Singularitatea cosmologică misterioasă este urmată de nu mai puțin misterioasă era Planck (0 -10 -43 s). Este greu de spus ce procese au avut loc în acest scurt moment al Universului nou-născut. Dar se știe cu siguranță că până la sfârșitul momentului Planck, influența gravitațională s-a separat de cele trei forțe fundamentale, combinate într-un singur grup al Marii Uniri.
Pentru a descrie momentul anterior, este nevoie de o nouă teorie, din care pot face parte modelul gravitației cuantice bucle și teoria corzilor. Se dovedește că epoca Planck, ca și singularitatea cosmologică, constituie un decalaj ultra-mic de durată, dar semnificativ în greutate științifică în cunoștințele disponibile despre Universul timpuriu. De asemenea, în timpul Planckian, au existat fluctuații deosebite ale spațiului și timpului. Pentru a descrie acest haos cuantic, puteți folosi imaginea celulelor cuantice spumante din spațiu-timp.
În comparație cu epoca Planck, alte evenimente apar în fața noastră într-o lumină strălucitoare și de înțeles. În perioada de la 10 -43 s la 10 -35 s, forțele gravitației și Marea Unire acționau deja în tânărul Univers. În această perioadă, influențele puternice, slabe și electromagnetice au constituit un singur întreg și au constituit câmpul de forță al Marii Uniri.
Când au trecut 10 -35 s din momentul Big Bang, Universul a atins o temperatură de 10 29 K. În acel moment, interacțiunea puternică s-a separat de cea electroslabă. Acest lucru a dus la o ruptură de simetrie care s-a întâmplat în moduri diferite în diferite părți ale universului. Există posibilitatea ca Universul să fi fost împărțit în părți, care au fost îngrădite unele de altele prin defecte spațiu-timp. Acolo ar putea exista și alte defecte - corzi cosmice sau monopoluri magnetice. Cu toate acestea, astăzi nu putem vedea acest lucru din cauza unei alte diviziuni a puterii Marii Uniri - inflația cosmologică.
În acel moment, Universul era plin cu un gaz de gravitoni - cuante ipotetice ale câmpului gravitațional și bosoni ai forței Marii Unificări. În același timp, nu a existat aproape nicio diferență între leptoni și quarci.
Când a avut loc separarea forțelor în unele părți ale universului, a fost creat un vid fals. Energia este blocată la un nivel ridicat, forțând spațiul să se dubleze la fiecare 10 -34 de secunde. Astfel, Universul de la scări cuantice (o miliardime dintr-o trilionime dintr-o trilionime dintr-un centimetru) s-a mutat la dimensiunea unei sfere cu un diametru de aproximativ 10 cm. Ca urmare a erei Marii Uniri, o tranziție de fază a materiei primare a avut loc, care a fost însoțită de o încălcare a uniformității densității sale. Epoca Marii Uniri s-a încheiat în aproximativ 10? 34 de secunde din momentul Big Bang, când densitatea materiei era de 10 74 g/cm3, iar temperatura a fost de 10 27 K. condiții. Această separare a condus la următoarea tranziție de fază și la expansiunea pe scară largă a Universului, ceea ce a dus la o schimbare a densității materiei și a distribuției acesteia în tot Universul.
Unul dintre motivele pentru care știm atât de puțin despre starea Universului înainte de inflație este că evenimentele ulterioare l-au schimbat foarte mult, împrăștiind particule înainte de vârsta inflaționară în cele mai îndepărtate colțuri ale Universului. Prin urmare, chiar dacă aceste particule au supraviețuit, este destul de dificil să le detectăm în materia modernă.
Odată cu dezvoltarea rapidă a Universului, au loc mari schimbări, iar perioada Marii Uniri este urmată de epoca inflației (10 -35 - 10 -32). Această eră este caracterizată de expansiunea ultra-rapidă a Universului tânăr, adică inflația. În acest scurt moment, Universul a fost un ocean de vid fals cu o densitate mare de energie, datorită căruia expansiunea a devenit posibilă. În acest caz, parametrii vidului se schimbau constant din cauza exploziilor cuantice - fluctuații (spumarea spațiu-timp).
Inflația explică natura exploziei din Big Bang, adică de ce a avut loc o expansiune rapidă a universului. Teoria generală a relativității și teoria câmpului cuantic a lui Einstein au servit drept bază pentru descrierea acestui fenomen. Pentru a descrie acest fenomen, fizicienii au construit un câmp inflator ipotetic care a umplut întreg spațiul. Datorită fluctuațiilor aleatoare, a luat valori diferite în regiuni spațiale arbitrare și în momente diferite. Apoi, s-a format o configurație uniformă de dimensiune critică în câmpul de umflare, după care regiunea spațială ocupată de fluctuație a început să crească rapid în dimensiune. Datorită tendinței câmpului de umflare de a ocupa o poziție în care energia sa este minimă, procesul de expansiune a căpătat un caracter crescător, în urma căruia Universul a început să crească în dimensiuni. În momentul expansiunii (10 -34), vidul fals a început să se dezintegreze, în urma căruia încep să se formeze particule și antiparticule de energii înalte.
