (10 s), la radiación interactuó intensamente con partículas cargadas de protones y electrones. Debido a la caída de la temperatura, los fotones se enfriaron y, como resultado de numerosas dispersiones en las partículas que retroceden, parte de su energía se llevó.
Unos cien segundos después del Big Bang, la temperatura desciende a mil millones de grados, que es la temperatura de las estrellas más calientes. En tales condiciones, la energía de los protones y los neutrones ya no es suficiente para resistir la fuerte atracción nuclear, y comienzan a combinarse entre sí, formando núcleos de hidrógeno pesados en deuterio. Luego, los núcleos de deuterio se unen a otros neutrones y protones y se convierten en núcleos de helio. Después de eso, se forman elementos más pesados: litio y berilio. La formación primaria de núcleos atómicos de la sustancia emergente no duró mucho. Después de tres minutos, las partículas se habían dispersado tanto que las colisiones eran raras. Según el modelo caliente del Big Bang, alrededor de una cuarta parte de los protones y neutrones deberían haberse convertido en átomos de helio, hidrógeno y otros elementos. Las partículas elementales restantes se descompusieron en protones, que representan los núcleos del hidrógeno ordinario.
Pocas horas después del Big Bang, cesó la producción de helio y otros elementos. Durante un millón de años, el universo siguió expandiéndose y casi nada más sucedió. La materia que existía en ese momento comenzó a expandirse y enfriarse. Mucho más tarde, después de cientos de miles de años, la temperatura descendió a varios miles de grados y la energía de los electrones y los núcleos no fue suficiente para superar la atracción electromagnética entre ellos. Comenzaron a chocar entre sí, formando los primeros átomos de hidrógeno y helio (Fig. 2).
Big Bang. Así se llama la teoría, o más bien una de las teorías, del origen o, si se quiere, de la creación del Universo. El nombre, quizás, es demasiado frívolo para un evento tan aterrador e imponente. Especialmente intimidante si alguna vez te has hecho preguntas muy difíciles sobre el universo.
Por ejemplo, si el universo es todo lo que es, ¿cómo empezó? ¿Y qué pasó antes de eso? Si el espacio no es infinito, ¿qué hay más allá? ¿Y exactamente en qué debería colocarse este algo? ¿Cómo puedes entender la palabra "infinito"?
Estas cosas son difíciles de entender. Además, cuando empiezas a pensar en ello, tienes una extraña sensación de algo majestuoso, terrible. Pero las preguntas sobre el universo son una de las preguntas más importantes que la humanidad se ha hecho a lo largo de su historia.
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¿Cuál fue el comienzo de la existencia del universo?
La mayoría de los científicos están convencidos de que el comienzo de la existencia del universo fue establecido por una gran explosión grandiosa de materia que ocurrió hace unos 15 mil millones de años. Durante muchos años, la mayoría de los científicos compartieron la hipótesis de que el comienzo del universo fue causado por una gran explosión, que los científicos llamaron en broma el "Big Bang". En su opinión, toda la materia y todo el espacio, que ahora está representado por miles de millones y millones de galaxias y estrellas, hace 15 mil millones de años caben en un espacio diminuto no más grande que unas pocas palabras en esta oración.
¿Cómo se formó el universo?
Los científicos creen que hace 15 mil millones de años, este pequeño volumen explotó en diminutas partículas más pequeñas que los átomos, dando lugar a la existencia del universo. Inicialmente, era una nebulosa de pequeñas partículas. Más tarde, cuando estas partículas se combinaron, se formaron los átomos. Las galaxias estelares se formaron a partir de átomos. Desde ese Big Bang, el universo ha continuado expandiéndose como un globo inflado.
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Dudas sobre la teoría del Big Bang
Pero en los últimos años, los científicos que estudian la estructura del universo han hecho algunos descubrimientos inesperados. Algunos de ellos cuestionan la teoría del Big Bang. Qué puedes hacer, nuestro mundo no siempre se corresponde con nuestras cómodas ideas sobre él.
Distribución de la materia durante una explosión.
