Big Bang -teoriegenskaper, stadier, bevis, problem

De Big Bang teorin Det är en kosmologisk teori att förklara universums ursprung och den som för närvarande har mest acceptans i det vetenskapliga samfundet. Säger att universum började med en stor explosion för ungefär 13 sedan.800 miljoner år, och sedan dess har det expanderat kontinuerligt.

Från denna stora explosion uppstod saken, tiden och rymden, som sedan förvandlades till galaxer och stjärnsystem, inklusive vår egen mjölkväg, solsystemet och slutligen till oss själva.

Den stora bang eller stora explosionen, konstnärlig uppfattning

Teorin hade sitt ursprung 1915, med ekvationerna i Albert Einsteins relativitet, som bland annat förutsäger utbyggnaden av universum, ett faktum som den tyska forskaren aldrig kände sig bekväm.

Belgisk astronom George Lemaitre, när studien studerar. 1927 publicerade Lemaitre en artikel där han presenterade sina idéer om universums ursprung, som han kallade "den ursprungliga atomen".

Amerikansk astronom.

När han går tillbaka i tiden borde galaxer utan tvekan ha varit mycket närmare vad de är idag idag. Och därför borde det ha funnits ett ögonblick att all materia var oerhört komprimerad och ockuperade ett oändligt litet utrymme: en singularitet.

[TOC]

Egenskaper hos Big Bang -teorin

Big Bang Illustration

Termen "Big Bang" myntades av fysiker Fred Hoyle 1940, som inte sympatiserade med idén, så han hänvisade till henne hånligt och kallade henne "den stora explosionen". Hoyle var övertygad om att universum var stillastående.

Även om hans namn får oss att tänka på en katastrofisk händelse, tror fysiker och kosmologer nu att det varken var bra eller en kataklysm från vilken galaxer flög i alla riktningar.

Men det var så kraftfullt att de fyra grundläggande interaktionerna mellan fysiken förenades under de första ögonblicken.

Teoriens huvudpostulat 

Hela universum var ursprungligen i ett otroligt tätt och varmt tillstånd och expanderade sedan plötsligt, medan det kyldes långsamt. Den expansionen fortsätter idag.

Big Bang förklarar inte hur den ursprungliga singulariteten uppstod, och mindre vad som var innan det. Vad han förklarar är vad som hände med universum under de första dagarna där singulariteten upphörde att vara.

När hände det 

Forskare uppskattar att Big Bang hände 13.800 miljoner år och det är inte möjligt att veta vad som hände tidigare, sedan tiden, tillsammans med rymd och materia, skapades vid det exakta ögonblicket.

Där det hände 

Det var inte ett lokalt evenemang. Det visar sig att ju mer avlägsna föremålen vi ser med de mest kraftfulla teleskopen, desto mer går vi tillbaka i tiden då Big Bang inträffade, oavsett riktning som du tittar. 

Kan tjäna dig: Spänningsinsats: Formel och ekvationer, beräkning, övningar

Det hände senare

Efter Big Bang kom temperaturen ner och bildade de subatomära partiklarna som vi känner: protoner, neutroner och elektroner, för att ge upphov till atomerna.

Under Big Bang uppstod tyngdkraften, kraften att förena attraktion i materien, liksom de andra grundläggande interaktionerna.

De första kemiska elementen som bildades var väte, de enklaste av alla, och sedan helium och litium, i en process som heter nukleosyntes. Med tid enorma moln av dessa element gav upphov till de första galaxerna.

Teoretiska grunder i Big Bang

Djup fältbild av universum, taget av Hubble Space Telescope. Källa: Wikimedia Commons.

Big Bang är baserad på:

-De Relativitetsteori Ekvationer Förslag från Einstein.

-han standardpartikelmodell, som beskriver materiens struktur i termer av de grundläggande partiklarna och interaktioner mellan dem.

