Terry Pratchett a descris astfel viziunea tradițională despre crearea universului: „La început, nu a fost nimic care să explodeze”. Perspectiva cosmologică modernă presupune că universul în expansiune a fost un Big Bang și este bine susținut de dovezi sub formă de radiații relicve și deplasarea luminii îndepărtate către capătul roșu al spectrului: universul se extinde constant.
Și totuși, nu toată lumea era convinsă de asta. De-a lungul anilor, au fost propuse o mare varietate de alternative și opinii diferite. Unele ipoteze interesante rămân, din păcate, neverificabile cu utilizarea tehnologiilor noastre moderne. Altele sunt zboruri ale fanteziei care se răzvrătesc împotriva incomprehensibilitatii universului, care pare să sfideze noțiunile umane de bun simț.
Teoria Universului Staționar
Potrivit unui manuscris recent recuperat de Albert Einstein, marele om de știință i-a adus un omagiu astrofizicianului britanic Fred Hoyle pentru teoria conform căreia spațiul se poate extinde la infinit, menținând o densitate uniformă, dacă în procesul de generare spontană apare continuu materie nouă. Timp de zeci de ani, ideile lui Hoyle au fost considerate prostii de mulți, dar un document descoperit recent arată că Einstein cel puțin și-a luat teoria în serios.
Teoria unui univers staționar a fost propusă în 1948 de Herman Bondi, Thomas Gold și Fred Hoyle. A ieșit din principiul cosmologic ideal, care afirmă că universul arată în esență același în orice punct și în orice moment (în sens macroscopic). Din punct de vedere filozofic, este atrăgător pentru că atunci universul nu are început și nici sfârșit. Teoria a fost populară în anii 50 și 60. Confruntați cu indicii că universul se extinde, susținătorii săi au sugerat că materie nouă se naște constant în univers, într-un ritm constant, dar moderat - câțiva atomi pe kilometru cub pe an.
Observațiile quasarelor din galaxii îndepărtate (și vechi, din punctul nostru de vedere), care nu există în împrejurimile noastre stelare, au răcit entuziasmul teoreticienilor și a fost în cele din urmă dezmințit când oamenii de știință au descoperit radiația cosmică de fond. Cu toate acestea, deși teoria lui Hoyle nu i-a adus lauri, el a făcut o serie de studii care au arătat cum au apărut în univers atomi mai grei decât heliul. (Au apărut în timpul ciclului de viață al primelor stele la temperaturi și presiuni ridicate.) În mod ironic, el a fost și unul dintre co-fondatorii termenului de „big bang”.
Lumină obosită
Edwin Hubble a observat că lungimile de undă ale luminii din galaxiile îndepărtate sunt deplasate către partea roșie a spectrului în comparație cu lumina emisă de corpurile stelare din apropiere, indicând o pierdere de energie de către fotoni. „Deplasarea spre roșu” este explicată în contextul expansiunii post-Big Bang ca o funcție a efectului Doppler. Susținătorii modelelor de univers staționar au sugerat în schimb că fotonii luminii pierd energie treptat pe măsură ce călătoresc prin spațiu, trecând la unde mai lungi, mai puțin energice la capătul roșu al spectrului. Această teorie a fost propusă pentru prima dată de Fritz Zwicky în 1929.
Există o serie de probleme asociate cu lumina obosită. În primul rând, nu există nicio modalitate de a schimba energia unui foton fără a-i schimba impulsul, ceea ce ar trebui să conducă la un efect de estompare pe care nu-l observăm. În al doilea rând, nu explică modelele observate de emisie de lumină a supernovelor, care se potrivesc perfect cu modelul unui univers în expansiune și al relativității speciale. În cele din urmă, majoritatea modelelor de lumină obosită se bazează pe un univers care nu se extinde, dar acest lucru are ca rezultat un spectru de radiații de fond care nu se potrivește cu observațiile noastre. În termeni numerici, dacă ipoteza luminii obosite ar fi corectă, toată radiația observată a fundalului cosmic ar trebui să provină din surse care sunt mai apropiate de noi decât galaxia Andromeda (galaxia cea mai apropiată de noi), iar totul dincolo ar fi pt. noi invizibili.
Inflația veșnică
Cele mai multe modele moderne ale universului timpuriu postulează o perioadă scurtă de creștere exponențială (cunoscută sub numele de inflație) cauzată de energia vidului, timp în care particulele învecinate sunt rapid separate de regiuni vaste ale spațiului. După această umflare, energia vidului s-a dezintegrat într-o supă de plasmă fierbinte, în care s-au format atomi, molecule și așa mai departe. În teoria inflației perpetue, acest proces inflaționist nu sa încheiat niciodată. În schimb, bulele spațiului ar înceta să se umfle și ar intra într-o stare de energie scăzută pentru a se extinde apoi în spațiul inflaționist. Astfel de bule ar fi ca bulele de abur într-o oală cu apă clocotită, doar că de această dată oala ar crește constant.
Conform acestei teorii, universul nostru este una dintre bulele unui univers multiplu, caracterizat prin inflație constantă. Un aspect al acestei teorii care ar putea fi testat este presupunerea că două universuri care sunt suficient de aproape pentru a se întâlni ar provoca perturbări în spațiu-timp al fiecărui univers. Cel mai bun sprijin pentru o astfel de teorie ar fi găsirea de dovezi ale unei astfel de încălcări pe fondul CMB.
Primul model inflaționist a fost propus de omul de știință sovietic Alexei Starobinsky, dar a devenit celebru în Occident datorită fizicianului Alan Guth, care a sugerat că universul timpuriu ar putea fi suprarăcit și permite creșterea exponențială să înceapă chiar înainte de Big Bang. Andrei Linde a preluat aceste teorii și a dezvoltat pe baza lor teoria „expansiunii haotice eterne”, conform căreia, în loc de necesitatea unui Big Bang, cu energia potențială necesară, expansiunea poate începe în orice punct al spațiului scalar și poate avea loc. constant de-a lungul întregului multivers.
Iată ce spune Linde: „În locul unui univers cu o singură lege a fizicii, inflația veșnică haotică presupune un multivers auto-replicat și etern existent în care totul este posibil”.
