Hur har vårt universum? Som det blev i den till synes oändliga rymden? Och än blir det efter många miljoner och miljarder år? Dessa frågor plågat (och fortsätta att riva) medvetandet av filosofer och vetenskapsmän, som det verkar, sedan början av tid, vilket ger upphov till många intressanta och ibland galna teorier. Idag är de flesta astronomer och kosmologer har kommit till en Allmän enighet om att universum som vi känner det, var resultatet av en gigantisk explosion som gav upphov till inte bara den största delen av frågan, men vilken var källan för de grundläggande fysiska lagar, enligt vilken det är den rymd som omger oss. Detta kallas för Big Bang-teorin.
Grunderna i Big Bang-teorin är relativt enkel. Kortfattat, enligt det funnits och som nu finns i Universum av materia som kom vid samma tid — ca 13,8 miljarder år sedan. Vid denna tidpunkt all materia existerade i ett mycket kompakt sammanfattning av en boll (eller led) av oändlig densitet och temperatur. Detta tillstånd kallas singularitet. Plötsligt, singularity började expandera och gav upphov till Universum som vi känner det.
Det bör noteras att teorin om Big Sprängning är bara en av många föreslagna hypoteser för dess förekomst (till exempel, det är teorin om ett stationärt Universum), men det fick bred acceptans och popularitet. Hon inte bara förklarar källan av all känd materia, av fysikens lagar, och en stor struktur i Universum, den beskriver också skäl för expansionen av Universum, och många andra aspekter och fenomen.
Kronologi av händelser i the Big Bang theory
Baserat på kunskap om det aktuella tillståndet av Universum, forskare tyder på att allt var att börja med en enda punkt med oändlig densitet och en ändlig tid, som började expandera. Efter den inledande expansionen, enligt teorin, universum genomgick en fas av kylning, vilket möjliggjorde för den subatomära partiklar, och senare enkla atomer. Gigantiska moln av dessa delar senare antika allvar började att bilda stjärnor och galaxer.
Allt detta enligt gissningar av forskare, började för cirka 13,8 miljarder år sedan, och så denna utgångspunkt anses vara Universums ålder. Genom att undersöka olika teoretiska principer, experiment med partikelacceleratorer och hög energi Stater, och genom att göra den astronomiska forskningen i avlägsna hörn av Universum forskare har dragit slutsatsen och föreslagna kronologi av händelser som började med Big Bang och Universums har så småningom ledde till att tillstånd av kosmisk evolution, som är den plats att vara på nu.
Forskarna tror att den tidigaste tider av ursprunget av Universum — som varade från 10-43 till 10-11 sekund efter Big Bang är fortfarande föremål för kontroverser och diskussioner. Om du anser att fysikens lagar, som vi nu vet inte kunde existera vid denna tid, det är mycket svårt att förstå hur man kan reglera processer i det tidiga Universum. Dessutom, experiment med olika typer av energier som kan vara aktuella vid den tiden fortfarande inte genomförts. Hur som helst, många teorier om ursprunget av Universum i slutändan är överens om att någon gång hade en utgångspunkt från vilken det började.
Eran av singularity
Även känd som Planck-epoken (eller Planck tid) räknas som den tidigaste kända perioder av Universums evolution. Vid denna tid, all materia som finns i en enda punkt med oändlig densitet och temperatur. Under denna period, forskarna tror att kvantmekaniska effekter av den gravitationella växelverkan dominerade över den enskilde, och inte en av fysisk styrka inte var lika med tyngdkraften.
Planck era förment varade från 0 till 10-43 sekunder och det heter så på grund av att mäta dess längd kan bara vara Planck tid. På grund av den extrema temperaturer och oändlig densitet material tillståndet av Universum på denna tid var mycket instabilt. Efter det kom perioder av expansion och kyla som ledde till uppkomsten av de grundläggande krafterna i fysik.
Ungefär i den period från 10-43 att 10-36 sekunder Universum var processen för kollision Stater av övergången temperaturer. Man tror att på denna punkt de grundläggande krafter som styr den nuvarande Universum började att skilja från varandra. Det första steget i denna Avdelning har varit framväxten av gravitationella krafter, stark och svag kärnkraft interaktioner och elektromagnetism.
Under perioden från ca 10-36 att 10-32 sekunder efter Big Bang temperaturen i Universum är tillräckligt låg (1028 K), vilket ledde till separation av elektromagnetiska krafter (stark växelverkan) och svag kärnkraft interaktioner (den svaga växelverkan).