Un problema es la forma en que la materia se distribuye por todo el universo. Cuando un objeto explota, su contenido se dispersa uniformemente en todas las direcciones. En otras palabras, si la materia se comprimió inicialmente en un pequeño volumen y luego explotó, entonces la materia debería haberse distribuido uniformemente por el espacio del Universo.
La realidad, sin embargo, es muy diferente de las representaciones esperadas. Vivimos en un universo lleno de manera muy desigual. Al mirar al espacio, grupos separados de materia aparecen lejos unos de otros. Enormes galaxias están dispersas aquí y allá en el espacio exterior. Entre
La idea del desarrollo del Universo condujo naturalmente a la formulación del problema del comienzo de la evolución (nacimiento) del Universo y su
fin (muerte). Actualmente, existen varios modelos cosmológicos que explican ciertos aspectos del origen de la materia en el Universo, pero no explican las causas y el proceso del nacimiento del Universo mismo. De la totalidad de las teorías cosmológicas modernas, sólo la teoría del Big Bang de Gamow ha sido capaz de explicar satisfactoriamente casi todos los hechos relacionados con este problema hasta el momento. Las principales características del modelo del Big Bang han sobrevivido hasta nuestros días, aunque más tarde fueron complementadas por la teoría de la inflación, o teoría del Universo en expansión, desarrollada por los científicos estadounidenses A. Gut y P. Steinhardt y complementada por el físico soviético. ANUNCIO Linda.
En 1948, el destacado físico estadounidense de origen ruso G. Gamow sugirió que el Universo físico se formó como resultado de una gigantesca explosión ocurrida hace unos 15 mil millones de años. Entonces toda la materia y toda la energía del Universo se concentraron en un diminuto coágulo superdenso. Si crees en los cálculos matemáticos, al comienzo de la expansión, el radio del Universo era completamente igual a cero y su densidad es igual al infinito. Este estado inicial se llama singularidad - volumen puntual con densidad infinita. Las leyes conocidas de la física no funcionan en la singularidad. En este estado, los conceptos de espacio y tiempo pierden su significado, por lo que no tiene sentido preguntar dónde estaba este punto. Además, la ciencia moderna no puede decir nada sobre las razones de la aparición de tal estado.
Sin embargo, de acuerdo con el principio de incertidumbre de Heisenberg, la materia no se puede jalar a un punto, por lo que se cree que el Universo en su estado inicial tenía una cierta densidad y dimensiones. Según algunas estimaciones, si toda la materia del Universo observable, que se estima en unos 10 61 g, se comprime hasta una densidad de 10 94 g/cm 3 , ocupará un volumen de unos 10 -33 cm 3 . Sería imposible verlo en cualquier microscopio electrónico. Durante mucho tiempo no se pudo decir nada sobre las causas del Big Bang y la transición del Universo a la expansión. Pero hoy existen algunas hipótesis que intentan explicar estos procesos. Subyacen al modelo inflacionario del desarrollo del Universo.
"Comienzo" del Universo
La idea principal del concepto del Big Bang es que el Universo en sus primeras etapas de origen tenía un estado inestable similar al vacío con una alta densidad de energía. Esta energía se originó a partir de la radiación cuántica, es decir, como si de la nada. El hecho es que en el vacío físico no existen
partículas, campos y ondas, pero esto no es un vacío sin vida. En el vacío existen partículas virtuales que nacen, tienen una existencia fugaz y desaparecen inmediatamente. Por lo tanto, el vacío "hierve" con partículas virtuales y se satura con interacciones complejas entre ellas. Además, la energía contenida en el vacío se encuentra, por así decirlo, en sus diferentes pisos, es decir. hay un fenómeno de diferencias en los niveles de energía del vacío.