Mirajul unei găuri negre cu patru dimensiuni
Modelul Standard Big Bang afirmă că universul a explodat dintr-o singularitate infinit de densă, dar acest lucru nu face ușor de explicat temperatura sa aproape uniformă, având în vedere timpul relativ scurt (după standardele cosmice) care a trecut de la acest eveniment brutal. Unii cred că aceasta ar putea explica o formă necunoscută de energie care a făcut ca universul să se extindă mai repede decât viteza luminii. Un grup de fizicieni de la Institutul Perimetru de Fizică Teoretică a sugerat că universul ar putea fi în esență un miraj tridimensional creat pe orizontul evenimentelor al unei stele cu patru dimensiuni care se prăbușește într-o gaură neagră.
Niayesh Afshordi și colegii săi au studiat o propunere din 2000 făcută de o echipă de la Universitatea Ludwig Maximilian din München conform căreia universul nostru poate fi doar o singură membrană, existentă într-un „univers volumetric” cu patru dimensiuni. Ei au decis că, dacă acest univers masiv conține și stele cu patru dimensiuni, ele s-ar putea comporta ca omologii lor tridimensionali din universul nostru - explodând în supernove și prăbușindu-se în găuri negre.
Găurile negre tridimensionale sunt înconjurate de o suprafață sferică - un orizont de evenimente. În timp ce suprafața orizontului de evenimente al unei găuri negre 3D este bidimensională, forma orizontului de evenimente al unei găuri negre cu patru dimensiuni trebuie să fie tridimensională - o hipersferă. Când echipa lui Afshordi a modelat moartea unei stele cu patru dimensiuni, ei au descoperit că materialul erupt a format o brană (membrană) tridimensională în jurul orizontului evenimentului și s-a extins încet. Echipa a speculat că universul nostru ar putea fi un miraj format din resturile din straturile exterioare ale unei stele cu patru dimensiuni care se prăbușește.
Deoarece un univers cu patru dimensiuni poate fi mult mai vechi, sau chiar infinit de vechi, acest lucru explică temperatura uniformă observată în universul nostru, deși unele dintre cele mai recente dovezi sugerează că pot exista abateri care fac ca modelul convențional să se potrivească mai bine.
Univers oglindă
Una dintre problemele confuze ale fizicii este că aproape toate modelele acceptate, inclusiv gravitația, electrodinamica și relativitatea, funcționează la fel de bine în descrierea universului, indiferent dacă timpul merge înainte sau înapoi. În lumea reală, știm că timpul se mișcă într-o singură direcție, iar explicația standard pentru aceasta este că percepția noastră asupra timpului este doar un produs al entropiei, timp în care ordinea se dizolvă în dezordine. Problema cu această teorie este că implică că Universul nostru a început cu o stare foarte ordonată și entropie scăzută. Mulți oameni de știință nu sunt de acord cu conceptul unui univers timpuriu cu entropie scăzută, care înregistrează direcția timpului.
Julian Barbour de la Universitatea din Oxford, Tim Kozlowski de la Universitatea din New Brunswick și Flavio Mercati de la Institutul Perimetru de Fizică Teoretică au dezvoltat teoria conform căreia gravitația a făcut ca timpul să curgă înainte. Ei au studiat simulări pe computer ale particulelor de 1000 de puncte care interacționează între ele sub influența gravitației newtoniene. S-a dovedit că, indiferent de dimensiunea sau dimensiunea lor, particulele formează în cele din urmă o stare de complexitate scăzută cu o dimensiune minimă și densitate maximă. Acest sistem de particule se extinde apoi în ambele direcții, creând două săgeți ale timpului simetrice și opuse și, odată cu el, structuri mai ordonate și complexe de ambele părți.
Acest lucru sugerează că Big Bang-ul a dus la crearea nu a unuia, ci a două universuri, în fiecare dintre care timpul curge în direcția opusă celuilalt. Potrivit lui Barbour:
„Această situație cu două viitoare va prezenta un singur trecut haotic în ambele direcții, ceea ce înseamnă că vor exista în esență două universuri, de ambele părți ale statului central. Dacă sunt suficient de complexe, ambele părți vor sprijini observatorii care pot percepe trecerea timpului în direcția opusă. Orice ființă simțitoare își va defini săgeata timpului ca fiind îndepărtată de statul central. Vor crede că acum trăim în trecutul lor îndepărtat.”
Cosmologie ciclică conformă
Sir Roger Penrose, un fizician la Universitatea Oxford, crede că Big Bang-ul nu a fost începutul universului, ci doar o tranziție pe măsură ce trece prin cicluri de expansiune și contracție. Penrose a sugerat că geometria spațiului se schimbă cu timpul și devine din ce în ce mai confuză, pe măsură ce el descrie conceptul matematic al tensorului de curbură Weyl, care începe de la zero și crește cu timpul. El crede că găurile negre acționează pentru a reduce entropia universului, iar când acesta din urmă ajunge la sfârșitul expansiunii, găurile negre absorb materie și energie și, în cele din urmă, unele pe altele. Pe măsură ce materia se descompune în găurile negre, ea dispare în procesul de radiație Hawking, spațiul devine omogen și umplut cu energie inutilă.
Aceasta duce la conceptul de invarianță conformă, simetria geometriilor cu scări diferite, dar cu aceeași formă. Când Universul nu mai poate îndeplini condițiile inițiale, Penrose crede că transformarea conformă va aduce geometria spațiului la netezire, iar particulele degradate vor reveni la o stare de entropie zero. Universul se prăbușește în sine, gata să izbucnească într-un alt Big Bang. Rezultă că universul este caracterizat de un proces repetitiv de expansiune și contracție, pe care Penrose l-a împărțit în perioade numite „eoni”.
Panrose și partenerul său, Vahagn (Vahe) Gurzadyan de la Institutul de Fizică Erevan din Armenia, au colectat date CMB de la satelitul NASA și au spus că au găsit 12 inele concentrice distincte în date, despre care credeau că ar putea fi dovezi ale undelor gravitaționale cauzate de coliziunea de negru supramasiv. găuri de la sfârșitul eonului precedent. Până acum, aceasta este principala dovadă a teoriei cosmologiei ciclice conforme.