Istoria Universului intră în era hadronică, o caracteristică importantă a căreia este existența particulelor și antiparticulelor. Conform conceptelor moderne, în primele microsecunde după Big Bang, Universul se afla în starea unei plasme de quarc-gluoni. Cuarcii sunt părțile constitutive ale tuturor hadronilor (protoni și neutroni), iar particulele neutre sunt gluoni-purtători de interacțiune puternică, care asigură coalescența quarcilor în hadroni. În primele momente ale Universului, aceste particule tocmai se formau și se aflau într-o stare liberă, gazoasă.
Cromoplasma quarcilor și gluonilor este de obicei comparată cu starea lichidă a materiei care interacționează. În această fază, quarcii și gluonii sunt eliberați de materia hadronică și se pot mișca liber în spațiul plasmei, în urma căreia se formează conductivitatea culorii.
În ciuda temperaturilor extrem de ridicate, quarcurile erau destul de conectate între ele, iar mișcarea lor semăna cu mișcarea atomilor într-un lichid mai degrabă decât într-un gaz. De asemenea, în astfel de condiții, are loc o altă tranziție de fază, în care cuarcii de lumină care alcătuiesc substanța devin fără masă.
Observațiile fondului relicte au arătat că abundența inițială a particulelor în comparație cu numărul de antiparticule a fost o fracțiune neglijabilă din total. Și acești protoni în exces au fost suficienti pentru a crea substanța Universului.
Unii oameni de știință cred că a existat și o ascundere a materiei în era hadronului. Purtătorul masei ascunse este necunoscut, dar particulele elementare precum axionii sunt considerate cele mai probabile.
În timpul desfășurării exploziei, temperatura a scăzut și după o zecime de secundă a ajuns la 3 * 10 10 grade Celsius. Într-o secundă - zece mii de milioane de grade și în treisprezece secunde - trei mii de milioane. Acest lucru a fost deja suficient pentru ca electronii și pozitronii să înceapă să se anihileze mai repede. Energia eliberată în timpul anihilării a încetinit treptat rata de răcire a universului, dar temperatura a continuat să scadă.
Perioada de la 10-4-10 s este de obicei numită era leptonică. Când energia particulelor și fotonilor a scăzut de o sută de ori, materia a fost umplută cu leptoni-electroni și pozitroni. Era leptonilor începe cu descompunerea ultimilor hadroni în muoni și neutrini muonici și se termină în câteva secunde, când energia fotonului a scăzut brusc și generarea de perechi electron-pozitron s-a oprit.
La aproximativ o sutime de secundă după Big Bang, temperatura universului a fost de 10 11 grade Celsius. Este mult mai fierbinte decât centrul oricărei stele pe care o cunoaștem. Această temperatură este atât de ridicată încât niciuna dintre componentele materiei obișnuite, atomii și moleculele, nu ar putea exista. În schimb, universul tânăr a fost format din particule elementare. Una dintre aceste particule erau electroni, particule încărcate negativ care formează părțile exterioare ale tuturor atomilor. Celelalte particule erau pozitroni, particule încărcate pozitiv cu o masă exact egală cu cea a unui electron. În plus, au existat diferite tipuri de neutrini - particule fantomatice care nu au nici masă, nici încărcătură electrică. Dar neutrinii și antineutrinii nu s-au anihilat între ele, deoarece aceste particule interacționează foarte slab între ele și cu alte particule. Prin urmare, ar trebui să fie încă găsite în jurul nostru și ar putea fi o modalitate bună de a testa modelul unui univers timpuriu fierbinte. Cu toate acestea, energiile acestor particule sunt acum prea scăzute pentru a fi observate.
În timpul erei leptonilor, au existat particule precum protoni și neutroni. În cele din urmă, a existat lumină în univers, care, conform teoriei cuantice, este alcătuită din fotoni. Proporțional, erau o mie de milioane de electroni per neutron și proton. Toate aceste particule s-au născut continuu din energie pură, apoi au fost anihilate, formând alte tipuri de particule. Densitatea în universul timpuriu la temperaturi atât de ridicate era de patru mii de milioane de ori mai mare decât cea a apei.
După cum am menționat mai devreme, în această perioadă are loc o naștere intensă în reacții nucleare a diferitelor tipuri de neutrin fantomă, care se numește neutrin relicvă.
Începe epoca radiațiilor, la începutul căreia Universul intră în epoca radiațiilor. La începutul erei (10 s), radiația a interacționat intens cu particulele încărcate de protoni și electroni. Datorită scăderii temperaturii, fotonii s-au răcit și, ca urmare a numeroaselor împrăștieri pe particulele în retragere, o parte din energia lor a fost dusă.
