Marea explozie

Big Bang-ul este un model cosmologic  general acceptat care descrie dezvoltarea timpurie a Universului [1] , și anume începutul expansiunii Universului , înainte de care Universul se afla într-o stare singulară .

De obicei, acum combină teoria Big Bang și modelul Universului fierbinte , dar aceste concepte sunt independente. Din punct de vedere istoric, a existat și ideea unui Univers inițial rece lângă Big Bang. Combinația teoriei Big Bang cu teoria Universului fierbinte, susținută de existența radiației cosmice de fond cu microunde , este considerată în continuare.

Concepte moderne ale teoriei Big Bang-ului și teoria Universului fierbinte

Conform conceptelor moderne, Universul pe care îl observăm în prezent a apărut cu 13,799 ± 0,021 miliarde de ani în urmă [2] dintr-o stare singulară inițială și s-a extins și s-a răcit continuu de atunci. Conform limitărilor cunoscute privind aplicabilitatea teoriilor fizice moderne, cel mai timpuriu moment care poate fi descris este momentul epocii Planck cu o temperatură de aproximativ 10 32 K ( temperatura Planck ) și o densitate de aproximativ 10 93 g/cm³ ( densitatea Planck ). Universul timpuriu a fost un mediu extrem de omogen și izotrop , cu o densitate de energie, temperatură și presiune neobișnuit de mare. Ca urmare a expansiunii și răcirii, în Univers au avut loc tranziții de fază, similare condensării unui lichid dintr-un gaz, dar în relație cu particulele elementare .

În perioada de timp de la zero la 10 -40 de secunde după Big Bang, au avut loc procesele de naștere a Universului dintr-o singularitate. Se crede că în acest caz temperatura și densitatea materiei din Univers erau apropiate de valorile Planck. Nu există o teorie fizică completă a acestei etape [3] . La sfârșitul acestei etape, interacțiunea gravitațională s-a separat de celelalte și a început Epoca Marii Uniri .

La aproximativ 10 -42 de secunde după momentul Big Bang, tranziția de fază a provocat expansiunea exponențială a Universului. Această perioadă a fost numită inflație cosmică și s-a încheiat la 10 −36 de secunde după momentul Big Bang [3] .

După sfârșitul acestei perioade, materialul de construcție al universului a fost plasmă cuarc-gluon . După ceva timp, temperatura a scăzut la valori la care următoarea tranziție de fază, numită bariogeneză , a devenit posibilă . În această etapă, quarcii și gluonii s -au combinat în barioni , cum ar fi protonii și neutronii [3] . În același timp, a avut loc simultan o formare asimetrică atât a materiei, care a prevalat, cât și a antimateriei, care s-a anihilat reciproc , transformându-se în radiație electromagnetică .

O scădere suplimentară a temperaturii a dus la următoarea tranziție de fază  - formarea forțelor fizice și a particulelor elementare în forma lor modernă. Apoi a venit era nucleosintezei , în care protonii, combinându-se cu neutronii, au format nucleele de deuteriu , heliu-4 și alți câțiva izotopi de lumină . După o scădere suplimentară a temperaturii și expansiunea universului, a avut loc următorul moment de tranziție, în care gravitația a devenit forța dominantă. La 380 de mii de ani după Big Bang, temperatura a scăzut atât de mult încât a devenit posibilă existența atomilor de hidrogen (înainte de aceasta, procesele de ionizare și recombinare a protonilor cu electronii erau în echilibru).

După epoca recombinării, materia a devenit transparentă pentru radiații, care, propagăndu-se liber în spațiu, a ajuns la noi sub forma radiației cosmice de fond cu microunde .