Big Bang-ul rece și universul care se micșorează
Modelul Standard Big Bang spune că, după ce toată materia a explodat din singularitate, s-a umflat într-un univers fierbinte și dens și a început să se răcească încet de-a lungul miliardelor de ani. Dar această singularitate creează o serie de probleme atunci când încearcă să o înghesuie în relativitatea generală și mecanica cuantică, așa că cosmologul Krishtof Wetterich de la Universitatea din Heidelberg a sugerat că universul ar fi putut pleca dintr-un spațiu gol rece și imens, care devine activ doar pentru că se contractă și nu se extinde conform modelului standard.
În acest model, deplasarea spre roșu observată de astronomi ar putea fi cauzată de creșterea masei universului pe măsură ce acesta se contractă. Lumina emisă de atomi este determinată de masa particulelor, mai multă energie apare pe măsură ce lumina se deplasează în partea albastră a spectrului și mai puțin în roșu.
Principala problemă a teoriei lui Wetterich este că nu poate fi confirmată prin măsurători, deoarece comparăm doar rapoartele diferitelor mase și nu masele în sine. Un fizician s-a plâns că acest model seamănă cu a spune că universul nu se extinde, dar rigla cu care îl măsurăm se contractă. Wetterich a spus că nu a considerat teoria lui un substitut pentru Big Bang; el a observat doar că se corelează cu toate observațiile cunoscute ale Universului și poate fi o explicație mai „naturală”.
Cercuri Carter
Jim Carter este un om de știință amator care a dezvoltat o teorie personală a universului bazată pe o ierarhie eternă de „zircloni”, obiecte mecanice circulare ipotetice. El crede că întreaga istorie a universului poate fi explicată ca generații de zirclone, dezvoltându-se în procesul de reproducere și fisiune. Omul de știință a ajuns la această concluzie după ce a observat un inel perfect de bule ieșind din aparatul său de respirație când se scufunda în anii 1970 și și-a perfecționat teoria cu experimente care implicau inele de fum controlate, coșuri de gunoi și foi de cauciuc. Carter le-a considerat ca fiind întruchiparea fizică a unui proces numit sincronicitate zirclonică.
El a spus că sincronicitatea zirclonică este o explicație mai bună pentru crearea universului decât teoria Big Bang. Teoria sa despre un univers viu postulează că cel puțin un atom de hidrogen a existat întotdeauna. La început, un atom de antihidrogen plutea într-un gol tridimensional. Această particulă avea aceeași masă ca întregul univers și era alcătuită dintr-un proton încărcat pozitiv și un antiproton încărcat negativ. Universul se afla într-o dualitate ideală completă, dar antiprotonul negativ s-a extins gravitațional puțin mai repede decât protonul pozitiv, ceea ce a dus la pierderea masei relative. S-au extins unul spre celălalt până când o particulă negativă a absorbit una pozitivă și au format un antineutron.
Antineutronul a fost, de asemenea, dezechilibrat în masă, dar în cele din urmă a revenit la echilibru, ceea ce a dus la divizarea lui în doi neutroni noi dintr-o particulă și o antiparticulă. Acest proces a determinat o creștere exponențială a numărului de neutroni, dintre care unii nu au mai fost divizați, ci anihilati în fotoni, care au stat la baza razelor cosmice. În cele din urmă, universul a devenit o masă de neutroni stabili care au existat un anumit timp înainte de dezintegrare și a permis electronilor să se unească cu protonii pentru prima dată, formând primii atomi de hidrogen și umplând universul cu electroni și protoni, interacționând activ cu formarea. de elemente noi.
Puțină nebunie nu doare. Majoritatea fizicienilor consideră ideile lui Carter ca niște iluzii dezechilibrate care nici măcar nu pot fi examinate empiric. Experimentele cu inelele de fum ale lui Carter au fost folosite ca dovezi pentru teoria eterului, acum discreditată, acum 13 ani.
Universul plasmatic
În timp ce în cosmologia standard gravitația rămâne principala forță care guvernează, în cosmologia plasmei (în teoria universului electric), electromagnetismul este în joc. Unul dintre primii susținători ai acestei teorii a fost psihiatrul rus Immanuel Velikovsky, care a scris în 1946 o lucrare numită „Spațiu fără gravitație”, în care afirma că gravitația este un fenomen electromagnetic care decurge din interacțiunea dintre sarcinile atomice, sarcinile libere și câmpurile magnetice ale soarelui și planetelor. Mai târziu, aceste teorii au fost elaborate deja în anii '70 de Ralph Yurgens, care a susținut că stelele lucrează pe procese electrice și nu pe procese termonucleare.
Există multe iterații ale teoriei, dar o serie de elemente rămân aceleași. Teoriile universului plasmatic susțin că soarele și stelele sunt alimentate electric de curenții de derivă, că unele caracteristici ale suprafeței planetare sunt cauzate de „superfulgere” și că cozile cometei, diavolii de praf marțian și formarea galaxiilor sunt toate procese electrice. Potrivit acestor teorii, spațiul adânc este umplut cu filamente gigantice de electroni și ioni, care se răsucesc datorită acțiunii forțelor electromagnetice în spațiu și creează materie fizică ca galaxiile. Cosmologii cu plasmă admit că universul este infinit ca mărime și vârstă.
Una dintre cele mai influente cărți despre acest subiect este Big Bang Never Happened, scrisă de Eric Lerner în 1991. El a susținut că teoria Big Bang prezice incorect densitatea elementelor ușoare precum deuteriu, litiu-7 și heliu-4, că golurile dintre galaxii sunt prea mari pentru a fi explicate prin intervalul de timp al teoriei Big Bang și că luminozitatea suprafeței galaxiilor îndepărtate este observată ca constantă, în timp ce într-un univers în expansiune, această luminozitate ar trebui să scadă odată cu distanța din cauza deplasării spre roșu. El a mai susținut că teoria Big Bang-ului necesită prea multe lucruri ipotetice (inflație, materie întunecată, energie întunecată) și încalcă legea conservării energiei, deoarece se presupune că universul s-a născut din nimic.
Dimpotrivă, spune el, teoria plasmei prezice corect abundența elementelor luminoase, structura macroscopică a universului și absorbția undelor radio care cauzează fundalul cosmic cu microunde. Mulți cosmologi susțin că critica lui Lerner la adresa cosmologiei Big Bang se bazează pe concepte care erau considerate greșite la momentul scrierii sale și pe explicația sa că observațiile cosmologilor Big Bang prezintă mai multe probleme decât pot rezolva.