La aproximativ o sută de secunde după Big Bang, temperatura scade la o mie de milioane de grade, ceea ce corespunde temperaturii celor mai fierbinți stele. În astfel de condiții, energia protonilor și neutronilor nu mai este suficientă pentru a rezista atracției nucleare puternice și încep să se unească între ele, formând nuclee de deuteriu - hidrogen greu. Nucleele de deuteriu ataseaza apoi alti neutroni si protoni si se transforma in nuclee de heliu. După aceea, se formează elemente mai grele - litiu și beriliu. Formarea primară a nucleelor atomice ale materiei în curs de dezvoltare nu a durat mult. După trei minute, particulele au zburat atât de departe încât ciocnirile au fost rare. Conform modelului Big Bang fierbinte, aproximativ un sfert din protoni și neutroni ar fi trebuit convertiți în atomi de heliu, hidrogen și alte elemente. Particulele elementare rămase s-au degradat în protoni, reprezentând nucleele hidrogenului obișnuit.
La câteva ore după Big Bang, formarea heliului și a altor elemente s-a oprit. Timp de un milion de ani, universul a continuat să se extindă și aproape nimic altceva nu s-a întâmplat în el. Materia existentă în acel moment a început să se extindă și să se răcească. Mult mai târziu, după sute de mii de ani, temperatura a scăzut la câteva mii de grade, iar energia electronilor și a nucleelor a devenit insuficientă pentru a depăși atracția electromagnetică care acționează între ei. Au început să se ciocnească unul de altul, formând primii atomi de hidrogen și heliu (Figura 2).
Big Bang. Acesta este numele teoriei, sau mai degrabă una dintre teorii, a originii sau, dacă vreți, a creației Universului. Numele, poate, este prea frivol pentru un eveniment atât de terifiant și uluitor. Mai ales terifiant dacă ți-ai pus vreodată întrebări foarte dificile despre univers.
De exemplu, dacă universul este tot ceea ce este, cum a început? Și ce a venit înainte de asta? Dacă spațiul nu este infinit, atunci ce este dincolo de el? Și în ce anume ar trebui să fie plasat acest ceva? Cum poți înțelege cuvântul „infinit”?
Aceste lucruri sunt greu de înțeles. Mai mult, atunci când începi să te gândești la asta, apare un sentiment ciudat de ceva maiestuos - teribil. Dar întrebările despre univers sunt una dintre cele mai importante întrebări pe care umanitatea și le pune de-a lungul istoriei sale.
Materiale conexe:
Stele și constelații
Care a fost începutul existenței universului?
Majoritatea oamenilor de știință sunt convinși că începutul existenței universului a fost stabilit de o explozie grandioasă de materie care a avut loc acum aproximativ 15 miliarde de ani. Timp de mulți ani, majoritatea oamenilor de știință au împărtășit ipoteza că începutul universului a fost pus de o explozie grandioasă, pe care oamenii de știință au numit-o în glumă „Big Bang”. În opinia lor, toată materia și tot spațiul, care acum este reprezentat de miliarde și milioane de galaxii și stele, acum 15 miliarde de ani se încadrează într-un spațiu slab de cel mult câteva cuvinte din această propoziție.
Cum s-a format universul?
Oamenii de știință cred că în urmă cu 15 miliarde de ani, acest volum mic a explodat în particule minuscule, mai mici decât atomii, inițiind existența universului. Inițial a fost o nebuloasă de particule mici. Mai târziu, când aceste particule au fost combinate, s-au format atomi. Galaxiile stelare s-au format din atomi. De la acest Big Bang, universul a continuat să se extindă ca un balon umflat.
Materiale conexe:
Fapte interesante despre stele
Îndoieli cu privire la teoria Big Bang
Dar în ultimii ani, oamenii de știință care studiază structura universului au făcut câteva descoperiri neașteptate. Unii dintre ei pun la îndoială teoria Big Bang-ului. Ce poți face, lumea noastră nu corespunde întotdeauna ideilor noastre convenabile despre ea.
Distribuția exploziei
O problemă este modul în care materia este distribuită în univers. Când un obiect explodează, conținutul său este împrăștiat uniform în toate direcțiile. Cu alte cuvinte, dacă materia a fost inițial comprimată într-un volum mic și apoi a explodat, atunci materia ar fi trebuit să fie distribuită uniform în spațiul Universului.