În toate etapele Big Bang-ului, așa-numitul principiu cosmologic este îndeplinit  - Universul în orice moment dat arată la fel pentru un observator în orice punct al spațiului. În special, în orice moment dat în toate punctele din spațiu, densitatea materiei este în medie aceeași. Big Bang-ul nu este ca explozia unui băț de dinamită în spațiul gol, când materia începe să se extindă dintr-un volum mic în golul din jur, formând un nor sferic de gaz cu un front de expansiune clar, dincolo de care există un vid. Această noțiune populară este eronată [4] . Big Bang-ul a avut loc în toate punctele din spațiu simultan și sincron, este imposibil să se îndrepte spre orice punct ca centru al exploziei, nu există gradienți de presiune și densitate la scară mare în spațiu și nu există granițe sau fronturi care separă. substanță în expansiune din vid [4] . Big Bang-ul este o expansiune a spațiului însuși, împreună cu materia conținută în el, care, în medie, este în repaus în orice moment dat.

Problema singularității inițiale

Extrapolarea expansiunii observate a universului înapoi în timp duce, folosind relativitatea generală și alte teorii alternative ale gravitației , la densitate și temperatură infinită la un moment finit în timp din trecut. Curbura spațiu-timpului atinge o valoare nedefinit de mare. Această stare este numită singularitatea cosmologică (deseori singularitatea cosmologică este numită figurativ „nașterea” Universului). Imposibilitatea evitării singularității în modelele cosmologice ale relativității generale a fost dovedită, printre alte teoreme de singularitate , de R. Penrose și S. Hawking la sfârșitul anilor 1960.

Teoria Big Bang-ului face imposibil să vorbim despre ceva ce a precedat acest moment (deoarece modelul nostru matematic al spațiu-timpului din momentul Big Bang-ului își pierde aplicabilitatea, în timp ce teoria nu neagă deloc posibilitatea existenței a ceva înainte de Big Bang). Acest lucru semnalează inadecvarea descrierii Universului de către teoria generală clasică a relativității.

Cât de aproape de singularitate se poate extrapola fizica cunoscută este o chestiune de dezbatere științifică, dar este practic acceptat că epoca pre-Planck nu poate fi luată în considerare prin metode cunoscute. Problema existenței unei singularități în această teorie este unul dintre stimulentele pentru construirea teoriilor cuantice și a altor teorii alternative ale gravitației , care încearcă să rezolve această problemă.

Există mai multe ipoteze despre originea părții vizibile a Universului [5] :

Evoluția ulterioară a Universului

Conform teoriei Big Bang, evoluția ulterioară depinde de un parametru măsurabil experimental - densitatea medie a materiei în Universul modern. Dacă densitatea nu depășește o anumită valoare critică (cunoscută din teorie) , Universul se va extinde pentru totdeauna, dar dacă densitatea este mai mare decât cea critică, atunci procesul de expansiune se va opri într-o zi și va începe faza inversă de compresie, revenind. la starea singulară originară. Datele observaționale moderne (2015) arată că densitatea medie în cadrul erorii experimentale (fracții de procent) este egală cu cea critică [15] .

Există o serie de întrebări la care teoria Big Bang nu le poate răspunde încă, dar principalele sale prevederi sunt susținute de date experimentale fiabile, iar nivelul actual al fizicii teoretice face posibilă descrierea destul de fiabilă a evoluției în timp a unui astfel de sistem, cu cu excepția stadiului inițial - aproximativ o sutime de secundă de la „începutul lumii”. Este important pentru teoria că această incertitudine în stadiul inițial se dovedește de fapt a fi nesemnificativă, deoarece starea Universului format după trecerea prin această etapă și evoluția sa ulterioară pot fi descrise destul de sigur.

Istoria dezvoltării ideilor despre Big Bang

Istoria termenului

Inițial, teoria Big Bang a fost numită „model evolutiv dinamic”. Pentru prima dată, termenul „Big Bang” ( Big Bang ) a fost folosit de Fred Hoyle în prelegerea sa din 1949 (Hoyle însuși a aderat la ipoteza „nașterii continue” a materiei în timpul expansiunii Universului). El a spus:

Această teorie se bazează pe presupunerea că universul își are originea în procesul unei singure explozii puternice și, prin urmare, există doar pentru un timp finit... Această idee a Big Bang-ului mi se pare complet nesatisfăcătoare.

