Wie entstand unser Universum? Wie es sich in der scheinbar unendlichen Raum? Und was ist Sie dann später viele Millionen und Milliarden von Jahren? Diese Fragen quälten (und weiterhin quälen) den Köpfen der Philosophen und Gelehrten, wie es scheint, seit Anbeginn der Zeit, die Schaffung dabei viele interessante und manchmal auch verrückten Theorien. Heute sind die meisten Astronomen und Kosmologen kam zu gegenseitigem Einvernehmen darüber, dass das Universum, von dem wir wissen, war das Ergebnis eines riesigen Explosion, породившего nicht nur der Großteil der Materie, aber erschien die Quelle der grundlegenden physikalischen Gesetze, nach denen es der Raum, der uns umgibt. All dies wird als Urknall-Theorie.
Die Grundlagen der Urknall-Theorie relativ einfach. Wenn kurz nach Ihr alle die und die bestehende jetzt im Universum Materie erschien in der gleichen Zeit — etwa 13,8 Milliarden Jahren. In diesem Zeitpunkt alle Materie existierte in Form von sehr kompakten abstrakten Welt (oder Punkte) mit unendlicher Dichte und Temperatur. Dieser Zustand war der name der Singularität. Plötzlich Singularität Anfang zu erweitern und brachte Tu das Universum, das wir kennen.
Es ist erwähnenswert, dass die Theorie der Großen Startende ist nur einer der vielen vorgeschlagenen Hypothesen für die Entstehung des Universums (zum Beispiel, gibt es noch die Theorie der stationären Universum), aber es hat die größte Anerkennung und Popularität. Es erklärt nicht nur die Quelle aller bekannten Materie, die Gesetze der Physik und die große Struktur des Universums, es beschreibt auch die Gründe für die Expansion des Universums und viele andere Aspekte und Phänomene.
Chronologie der Ereignisse in der Urknall-Theorie
Basierend auf dem wissen über den gegenwärtigen Zustand des Universums, die Wissenschaftler vermuten, dass das alles sollte Sie beginnen mit der einzigen Punkt unendlicher Dichte und End-Zeit, die begonnen haben, zu erweitern. Nach der ersten Erweiterung, wie lautet die Theorie, das Universum fand die Phase der Abkühlung, die es erlauben erscheinen субатомным Partikeln und später einfach Atome. Riesige Wolken von diesen alten Elemente später, Dank der Schwerkraft, begann bilden die Sterne und Galaxien.
All dies, so die Vermutungen der Wissenschaftler, begann etwa 13,8 Milliarden Jahren, und daher ist dieser Ausgangspunkt gilt als das Alter des Universums. Durch die Untersuchung der verschiedenen theoretischen Grundsätze, die Durchführung der Experimente mit der Beteiligung von Teilchenbeschleunigern und hochenergetische Zustände, sowie durch die Durchführung der astronomischen Forschung entfernten Winkeln des Universums Wissenschaftler haben und bot an, die Chronologie der Ereignisse, die begann mit dem Urknall und führte das Universum letztlich zu dem Zustand der kosmischen Evolution, das ist der Ort zu sein jetzt.
Wissenschaftler glauben, dass die frühesten Zeiten der Entstehung des Universums — продлившиеся von 10-43 bis 10-11 Sekunden nach dem Urknall, — ist immer noch Gegenstand von Diskussionen. Wenn man bedenkt, dass die Gesetze der Physik, die uns jetzt bekannt sind, nicht existieren konnten in dieser Zeit, ist sehr schwer zu verstehen, auf welche Weise wurden die Prozesse in diesem frühen Universum. Außerdem Experimente mit den möglichen Arten von Energien, die anwesend sein konnten, in der Zeit, die bisher nicht durchgeführt wurde. Wie dem auch sei, viele Theorien über die Entstehung des Universums schließlich sind sich einig, dass in einem Zeitraum war der Ausgangspunkt, mit dem alles begann.
Die ära der Singularität
Auch bekannt als планковская Zeitalter (oder планковская ära) ist das früheste bekannte Zeiträume der Evolution des Universums. In dieser Zeit ist die ganze Materie wurden in einem einzigen Punkt unendlicher Dichte und Temperatur. Während dieser Zeit, wie die Wissenschaftler glauben, Quanten-Effekte gravitative Wechselwirkung dominiert über den physischen, und keiner der physischen Kräfte nicht gleich der Kraft der Gravitation.