Realitatea, însă, este foarte diferită de ceea ce se așteaptă. Trăim într-un univers foarte neuniform. Când priviți în spațiu, apar cheaguri separate de materie, la distanță unul de celălalt. Galaxii uriașe sunt împrăștiate ici și colo în spațiu. Între
Ideea dezvoltării Universului a condus în mod natural la formularea problemei începutului evoluției (nașterii) Universului și a acestuia.
sfârşitul (moartea). În prezent, există mai multe modele cosmologice care explică anumite aspecte ale originii materiei în Univers, dar nu explică motivele și procesul nașterii Universului în sine. Din întregul set de teorii cosmologice moderne, doar teoria Big Bang-ului de G. Gamow a fost capabilă să explice în mod satisfăcător aproape toate faptele asociate cu această problemă. Principalele trăsături ale modelului Big Bang au supraviețuit până în zilele noastre, deși au fost completate ulterior de teoria inflației, sau teoria Universului umflat, dezvoltată de oamenii de știință americani A. Guth și P. Steinhardt și completată de fizicianul sovietic. ANUNȚ Linde.
În 1948, G. Gamow, un fizician american remarcabil de origine rusă, a prezentat presupunerea că universul fizic s-a format ca urmare a unei explozii uriașe care a avut loc acum aproximativ 15 miliarde de ani. Apoi toată materia și toată energia Universului au fost concentrate într-un mănunchi superdens. Dacă credeți în calculele matematice, atunci la începutul expansiunii, raza Universului era complet egală cu zero, iar densitatea sa este egală cu infinitul. Această stare inițială se numește singularitate - volum punctual cu densitate infinită. Legile binecunoscute ale fizicii nu funcționează în singularitate. În această stare, conceptele de spațiu și timp își pierd sensul, așa că nu are sens să ne întrebăm unde a fost acest punct. De asemenea, știința modernă nu poate spune nimic despre motivele apariției unei astfel de stări.
Cu toate acestea, conform principiului de incertitudine Heisenberg, materia nu poate fi strânsă împreună la un moment dat, de aceea se crede că Universul în starea sa inițială a avut o anumită densitate și dimensiune. Conform unor calcule, dacă toată materia Universului observat, care este estimată la aproximativ 10 61 g, este comprimată la o densitate de 10 94 g / cm 3, atunci va fi nevoie de un volum de aproximativ 10 -33 cm 3. Ar fi fost imposibil să-l vezi prin orice microscop electronic. Multă vreme nu s-a putut spune nimic despre cauzele Big Bang-ului și tranziția universului către expansiune. Dar astăzi există câteva ipoteze care încearcă să explice aceste procese. Ele stau la baza modelului inflaționist al dezvoltării Universului.
„Începutul” Universului
Ideea principală a conceptului Big Bang este că Universul, în primele etape ale originii sale, a avut o stare instabilă asemănătoare vidului, cu o densitate mare de energie. Această energie a provenit din radiația cuantică, adică. parcă din nimic. Faptul este că în vidul fizic nu există fixe
particule, câmpuri și valuri, dar acesta nu este un vid fără viață. În vid există particule virtuale care se nasc, au o existență trecătoare și dispar imediat. Prin urmare, vidul „fierbe” cu particule virtuale și este saturat de interacțiuni complexe între ele. Mai mult decât atât, energia conținută într-un vid este situată, așa cum ar fi, pe diferitele sale etaje, adică. există un fenomen de diferențe în nivelurile de energie ale vidului.
În timp ce vidul este în echilibru, există doar particule virtuale (fantomatice) în el, care împrumută energie din vid pentru o perioadă scurtă de timp pentru a se naște și returnează rapid energia împrumutată să dispară. Când vidul dintr-un anumit motiv într-un anumit punct inițial (singularitate) a fost excitat și a părăsit starea de echilibru, particulele virtuale au început să capteze energie fără recul și s-au transformat în particule reale. În cele din urmă, la un anumit punct al spațiului, s-au format un număr imens de particule reale împreună cu energia asociată acestora. Când vidul excitat sa prăbușit, o energie de radiație gigantică a fost eliberată, iar superputerea a stors particulele în materie superdensă. Condițiile extreme de „început”, când chiar și spațiu-timp a fost deformat, sugerează că vidul se afla într-o stare specială, care se numește vid „fals”. Se caracterizează prin energia de o densitate extrem de mare, care corespunde unei densități extrem de ridicate a materiei. În această stare a materiei, pot apărea în ea cele mai puternice tensiuni, presiuni negative, echivalente cu o repulsie gravitațională de o asemenea amploare încât a provocat expansiunea neîngrădită și rapidă a Universului, Big Bang-ul. Acesta a fost primul impuls, „începutul” lumii noastre.
Din acest moment începe expansiunea rapidă a Universului, apare timpul și spațiul. În acest moment, există o inflație nelimitată a „bulelor spațiului”, embrionii unuia sau mai multor universuri, care pot diferi unul de celălalt în constantele și legile lor fundamentale. Unul dintre ei a devenit embrionul Metagalaxiei noastre.
Potrivit diferitelor estimări, perioada exponențială de „inflație” durează o perioadă de timp inimaginabil de scurtă - până la 10 - 33 s după „pornire”. Se numeste perioada inflaționistă.În acest timp, dimensiunea universului a crescut de 10-50 de ori, de la o miliardime din dimensiunea unui proton la dimensiunea unei cutii de chibrituri.