După ce au fost publicate prelegerile sale, termenul a devenit utilizat pe scară largă.

Critica teoriei

Pe lângă teoria Universului în expansiune , a existat și o teorie conform căreia Universul este staționar  - adică nu evoluează și nu are nici început, nici sfârșit în timp. Unii dintre susținătorii acestui punct de vedere au respins expansiunea Universului, iar deplasarea spre roșu se explică prin ipoteza „îmbătrânirii” luminii . Cu toate acestea, după cum sa dovedit, această ipoteză contrazice observațiile, de exemplu, dependența observată a duratei izbucnirilor de supernove de distanța până la acestea [21] [22] [23] . O altă opțiune, care nu neagă expansiunea Universului, este reprezentată de teoria Universului staționar de F. Hoyle . De asemenea, este în slab acord cu observațiile [23] .

În unele teorii ale inflației (de exemplu, inflația eternă ), imaginea noastră observată a Big Bang-ului corespunde poziției numai în partea din Univers pe care o observăm ( Metagalaxia ), dar nu epuizează întregul Univers.

În plus, teoria Big Bang-ului nu ia în considerare problema cauzelor apariției unei singularități sau a materiei și energiei pentru apariția acesteia, de obicei ea postulează pur și simplu lipsa de început. Se crede că răspunsul la întrebarea existenței și originii singularității inițiale va fi dat de teoria gravitației cuantice .

Există, de asemenea, o serie de fapte observaționale care nu sunt de acord cu izotropia și omogenitatea Universului observabil : prezența unei direcții predominante de rotație a galaxiilor [24] [25] , neomogenități în distribuția galaxiilor pe cele mai mari disponibile. cântare, axa răului .

În știința oficială a URSS , teoria Big Bang a fost la început percepută cu prudență. Deci, în 1955, un autor sovietic scria: „ Doctrina marxist-leninistă a unui Univers infinit este o axiomă fundamentală la baza cosmologiei sovietice... Negarea sau evitarea acestei teze... duce inevitabil la idealism și fideism , că este, în cele din urmă, la negarea cosmologiei și, prin urmare, nu are nimic de-a face cu știința” [26] [27] . Deși teoria Big Bang-ului a fost în cele din urmă acceptată de oamenii de știință și filozofi sovietici, cu toate acestea, până la prăbușirea URSS , postulatul infinitului și eternității materiei a fost fixat în dicționarele filozofice . În același timp, s-a declarat că teoria Big Bang este valabilă numai pentru Metagalaxie , iar Metagalaxia nu este încă întregul Univers, „Big Bang” nu este începutul Universului, ci doar o altă tranziție a necreate și materie indestructibila de la o stare la alta [28] .

A treia ediție a Marii Enciclopedii Sovietice spune:

Faptul îndepărtării reciproce a galaxiilor care alcătuiesc Metagalaxia indică faptul că cu ceva timp în urmă aceasta era într-o stare diferită calitativ și era mai densă... Vârsta Metagalaxiei este uneori luată ca vârsta Universului, ceea ce este tipic pentru susținătorii identificării Metagalaxiei cu Universul ca întreg. Într-adevăr, ipoteza existenței în Univers a multor metagalaxii situate pur și simplu la anumite distanțe unele de altele nu găsește nicio confirmare. Cu toate acestea, ar trebui să se țină cont de posibilitatea unor relații mai complexe între Metagalaxie și Univers în ansamblu, și chiar între metagalaxii individuale: în volume atât de mari de spațiu, principiile geometriei euclidiene sunt deja inaplicabile. Aceste relații pot fi complexe și topologic. Nu putem exclude posibilitatea ca fiecare particulă elementară încărcată să fie echivalentă cu un întreg sistem de galaxii, adică să poată consta dintr-un astfel de sistem. Posibilitățile unor astfel de relații mai complexe trebuie să fie luate în considerare și de cosmologie. Prin urmare, este încă prematur să spunem că există date despre vârsta Universului în ansamblu [29] .