En tid präglad av inflation
Med tillkomsten av den första av de grundläggande krafterna i Universum en tid präglad av inflation, som varade från 10-32 sekunder Planck tid tills en okänd tidpunkt. De flesta kosmologiska modeller som antar att universum under denna period var enhetligt fyllda med en hög energitäthet, men en otroligt hög temperatur och tryck ledde till en snabb expansion och kyla.
Det började på 10-37 sekunder, när fasövergång som orsakade separationen av krafter, följt av expansion av Universum exponentiellt. På samma tid var universum i ett tillstånd av baryogenes, när temperaturen var så hög att den slumpmässiga rörelse av partiklar i rymden inträffade vid relativistiska hastigheter.
Vid denna tid bildas och omedelbart förstöras kollidera par av partiklar — antipartiklarna, tros ha lett till dominans av materia än antimateria i den moderna Universum. Efter upphörande av inflationen universum bestod av en kvark-puhovoi plasma och andra elementarpartiklar. Från det ögonblicket började universum svalna, började att bilda och ansluta fråga.
Den tid av kyla
Med minskningen av densitet och temperatur inne i Universum börjar inträffa och minskningen av energi i varje partikel. Denna övergångsperiod staten kommer att pågå så länge, samtidigt som de grundläggande krafter och elementarpartiklar kom till sin nuvarande form. Eftersom energi av partiklar sjunkit till värden som kan uppnås i dag inom ramen för experiment, den faktiska möjligt av den här tiden som gör att vetenskapsmän är mycket mindre tvister.
Till exempel forskarna uppskattar att den 10-11 sekund efter Big Bang, den energin hos partiklarna minskade betydligt. Vid ca 10-6 sekunder kvarkar och gluoner började form baryons — protoner och neutroner. Kvarkarna började råda över antiquarii, vilket i sin tur ledde till att den övervägande delen av baryons över antibaryons.
Så var temperaturen inte tillräckligt hög för att skapa nya proton-antiproton par (eller neutron-antineutron par), följt av massförstörelsevapen av dessa partiklar, vilket resulterade i en balans bara 1/1010 av det ursprungliga antalet protoner och neutroner och det fullständiga försvinnandet av deras antipartiklarna. En liknande process har inträffat efter ca 1 sekund efter Big Bang. Bara “offer” denna gång var elektroner och positroner. Efter massförstörelsevapen av de återstående protoner, neutroner och elektroner slutat sina slumpmässiga rörelse och energi densitet av Universum var fyllt med fotoner och till en mindre utsträckning neutrino.
Under de första minuterna av expansion av Universum började en period av teorin (syntes av kemiska ämnen). På grund av att temperaturen sjunka upp till 1 miljard Kelvin och energi densitet minskar ungefär till värden motsvarande luftens densitet, neutroner och protoner började blandas och bilda en första stabil isotop av väte (deuterium) och helium atomer. Trots detta har majoriteten av protoner i Universum var så osammanhängande atomkärnor av väte atomer.
Efter cirka 379 000 år elektronerna i kombination med dessa atomkärnor bildas väte atomer (återigen mest väte), medan strålning skild från materia och fortsatte att expandera nästan fritt genom rymden. Denna strålning kallas den kosmiska bakgrundsstrålningen, och det är den äldsta ljuskälla i Universum.
Med den kosmiska bakgrundsstrålningen är gradvis förlorar sin täthet och energi, och just nu ligger temperaturen 2,7260 ± med 0.0013 K (-270,424 °C), och energi densitet av 0.25 eV (eller 4,005×10-14 j/m3, 400 till 500 fotoner/cm3). Mikrovågsstrålning som sträcker sig i alla riktningar och på ett avstånd av cirka 13,8 miljarder ljusår, men bedömningen av dess faktiska fördelningen säger om 46 miljarder ljusår från centrum av Universum.
Åldersstruktur (hierarkisk era)
I nästa några miljarder år, tätare regioner i nästan jämnt fördelad materia i Universum började att dras till varandra. Som ett resultat, de har blivit ännu tätare och bildar gasmoln, stjärnor, galaxer och andra astronomiska strukturer som vi kan observera idag. Denna period kallas den hierarkiska era. Vid denna tid universum vi ser idag började ta form. Ärendet började med att bilda strukturer av olika storlekar — stjärnor, planeter, galaxer, galaktiska kluster och galaktiska superclusters, intergalaktiska åtskilda av åsar, som endast innehåller ett par galaxer.
Detaljerna i denna process kan beskrivas enligt idén om antal och typ av ärende fördelad i Universum, vilket presenteras i form av kall, varm och het mörk materia och k fråga. Men modern standard cosmological Big Bang-modellen är en modell Lambda-CDM, där mörk materia-partiklar rör sig långsammare än ljusets hastighet. Det valdes därför att det löser alla de motsättningar som förekommit i andra kosmologiska modeller.