Până la sfârșitul fazei de inflație, universul era gol și rece, dar când inflația a secat, universul a devenit brusc extrem de „fierbinte”. Această explozie de căldură care a luminat spațiul se datorează rezervelor enorme de energie prinse într-un vid „fals”. Această stare de vid este foarte instabilă și tinde să se degradeze. Cand
dezintegrarea se termină, repulsia dispare și inflația se termină. Iar energia, legată sub formă de multe particule reale, a fost eliberată sub formă de radiație, care a încălzit instantaneu Universul la 10 27 K. Din acel moment, Universul s-a dezvoltat conform teoriei standard a „fierbinte” Big. Bang.
Stadiul incipient al evoluției universului
Imediat după Big Bang, Universul a fost o plasmă de particule elementare de tot felul și antiparticulele lor în stare de echilibru termodinamic la o temperatură de 10 27 K, care s-au transformat liber unele în altele. Doar interacțiuni gravitaționale și mari (mare) au existat în acest cheag. Apoi Universul a început să se extindă, în timp ce densitatea și temperatura lui au scăzut. Evoluția ulterioară a Universului a avut loc în etape și a fost însoțită, pe de o parte, de diferențiere, iar pe de altă parte, de complicarea structurilor sale. Etapele evoluției Universului diferă în caracteristicile interacțiunii particulelor elementare și se numesc epoci. Cele mai importante schimbări au durat mai puțin de trei minute.
Epoca hadronică a durat 10 -7 s. În această etapă, temperatura scade la 10 13 K. În acest caz, apar toate cele patru interacțiuni fundamentale, existența liberă a quarcilor încetează, se contopesc în hadroni, dintre care cei mai importanți sunt protonii și neutronii. Cel mai semnificativ eveniment a fost ruperea simetriei globale, care a avut loc în primele momente ale existenței Universului nostru. Numărul de particule s-a dovedit a fi puțin mai mare decât numărul de antiparticule. Motivele acestei asimetrii nu sunt încă cunoscute cu exactitate. În grupul general asemănător plasmei, pentru fiecare miliard de perechi de particule și antiparticule, mai era o particulă, nu avea suficientă pereche pentru anihilare. Acest lucru a determinat apariția în continuare a Universului material cu galaxii, stele, planete și ființe inteligente pe unele dintre ele.
Epoca Lepton a durat până la 1 s după început. Temperatura Universului a scăzut la 10 10 K. Elementele sale principale au fost leptonii, care au participat la transformările reciproce ale protonilor și neutronilor. La sfârșitul acestei ere, materia a devenit transparentă pentru neutrini, au încetat să interacționeze cu materia și de atunci au supraviețuit până în zilele noastre.
Era radiației (era fotonului) a durat 1 milion de ani. În acest timp, temperatura Universului a scăzut de la 10 miliarde K la 3000 K. În această etapă, procesele de nucleosinteză primară, care sunt cele mai importante pentru evoluția ulterioară a Universului - combinația de protoni și neutroni (au fost aproximativ de 8 ori mai puține dintre ele), au avut loc.
mai mult decât protoni) în nuclee atomice. Până la sfârșitul acestui proces, substanța Universului era formată din 75% din protoni (nuclee de hidrogen), aproximativ 25% erau nuclee de heliu, sutimi de procente au căzut pe deuteriu, litiu și alte elemente ușoare, după care Universul a devenit transparent. la fotoni, deoarece radiația a fost separată de materie și a format ceea ce în epoca noastră se numește radiație relicvă.
Apoi, timp de aproape 500 de mii de ani, nu au avut loc schimbări calitative - a existat o răcire și o expansiune lentă a Universului. Universul, deși rămâne omogen, s-a rarefiat din ce în ce mai mult. Când s-a răcit la 3000 K, nucleele atomilor de hidrogen și heliu puteau deja să capteze electroni liberi și să se transforme în atomi neutri de hidrogen și heliu. Ca urmare, s-a format un Univers omogen, care a fost un amestec de trei substanțe aproape neinteracționante: materie barionică (hidrogen, heliu și izotopii acestora), leptoni (neutrini și antineutrini) și radiații (fotoni). Până atunci nu mai existau temperaturi ridicate și presiuni mari. Se părea că, în viitor, Universul așteaptă extinderea și răcirea ulterioară, formarea unui „deșert de lepton” - ceva asemănător cu moartea prin căldură. Dar acest lucru nu s-a întâmplat; dimpotrivă, a existat un salt care a creat universul structural modern, care, conform estimărilor moderne, a durat de la 1 la 3 miliarde de ani.
Toată lumea a auzit de teoria Big Bang, care explică (cel puțin deocamdată) originea universului nostru. Cu toate acestea, în cercurile științifice există întotdeauna cei care doresc să conteste ideile - de aici, apropo, de multe ori cresc mari descoperiri.