Bindu vipshot
Până acum, nu am atins poveștile religioase sau mitologice ale creației universului, dar vom face o excepție pentru povestea hindusă a creației, deoarece poate fi ușor legată de teoriile științifice. Carl Sagan a spus odată că este „singura religie cu un interval de timp care întâlnește cosmologia științifică modernă. Ciclurile sale merg de la ziua și noaptea noastră obișnuită până la ziua și noaptea lui Brahma, cu o lungime de 8,64 miliarde de ani. Mai mult decât a existat Pământul sau Soarele, aproape jumătate din timpul de la Big Bang.”
Cel mai apropiat de ideea tradițională a Big Bang-ului universului se găsește în conceptul hindus de bindu-vipshot (literal „explozie de punct” în sanscrită). Imnurile vedice din India antică spuneau că bindu-vipshot producea unde sonore ale silabei om, care înseamnă Brahman, Realitatea Absolută sau Dumnezeu. Cuvântul „Brahman” are rădăcina sanscrită brh, care înseamnă „mare creștere”, care poate fi asociată cu Big Bang, conform scripturii Shabda Brahman. Primul sunet „om” este interpretat ca vibrația Big Bang, detectată de astronomi sub formă de radiație relicvă.
Upanishad-urile explică Big Bang-ul ca fiind unul (Brahman) care dorește să devină mulți, pe care l-a realizat prin Big Bang ca un efort de voință. Creația este adesea descrisă ca o lila, sau „joc divin”, în sensul că universul a fost creat ca parte a jocului, iar lansarea big bang-ului a făcut, de asemenea, parte din acesta. Dar va fi jocul interesant dacă are un jucător omniscient care știe cum va juca?
Pe baza materialelor de pe listverse.com
- Traducere
Cum o caracteristică bazată pe observarea inflației cosmice poate vesti revoluția științifică a secolului (18 martie 2014)
În ciuda numelui, The Big Bang Theory nu este deloc o teorie a exploziei. Aceasta este teoria consecințelor exploziei.
- Alan Guth
Când vă imaginați începutul universului, probabil vă gândiți la o stare fierbinte, densă, plină de materie și radiații care se extinde și se răcește incredibil de repede (și apropo, așa a fost). Dar ceea ce nu se poate face este extrapolarea înapoi la o stare arbitrar de fierbinte și densă. S-ar putea să credeți că vă puteți întoarce cu ușurință în timp, la o „singularitate” cu temperatură și densitate infinite, când toată energia Universului a fost comprimată într-un singur punct – dar acest lucru nu este adevărat.
Unul dintre lucrurile grozave despre univers este că radiația care a apărut în acel moment încă există. A suferit reflexii de la particulele încărcate în timpul universului, care a fost tânăr, fierbinte și ionizat (și acest lucru a durat 380.000 de ani). Când universul a devenit neutru din punct de vedere electric (când materia a format prima dată atomi neutri), radiația rămasă de la Big Bang s-a repezit în linie dreaptă, neîntreruptă de această materie neutră. 
Pe măsură ce universul s-a extins - datorită faptului că energia radiației este determinată de lungimea de undă - aceste lungimi de undă au fost întinse odată cu expansiunea spațiului, iar energia a scăzut destul de dramatic de atunci. Dar ne ajută foarte mult, pentru că oferă material pentru observare.
Și dacă am putea vedea și măsura aceste valuri, ne-ar oferi o fereastră pentru a privi în universul timpuriu! Și astfel, în anii 1960, Arno Penzias și Robert Wilson au descoperit această strălucire reziduală de la Big Bang - radiație care se deplasează uniform în toate direcțiile, la doar câteva grade peste zero absolut - și în ea oamenii de știință au recunoscut imediat radiația de fond cosmic de microunde, care caut atat de mult!
După 50 de ani, am făcut progrese incredibile. Am putut nu numai să măsurăm spectrul energetic al acestei radiații, ci și să măsurăm micile fluctuații de temperatură inerente acesteia, precum și amploarea lor, relația lor între ele și modul în care toate acestea se leagă de evoluția Universului.
Mai exact, am aflat cum arăta universul la o vechime de 380.000 de ani, din ce era făcut și modul în care materia interacționând a influențat radiația în călătoria sa de 13,8 miliarde de ani către ochii noștri.
Dar mai este ceva care ne poate oferi informații despre aceste lucruri: putem studia nu numai energia și temperatura luminii, ci și polarizarea acesteia. Lasă-mă să explic.
În esență, lumina este o undă electromagnetică. Prin urmare, este format din câmpuri electrice și magnetice oscilante perpendiculare unul pe celălalt, are o lungime de undă specială (determinată de energie) și se propagă cu viteza luminii.
Zburând pe lângă particulele încărcate, reflectându-se de la suprafață, interacționând cu alte fenomene electromagnetice, câmpurile electrice și magnetice reacționează cu mediul lor.
Inițial, lumina primită trebuie să fie nepolarizată, dar un număr mare de lucruri duc la polarizarea ei în multe moduri diferite. Cu alte cuvinte, lumina, care are de obicei câmpuri electrice și magnetice orientate aleatoriu, poate experimenta interacțiuni care au ca rezultat o orientare preferată. Și acum ea va putea să ne spună o mulțime de lucruri cognitive despre cine a interacționat lumina în timpul istoriei sale.
Efectul polarizării radiației de fundal cu microunde a fost descoperit pentru prima dată în ultimul deceniu folosind satelitul WMAP și se așteaptă rezultate și mai bune de la Observatorul Planck în viitor (dar acest tip de cercetare, trebuie menționat, este foarte dificil de implementare). Polarizarea care face ca lumina să pară „radială” se numește modul de polarizare E (pentru câmpuri electrice), iar polarizarea care face ca lumina să se „vârtească” se numește modul de polarizare B (pentru câmpuri magnetice).
Cele mai multe dintre efectele observate se datorează faptului că miliarde de ani-lumină de materie sunt traversați de lumină; numim acest lucru „prim-plan”. A trebuit să meargă până la capăt în toate direcțiile de la epoca radiațiilor pentru a ajunge astăzi la ochii noștri.
