Istoria universului

Conform tezei cele mai acreditate în comunitatea științifică , istoria universului poate fi pornit cu un eveniment explicat prin „ Big Bang - ului teoria“ a omului de știință Georges Lemaître , mai târziu sprijinit și dezvoltat de George Gamow . Conform acestei teorii, universul , în timpul nașterii sale, dintr - un punct de infinit densitate s - ar fi extins de auto-generare (o metaforă utilizată pe scară largă, deși impropriu, pentru a descrie acest fenomen este aceea a unei explozii colosale), acest fenomen se numește "Big Bang" (expresie inventat de Fred Hoyle ).

Una dintre dovezi în sprijinul acestei ipoteze este difuză radiații care încă persistă încă de la început ipotetic al universului.

Starea materiei prime a Big Bang - ului nu poate fi descrisă în fizică termeni, fiind într - o stare numită de fizicieni „ singularitate “.

În timp ce ipotezele privind viitorul universului variază de la nelimitat de expansiune la o oscilantă de expansiune-contracție fenomen , o posibilă consecință a unui univers închis , nu se știe nimic din ceea ce sa întâmplat înainte de Big Bang: probabil timp sa născut în acel moment..

Interpretarea originilor universului este o întrebare la granița dintre știință și filozofie : posibilitatea unei empirice de validare a diferitelor ipoteze este adesea dificil , dacă nu imposibil. Unele dintre aceste teorii postulăm cicluri infinite de moarte și renaștere a universului, alții postulează chiar existența nu numai a noastră, ci a altor universuri.

Modele ale universului

Pentru a defini mai bine istoria universului, științific, este în primul rând esențial să se știe ce tip, care trebuie să fie luate model în considerare, astfel încât să putem obține cât mai aproape posibil de realitate, veridicitatea evenimentelor care au stat la baza trecutului, formează prezentul și mâine va reprezenta pe viitor. În ultimii ani, mai multe teorii au alternat și fiecare dintre ele a reprezentat baza celor care au urmat unul pe altul. Astăzi este adevărat că cel mai acreditat este aceea a Big Bang - ului , dar este de asemenea adevărat că luate în acest mod singur nu poate da toate răspunsurile de care au nevoie.

Trei tipuri de univers: închis, deschis și plat

Istoria universului este formată din originile și evoluția , care este parte integrantă din cosmologie . Înainte de a dezvolta într - o știință, cosmologie a fost considerată o sub-ramură a filozofiei . Religiile de asemenea, cu lor cosmogonii, a încercat să dea un răspuns la marea întrebare a originii cosmosului, elaborarea marilor construcții fantastice ale unui mitologice tip. În secolul al XX-lea, au fost formulate trei tipuri de modele:

• Acesta din univers închis , care evolueaza spre o soarta de colaps a materiei , care se va încheia cu un eveniment gigantic, The Big Crunch .
• Una staționară care implică un univers static, care nu se schimbă.
• Unul deschis , care prevede un univers care tinde să se extindă pe termen nelimitat.

Einstein în 1917 a propus un model bazat pe teoria relativității generale ; un model static în cazul în care gravitația a creat o curbură în spațiu-timp ; și pentru a valida mai bine acest concept, el a introdus constanta cosmologică , o forță care au echilibrat forța de atracție gravitațională .

Aleksandr Aleksandrovic Fridman a spus că universul se extinde, precum și modalitățile de această expansiune depinde de densitatea medie a materiei conținute în ea: dacă ar fi prea mici atracția reciprocă a galaxiilor ar provoca o încetinire a expansiunii în sine , dar nu cum ar fi să - l oprească, prin urmare , vorbim de un univers deschis.

Dimpotrivă, în cazul în care densitatea materiei au fost mai mari decât valoarea critică ( 5 x 10 ^-3 g / cm ), expansiunea ar fi destinată opririi și ar fi o contracție de până la prăbușirea ( Big Crunch ), deci vorbim despre un univers închis; Mai mult decât atât, teoria susține că ar putea exploda din nou , pentru a re- se extindă și să se prăbușească din nou într - un ciclu infinit, vorbim de un oscilantă Univers .

Extinderea universului

George Gamow , pe puterea lui Fridman și teoria Georges Lemaître lui a atomului primordial , emis ipoteza ideea unei explozii mari (Big Bang), în cazul în care materia, fiind în condiții de temperaturi extreme și densitatea, a cauzat Big Bang - ul care a condus la extinderea și crearea universului de astăzi.

De asemenea , interesant este teoria Andrej Linde care conjecturi, după fatidică Big Bang, formarea multor universuri, fiecare închis în sine într - un fel de balon, fiecare dintre care are diferite legi fizice ; această teorie este numit multiversuri .