Mientras el vacío está en equilibrio, solo hay partículas virtuales (fantasmales) en él, que toman prestada energía del vacío durante un corto período de tiempo para nacer y rápidamente devuelven la energía prestada para desaparecer. Cuando, por alguna razón, el vacío en algún punto inicial (singularidad) se excitó y abandonó el estado de equilibrio, entonces las partículas virtuales comenzaron a capturar energía sin retroceso y se convirtieron en partículas reales. Al final, en un punto determinado del espacio, se formaron una gran cantidad de partículas reales, junto con la energía asociada a ellas. Cuando el vacío excitado colapsó, se liberó una energía de radiación gigantesca y la superpotencia comprimió las partículas en materia superdensa. Las condiciones extremas del "comienzo", cuando incluso el espacio-tiempo estaba deformado, sugieren que el vacío también estaba en un estado especial, que se llama un "falso" vacío. Se caracteriza por una energía de altísima densidad, que corresponde a una altísima densidad de materia. En este estado de la materia, pueden surgir fuertes tensiones, presiones negativas, equivalentes a una repulsión gravitatoria de tal magnitud que provocó una expansión desenfrenada y rápida del Universo - el Big Bang. Este fue el primer impulso, el “comienzo” de nuestro mundo.
A partir de este momento comienza la rápida expansión del Universo, surgen el tiempo y el espacio. En este momento, hay una inflación desenfrenada de "burbujas del espacio", los embriones de uno o varios universos, que pueden diferir entre sí en sus leyes y constantes fundamentales. Uno de ellos se convirtió en el embrión de nuestra Metagalaxia.
Según varias estimaciones, el período de "inflación", que avanza exponencialmente, toma un período de tiempo inimaginablemente corto, hasta 10 - 33 s después del "comienzo". Se llama período de inflación. Durante este tiempo, el tamaño del universo ha aumentado 1050 veces, desde una mil millonésima parte del tamaño de un protón hasta el tamaño de una caja de fósforos.
Al final de la fase de inflación, el universo estaba vacío y frío, pero cuando la inflación se secó, el universo de repente se volvió extremadamente "caliente". Este estallido de calor que iluminó el cosmos se debe a las enormes reservas de energía contenidas en el "falso" vacío. Este estado de vacío es muy inestable y tiende a decaer. Cuándo
termina la decadencia, desaparece la repulsión y también la inflación. Y la energía, unida en forma de muchas partículas reales, se liberó en forma de radiación, lo que instantáneamente calentó el Universo a 10 27 K. A partir de ese momento, el Universo se desarrolló de acuerdo con la teoría estándar del Big "caliente". Estallido.
Evolución temprana del universo
Inmediatamente después del Big Bang, el Universo era un plasma de partículas elementales de todo tipo y sus antipartículas en estado de equilibrio termodinámico a una temperatura de 10 27 K, que se transformaban libremente unas en otras. Solo existían interacciones gravitatorias y grandes (Grandes) en este grupo. Luego, el Universo comenzó a expandirse, al mismo tiempo que disminuyó su densidad y temperatura. La evolución posterior del Universo tuvo lugar en etapas y estuvo acompañada, por un lado, por la diferenciación y, por otro lado, por la complicación de sus estructuras. Las etapas de la evolución del Universo difieren en las características de la interacción de las partículas elementales y se denominan eras Los cambios más importantes tomaron menos de tres minutos.
era de los hadrones duró 10 -7 s. En esta etapa, la temperatura desciende a 10 13 K. Al mismo tiempo, aparecen las cuatro interacciones fundamentales, cesa la libre existencia de los quarks, se fusionan en hadrones, los más importantes de los cuales son los protones y los neutrones. El evento más significativo fue la ruptura de la simetría global que se produjo en los primeros momentos de la existencia de nuestro Universo. El número de partículas resultó ser ligeramente mayor que el número de antipartículas. Las razones de esta asimetría aún se desconocen. En un grupo común similar al plasma, por cada mil millones de pares de partículas y antipartículas, una partícula resultó ser más, le faltaba un par para la aniquilación. Esto determinó la aparición posterior del Universo material con galaxias, estrellas, planetas y seres inteligentes en algunos de ellos.
era de los leptones duró hasta 1 s después del inicio. La temperatura del Universo descendió a 10 10 K. Sus elementos principales fueron los leptones, que participaron en las transformaciones mutuas de protones y neutrones. Al final de esta era, la materia se volvió transparente para los neutrinos; dejaron de interactuar con la materia y desde entonces han sobrevivido hasta nuestros días.