Dar o mică, mică bucată de polarizare ar fi trebuit să vină la noi din vremuri mai vechi. Vedeți, înainte de Big Bang - înainte ca universul să poată fi chiar descris ca fiind fierbinte, dens și plin de materie și radiații - universul pur și simplu se extindea exponențial; a fost o perioadă de inflație cosmică. În acest moment, Universul era dominat de energia inerentă spațiului gol însuși - energie într-o cantitate mult mai mare decât este prezentă în el astăzi.
În acest timp, fluctuațiile cuantice - inerente spațiului însuși - s-au extins în univers, oferind fluctuațiile primordiale ale densității care au dat naștere universului de astăzi.
Dar numai în regiunile în care inflația s-a încheiat și unde această energie inerentă spațiului este convertită în materie și radiații și are loc Big Bang-ul.
Și în aceste regiuni - unde inflația s-a încheiat - obținem un Univers mult mai mare decât partea observată a acestuia. Aceasta este ideea unui multivers și de aceea credem că cel mai probabil trăim în el.
Dar inflația în sine? Putem afla ceva despre ea?
Ai putea decide că fluctuațiile cuantice - și fluctuațiile de densitate pe care le provoacă - sunt tot ce avem. Până de curând, ți-aș fi spus asta. Dar, teoretic, inflația generează și unde gravitaționale, pe care încă nu le-am putut detecta. LISA, antena cu interferometru laser din spațiu (un proiect respins în cel mai bun caz în anii 2030) a fost cea mai bună speranță a noastră pentru detectarea directă a undelor.
Dar chiar și fără LISA, undele gravitaționale pot fi detectate indirect. Deși undele gravitaționale și lumina călătoresc cu aceeași viteză, lumina încetinește pe măsură ce călătorește prin mediu. Acest lucru se întâmplă chiar și într-un mediu atât de rarefiat precum spațiul intergalactic și interstelar! Și întrucât undele gravitaționale nu încetinesc - sunt afectate doar de curbura spațiu-timpului - ele depășesc lumina și conduc la polarizare!
În general, deformațiile spațiu-timp la anumite scări sunt cele care întind undele de lumină într-un anumit fel, pe măsură ce se deplasează de la Big Bang la ochii noștri.
Mai exact, semnele undelor gravitaționale ar trebui să apară ca un mod B de polarizare și ar trebui să lase un model specific la scară largă.
În timp ce Planck ar trebui să vadă și să confirme acest lucru, echipa de la Polul Sud l-a învins: BICEP2!
Pe scale de aproximativ 1,5 grade, modul B de polarizare este foarte evident și a fost deja declarat deschis, deși cu o semnificație de 2,7σ (notă: pe aceste scale, semnificația este de 5,2σ, dar trebuie să convingă tuturor că acest nivel de detecție nu a apărut datorită unei combinații de prim-plan și taxonomie). 2.7σ înseamnă că există o șansă de 2% ca această detectare să fie falsă și să dispară pe măsură ce se primesc mai multe date. Dar în lumea științei, aceasta este o probabilitate destul de mare, așa că, deocamdată, această descoperire nu trebuie considerată un fapt împlinit.
Dacă descoperirea trece testul, va fi un eveniment foarte grav. Acesta este ceea ce trebuie să măsurăm, și nu numai pentru a afla dacă a existat inflație (cel mai probabil, a fost), dar pentru a afla care dintre modelele de inflație descrie Universul?
Planck, după ce a lansat primele rezultate anul trecut, nu a găsit nimic.
Există mai multe tipuri generale de inflație care ar putea apărea: în special, dacă valoarea lui r în aceste grafice se dovedește a fi zero, aceasta va fi în favoarea modelului „câmpuri mici” și dacă se dovedește a fi ceva uriaș. (de exemplu, 0,2, judecând după aceste rezultate), aceasta va fi dovada modelului „câmpuri mari”.
Este acesta un rezultat clar? Nu. Avem nevoie de statistici mult mai bune pentru a declara aceasta o descoperire - nu putem accepta aceste rezultate și declara, „da, acestea sunt undele gravitaționale originale rămase din timpul înainte de inflație”, pentru că avem nevoie de dovezi mai bune. 2.7σ nu este rău, dar în lumea brutală a fizicii, avem nevoie de un rezultat validat de 5σ. Coșul de gunoi din istoria fizicii este plin de „descoperiri” cu 3σ, care au dispărut odată cu sosirea unor noi date.
Știm că inflația a fost; Originile structurii în Univers - aspectul ei actual, aspectul său cu 13,8 miliarde de ani în urmă și oriunde între ele - ne-a spus deja despre asta. Dar există posibilitatea și indicii timpurii ca undele gravitaționale să rămână și ele. Și dacă se va dovedi că le-am văzut cu adevărat, va trebui să obținem confirmarea acestui lucru în următorii câțiva ani. Dar dacă observația devine nesemnificativă pe măsură ce se colectează date, nu înseamnă că modelul inflației este greșit - doar că nu produce cele mai puternice moduri B.
Aceasta nu este încă o „descoperire”, ci un indiciu că am fi dat peste ceva uimitor: primul indiciu despre cum s-a născut universul nostru. Dacă se va dovedi a fi adevărat, va fi descoperirea secolului. Dar dacă noile date o infirmă - ceea ce se poate întâmpla - asta nu înseamnă că modelul inflației este greșit; aceasta înseamnă că undele gravitaționale de la inflație sunt mai mici decât au prezis modelele cele mai optimiste.
Dar indiferent dacă este real sau nu, vom afla încă puțin despre cum a apărut întregul nostru Univers.
Actualizare: În comentariile la articolul original, cititorii au raportat că lucrarea menționează o semnificație mai mare de 5σ. În special, ei se uită la o secțiune specifică a scării unghiulare, unde văd de fapt un semnal cu o semnificație de 5,2σ.
Ar putea concentrarea să fie responsabilă pentru asta? Aceasta este singura componentă care poate fi tăiată - dacă, desigur, am înțeles corect lucrarea - cu o semnificație de numai 2,7σ.
Convinge-te singur.