Universul ca un om tânăr

Astăzi cosmologi sunt conduse să ia în considerare teoria inflației , exprimată de Alan Guth ca cel care se potrivește cel mai bine realitatea observată, pe baza descoperirilor și a cunoștințelor actuale; pornind de la teoria lui Gamow, care introduce concepte de fizica a particulelor elementare , vom ajunge la o ipoteză, niciodată nu a făcut înainte, despre ce se va întâmpla în timpul primei doilea din viata universului, pentru că se cunoștea foarte puțin despre proprietățile materiei la astfel de extremă condiţii. Dar Guth, pornind de la cercetările efectuate de către Stephen Hawking , teoretizat un proces de expansiune extrem de rapid; folosind teoria câmpurilor gravitaționale el a crezut ca o regiune a acelui stat haotică a început să se umfle (pentru a umfla, prin urmare , inflația pe termen), atât de repede încât a dat naștere la universul nostru.

Figura 4: Timeline pentru expansiunea universului

În cele din urmă, teoria acceptată este cea inflaționist, care vede la originile sale o singularitate , care provoacă o explozie într - un haotic de pre-univers, care , în primul dilată doilea cu mare rapiditate, iar apoi se continuă tot mai mult, într - un proces care nu a încetinit destul de jos cu forța. efectul gravitațional al galaxiilor și prezența masivă a materiei întunecate .

Saul Perlmutter a anunțat că datele sale, pe baza observațiilor de supernove de tip Ia în îndepărtate galaxii , ^[1] a văzut un univers în expansiune cu mișcare accelerată, ca și în cazul în care a existat un anti - forță gravitațională care acționează ca un motor; această forță a fost numit întuneric de energie și va conduce în viitor la o creștere a volumului universului și o dezintegrare a galaxiilor în așa-numitul Big Rip .

Notele scurte cronologice despre istoria universului

Notă: trebuie să fie luate în considerare datele, chiar dacă nu este specificat, ca aproximative. Cosmologii au împărțit „istoria” Universului în 9 ere, variind de la câteva fracțiuni de secundă la miliarde de ani. Fiecare dintre aceste ere este caracterizată de un eveniment particular - care poate fi separarea unei forțe fundamentale de celelalte sau formarea primelor nuclee.

Big Bang

Același subiect în detaliu: Cronologia Big Bang .

Cronologia a evoluției universului
Scară în miliarde de ani

• Acum 13,7 miliarde de ani: Big Bang - ul are loc care marchează nașterea Universului, sau mai degrabă, începutul expansiunii sale prin nașterea de spațiu - timp. ^[2]

Era de la Planck

Nici una dintre teoriile fizice actuale pot descrie în mod corect ceea ce sa întâmplat în epoca Planck , care este numit după fizicianul german Max Planck . În această eră cele patru forțe fundamentale - electromagnetice , slab nucleare, nucleare puternice și de gravitație - au aceeași intensitate, și sunt , probabil , unificate într - o singură forță fundamentală.

A fost de mare unificare

Diametrul Universului:?

Temperatura : 10 ³⁰ K

Timp după Big Bang : 1 miliardime dintr-o miliardime dintr-o yoctosecundă (10 ^-43 secunde)

De asemenea , numit Era de Gut. Forțele fundamentale, cu excepția gravitației, au fost unite într - un singur „superforce“ constând din forța electromagnetică și slabe și puternice forțe nucleare. Conform cunoștințelor actuale, tocmai în acest moment că nașterea spațiu-timp așa cum o știm poate fi urmărită.

Era inflație

Același subiect în detaliu: Inflația (cosmologie) .

Diametrul Universului: 10 ^-26 metri

Temperatura: 10 ²⁷ K, egal cu un miliard de miliarde ° C

Timpul după Big Bang: 1 sute miliardime de yoctosecond (10 ^{-35 secunde)}

În epoca inflației, fluctuațiile inflaton a dat naștere la o expansiune rapidă , dar drastică a Universului. Energia sub formă de radiație eliberată de către acest anumit domeniu Higgs a dat naștere la particule - antiparticule .

A fost slăbit electric

Diametrul Universului: de la 10 la 10 metri ¹² metri (un miliard de kilometri): Universul a devenit extrem de mare din cauza inflației

Temperatura: 10 ²⁷ K 10 K ^15, egală cu un milion de miliarde de grade Celsius

Timpul după Big Bang: de la 1/100000000 unui yoctosecond (10 ^{-32 secunde)} la 1 nanosecundă , sau 10 ^{-9 secunde} (o miliardime de secundă)

În această eră, câmpul puternic Higgs a separat deja interacțiunea puternică de cea electrolabă , rezultând în formarea de gluoni și perechi quark- antiquark din radiația eliberată în urma inflației. Se speculează că bosonii X și Y (dacă au existat vreodată) au apărut în această eră. Era electrolabă a durat aproximativ 10 ⁻²⁷ secunde. Capătul său a fost caracterizat prin separarea forței electroslabe în interacțiunea slabă și electromagnetică, fenomen determinat de oscilațiile electroslabă câmpul Higgs .

Era din hadroni

Diametrul Universului : 100 miliarde de kilometri

Temperatura: 10 ¹³ K (echivalentul a 10 000 de miliarde de grade Celsius )

Timpul după Big Bang: 1 microsecundă (10 ^-6 secunde, o milionime de secundă)

In timpul erei hadronilor, energia termică a devenit suficient de scăzut pentru a permite interacțiunea dintre quarcuri cu forța tare. Quarkii și antiquarkurile s-au legat astfel pentru a forma primii hadroni .