Enligt denna modell kall mörk materia står för cirka 23 procent av all materia/energi i Universum. Andelen k frågan är om 4,6 procent. Lambda-CDM-hänvisar till den så kallade kosmologiska konstanten: teori, som föreslagits av albert Einstein som beskriver egenskaperna av vakuum och visar förhållandet balans mellan massa och energi som en konstant statiskt värde. I detta fall är det i samband med den mörka energin, som fungerar som en accelerator för expansionen av Universum och stöder en jätte kosmiska struktur i stort sett homogen.
Långsiktiga förutsägelser om framtiden för Universum
En hypotes om utvecklingen av Universum har en utgångspunkt, ett naturligt sätt att leda forskare till det möjliga slutet av denna process. Om universum började sin historia från en liten punkt med oändlig densitet som plötsligt började expandera, betyder detta att det kommer att expandera oändligt? Eller en dag kommer hon att slutet expansiva kraft och kommer att börja en omvänd process av kompression, det slutliga resultatet kommer att bli samma oändligt täta led?
Svaren på dessa frågor var det huvudsakliga målet för kosmologer från början, tvister om vad en kosmologisk modell av Universum är korrekt. I och med antagandet av Big Bang-teorin, men för det mesta på grund av den observation av mörk energi på 1990-talet, forskarna har kommit fram till en överenskommelse om de två mest sannolika scenarier för utvecklingen av Universum.
Den första, kallad “stora kompression”, universum kommer att nå sin maximala storlek, och börjar att kollapsa. Ett sådant scenario skulle vara möjligt endast om massa med en densitet av Universum blir större än den kritiska tätheten. Med andra ord, om densiteten av materia når ett visst värde eller går över detta värde (1-3×10-26 kg materia per m3), universum kommer att börja krympa.
Alternativet är ett annat manus som säger att om densiteten i Universum är lika med eller lägre än den kritiska tätheten, dess expansion kommer att sakta ner, men aldrig stannar helt. Enligt denna hypotes, som kallas “värmedöden av Universum”, förlängningen kommer att fortsätta tills dess att den nya stjärnor bildas, kommer inte att upphöra att konsumera den interstellära gas inom vart och ett av de omgivande galaxer. Det är helt stoppa överföringen av energi och materia från ett objekt till ett annat. Alla befintliga stjärnorna i detta fall kommer att försvinna och förvandlas till vita dvärgar, neutronstjärnor och svarta hål.
Gradvis, den svarta hål kolliderar med andra svarta hål, Hej till bildandet av fler och större. Den genomsnittliga temperaturen i Universum kommer att närma sig den absoluta nollpunkten. Svarta hål till slut “avdunsta” med lanseringen av hans senaste Hawking-strålning. I slutet av den termodynamiska entropi i Universum kommer att vara maximal. Det kommer att komma värmen död.
Moderna observationer, med hänsyn till förekomsten av den mörka energin och dess påverkan på utbyggnaden av kosmos, vilket leder forskarna att dra slutsatsen att över tiden, mer och mer utrymme i Universum kommer att passera bortom våra event horizon och kommer att bli osynliga för oss. Den slutliga och logiskt resultat, forskarna är ännu inte känd, men “värmedöden” kan mycket väl vara slutpunkten för sådana händelser.
Det finns andra hypoteser om fördelningen av mörk energi, eller snarare dess möjliga arter (som phantom energi). Enligt dem galaktiska kluster, stjärnor, planeter, atomer, atomkärnor och frågan i sig kommer rivas isär som en följd av dess oändliga expansion. Detta scenario av evolution kallas “big break”. Orsaken till död i Universum i detta scenario är förlängningen sig själv.
Historien om the Big Bang theory
Det tidigaste omnämnandet av Big Bang hänvisar till början av 20-talet med observationer av kosmos. 1912, den Amerikanske astronomen Slipher Vesto genomfört en serie av observationer av spiralgalaxer (som till en början verkade nebulosor) och mätt deras Doppler rödförskjutning. I nästan alla fall, observationer visar att spiralgalaxer är på väg bort från vintergatan.
1922, den framstående ryska matematiker, fysiker och kosmolog Alexander Friedman som härleds från Einsteins ekvationer för den Allmänna relativitetsteorin, den så kallade Friedmann ekvationer. Trots främjande av Einsteins teori till förmån för förekomsten av den kosmologiska konstanten, Friedmann arbete visade i stället att universum expanderar.