Semnificația rezultatului nu este mai mare decât cea a celei mai probabile surse de incertitudine și chiar dacă r poate fi zero, este foarte important să excludem această posibilitate. În lucrare, poate că a fost exclus, dar nu mi s-a părut că acest lucru s-a făcut clar și clar. Cu toate acestea, sunt foarte interesat de cum se va dezvolta toate acestea! Dacă exclud focalizarea în același mod ca și emisia de sincrotron, limita de 5σ va fi îndeplinită, iar asta va însemna deja un premiu Nobel!
Pe 17 martie 2014, oamenii de știință de la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică au anunțat descoperirea modului B la r = 0,2. Cu toate acestea, o analiză ulterioară (publicată pe 19 septembrie 2014) de către un alt grup de cercetători care utilizează date de la Observatorul Planck a arătat că rezultatul BICEP2 poate fi atribuit în întregime prafului galactic.
52. Numărul de planete din sistemul solar - _____
53. Care este principalul factor care determină schimbarea evolutivă?
Selecție naturală
Adaptare
Variabilitate
54. Cum a ajuns să fie numit complexul de idei despre micro și macroevoluție în secolul XX?
Teoria sintetică a evoluției
Teoria Pământului Gay
darwinism
55. Cum se numește știința biologică a eredității și variabilității organismelor și a metodelor de gestionare a acestora?
Genetica
Eutectic
Cibernetică
56. Cine, pe baza studiului mutațiilor plantelor, a stabilit legile eredității și variabilității acestora?
G. Mendel
A. Weisman
N.I. Vavilov
57. Teoria sintetică a evoluției constă structural din teorii ale micro- și macroevoluției. Particularitatea microevoluției este că (2)
1. Disponibil pentru observare directă
2.exclude posibilitatea experimentului direct
3. merge v continuarea zecilor si sutelor de milioane de ani
4.completează cu speciație
58. Se numește abordarea metodologică a problemei originii vieții, bazată pe ideea primatului structurilor capabile de un metabolism elementar cu participarea enzimelor.
1.coevoluție
2.holobioza
3.biogeneza
4.genobioza
59. Radiația relicvă descoperită în anii 70 ai secolului XX, adică radiația de fond cu microunde, este o confirmare observațională a modelului:
1.universul în scădere
2.starea staționară a universului
3.Universul pulsatoriu
4. Big Bang
60. În procesul apariției vieții pe Pământ, există mai multe etape principale. Prima este:
1. Sinteza abiogenă a compușilor organici cu greutate moleculară mică din anorganici
2. Apariția moleculelor autoreplicabile
3. Concentrarea compușilor organici și formarea de biopolimeri
4. Apariția fotosintezei
61. Conform teoriei sintetice a evoluției (2):
1. în evoluție, există o aleatorie, deoarece variabilitatea mutațională este aleatorie în natură
2. principala forță motrice din spatele evoluției este selecția naturală
3.evoluția este nedirecțională și reversibilă
4.evoluția se desfășoară prin schimbări oportune în organism
62. Teoria generală a relativității prezice existența unor obiecte supermasive în Univers, în apropierea cărora (la distanța razei gravitaționale) (2):
1.spațiul și timpul devin relative
2. Timpul practic se oprește pentru un observator din afară
3.radiația nu le poate părăsi
4.timp schimbă direcția
63. Cosmologia este știința (despre)
1. Universul ca întreg, proprietățile și evoluția lui
2.originea și dezvoltarea corpurilor cerești
3.originea vieții și a minții în univers
4.dispozitive ale sistemului solar
64. Factorul care contribuie la eliberarea primelor organisme din apă pe pământ:
1.formarea solurilor din roci
2.scăderea temperaturii Pământului
3.radiații ultraviolete puternice
4.aspectul stratului de ozon
65. Conform conceptelor științifice moderne, Universul nostru a apărut din:
1.produse ale exploziei Universului anterior
2.fluctuațiile cuantice ale vidului fizic
3. Golul absolut rece
4.materie creată de Dumnezeu
66. Următoarele prevederi (2) corespund variabilității ereditare:
1.este reversibil
2.este material pentru selecția naturală
3.este adaptativ
4.apariția de noi trăsături este determinată de o modificare a genotipului
67. Factorii mecanismului darwinian de evoluție sunt (2):
1.variabilitate
2.selecție naturală
3.valuri de populație
4.izolare
68. Teoria unui Univers fierbinte (teoria Big Bang) este confirmată de descoperirea a ceea ce a prezis:
1.radiația relictă care umple Universul
2.accelerarea expansiunii universului
3.recesiunea galaxiilor
4.difuzare mondială
69. Omul de știință american S. Miller a sintetizat în 1953 o serie de aminoacizi prin trecerea unei sarcini electrice printr-un amestec de gaze, constituind probabil atmosfera terestră primară. Indicați care gaz a fost absent în atmosfera primară a Pământului:
2.oxigen
4.dioxid de carbon
70. Principiile evoluţionismului universal includ următoarele
prevederi (2):
1. Cunoașterea legilor evoluției și auto-organizare vă permite să preziceți cu exactitate viitorul.
2. În toate procesele lumii există factori fundamentali și ireparabili de aleatoriu și incertitudine.
3. Șansa și incertitudinea nu joacă niciun rol semnificativ în evoluția Universului și a structurilor sale.
4. Trecutul influenteaza viitorul, dar nu il defineste.
71. Singularitatea este:
1. „gaura neagră”
2.materie supradensa
3.starea inițială a universului, caracterizată printr-o densitate infinită de masă și o curbură infinită
4.big bang
72. „Redshift” este:
1.reducerea frecventelor radiatiilor electromagnetice provenite de la stele
2.radiația giganților roșii
3.schimbarea radiaţiilor din nucleele galactice
4.radiația specială a celor mai îndepărtate stele
73. Teoria sintetică a evoluției diferă de teoria lui Darwin:
1.recunoașterea mutației ca principală sursă de variabilitate
2. abandonarea ideii de selecție naturală
3.recunoașterea influenței sintetice a diverșilor factori asupra genotipului
4.respingerea ideii de luptă pentru existență
74. Sinergetica este știința transformării:
1.sisteme simple până la complexe
2.sisteme complexe în simple
3.ordine în haos
4.haos în spațiu
75. Structura elementară a evoluției conform conceptelor moderne este:
2.organism
3.populația
4.biocenoza
76. Departamentul superior al sistemului nervos central, cu funcțiile cărora memoria, gândirea și activitatea de vorbire sunt asociate la o persoană, sunt:
1.substanța cenușie a cerebelului
2.medulla oblongata
3.cortexul emisferelor cerebrale
4.substanța cenușie a centrilor subcorticali
77. Proprietățile mutațiilor:
1.nu este asociat cu o modificare a genotipului
2.ereditare
3.aleatorie
4.sunt adaptative
78. Variabilitatea modificării este caracterizată (2):
1.natura de grup a schimbărilor
2.transfer prin moştenire
3.durata scurta
4.schimbarea genotipului
79. Motivul pentru modificarea variabilității caracterelor este o schimbare...
1.condiții de mediu
4.cromozomi
80. Forma de selecție naturală în care fenotipul optim pentru condiții specifice devine preferabilă într-o populație se numește:
1.selectie stabilizatoare
2.selectie perturbatoare
3.selecție motivațională
4.Selectie destabilizatoare
81. Monomerul ADN este:
1.aminoacid
2.acid fosforic
3.- dezoxiribrza
5.baza azotata
6.nucleotide
82. Forma selecției naturale, în care există o împărțire a unei populații în două, se numește:
1.selecție de conducere (direcțională).
2.artificial
3.stabilizatoare
4.disruptive
83. Cel mai mare obiect din Megamir este:
1.metagalaxie
2.sistem stelar
4. Univers
84. Semnificația variabilității mutaționale pentru evoluție este că:
1. Apare numai la bărbați
2.nu este moștenit
3.se moștenește
4. apare deodată la un număr mare de indivizi
85. Apariția vieții pe Pământ și în biosfera sa este una dintre principalele probleme ale științei naturale moderne. Ipoteza care sugerează că viața pământească are o origine cosmică se numește:
1.creationism
2.ipoteza evoluţiei biochimice
3.ipoteza generarii spontane
4.ipoteza panspermiei
86. Conform modelului Big Bang, toată materia din Univers în momentul inițial era concentrată într-un volum extrem de mic cu o densitate infinit de mare. Această condiție se numește:
1.singularitatea
2.punct de bifurcare
3.chiralitate
4. complementaritate
87. „Găurile negre” au o serie de proprietăți și anume (2):
1.timpul pe suprafața sferei, limitat de raza gravitațională, se oprește
2.nu sunt disponibile pentru observare directă
3.emit doar în domeniul infraroșu
4. Rotindu-se cu viteză mare, ei emit fascicule de radiații electromagnetice
88. Fondatorul modelelor cosmologice bazate pe teoria generală a relativității a fost:
1. Einstein;
3. Friedman;
5. Eddington;
6. Lemaître.
89. S-au stabilit legile mișcării planetare:
1. Giordano Bruno
2. Johannes Kepler;
3. Galileo Galilei;
4. Tycho Brahe;
5. Isaac Newton;
6. René Descartes
90. De ce principiu fundamental nu se poate renunța la construirea teoriei generale a relativității (teoria gravitației lui Einstein)?
1. principiul relativist al relativității;
2. principiul care afirmă corespondența dintre masa unei particule și unda acesteia;
3.principiul identităţii maselor grele şi inerte ;
3. principiul relativității la mijloacele de observație.
91. Indicați timpul (secolul) descoperirilor astronomice ale lui Copernic și Bruno.
Astrofizicienii NASA au făcut o descoperire științifică importantă - au confirmat experimental teoria inflaționistă a evoluției Universului.
Oamenii de știință sunt convinși că au „atins” evenimentele de acum aproximativ 14.000.000.000 de ani. În continuarea a trei ani de observații continue ale fundalului cosmic în domeniul microundelor, aceștia au reușit să „prindă” lumina rămasă (relicvă) din primele momente ale vieții Universului. Aceste descoperiri au fost făcute folosind aparatul WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).
Astrofizicienii studiază Universul în momentul existenței sale, când vârsta lui era de aproximativ o trilionime dintr-o secundă, adică aproape imediat după Big Bang. În acest moment au apărut începuturile viitoarelor sute de milioane de galaxii în micul Univers, din care s-au format stelele și planetele pe parcursul a sute de milioane de ani.
Postulul principal al teoriei inflaționiste este următorul: după Big Bang, care a dat naștere Universului nostru, într-o perioadă de timp incredibil de scurtă - o trilionime de secundă - s-a transformat dintr-un obiect microscopic în ceva colosal, de multe ori mai mare decât întreaga parte observabilă a cosmosului, adică a suferit inflație.
„Rezultatele sunt în favoarea inflației”, a spus Charles Bennett (Universitatea Johns Hopkins), care a anunțat descoperirea. „Este uimitor că putem spune orice despre ceea ce s-a întâmplat în prima trilionime dintr-o secundă din existența universului”, a spus el.
Aparent, în primele trilioane fracțiuni de secundă după Explozie, rata de expansiune a Universului a fost mai mare decât viteza luminii și timpul care a trecut de la extinderea Universului de la dimensiunea mai multor atomi la o sferă stabilă. forma se măsoară în cantități foarte mici. Pentru prima dată această ipoteză a fost prezentată încă din anii '80.
„Cum știm ce era în Univers la momentul creării lui? Fondul cosmic cu microunde este o adevărată comoară de informații despre trecutul Universului nostru. Radiația luminoasă care a ajuns până la noi indică clar faptele despre dezvoltarea Universului”, spune dr. Gary Hinshaw, angajat al Centrului Spațial Goddard al NASA.
Teoria inflaționistă în sine există în mai multe versiuni, spune pentru NewsInfo astronomul Nikolai Nikolaevich Chugay (Institutul de Astronomie al Academiei Ruse de Științe).
"Nu există o teorie completă a acestui lucru, dar există doar câteva presupuneri despre cum s-a întâmplat acest lucru. Dar există o" predicție "care rezultă din faptul că fluctuațiile cuantice (din latină fluctuatio - fluctuație; abateri aleatorii ale cantităților fizice de la media lor). valori la scale microscopice) prezic un anumit spectru de perturbații, adică distribuția amplitudinii acestor perturbații în funcție de lungimea scării pe care se dezvoltă această perturbare. Vă puteți imagina în figură o linie ondulată cu lungimi de undă diferite, și dacă aveți o amplitudine pentru cele la scară mare pentru cele la scară mică, este diferită - spuneți că spectrul acestor perturbații nu este plat”, explică Nikolai Chugai.