Планковская ära vermutlich dauerte von 0 bis 10-43 Sekunden und Sie so genannt, weil Messen Sie die Laufzeit nur планковским der Zeit. Aufgrund der extremen Temperaturen und unendlicher Dichte der Materie des Universums in dieser Zeit war es äußerst instabil. Danach traten Zeiten der Expansion und Abkühlung, führte zur Entstehung der Grundkräfte der Physik.
Ungefähr in der Zeit von 10-43 bis 10-36 Sekunde im Universum der Prozess der Kollision Zustände übergangs-Temperaturen. Es wird angenommen, dass in diesem Moment die grundlegenden Kräfte, die für die Steuerung des Universums, die begonnen haben, sich voneinander zu trennen. Der erste Schritt dieser Abteilung war die Entstehung der Schwerkraft, der stärken und Schwächen der nuklearen Wechselwirkungen und Elektromagnetismus.
In der Zeit von etwa 10-36 bis 10-32 Sekunden nach dem Urknall die Temperatur des Universums war niedrig genug (1028), was zu der Trennung elektromagnetische Kräfte (starke Wechselwirkung) und der schwachen Wechselwirkung (schwache Wechselwirkung).
Zeitalter der Inflation
Mit dem Aufkommen der ersten fundamentalen Kräfte im Universum begann die ära der Inflation, die dauerte mit 10-32 Sekunden nach планковскому Zeit vor dem unbekannten Punkt in der Zeit. Die Mehrheit der kosmologischen Modelle legen nahe, dass das Universum in dieser Zeit war gleichmäßig gefüllt Energie mit hoher Dichte, und die unglaublich hohe Temperatur und Druck führte zu Ihrer raschen Expansion und Abkühlung.
Es begann auf 10-37 Sekunde, wenn nach der Phase des übergangs, die Trennung der Kräfte, folgte die Expansion des Universums in der geometrischen Progression. In dieser Zeit ist das Universum war in der Lage, бариогенезиса, wenn die Temperatur war so hoch, dass die ungeordnete Bewegung der Teilchen im Raum geschah mit Lichtgeschwindigkeit.
In dieser Zeit entstehen und sofort Kollision zerstört Paare von Teilchen — Antiteilchen, dass, wie es angenommen wird, führte zu einer Dominanz der Materie über антиматерией im heutigen Universum. Nach Beendigung der Inflation das Universum Bestand aus Quark-глюоновой von Plasma und anderen Elementarteilchen. Von diesem Moment an das Universum hat sich abzukühlen, den Anfang bilden und verbinden die Materie.
Die ära der Kühlung
Mit der Abnahme der Dichte und der Temperatur innerhalb des Universums der Anfang auftreten und die Verringerung der Energie in jedem Teilchen. Ist ein vorübergehender Zustand dauerte, bis die fundamentalen Kräfte und Elementarteilchen nicht gekommen, um zu seiner heutigen Form. Da die Energie der Teilchen sank auf Werte, die heute zu erreichen, die im Rahmen von Experimenten, die tatsächliche mögliche Existenz dieser Zeit verursacht haben Wissenschaftler viel weniger Streitigkeiten.
Zum Beispiel, die Wissenschaftler glauben, dass 10-11 Sekunden nach dem Urknall die Energie der Teilchen deutlich zurückgegangen. Etwa 10-6 Sekunden Quarks und глюоны begann bilden Baryonen — Protonen und Neutronen. Quarks Stahl herrschen über антикварками, was wiederum führte zu einer Dominanz барионов über антибарионами.
Da war die Temperatur schon nicht hoch genug für die Schaffung von neuen Proton-антипротонных Paare (oder Neutronen-антинейтронных Paare), gefolgt von einer massiven Zerstörung dieser Partikel führte dazu, dass der Rückstand nur 1/1010 der Anzahl der ursprünglichen Protonen und Neutronen und dem vollständigen verschwinden von deren Antiteilchen. Ein ähnliches Verfahren ereignete sich nach etwa 1 Sekunde nach dem Urknall. Nur die «Opfer» dieses mal waren die Elektronen und Positronen. Nach Massenvernichtungswaffen die restlichen Protonen, Neutronen und Elektronen aufgehört zu ungeordnete Bewegung, und die Energiedichte des Universums war gefüllt mit Photonen und, in geringerem Maße, Neutrinos.
In den ersten Minuten der Expansion des Universums begann die Zeit der нуклеосинтеза (Synthese der chemischen Elemente). Durch einen Rückgang der Temperatur von bis zu 1 Milliarde Kelvin und die Verringerung der Energiedichte von etwa bis zu den Werten, die äquivalent zu der Dichte der Luft, Neutronen und Protonen begann vermischt und bilden die erste stabile Isotop von Wasserstoff (Deuterium) und Helium-Atome. Allerdings ist die Mehrheit der Protonen im Universum blieben als zusammenhanglosen Kerne der Wasserstoffatome.