1924, Edwin Hubble mäta avståndet till närmaste spiral nebulosor visade att dessa system faktiskt är riktigt andra galaxer. Vid samma tid, Hubble har börjat utveckla en rad indikatorer för avdrag av avstånd, med hjälp av 2,5 meter hora telescope) vid Observatoriet på mount Wilson. 1929 Hubble har upptäckt en relation mellan avstånd och hastighet av avlägsna galaxer som senare blev Hubbles lag.
1927, den Belgiske matematikern, fysikern och den Katolske prästen Georges Lemaitre oberoende av varandra kommit till samma resultat, som visade ekvationen för Friedman, och var först med att formulera beroendet mellan avstånd och hastighet av galaxer, vilket tyder på att den första utvärderingen av koefficienten för detta beroende. Lemaitre trodde att någon gång i det förflutna all massa i Universum var koncentrerad i en punkt (atom).
Dessa slutsatser och antaganden som orsakade en hel del kontroverser mellan fysiker under 20-talet och 30-talet, av vilka de flesta tror att universum är i ett stationärt tillstånd. Det är väl etablerad i den tid som modell, nytt ärende skapas tillsammans med oändlig expansion av Universum på ett enhetligt och jämnt fördelade densitet under hela dess längd. Bland de forskare som har stöd för det, tanken på att Big Bang verkade vara mer teologiska än vetenskapliga. Till Lemaitre sund kritisk om bias på grund av religiösa fördomar.
Det bör noteras att samtidigt som det finns andra teorier. Till exempel, Milne modell av Universum och den cykliska modellen. Båda var baserade på postulat i den Allmänna relativitetsteorin och därefter fått stöd av forskare. Enligt dessa modeller universum existerar i en ändlös ström av återkommande cykler av expansioner och kollapsar.
Efter Andra världskriget mellan anhängare av den stationära Universum modellen (som faktiskt har beskrivits av astronomen och fysikern Fred Hoyle) och anhängare av the Big Bang theory, som snabbt ökar i popularitet bland den vetenskapliga gemenskapen, orsakade en het debatt. Ironiskt nog, Hoyle tog frasen “big Bang”, som senare blev namnet på den nya teorin. Det hände i Mars 1949 på Brittiska BBC radio.
I slutet av fortsatt forskning och observation mer och mer talade till förmån för den Big Bang-teorin, och alltmer ifrågasatt den modell av ett stationärt Universum. Upptäckt och bekräftelse av den kosmiska bakgrundsstrålningen 1965 slutligen förstärkt Big Bang som den bästa teori om ursprunget och utvecklingen av Universum. Sedan slutet av 60-talet och fram till 1990-talet astronomer och kosmologer har genomfört mer forskning om Big Bang och hitta lösningar för många av de teoretiska problem som står i vägen för denna teori.
Bland dessa lösningar, till exempel verk av Stephen Hawking och andra fysiker som bevisade att singulariteten var onekligen ursprungliga tillståndet av den Allmänna relativitetsteorin, och kosmologiska modeller av Big Bang. I 1981, fysiker Alan Guth förde den teori som beskriver den period av snabb kosmisk expansion (inflation era), som har löst många tidigare olösta teoretiska frågor och problem.
Under 1990-talet observerat ett ökat intresse i den mörka energin, som anses vara nyckeln till att lösa de många olösta problemen inom kosmologin. Förutom en önskan om att hitta ett svar på frågan om varför universum förlorar sin vikt tillsammans med den mörka mödrar (hypotesen föreslogs 1932 av Jan Aorta), det var också nödvändigt att hitta en förklaring till varför universum är fortfarande accelererar.
Den vidare utvecklingen av den studie som krävs för skapandet av mer avancerade teleskop, satelliter och datormodeller, som har gjort det möjligt för astronomer och kosmologer att blicka längre ut i Universum och bättre förstå dess verkliga ålder. Utvecklingen av rymdteleskop och utseende, såsom, till exempel, Cosmic Background Explorer (eller COBE), Hubble space telescope, Wilkinson Microwave box Probe (WMAP) och Planck space Observatory, gjorde också ett ovärderligt bidrag till studien.
Idag kosmologer kan med ganska hög noggrannhet mätningar av olika parametrar och egenskaper modell av Big Bang-teorin, för att inte nämna mer noggranna beräkningar av ålder på den omgivande rymden. Och det hela började med en enkel observation av massiva utrymme objekt som ligger många ljusår från oss och sakta fortsätter att röra sig bort från oss. Och trots att vi har ingen aning om hur det hela kommer att sluta, för att ta reda på, genom att kosmologiska normer, det tar inte så mycket tid.