Teorie și religie

La 22 noiembrie 1951, Papa Pius al XII-lea a anunțat că teoria Big Bang nu contrazice ideile catolice despre crearea lumii [30] [31] . Ortodoxia are și o atitudine pozitivă față de această teorie [32] . De asemenea, confesiunile creștine protestante conservatoare au salutat teoria Big Bang ca o interpretare istorică susținătoare a doctrinei creației [33] . Unii musulmani au început să sublinieze că există referiri la Big Bang în Coran [34] [35] . Potrivit învățăturii hinduse, lumea nu are început și sfârșit, se dezvoltă ciclic [36] [37] , cu toate acestea, „Enciclopedia hinduismului” spune că teoria amintește că totul a venit de la Brahman , care este „mai puțin decât un atom, dar mai mult decât cel mai enorm” [ 38] .

Note

  1. Wollack, Edward J. Cosmology: The Study of the Universe . Universul 101: Teoria Big Bang . NASA (10 decembrie 2010). Consultat la 27 aprilie 2011. Arhivat din original pe 30 mai 2012.
  2. Colaborarea Planck. Rezultatele Planck 2015  : XIII. Parametri cosmologici: [ ing. ] // Astronomie și astrofizică. - 2016. - T. 594 (septembrie). — Pagina 31, rândul 18, ultima coloană. - doi : 10.1051/0004-6361/201525830 .
  3. 1 2 3 Sazhin, 2002 , p. 37.
  4. 1 2 M. V. Sazhin. Cosmologia modernă în prezentare populară. - Moscova: URSS, 2002. - S. 104. - 240 p. - 2500 de exemplare.  — ISBN 5-354-00012-2 .
  5. BBC Video Horizon. Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? . Consultat la 4 aprilie 2014. Arhivat din original pe 2 iunie 2011.
  6. Un univers este un prânz gratuit . mare gând. Consultat la 12 mai 2015. Arhivat din original la 14 aprilie 2015.
  7. Stephen Hawking ; Mlodinow, Leonard Marele Design. - Bantam Books , 2010. - ISBN 0-553-80537-1 .
  8. Krauss, Lawrence Un Univers din Nimic . - New York: Free Press, 2012. - ISBN 978-1-4516-2445-8 .
  9. Martin, Michael. Ateismul: o justificare filozofică . - Philadelphia: Temple University Press , 1990. - P.  106 . — ISBN 978-0-87722-943-8 . Martin oferă următoarele exemple de surse: Edward P. Tryon, „Is the Universe a Vacuum Fluctuation?” Nature , 246, 14 decembrie 1973, pp. 396-397; Edward P. Tryon, „What Made the World? New Scientist , 8, martie 1984, pp. 14-16; Alexander Vilenkin, „Creation of Universes from Nothing”, Physics Letters , 117B, 1982, pp. 25-28; Alexander Vilenkin, „Birth of Inflationary Universes”, Physical Review , 27, 1983, pp. 2848-2855; LP Grishchuck și YB Zledovich, „Complete Cosmological Theories,” The Quantum Structure of Space and Time , ed. MJ Duff și CJ Isham ( Cambridge: Cambridge University Press , 1982), pp. 409-422; Quentin Smith, „The Uncaused Beginning of the Universe”, Philosophy of Science , 55, 1988, pp. 39-57.
  10. Stephen Hawking „Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang?” https://www.youtube.com/watch?v=veTlvfH0LMk Arhivat 6 februarie 2022 la Wayback Machine
  11. Lawrence Krauss „A Universe from Nothing” http://scorcher.ru/art/theory/Strakh_fiziki/lorens_krauss_prev.php Arhivat 22 iunie 2018 la Wayback Machine
  12. Linde, Andrei Dmitrievici. Univers inflaționist nesingular regenerator  . - 1982. Arhivat la 5 noiembrie 2012.