Nach etwa 379 000 Jahre Elektronen haben sich mit diesen Kernen Wasserstoff und bildeten die Atome (wieder vorzugsweise Wasserstoff), während die Strahlung getrennt von der Materie und setzte fast ungehindert expandieren durch den Raum. Diese Strahlung wird als Relikt Strahlung, und Sie ist die älteste Quelle des Lichts im Universum.
Mit der kosmischen Hintergrundstrahlung allmählich verlor seine Dichte und Energie und im Moment ist seine Temperatur beträgt 2,7260 ± 0,0013 (-270,424 °C), und die Energie-Dichte von 0,25 EV (oder 4,005×10-14 J/M3; 400-500 Photonen/cm3). Die Hintergrundstrahlung erstreckt sich in alle Richtungen und auf eine Entfernung von etwa 13,8 Milliarden Lichtjahre, allerdings ist die Beurteilung der tatsächlichen Verteilung sagt etwa 46 Milliarden Lichtjahre vom Zentrum des Universums.
Die ära der Struktur (hierarchische Epoche)
In den nächsten paar Milliarden Jahre dichteren Regionen fast gleichmäßig verteilte im Universum der Materie angefangen von einander angezogen zu werden. In der Folge wurden Sie noch dichter, begann bilden eine Wolke aus Gas, Sterne, Galaxien und andere Astronomische Struktur, die wir beobachten können, in der heutigen Zeit. Dieser Zeit trägt den Titel hierarchischen Epoche. In dieser Zeit, das Universum, das wir jetzt sehen, begann zu erwerben, Ihre Form. Materie begonnen, sich in die Strukturen in verschiedenen Größen — Sterne, Planeten, Galaxien, Galaktische ansammeln, und auch die Galaktische Superhaufen, die getrennt von der intergalaktischen Brücken, die nur einige Galaxien.
Die Details dieses Prozesses beschrieben werden können, gemäß der Vorstellung über die Anzahl und Art der Materie, verteilte im Universum, das wird in Form von kalten, warmen, heißen dunklen Materie und baryonische Materie. Aber moderne Standard-kosmologischen Modell Big Bang ist das Modell Lambda-CDM, nach denen die Teilchen der dunklen Materie bewegen sich langsamer als die Lichtgeschwindigkeit. Ausgewählt wurde es, weil beschließt, alle Widersprüche, die später in anderen kosmologischen Modellen.
Nach diesem Modell auf die kalte, dunkle Materie, die etwa 23 Prozent der gesamten Materie/Energie im Universum. Der Anteil der baryonische Materie ist etwa 4,6 Prozent. Lambda-CDM bezieht sich auf die sogenannte kosmologische Konstante: die Theorie, die von Albert Einstein, die Sie charakterisiert die Eigenschaften des Vakuums und zeigt das Verhältnis der Balance zwischen Masse und Energie als eine Konstante statische Größe. In diesem Fall ist es verbunden mit der dunklen Energie, die dient als Beschleuniger der Expansion des Universums und unterstützt riesige kosmologischen Strukturen weitgehend homogen sind.
Langfristige Prognosen über die Zukunft des Universums
Die Hypothesen bezüglich der Tatsache, dass die Evolution des Universums hat der Ausgangspunkt, ein natürlicher Weg, führen die Wissenschaftler auf die Fragen über einen möglichen Endpunkt dieses Prozesses. Wenn das Universum begann seine Geschichte von einem kleinen Punkt unendlicher Dichte, die begann plötzlich zu erweitern, bedeutet das nicht, dass expandieren wird es auch unendlich? Oder einmal bei Ihr vorbei expansive Energie und wird der umgekehrte Vorgang der Kompression, das das Ergebnis wird immer das gleiche unendlich dichten Punkt?
Die Antworten auf diese Fragen waren der primäre Zweck der Kosmologen von Anfang an Streitigkeiten darüber, welche kosmologische Modell des Universums ist wahr. Mit der Verabschiedung der Urknall-Theorie, aber zum größten Teil durch die Beobachtung der dunklen Energie in den 1990er Jahren, die Wissenschaftler kamen zu einer Einigung in Bezug auf die zwei wahrscheinlichsten Szenarien der Entwicklung des Universums.