-han kosmologisk princip, som säger att universum är homogent och isotropiskt, när vi ser det i större skala. Detta innebär att dess egenskaper är identiska i alla riktningar och fysikens lagar är desamma på alla sidor.

Naturligtvis vet vi att det finns ackumuleringar av materia, åtskilda av utrymmen med mycket mindre densitet. Ur den synvinkeln skiljer sig universums egenskaper verkligen. Men skalan som täcker den kosmologiska principen är mycket större än så.

Enligt den kosmologiska principen har universum inte ett centrum eller kanter eller gränser, eftersom preferensställen helt enkelt inte finns.

Det dras då slutsatsen att universum har ett ursprung i tiden och därför en ändlig ålder, även om det fortfarande inte är klart om dess förlängning är begränsad eller oändlig.

Universums stadier enligt Big Bang Theory

Universums utveckling enligt Big Bang. Källa: Wikimedia Commons.

Forskare skiljer tre huvudstadier, det första i ett universum Mycket original, den andra av det primala universumet och det tredje steget av strukturbildning. 

Under de första två dominerades universum först av strålning och sedan av materia. 

Strålningsstadium

Under denna tid var energi i form av fotoner, elementära partiklar utan massa som utgör ljuset. Tack vare dem, paret av materia och antimaterdelektron - Positron, som förintas när de är, avger igen energi i form av fotoner.

Men vid någon tidpunkt dominerade saken något mot antimateria, vilket senare ledde till utseendet på de första subatomära partiklarna.

Kosmologer tror att detta steg varade cirka 700.000 år, och det skiljer följande perioder:

Kan tjäna dig: Linjär utvidgning: Vad är det, formel och koefficienter, exempel

Inledningsskede

Börja från 10^-43 sekunder efter att Big Bang inträffade och förstår:

-Planck -era, när de fyra grundläggande interaktionerna - elektromagnetiska, starka kärnkraft, svag och tyngdkraft - utgjorde en enda grundläggande kraft. 

-Enus era, som inträffade 10^-36 Sekunder senare, när tyngdkraften skiljer sig från de andra krafterna, men de andra förblev sammanslagna i det som kallas tarm (Grand Unified Theory) När universum expanderade och kyldes.

Den stora inflationen

Från 10^-36 upp till 10^-33 sekunder, där universum upplevde accelererad tillväxt, kyldes och minskade dess densitet, som en följd av expansion.

Så här växte universum från något mindre än spetsen på en stift, till en sfär på storleken på flera sulor som vårt, allt i hög hastighet.

Partikelbildning

Tillväxten av universum minskade sin rytm utan att stoppa och de första elementära partiklarna dök upp: protoner, elektroner och neutroner.

Skapande av ljusatomer

Efter tre minuter kolliderade protoner och neutroner för att bilda de första kärnorna. Sedan hittades dessa kärnor och de lätta atomerna bildades.

Ljusutseende

Paradoxalt nog tillät inte de höga temperaturerna i det ursprungliga universum att ljuset skulle dyka upp förrän cirka 380.000 år efter Big Bang.

Men då hade universum redan svalnat tillräckligt för att tillåta bildning av neutralt väte, med vilka fotonerna - Porters av ljuset - de kunde flytta till stora avstånd utan hinder.

Dominans av materia

Universumet, tidigare ogenomskinligt på grund av den höga densiteten, blev transparent för strålning och materia förvärvade övervägande.

På detta sätt bildades de första konglomeraten tack vare tyngdkraften och universum började förvärva den aktuella formen. Det är scenen för strukturbildning.

Bildning av stjärnor och galaxer

Gravity kollapsade gasmoln för att bilda de första stjärnorna, som senare var associerade i galaxer. Experter tror att detta hände cirka 400 miljoner år efter Big Bang.

Time of Dark Matter

Utvidgningen av universum har inte slutat, tvärtom verkar det ha accelererat.

Nu tror forskare att det finns ett annat ämne som vi kan se, kallas mörk materia, som ansvarar för denna påskynda expansion.