  13. Smolin, Lee. Soarta singularităților găurii negre și parametrii modelelor standard ale fizicii particulelor și  cosmologiei . - 1992. Arhivat la 17 iulie 2019.
  14. J. Khoury, B. A. Ovrut, P. J. Steinhardt, N. Turok. Universul ekpyrotic: coliziunea branelor și originea Big Bang-ului fierbinte  //  Revizuire fizică. - 2001. - Nr. D64 . — ISSN 123522 . Arhivat din original pe 26 octombrie 2021.
  15. PAR Ade et al. (Planck Colab.). Rezultatele Planck 2015. XIII. Parametri cosmologici  // A&A. - 2016. - Vol. 594.-P. A13. - doi : 10.1051/0004-6361/201525830 . - arXiv : 1502.01589 . Arhivat din original pe 13 noiembrie 2016.
  16. Einstein, Albert. Die Grundlage der allgemeinen Relativitstheorie  (germană)  // Annalen der Physik . - 1916. - Nr. 7 . - S. 769-822 . — ISSN 1521-3889 . Arhivat din original pe 24 septembrie 2015.
  17. Cormac O'Raifeartaigh, Simon Mitton, „cea mai mare gafă” a lui Einstein - interogarea legendei, arΧiv : 1804.06768 . 
  18. Wirtz, C. De Sitters Kosmologie und die Radialbewegungen der Spiralnebel // Astronomische Nachrichten, Bd. 222, S. 21 (1924)
  19. Cronologie de fundal Cosmic Microwave Arhivată 24 ianuarie 2021 la Wayback Machine Lawrence la Berkeley
  20. ^ Seven-Year Wilson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results (PDF). nasa.gov. Preluat la 9 martie 2012. Arhivat din original la 30 mai 2012. (vezi tabelul cu cele mai bune estimări ale parametrilor cosmologici la p. 39)
  21. Wright EL Errors in Tired Light Cosmology Arhivat 16 noiembrie 2021 la Wayback Machine .
  22. Overduin JM, Wesson PS Universul lumină/întuneric: lumina din galaxii, materia întunecată și energia întunecată. - World Scientific Publishing Co., 2008. - ISBN 9812834419 .
  23. 1 2 Peebles PJE The Standard Cosmological Model Arhivat 24 iulie 2018 la Wayback Machine în Rencontres de Physique de la Vallee d'Aosta (1998) ed. M. Greco, p. 7
  24. Oamenii de știință au găsit o urmă a rotației Universului la naștere (link inaccesibil) . Preluat la 14 decembrie 2011. Arhivat din original la 18 februarie 2012. 
  25. ScienceDirect - Physics Letters B: Detectarea unui dipol în mâna galaxiilor spirale cu deplasări spre roșu . Data accesului: 14 decembrie 2011. Arhivat din original la 3 februarie 2012.
  26. Eigenson M.S. Despre problema cosmogoniei  // Circulară a Observatorului Astronomic din Lvov. - 1955. - Emisiune. nr. 30 . - S. 1-12 . Cit. Citat din : Wetter G. Dialectical Materialism: A Historical and Systematic Survey of Philosophy in the Soviet Union / Tradus din germană de Peter Heath. - Londra: Routledge și Kegan Paul, 1958. - S. 436. - 609 p.
  27. Lauren Graham. Științe ale naturii, filozofie și științe ale comportamentului uman în Uniunea Sovietică . Preluat la 6 iulie 2020. Arhivat din original la 20 februarie 2020.
  28. Skosar V. Scurtă istorie a ideilor despre Univers. Zigzags of Cosmological Thought Arhivat 29 noiembrie 2012 la Wayback Machine
  29. Univers . Data accesului: 28 ianuarie 2013. Arhivat din original la 31 iulie 2013.