Entsprechend der ersten, die den Titel «die große Komprimierung», das Universum erreicht seine maximale Größe und beginnt zu brechen. Ein solches Szenario wird möglich, wenn nur die Dichte der Masse des Universums wird mehr als die kritische Dichte. Mit anderen Worten, wenn die Dichte der Materie erreicht einen bestimmten Wert oder wird über diesem Wert (1-3×10-26 kg Materie auf M3), das Universum beginnt zu schrumpfen.
Alternative dient ein anderes Szenario, das besagt, dass, wenn die Dichte im Universum gleich oder niedriger als der Wert der kritischen Dichte, die Erweiterung zu verlangsamen, jedoch nie vollständig zu stoppen. Nach dieser Hypothese, die den Titel «thermische Tod des Universums», die Erweiterung wird fortgesetzt, solange STARBURST nicht aufhören zu konsumieren interstellaren Gas innerhalb jeder aus anderen Galaxien. Das heißt, die vollständig Stoppt die übertragung von Energie und Materie von einem Objekt zum anderen. Alle vorhandenen Sterne in diesem Fall zu verbrennen und sich in weiße Zwerge, Neutronensterne und schwarze Löcher.
Allmählich schwarze Löcher kollidieren mit anderen schwarzen Löchern, dass Hallo zur Bildung von immer mehr großen. Die Durchschnittliche Temperatur des Universums nahe dem absoluten Nullpunkt. Schwarze Löcher am Ende der «verdampfen», feuert seine Letzte Hawking-Strahlung. Am Ende thermodynamischen Entropie im Universum wird die maximale. Kommt die thermische Tod.
Moderne Beobachtungen, die die Verfügbarkeit der dunklen Energie und Ihre Auswirkungen auf die Erweiterung des Kosmos, führten die Wissenschaftler auf die Schlussfolgerung, Wonach die mit der Zeit mehr und mehr Raum des Universums wird außerhalb unseres Horizonts Ereignisse und wird unsichtbar für uns. Die endgültige und logische Ergebnis dieser Wissenschaftler ist noch nicht bekannt, aber die «thermische Tod» es kann gut sein Endpunkt solcher Ereignisse.
Es gibt auch andere Hypothesen über die Verteilung der dunklen Energie, genauer gesagt, Ihre möglichen Arten (Z. B. Phantom-Energie). Nach Ihnen Galaktische ansammeln, die Sterne, die Planeten, die Atome, Atomkerne und die Materie selbst gebrochen werden Teile infolge Ihrer unendlichen Ausdehnung. Ein solches Szenario Evolution trägt den Titel «großen Bruch». Die Ursache für den Tod des Universums gemäß diesem Szenario ist die Erweiterung selbst.
Die Geschichte der Urknall-Theorie
Die früheste Erwähnung der Großen Explosion gehört zu Beginn des 20. Jahrhunderts und im Zusammenhang mit den Beobachtungen für den Kosmos. Im Jahr 1912 wurde der amerikanische Astronom Veszto Слайфер führte eine Reihe von Beobachtungen für die spiralförmigen Galaxien (die ursprünglich wurden nebeln) und Maß Ihre Doppler-Rotverschiebung. In fast allen Fällen Beobachtungen haben gezeigt, dass die Spiral-Galaxien sich von unserer Milchstraße.
Im Jahr 1922 hervorragende russische Mathematiker und Kosmologe Alexander Friedman führte aus Einsteins Gleichungen für die Allgemeine Relativitätstheorie so genannte Gleichung Friedman. Trotz der Förderung Einstein-Theorie zugunsten der Verfügbarkeit der kosmologischen Konstante, die Arbeit Friedman hat gezeigt, dass das Universum es sich wahrscheinlich in der Lage, die Erweiterung.
1924 Messung von Edwin Hubble-Entfernung zum nächsten Spirale Nebel haben gezeigt, dass diese Systeme sind in der Tat wirklich von anderen Galaxien. In der gleichen Zeit, die Hubble begann die Entwicklung einer Reihe von Indikatoren für die Abzugsfähigkeit der Abstand, mit 2,5-Meter-Hooker-Teleskop in der Sternwarte Mount Wilson. Die 1929 Hubble entdeckte die Beziehung zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit der Entfernung von Galaxien, die anschließend wurde das Gesetz von Hubble.
1927 wurde der belgische Mathematiker, ein Physiker und ein katholischer Priester Georges Lemaître unabhängig kam zu den gleichen Ergebnissen, welche gezeigt haben, Gleichungen Friedman, und der erste formulierte Beziehung zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit der Galaxien, indem Sie die erste Bewertung Koeffizienten dieser Abhängigkeit. Lemaitre meinte, dass in einem gewissen Zeitraum in der Vergangenheit die gesamte Masse des Universums konzentriert an einer Stelle (Atom).