Totuși, și-a dat seama Dicke, dacă acest model ar fi real, atunci nu ar exista două tipuri de stele - Populația I și Populația II, stele tinere și bătrâne. Și au fost. Aceasta înseamnă că Universul din jurul nostru s-a dezvoltat totuși dintr-o stare fierbinte și densă. Chiar dacă nu a fost singurul Big Bang din istorie.
Uimitor nu? Dacă ar fi mai multe dintre aceste explozii? Zeci, sute? Știința încă nu a aflat acest lucru. Dicke ia sugerat colegului său Peebles să calculeze temperatura necesară proceselor descrise și temperatura probabilă a radiației reziduale în zilele noastre. Calculele aproximative ale lui Peebles au arătat că astăzi Universul ar trebui să fie umplut cu radiații de microunde cu o temperatură mai mică de 10 K, iar Roll și Wilkinson se pregăteau deja să caute această radiație când a sunat apelul...
Pierdut în traducere
Cu toate acestea, aici merită să te muți într-un alt colț al lumii - în URSS. Cel mai aproape de descoperirea radiației relicve a venit (și, de asemenea, nu a finalizat problema!) În URSS. După ce au lucrat enorm de multe luni, raportul despre care a fost publicat în 1964, oamenii de știință sovietici păreau să fi pus cap la cap toate piesele puzzle-ului, lipsea doar una. Iakov Borisovich Zeldovich, unul dintre colosii științei sovietice, a efectuat calcule similare cu cele efectuate de echipa lui Gamow (un fizician sovietic care locuiește în Statele Unite) și a ajuns, de asemenea, la concluzia că Universul ar fi trebuit să înceapă cu un Big Bang fierbinte, care a lăsat radiația de fundal cu o temperatură în câțiva kelvin.
Iakov Borisovici Zeldovich, -
Știa chiar despre un articol al lui Ed Ohm din Bell System Technical Journal, care a calculat aproximativ temperatura radiației relicve, dar a interpretat greșit concluziile autorului. De ce cercetătorii sovietici nu au înțeles că Ohm descoperise deja această radiație? Din cauza unei erori de traducere. Articolul lui Ohm a afirmat că temperatura lui măsurată a cerului a fost de aproximativ 3 K. Aceasta însemna că a scăzut toate sursele posibile de interferență radio și că 3 K era temperatura fundalului rămas.
Totuși, din întâmplare, aceeași (3 K) a fost și temperatura radiației atmosferice, pentru care Ohm a făcut și o corecție. Experții sovietici au decis în mod eronat că acești 3 K au rămas cu Ohm după toate ajustările anterioare și i-au scăzut și au rămas fără nimic.
În zilele noastre, astfel de neînțelegeri ar fi ușor de clarificat prin e-mail, dar la începutul anilor 1960, comunicarea dintre oamenii de știință din Uniunea Sovietică și Statele Unite era foarte dificilă. Acesta a fost motivul unei astfel de greșeli insultătoare.
Premiul Nobel care a plutit din mână
Să ne întoarcem la ziua în care a sunat telefonul în laboratorul lui Dicke. Se pare că, în același timp, astronomii Arno Penzias și Robert Wilson au raportat că au reușit din greșeală să surprindă un zgomot radio slab provenit din toate. Apoi nu știau încă că o altă echipă de oameni de știință a venit independent la ideea existenței unei astfel de radiații și chiar a început să construiască un detector pentru a o căuta. Era colectivul Dicke și Peebles.
Și mai surprinzător este faptul că radiația cosmică de fond cu microunde sau, așa cum este numită și relicvă, radiația a fost descrisă cu mai bine de zece ani mai devreme în cadrul modelului apariției Universului ca urmare a Big Bang-ului. de Georgy Gamov și colegii săi. Niciun grup de oameni de știință nu știa despre asta.
Penzias și Wilson au aflat accidental despre munca oamenilor de știință sub conducerea lui Dikke și au decis să-i sune pentru a discuta despre asta. Dikke l-a ascultat cu atenție pe Penzias și a făcut câteva comentarii. După ce a închis telefonul, s-a întors către colegii săi și a spus: „Băieți, ne-au depășit”.
Aproape 15 ani mai târziu, după ce multe măsurători efectuate la diferite lungimi de undă de multe grupuri de astronomi au confirmat că radiația descoperită este într-adevăr un ecou relicvă al Big Bang-ului, cu o temperatură de 2,712 K, Penzias și Wilson au împărțit Premiul Nobel pentru invenția lor. . Deși la început nici nu au vrut să scrie un articol despre descoperirea lor, pentru că o considerau insuportabilă și nu se încadra în modelul unui univers staționar, la care au aderat!
Se spune că Penzias și Wilson ar fi considerat suficient să fie menționați ca al cincilea și al șaselea nume de pe listă, după Dicke, Peebles, Roll și Wilkinson. În acest caz, se pare că premiul Nobel i-ar fi revenit lui Dicke. Dar totul s-a întâmplat așa cum s-a întâmplat.