Era de la radiación (era de los fotones) duró 1 millón de años. Durante este tiempo, la temperatura del Universo disminuyó de 10 mil millones K a 3000 K. Durante esta etapa, tuvieron lugar los procesos de nucleosíntesis primaria, los más importantes para la evolución posterior del Universo: la combinación de protones y neutrones (hay eran unas 8 veces menos
menos que los protones) en núcleos atómicos. Al final de este proceso, la materia del Universo consistía en 75% de protones (núcleos de hidrógeno), alrededor del 25% eran núcleos de helio, centésimas de un por ciento cayeron en deuterio, litio y otros elementos ligeros, después de lo cual el Universo se volvió transparente para fotones, ya que la radiación se separó de la materia y formó lo que en nuestra era se llama radiación reliquia.
Luego, durante casi 500 mil años, no ocurrieron cambios cualitativos: el Universo se enfrió y expandió lentamente. El universo, si bien permaneció homogéneo, se volvió cada vez más enrarecido. Cuando se enfrió a 3000 K, los núcleos de átomos de hidrógeno y helio ya podían capturar electrones libres y convertirse en átomos neutros de hidrógeno y helio. Como resultado, se formó un Universo homogéneo, que era una mezcla de tres sustancias que casi no interactuaban: materia bariónica (hidrógeno, helio y sus isótopos), leptones (neutrinos y antineutrinos) y radiación (fotones). En este momento no había altas temperaturas y altas presiones. Parecía que, a largo plazo, el Universo esperaba una mayor expansión y enfriamiento, la formación de un "desierto de leptones", algo así como la muerte por calor. Pero esto no sucedió; por el contrario, hubo un salto que creó el universo estructural moderno, que, según las estimaciones modernas, tomó de 1 a 3 mil millones de años.
Todo el mundo ha oído hablar de la teoría del Big Bang, que explica (al menos por ahora) el nacimiento de nuestro universo. Sin embargo, en los círculos científicos siempre habrá quienes quieran desafiar las ideas; por cierto, a menudo surgen grandes descubrimientos a partir de esto.
Sin embargo, Dicke se dio cuenta de que si este modelo fuera real, entonces no habría dos tipos de estrellas: Población I y Población II, estrellas jóvenes y viejas. Y lo fueron. Esto significa que el Universo que nos rodea, sin embargo, se desarrolló a partir de un estado caliente y denso. Aunque no haya sido el único Big Bang de la historia.
Increíble, ¿verdad? ¿De repente hubo varias de estas explosiones? ¿Docenas, cientos? La ciencia aún tiene que averiguarlo. Dicke sugirió a su colega Peebles que calculara la temperatura requerida para los procesos descritos y la temperatura probable de la radiación residual en nuestros días. Los cálculos aproximados de Peebles mostraron que hoy el universo debería estar lleno de radiación de microondas con una temperatura de menos de 10 K, y Roll y Wilkinson ya se estaban preparando para buscar esta radiación cuando sonó la campana...
Dificultades en la traducción
Sin embargo, aquí vale la pena transportarse a otro rincón del mundo: a la URSS. Lo más cercano al descubrimiento del fondo cósmico de microondas fue (¡y tampoco terminó el trabajo!) en la URSS. Después de haber realizado una gran cantidad de trabajo en el transcurso de varios meses, cuyo informe se publicó en 1964, los científicos soviéticos parecían juntar todas las piezas del rompecabezas, solo faltaba una. Yakov Borisovich Zeldovich, uno de los gigantes de la ciencia soviética, realizó cálculos similares a los realizados por el equipo de Gamow (un físico soviético residente en EE. UU.), y también llegó a la conclusión de que el Universo debió comenzar con un calor Big Bang, que dejó radiación de fondo con una temperatura de unos pocos kelvins.