Bevis

WMAP satellitillustration tar data för att förstå Big Bang

Strålningskosmisk bakgrund

Big Bang är till och med observerbar idag, trots den tid som förflutit, genom strålningen som kommer från de mest avlägsna platserna i universum. 

Den kosmiska mikrovågsstrålningsbakgrunden (Kosmisk mikrovågsbakgrund) Det upptäcktes i mitten av -60 -talet av det tjugonde århundradet, av två forskare från Bell Laboratories: Arno Penzias och Robert Wilson.

Det är glödet som lämnade Big Bang, något som teorin redan hade påpekat i förväg, men som inte kunde upptäckas förrän Penzias och Wilson Experiments.

Kan tjäna dig: hastigheten för förökning av en våg

Hubble-Leitres lag

1929 sa Edwin Hubble att universum expanderar, och i åtta år var han ansvarig för att samla in nödvändiga uppgifter för att testa dem vid Monte Wilson Observatory, Kalifornien.

På detta sätt uttalade han följande lag, där hastigheten v Med det galaxerna rör sig bort från oss är det proportionellt mot avståndet R, varelse H Hubble Constant:

v = hr

Där h = 22 x 10^-3 M/(Sterño Light). Denna enkla form av lagen är giltig när det gäller galaxer inte alltför avlägsna.

Enhetlig fördelning av avlägsna galaxer

Hubble Space Telescope bekräftar att avlägsna galaxer distribueras homogent, i enlighet med den kosmologiska principen.

Uppenbar storlek på avlägsna galaxer

Ju större den röda förskjutningen, desto mer den uppenbara storleken på en avlägsen galax, vilket innebär att våglängden för dess ljus förlängs under resan genom ett expanderande universum.

Problem och kritiska

I teorin finns det många punkter som förblir mörka, till exempel vet forskare fortfarande inte vad den stora inflationen utlöses.

Å andra sidan är många experter inte nöjda med det faktum att före Big Bang fanns det ingen tid, materia eller utrymme, eftersom vissa tror att tiden alltid har funnits.

Naturligtvis pekar kosmologiska teorier på stora fenomen och är perfekta eller kasserade tack vare nya upptäckter. Forskare hoppas kunna lösa avstånd som följande:

Entropiproblem

Entropi var onormalt låg under universums första ögonblick och kosmologer misslyckas med att förklara ökningen av entropi till nuvarande nivåer.

Horisontproblem

Detta problem hänvisar till det faktum att ljusets hastighet är begränsad och ingenting reser snabbare än henne, men regioner som under Big Bang inte kunde vara i kontakt på grund av deras separation visar det sig att de var i termisk jämvikt. 

Planitetsproblem

Det tros att vi lever i ett platt universum, men Big Bang -teorin erbjuder inte en fysisk mekanism som tillfredsställande förklarar orsaken.

Magnetiska monopolproblem

Big Bangs teori förutspår förekomsten av magnetiska monopoler, men hittills har de inte hittats. Varje gång vi försöker, när en magnet är delad, erhålls mindre magneter alltid med nord- och sydpoler, aldrig separata magnetpoler (monopoler).

Andra oro över teorin är: Var härstammade singularitet från? Och hur dominerade saken över antimaternet? O Hur och varför den stora inflationen hände? Det finns fortfarande en lång väg att gå.

Referenser

1. Carroll, f. En introduktion till modern astrofysik. 2: a. Utgåva. Pearson.
2. Falcón, n. Kritisk recension av Big Bang. Återhämtat sig från: forskning.netto.
3. Frön, m. 2011. Astronomiets grund. 11th. Ed. Cengage Learning.
4. Serway, R., Jewett, J. 2019. Fysik för vetenskap och teknik. Volym 2. 10: e. Ed. Cengage Learning.
5. Wikipedia. Mikrovågsbakgrundsstrålning. Återhämtad från: är.Wikipedia.org.