  30. Ferris, T. Majoritatea în Calea Lactee . - Morrow , 1988. - S. 274, 438. - ISBN 978-0-688-05889-0 . , citând pe Berger, A. The Big-bang și Georges Lemaître: procedurile unui simpozion în onoarea lui G. Lemaître la cincizeci de ani după inițierea sa în cosmologie big-bang, Louvainla-Neuve, Belgia, 10–13 octombrie  1983 . - D. Reidel , 1984. - P. 387. - ISBN 978-90-277-1848-8 .
  31. Papa Pius al XII-lea . Ai soci della Pontificia Accademia delle Scienze, 22 noiembrie 1951 - Pio XII, Discorsi  (italiană) . Tipografia Poliglotta Vaticana (2 noiembrie 1951). Preluat la 23 februarie 2012. Arhivat din original la 30 mai 2012.
  32. Konstantin Parkhomenko. Prima zi a creației . Crearea lumii și a omului. . Data accesului: 22 iunie 2012. Arhivat din original pe 23 noiembrie 2010.
  33. Russell, RJ Cosmology: From Alpha to Omega . - Fortress Press , 2008. - ISBN 9780800662738 . . - „Cercurile protestante conservatoare au salutat, de asemenea, cosmologia Big Bang ca susținând o interpretare istorică a doctrinei creației”.
  34. Diane Morgan. Islamul esențial : un ghid cuprinzător pentru credință și practică  . - ABC-CLIO , 2010. Arhivat 26 aprilie 2015 la Wayback Machine . „Deși Coranul nu intenționează să fie un manual de fizică, mulți comentatori musulmani caută prin el pasaje care par să fie paralele cu descoperirile făcute de știința modernă, într-un efort de a arăta înțelepciunea atemporală a cărții. Se spune că unele dintre aceste paralele includ referiri la Big Bang, antimaterie, stele rotative, fuziune radioactivă, plăci tectonice și stratul de ozon”.
  35. Helaine Selin. Enciclopedia istoriei științei, tehnologiei și medicinei în culturile non-occidentale  (engleză) . - Springer Press , 1997. Arhivat 26 aprilie 2015 la Wayback Machine . — „Subiecte variind de la relativitate, mecanica cuantică și teoria Big Bang până la întregul domeniu al embriologiei și o mare parte din geologia modernă au fost descoperite în Coran .”
  36. Sushil Mittal, G. R. Thursby. Lumea hindusă . - Psychology Press , 2004. Arhivat 26 aprilie 2015 la Wayback Machine . — „În cosmogoniile vedice nu se pune întrebarea ce a cauzat dorința primordială; ca și Big Bang-ul cosmologiei moderne, impulsul primordial este dincolo de orice timp și cauzalitate, așa că nu are sens să ne întrebăm ce l-a precedat sau ce l-a cauzat. Totuși, în cosmologia hindusă pe care o găsim în Purana și alte texte sanscrite non-vedice, timpul nu are un început absolut; este infinit și ciclic, la fel și kama .”.
  37. John R. Hinnells. Companionul Routledge pentru studiul religiei  . — Taylor & Francis , 2010. Arhivat 26 aprilie 2015 la Wayback Machine . - „Există și alte modele cosmologice ale universului în afară de modelul Big Bang, inclusiv teoriile universului etern – vederi mai în concordanță cu cosmologiile hinduse decât cu conceptele teiste tradiționale ale cosmosului”.
  38. Sunil Sehgal. Encyclopædia of Hinduism: T.Z., Volumul 5 . - Sarup & Sons, 1999. Arhivat 27 aprilie 2015 la Wayback Machine . „Teoria este cunoscută ca „teoria Big Bang” și ne amintește de ideea hindusă că totul a venit de la Brahman, care este „mai subtil decât atomul, mai mare decât cel mai mare” (Kathopanishad-2-20).”

Literatură

Link -uri