Yakov Borísovich Zeldovich, -
Incluso conocía un artículo de Ed Ohm en Bell System Technical Journal que calculó aproximadamente la temperatura del CMB, pero malinterpretó los hallazgos del autor. ¿Por qué los investigadores soviéticos no se dieron cuenta de que Ohm ya había descubierto esta radiación? Por un error de traducción. El artículo de Ohm afirmaba que midió la temperatura del cielo en aproximadamente 3 K. Esto significaba que había restado todas las posibles fuentes de interferencia de radio y que 3 K era la temperatura del fondo restante.
Sin embargo, por coincidencia, la misma (3 K) fue la temperatura de la radiación de la atmósfera, corrección que también hizo Ohm. Los especialistas soviéticos erróneamente decidieron que eran estos 3 K los que le quedaban a Ohm después de todos los ajustes anteriores, los restaron también y se quedaron sin nada.
Hoy en día, tales malentendidos se eliminarían fácilmente mediante correspondencia electrónica, pero a principios de la década de 1960, la comunicación entre los científicos de la Unión Soviética y los Estados Unidos era muy difícil. Esta fue la razón de un error tan vergonzoso.
El premio Nobel que se escapó
Volvamos al día en que sonó el teléfono en el laboratorio de Dicke. Resulta que, al mismo tiempo, los astrónomos Arno Penzias y Robert Wilson informaron que accidentalmente lograron captar un débil ruido de radio proveniente de todo. No sabían entonces que a otro equipo de científicos se le ocurrió de forma independiente la idea de la existencia de tal radiación e incluso comenzaron a construir un detector para buscarla. Era el equipo de Dicke y Peebles.
Más sorprendente aún es el hecho de que la radiación cósmica de fondo de microondas, o, como también se le llama, la radiación reliquia, fue descrita más de diez años antes en el marco del modelo de la aparición del Universo como resultado del Big Bang. por Georgy Gamow y sus colegas. Ningún grupo de científicos lo sabía.
Penzias y Wilson se enteraron accidentalmente del trabajo de los científicos dirigidos por Dicke y decidieron llamarlos para discutirlo. Dicke escuchó atentamente a Penzias e hizo algunos comentarios. Después de colgar, se volvió hacia sus compañeros y les dijo: “Chicos, hemos saltado”.
Casi 15 años después, después de que numerosas mediciones realizadas en varias longitudes de onda por muchos grupos de astrónomos confirmaran que la radiación que descubrieron era de hecho el eco reliquia del Big Bang, que tiene una temperatura de 2,712 K, Penzias y Wilson compartieron el Premio Nobel por su invención. Aunque al principio ni siquiera querían escribir un artículo sobre su descubrimiento, ¡porque lo consideraban insostenible y no encajaba en el modelo de Universo estacionario al que se adherían!
Se dice que Penzias y Wilson considerarían suficiente para ellos ser mencionados como el quinto y sexto nombre de la lista después de Dicke, Peebles, Roll y Wilkinson. En este caso, el Premio Nobel, al parecer, habría ido a parar a Dicke. Pero todo sucedió como sucedió.
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El Big Bang pertenece a la categoría de teorías que intentan rastrear completamente la historia del nacimiento del Universo, para determinar los procesos iniciales, actuales y finales en su vida.
¿Había algo antes de que apareciera el universo? Esta pregunta fundamental, casi metafísica, la siguen haciendo los científicos hasta el día de hoy. El surgimiento y evolución del universo siempre ha sido y sigue siendo objeto de acalorados debates, hipótesis increíbles y teorías mutuamente excluyentes. Las principales versiones sobre el origen de todo lo que nos rodea, según la interpretación de la iglesia, se suponía que era una intervención divina, y el mundo científico apoyó la hipótesis de Aristóteles sobre la naturaleza estática del universo. Este último modelo fue seguido por Newton, quien defendió la infinitud y la constancia del Universo, y por Kant, quien desarrolló esta teoría en sus escritos. En 1929, el astrónomo y cosmólogo estadounidense Edwin Hubble cambió radicalmente la forma en que los científicos ven el mundo.