P.S.: Abonează-te la newsletter-ul nostru. O dată la două săptămâni, vom trimite 10 dintre cele mai interesante și utile materiale de pe blogul MYTH.
Big Bang-ul aparține categoriei de teorii care încearcă să urmărească pe deplin istoria nașterii Universului, să determine procesele inițiale, actuale și finale din viața lui.
A existat ceva înainte de a începe universul? Această întrebare fundamentală, aproape metafizică, este pusă de oamenii de știință până astăzi. Apariția și evoluția universului au fost și rămân întotdeauna subiectul unor dezbateri aprinse, ipoteze incredibile și teorii care se exclud reciproc. Principalele versiuni ale originii a tot ceea ce ne înconjoară, conform interpretării bisericești, au presupus intervenția divină, iar lumea științifică a susținut ipoteza lui Aristotel despre natura statică a universului. Ultimul model a fost urmat de Newton, care a apărat infinitul și permanența Universului, și Kant, care a dezvoltat această teorie în scrierile sale. În 1929, astronomul și cosmologul american Edwin Hubble a schimbat radical opiniile oamenilor de știință asupra lumii.
El a descoperit nu numai prezența a numeroase galaxii, ci și expansiunea Universului - o creștere izotropă continuă a dimensiunii spațiului cosmic, care a început în momentul Big Bang-ului.
Cui îi datorăm descoperirea Big Bang-ului?
Lucrările lui Albert Einstein privind teoria relativității și ecuațiile sale gravitaționale i-au permis lui de Sitter să creeze un model cosmologic al universului. Cercetările ulterioare au fost legate de acest model. În 1923, Weil a sugerat că materia plasată în spațiul cosmic ar trebui să se extindă. Lucrarea remarcabilului matematician și fizician AA Fridman este de mare importanță în dezvoltarea acestei teorii. În 1922, el a permis expansiunea Universului și a făcut concluzii bine întemeiate că originea întregii materii se afla într-un punct infinit de dens, iar Big Bang-ul a dat dezvoltare tuturor. În 1929, Hubble și-a publicat articolele care explicau subordonarea vitezei radiale față de distanță, ulterior această lucrare a devenit cunoscută sub numele de „legea lui Hubble”.
GA Gamov, bazându-se pe teoria lui Friedman despre Big Bang, a dezvoltat ideea unei temperaturi ridicate a substanței inițiale. El a sugerat, de asemenea, prezența radiațiilor cosmice, care nu a dispărut odată cu expansiunea și răcirea lumii. Omul de știință a efectuat calcule preliminare ale temperaturii posibile a radiației reziduale. Valoarea lor estimată era în intervalul 1-10 K. Până în 1950, Gamow a făcut calcule mai precise și a anunțat rezultatul la 3 K. În 1964, radioastronomii din America, îmbunătățind antena, prin eliminarea tuturor semnalelor posibile, au determinat parametrii a radiațiilor cosmice. Temperatura sa s-a dovedit a fi de 3 K. Această informație a devenit cea mai importantă confirmare a lucrării lui Gamow și a existenței radiațiilor relicve. Măsurătorile ulterioare ale fondului cosmic, efectuate în spațiu deschis, au dovedit în cele din urmă acuratețea calculelor omului de știință. Vă puteți familiariza cu harta radiațiilor relicve prin.
Înțelegerea modernă a teoriei Big Bang: cum s-a întâmplat?
Unul dintre modelele care explică cuprinzător apariția și dezvoltarea universului cunoscut nouă este teoria Big Bang. Conform versiunii larg acceptate astăzi, a existat inițial o singularitate cosmologică - o stare cu densitate și temperatură infinite. Fizicienii au dezvoltat o bază teoretică pentru nașterea Universului dintr-un punct care avea un grad extrem de densitate și temperatură. După izbucnirea Big Bang-ului, spațiul și materia Cosmosului au început un proces neîncetat de expansiune și răcire stabilă. Potrivit unor studii recente, începutul universului a fost pus în urmă cu cel puțin 13,7 miliarde de ani.
Perioadele inițiale în formarea Universului
Primul moment, a cărui reconstrucție este permisă de teoriile fizice, este epoca Planck, a cărei formare a devenit posibilă la 10-43 de secunde după Big Bang. Temperatura materiei a ajuns la 10 * 32 K, iar densitatea sa a fost de 10 * 93 g / cm3. În această perioadă, gravitația a câștigat independență, separându-se de interacțiunile fundamentale. Expansiunea neîncetată și scăderea temperaturii au determinat o tranziție de fază a particulelor elementare.