Diese Entdeckung und die Annahmen riefen viele Streitigkeiten zwischen Physikern in den 20-er und 30-er Jahren, von denen die meisten einig, dass das Universum befindet sich in einem stationären Zustand. Entsprechend der etablierten während die Modelle, die neue Materie entsteht zusammen mit der unendlichen Universum, gleichmäßig und entspricht der Dichte sind jetzt entsprechend auf der gesamten Länge. Unter den Wissenschaftlern, die die es, die Idee der Großen Explosion schien mehr theologisch, als die wissenschaftliche. An die Adresse der Леметра Klang die Kritik über die Vorurteile, die auf der Grundlage von religiösen Vorurteilen.
Anzumerken ist, dass in der gleichen Zeit gab es auch andere Theorien. Zum Beispiel, ein Modell des Universums Milne und Loop-Modell. Beide basieren auf den Postulaten der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein und später erhielten die Unterstützung der Wissenschaftler. Nach diesen Modellen das Universum existiert in endlosen Strom von sich wiederholenden Zyklen von Erweiterungen und Einbrüche.
Nach dem Zweiten Weltkrieg zwischen den Anhängern der stationären Modell des Universums (die tatsächlich beschrieben wurde, Astronom und Physiker Fred Хойлом) und den Anhängern der Urknall-Theorie, die schnell an Popularität gewinnt unter der wissenschaftlichen Gemeinschaft, eine hitzige Debatte. Ironischerweise ist es Hoyle brachte den Satz «Big Bang», der später die Namen der neuen Theorie. Es geschah im März 1949 auf dem britischen Rundfunk BBC.
Am Ende weitere wissenschaftliche Untersuchungen und Beobachtungen immer mehr und mehr zu Gunsten der Urknall-Theorie und zunehmend infrage stellen das Modell der stationären Universum. Erkennung und Bestätigung der Hintergrundstrahlung im Jahr 1965 endgültig gefestigt Urknall als die beste Theorien über den Ursprung und die Evolution des Universums. Seit Ende der 60er Jahre bis in die 1990er Astronomen und Kosmologen haben noch mehr Forschung der Frage Urknall und fanden Lösungen für viele der theoretischen Probleme, die auf dem Weg zu dieser Theorie.
Unter diesen Lösungen, zum Beispiel die Arbeit von Stephen Hawking und anderen Physikern, die bewiesen, dass die Singularität war unbestritten der anfänglichen Zustand der Allgemeinen Relativitätstheorie und der kosmologische Modelle der Großen Explosion. Im Jahr 1981 Physiker Alan Guth gab Theorie beschreibt die Zeit des schnellen kosmischen Expansion (Epoche der Inflation), die sich viele bisher ungelöste theoretischen Fragen und Probleme.
In den 1990er Jahren wurde ein erhöhtes Interesse an der dunklen Energie, die sahen, wie der Schlüssel zur Lösung der vielen ungelösten Fragen der kosmologie. Neben dem Wunsch, die Antwort zu finden auf die Frage, warum das Universum verliert seine Masse zusammen mit der dunklen Mütter (Hypothese vorgeschlagen wurde noch im Jahr 1932 Jan Оортом), auch war es notwendig, eine Erklärung dafür, warum das Universum noch beschleunigt.
Der weitere Fortschritt der Studie ist verpflichtet, die Schaffung fortgeschrittene Teleskope, Satelliten und Computer-Modelle, die es ermöglichten, den Astronomen und космологам Blick weiter in das Universum und besser zu verstehen, die Ihr wahres Alter. Die Entwicklung der Weltraum-Teleskope und Aussehen wie, zum Beispiel, Cosmic Background Explorer (oder COBE), Weltraum-Teleskop Hubble, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) und Space Observatory Bügel, auch hat unschätzbaren Beitrag zur Forschung der Frage.
Heute Kosmologen können mit Recht hoher Genauigkeit einer Messung der verschiedenen Parameter und Eigenschaften der Modelle, die Urknall-Theorie, geschweige denn eine genauere Berechnung des Alters der uns umgebenden Raum. Und alles begann mit der üblichen überwachung massiven Objekten im Weltraum, die viele Lichtjahre von uns entfernt und langsam weiter von uns Weg. Und trotz der Tatsache, dass wir keine Ahnung haben, als das alles vorbei ist, um das herauszufinden, kosmologische Maßstäben ist es erforderlich, die nicht so viel Zeit.