No solo descubrió la presencia de numerosas galaxias, sino también la expansión del Universo, un aumento isotrópico continuo en el tamaño del espacio exterior, que comenzó en el momento del Big Bang.
¿A quién debemos el descubrimiento del Big Bang?
El trabajo de Albert Einstein sobre la teoría de la relatividad y sus ecuaciones gravitatorias permitieron a de Sitter crear un modelo cosmológico del universo. Se vinculó más investigación a este modelo. En 1923, Weyl sugirió que la materia colocada en el espacio exterior debe expandirse. El trabajo del destacado matemático y físico A. A. Fridman es de gran importancia en el desarrollo de esta teoría. Allá por 1922 permitió la expansión del Universo y llegó a conclusiones razonables de que el comienzo de toda la materia estaba en un punto infinitamente denso, y el desarrollo de todo estuvo dado por el Big Bang. En 1929, Hubble publicó sus artículos explicando la subordinación de la velocidad radial a la distancia, más tarde este trabajo se conoció como "Ley de Hubble".
G. A. Gamov, basándose en la teoría del Big Bang de Friedman, desarrolló la idea de una alta temperatura de la sustancia inicial. También sugirió la presencia de radiación cósmica, que no desapareció con la expansión y el enfriamiento del mundo. El científico hizo cálculos preliminares de la posible temperatura de la radiación residual. El valor que asumió estaba en el rango de 1 a 10 K. En 1950, Gamow hizo cálculos más precisos y anunció el resultado en 3 K. En 1964, los radioastrónomos de América mejoraron la antena eliminando todas las señales posibles y determinaron los parámetros. de la radiación cósmica. Su temperatura resultó ser de 3 K. Esta información se convirtió en la confirmación más importante del trabajo de Gamow y de la existencia de radiación cósmica de fondo de microondas. Las mediciones posteriores del fondo cósmico, realizadas en el espacio exterior, finalmente demostraron la exactitud de los cálculos del científico. Puede familiarizarse con el mapa de radiación relicto en.
Ideas modernas sobre la teoría del Big Bang: ¿cómo sucedió?
La teoría del Big Bang se ha convertido en uno de los modelos que explican de manera integral el surgimiento y desarrollo del Universo que conocemos. Según la versión ampliamente aceptada hoy en día, originalmente había una singularidad cosmológica, un estado de densidad y temperatura infinitas. Los físicos desarrollaron una justificación teórica para el nacimiento del Universo a partir de un punto que tenía un grado extraordinario de densidad y temperatura. Después de la aparición del Big Bang, el espacio y la materia del Cosmos comenzaron un proceso continuo de expansión y enfriamiento estable. Según estudios recientes, el comienzo del universo se estableció hace al menos 13.700 millones de años.
Períodos iniciales en la formación del Universo
El primer momento, cuya reconstrucción permiten las teorías físicas, es la época de Planck, cuya formación fue posible entre 10 y 43 segundos después del Big Bang. La temperatura de la materia alcanzó 10*32 K, y su densidad fue de 10*93 g/cm3. Durante este período, la gravedad se independizó, separándose de las interacciones fundamentales. La incesante expansión y disminución de la temperatura provocó una transición de fase de las partículas elementales.
El siguiente período, caracterizado por la expansión exponencial del Universo, llegó en otros 10 a 35 segundos. Se le llamó "inflación cósmica". Hubo una expansión abrupta, muchas veces mayor de lo habitual. Este período dio respuesta a la pregunta, ¿por qué la temperatura en diferentes puntos del Universo es la misma? Después del Big Bang, la materia no se dispersó inmediatamente por el Universo, durante otros 10-35 segundos fue bastante compacta y se estableció en ella un equilibrio térmico, que no se alteró durante la expansión inflacionaria. El período proporcionó el material base, el plasma de quarks y gluones, que se utilizó para formar protones y neutrones. Este proceso tuvo lugar después de una nueva disminución de la temperatura, se llama "bariogénesis". El origen de la materia estuvo acompañado por la aparición simultánea de la antimateria. Dos sustancias antagónicas se aniquilaron, convirtiéndose en radiación, pero prevaleció el número de partículas ordinarias, lo que permitió que surgiera el universo.