Următoarea perioadă, caracterizată de o expansiune exponențială a Universului, a venit în alte 10-35 de secunde. A fost numită „inflație cosmică”. A avut loc o expansiune bruscă, depășind de multe ori pe cea obișnuită. Această perioadă a dat un răspuns la întrebarea de ce temperatura în diferite puncte ale Universului este aceeași? După Big Bang, materia nu s-a împrăștiat imediat în Univers, pentru încă 10-35 de secunde a fost destul de compactă și s-a stabilit în ea un echilibru termic, care nu a fost încălcat în timpul expansiunii inflaționiste. Perioada a dat materialul de bază - plasma cuarc-gluon, care a fost folosită pentru a forma protoni și neutroni. Acest proces a avut loc după o scădere suplimentară a temperaturii, se numește „bariogeneză”. Originea materiei a fost însoțită de apariția simultană a antimateriei. Cele două substanțe antagoniste s-au anihilat, devenind radiații, dar a prevalat numărul de particule obișnuite, ceea ce a permis apariția universului.
Următoarea tranziție de fază, care a avut loc după scăderea temperaturii, a dus la apariția particulelor elementare cunoscute nouă. Epoca „nucleosintezei” care a venit după aceasta a fost marcată de unirea protonilor în izotopi de lumină. Primele nuclee formate au avut o durată de viață scurtă; s-au dezintegrat în timpul ciocnirilor inevitabile cu alte particule. Elemente mai stabile au apărut după trei minute de la crearea lumii.
Următoarea etapă semnificativă a fost dominația gravitației asupra altor forțe disponibile. După 380 de mii de ani de la momentul Big Bang, a apărut atomul de hidrogen. Creșterea influenței gravitației a servit drept sfârșit al perioadei inițiale de formare a Universului și a dat naștere procesului de apariție a primelor sisteme stelare.
Chiar și după aproape 14 miliarde de ani, radiațiile relicve sunt încă păstrate în spațiu. Existența sa în combinație cu redshift este prezentată ca un argument în sprijinul coerenței teoriei Big Bang.
Singularitatea cosmologică
Dacă, folosind teoria generală a relativității și faptul expansiunii continue a Universului, ne întoarcem la începutul timpului, atunci dimensiunile universului vor fi egale cu zero. Momentul inițial sau știința nu poate descrie cu exactitate utilizarea cunoștințelor fizice. Ecuațiile aplicate nu sunt potrivite pentru un obiect atât de mic. Este nevoie de o simbioză care să poată combina mecanica cuantică și relativitatea generală, dar, din păcate, nu a fost încă creată.
Evoluția Universului: ce îl așteaptă în viitor?
Oamenii de știință au în vedere două scenarii posibile pentru desfășurarea evenimentelor: expansiunea Universului nu se va termina niciodată, sau va ajunge la un punct critic și va începe procesul opus - contracția. Această alegere fundamentală depinde de valoarea densității medii a substanței în compoziția sa. Dacă valoarea calculată este mai mică decât valoarea critică, prognoza este favorabilă; dacă este mai mare, atunci lumea va reveni la starea singulară. Oamenii de știință nu cunosc în prezent valoarea exactă a parametrului descris, așa că întrebarea viitorului Universului stă în aer.
Relația religiei cu teoria Big Bang
Principalele religii ale omenirii: catolicismul, ortodoxia, islamul, susțin în felul lor acest model de creare a lumii. Reprezentanții liberali ai acestor culte religioase sunt de acord cu teoria apariției universului ca urmare a unor interferențe inexplicabile, definite ca Big Bang.
Denumirea teoriei, familiară lumii întregi – „Big Bang” – a fost dată fără să vrea de către inamic versiunii expansiunii Universului de către Hoyle. El a considerat această idee „complet nesatisfăcătoare”. După publicarea prelegerilor sale tematice, termenul amuzant a fost imediat preluat de public.
Motivele Big Bang-ului nu sunt cunoscute cu certitudine. Potrivit uneia dintre numeroasele versiuni, aparținând lui A. Yu. Glushko, materia originală comprimată într-un punct a fost o hiper-găură neagră, iar cauza exploziei a fost contactul a două astfel de obiecte, constând din particule și antiparticule. În timpul anihilării, materia a supraviețuit parțial și a dat naștere Universului nostru.
Inginerii Penzias și Wilson, care au descoperit radiația cosmică de fond cu microunde din Univers, au primit premiul Nobel pentru fizică.
Temperatura radiației de fond a fost inițial foarte ridicată. Câteva milioane de ani mai târziu, acest parametru s-a dovedit a fi în limitele care asigură originea vieții. Dar până în această perioadă, doar un număr mic de planete reușise să se formeze.
Observațiile și cercetările astronomice ajută la găsirea răspunsurilor la cele mai importante întrebări pentru omenire: „Cum a apărut totul și ce ne așteaptă în viitor?” În ciuda faptului că nu toate problemele au fost rezolvate, iar cauza principală a apariției Universului nu are o explicație strictă și ordonată, teoria Big Bang a găsit un număr suficient de confirmări care o fac modelul principal și acceptabil pentru apariția universului.