Până în aproximativ anii 1970 ai secolului XX, a existat o imagine standard a Big Bang-ului, conform căreia universul nostru a ieșit dintr-o stare foarte densă, fierbinte. A avut loc fuziunea termonucleară a heliului - aceasta este una dintre confirmările modelului Universului fierbinte. În 1964, au fost descoperite radiații relicve (reziduale), pentru care a fost primit Premiul Nobel. Radiația relicvă ne vine din regiuni foarte îndepărtate. În procesul de expansiune, radiația care umple universul mare se răcește.
„Această proprietate este similară cu atunci când un balon explodează și se răcește”, explică Nikolai Chugay. „Același lucru se întâmplă atunci când un spray dintr-un balon iese din tine și poți simți cum se răcește balonul.”
"Detecția acestei radiații (acum este rece - doar 3 grade) a fost o dovadă decisivă a fazei fierbinți a Universului. Dar acest model nu este complet, - crede astronomul. - Nu explică totul. Și principalul lucru este că nu explică faptul că Universul este omogen.la toate scările.Oriunde ne uităm – vedem practic aceleași galaxii cu aceeași densitate a acestor galaxii în unități de volum.Peste tot este aproximativ aceeași structură.Deoarece acestea punctele îndepărtate ale Universului nu interacționează, se dovedește ciudat - din punct de vedere al fizicii - cum nu interacționează și nu știu nimic unul despre celălalt, relativ vorbind? Și, cu toate acestea, Universul este aranjat în aceste puncte îndepărtate în același mod. Și asta ar trebui să însemne pentru un fizician că, odată ce aceste părți îndepărtate ale Universului au fost în contact. Adică, ele făceau parte dintr-un întreg în care perturbările se răspândesc și aceste perturbări s-au atenuat. Adică, odată ce universul, pe care îl vedem acum la scară largă, era unul fizic ala și tulburările din aceste puncte îndepărtate au avut timp să treacă și să mânjească tulburările care au apărut acolo.”
Astăzi doar observăm această omogenitate în puncte îndepărtate ale Universului în regiuni opuse ale cerului ca fiind complet identice ca densitate - radiație relicvă, pe care o observăm cu absolut aceeași intensitate și luminozitate. „Indiferent unde te uiți”, spune dr. Chugay.
"Și asta înseamnă că Universul a fost absolut omogen - izotrop. Această etapă inflaționistă inițială face posibilă" pregătirea "un astfel de univers omogen. Un alt avantaj al fazei inflaționiste este nu numai că a pregătit un univers omogen, ci și că atât -numitele fluctuații cuantice (perturbații de densitate pe scale microscopice de lungime) au fost asociate cu natura cuantică a lumii noastre (la nivelul particulelor elementare", a concluzionat Nikolai Chugai.
Ascultă sunetele unui Big Bang simulat.
Articolul a folosit materiale:
2.Ringside Seat la prima fracțiune de secundă a Universului 3.Presă rusă
De ce cred oamenii de știință că universul a început cu o explozie?
Astronomii citează trei linii de raționament foarte diferite care oferă o bază solidă pentru această teorie. Să le aruncăm o privire mai atentă.
Descoperirea expansiunii universului... Poate că cea mai convingătoare dovadă pentru teoria Big Bang provine dintr-o descoperire remarcabilă făcută de astronomul american Edwin Hubble în 1929. Înainte de asta, majoritatea oamenilor de știință considerau Universul ca fiind static - nemișcat și neschimbător. Dar Hubble a descoperit că se extinde: grupuri de galaxii se împrăștie unele de altele, la fel cum resturile sunt împrăștiate în direcții diferite după o explozie cosmică (vezi secțiunea „Constante Hubble și Epoca Universului” din acest capitol).
Evident, dacă unele obiecte se împrăștie, atunci odată ce au fost mai aproape unul de celălalt. Urmărind expansiunea universului înapoi în timp, astronomii au ajuns la concluzia că acum aproximativ 12 miliarde de ani (dați sau luați câteva miliarde de ani), universul era o formațiune incredibil de fierbinte și densă, eliberarea unei energii enorme din care a fost cauzată de o explozie. de o forță colosală.
Descoperirea fundalului cosmic cu microunde... În anii 1940, fizicianul Georgy Gamow și-a dat seama că Big Bang-ul trebuia să genereze radiații puternice. Colegii săi au sugerat, de asemenea, că rămășițele acestei radiații, răcite de expansiunea universului, ar putea exista în continuare.
În 1964, Arno Penzias și Robert Wilson din Laboratoarele AT&T Bell scanând cerul cu o antenă radio, au găsit un trosnet slab, uniform. Ceea ce au confundat inițial cu interferențe radio s-a dovedit a fi un „foșnet” slab de radiații rămase de la Big Bang. Aceasta este o radiație omogenă de microunde care pătrunde în întreg spațiul cosmic (se mai numește și radiație relicvă). Temperatura acestuia fundal cosmic cu microunde(fondul cosmic cu microunde) este exact ceea ce prevăd astronomii (2,73 ° Kelvin) dacă răcirea a fost uniformă de la Big Bang. Pentru descoperirea lor, A. Penzias și R. Wilson au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1978.
O abundență de heliu în spațiu... Astronomii au descoperit că în raport cu hidrogenul, cantitatea de heliu din spațiu este de 24%. Mai mult, reacțiile nucleare din interiorul stelelor (vezi capitolul 11) nu durează suficient pentru a crea atât de mult heliu. Dar heliul este la fel de mult pe cât ar fi trebuit teoretic să se formeze în timpul Big Bang-ului.
După cum sa dovedit, teoria Big Bang explică cu succes fenomenele observate în spațiu, dar rămâne doar un punct de plecare pentru studierea stadiului inițial al dezvoltării Universului. De exemplu, această teorie, în ciuda numelui ei, nu propune nicio ipoteză despre sursa „dinamitei cosmice” care a provocat Big Bang-ul.