La siguiente transición de fase, que ocurrió después de la disminución de la temperatura, condujo a la aparición de partículas elementales que conocemos. La era de la "nucleosíntesis" que siguió estuvo marcada por la unión de protones en isótopos ligeros. Los primeros núcleos formados tuvieron una vida útil corta, se descompusieron durante las inevitables colisiones con otras partículas. Elementos más estables surgieron ya después de tres minutos después de la creación del mundo.
El siguiente hito significativo fue el dominio de la gravedad sobre otras fuerzas disponibles. Después de 380 mil años desde la época del Big Bang, apareció el átomo de hidrógeno. El aumento de la influencia de la gravedad sirvió como fin del período inicial de formación del Universo y dio lugar al proceso de aparición de los primeros sistemas estelares.
Incluso después de casi 14 mil millones de años, el fondo cósmico de microondas aún permanece. Su existencia en combinación con el corrimiento al rojo se da como argumento en apoyo de la validez de la teoría del Big Bang.
Singularidad cosmológica
Si, utilizando la teoría general de la relatividad y el hecho de la continua expansión del Universo, volvemos al principio de los tiempos, entonces las dimensiones del Universo serán iguales a cero. El momento inicial de la ciencia no puede describir con precisión el uso del conocimiento físico. Las ecuaciones aplicadas no son adecuadas para un objeto tan pequeño. Se necesita una simbiosis que pueda combinar la mecánica cuántica y la relatividad general, pero, lamentablemente, aún no se ha creado.
Evolución del Universo: ¿qué le espera en el futuro?
Los científicos están considerando dos escenarios posibles: la expansión del universo nunca terminará, o llegará a un punto crítico y comenzará el proceso inverso: la compresión. Esta elección fundamental depende del valor de la densidad media de la sustancia en su composición. Si el valor calculado es menor que el valor crítico, el pronóstico es favorable, si es mayor, entonces el mundo volverá a un estado singular. Los científicos actualmente no conocen el valor exacto del parámetro descrito, por lo que la cuestión del futuro del universo está en el aire.
La relación de la religión con la teoría del Big Bang
Las principales religiones de la humanidad: el catolicismo, la ortodoxia, el islam, a su manera, apoyan este modelo de creación del mundo. Los representantes liberales de estas denominaciones religiosas están de acuerdo con la teoría del surgimiento del universo como resultado de una interferencia inexplicable, definida como el Big Bang.
El nombre mundialmente famoso de la teoría, "Big Bang", fue presentado sin saberlo por el oponente de la versión de la expansión del Universo de Hoyle. Consideró tal idea "completamente insatisfactoria". Después de la publicación de sus conferencias temáticas, el interesante término fue recogido inmediatamente por el público.
Las causas del Big Bang no se conocen con certeza. Según una de las muchas versiones, propiedad de A. Yu. Glushko, la sustancia original comprimida en un punto era un hiperagujero negro, y la explosión fue causada por el contacto de dos de esos objetos que consisten en partículas y antipartículas. Durante la aniquilación, la materia sobrevivió parcialmente y dio origen a nuestro Universo.
Los ingenieros Penzias y Wilson, que descubrieron la radiación cósmica de fondo de microondas, recibieron el Premio Nobel de Física.
Las lecturas de temperatura del CMB fueron inicialmente muy altas. Después de varios millones de años, este parámetro resultó estar dentro de los límites que aseguran el origen de la vida. Pero en este período, solo se había logrado formar una pequeña cantidad de planetas.
Las observaciones e investigaciones astronómicas ayudan a encontrar respuestas a las preguntas más importantes para la humanidad: "¿Cómo apareció todo y qué nos espera en el futuro?". A pesar de que no todos los problemas han sido resueltos, y la causa raíz del surgimiento del Universo no tiene una explicación estricta y armoniosa, la teoría del Big Bang ha encontrado un número suficiente de confirmaciones que la convierten en el modelo principal y aceptable para el surgimiento del universo.