Era din leptoni

Diametrul universului :?

Temperatura : 10 ¹² K

Timpul după Big Bang: 10 ^-4 secunde de la Big Bang

În acest moment în istoria universului, temperatura este de aproximativ 1 trilion de grade.

• 1 secundă după Big Bang : temperatura este de 10 miliarde de grade Celsius.
• La 100 de secunde după Big Bang : temperatura este de 1 miliard de grade.

A fost al nucleosintezei

Același subiect în detaliu: Nucleosinteza primordială .

Diametrul Universului : peste 1000 de miliarde de kilometri

Temperatura: 10 ¹⁰ K

Timp după Big Bang : 100 de secunde

În această eră, majoritatea neutronilor s-au descompus în protoni . Energia a fost redusă suficient pentru a permite nucleonilor să se lege prin pioni formând astfel primii nuclei de heliu-4 și deuteriu .

Era opacitate

Diametrul Universului: între 10 și 10 000 de ani lumină

Temperatura: 10 ⁸ K

Timp după Big Bang : 200 de secunde.

În această eră, energia a scăzut suficient pentru a permite interacțiunea electromagnetică să se manifeste. Particulele încărcate au interacționat între ele și cu fotonii rămași din inflație și anihilare a perechilor particule-antiparticule. În această eră a existat formarea primilor atomi , în special hidrogen , heliu , litiu și izotopi de hidrogen. La sfârșitul erei opacității, temperatura a scăzut suficient pentru a reduce producția de perechi quark- antiquark sau lepton- antilepton de generații masive (vezi Modelul standard ).

După Big Bang

Vârsta materiei (prezent Universul)

Diametrul Universului : 100 de milioane de ani lumină

Temperatura : 3000 Kelvin

Timpul după Big Bang : 300.000 de ani

În epoca materiei, fotonii rămași din epoca inflației s-au răspândit în tot Universul, formând radiația cosmică de fond care este prezentă și în Universul actual. Toată materia era alcătuită în principal din atomi și leptoni din prima generație. Toate particulele masive care, cu temperaturi ridicate, s-au format continuu în perechi particule-antiparticule din radiații, s-au degradat deja în particule ușoare din prima generație, cum ar fi electroni și neutrini și, printre hadroni , neutroni și protoni . Epoca materiei se desfășoară de aproximativ 13,7 miliarde de ani.

• 1 milion de ani dupa Big Bang: temperatura este 300.000-400.000 ° C. Primul atom este format, hidrogen atom constând din 1 proton și 1 electron .

Formarea primelor stele

Galaxy M101, unul dintre cele mai bune exemple de o galaxie spirală.

Neregularitățile în distribuția materiei de inflaton au fost cauzate de fluctuațiile cuantice în acest anumit domeniu Higgs . Spre începutul erei materiei, neregulile s-au manifestat în principal în zone de materie mai condensate decât altele. Forța gravitațională a acționat asupra acestor nereguli formând aglomerări din ce în ce mai mari de materie: aceasta a condus la formarea primelor stele , la 200 de milioane de ani de la Big Bang, și a primelor galaxii active (în principal quasare ). Astrofizicienii speculează că primele stele formate în Univers au fost mult mai masive decât cele actuale. Procesele de fuziune nucleară declanșate în nucleul acestor stele au dus la formarea de elemente grele precum oxigenul , carbonul , neonul , fierul și azotul , care s-au răspândit în spațiul interstelar în urma exploziei stelelor din supernove , cu formarea consecventă a găurilor negre. .

• În urmă cu 13,2 miliarde de ani (500 de milioane de ani după Big Bang) HE 1523-0901 sa născut, cel mai vechi steaua cunoscut. Cu explozie lor, stelele masive format acum 13,5 miliarde de ani, numit „ megastaruri “ a dat naștere unei intense deosebit de radiații electromagnetice , probabil responsabil pentru ionizarea atomilor de hidrogen găsit printre clusterele de galaxii din univers curent.
• În urmă cu 12,7 miliarde de ani: poate, dar este una dintre informațiile cele mai discutate în cosmologie, condensările de galaxii (protogalaxies) sunt produse și formarea de stele începe.
• Acum 10 miliarde de ani: formarea galaxiei noastre, Calea Lactee .

Accelerarea energiei întunecate

Același subiect în detaliu: Universul de accelerare .

7 miliarde de ani dupa Big Bang, Universul, care încetinea expansiunea datorită forței gravitaționale (așa cum se arată în Figura 4), a suferit o accelerare în expansiune, care este încă detectabil în prezent Universul. Această accelerare poate fi cauzată de energia întunecată , forța lambda anti-gravitațională ^[3] . Acest lucru va duce probabil la Universul se termină într - un Big rip sau Big Freeze , cu excepția cazului în materia întunecată și suprascrie gravitațională sau energia întunecată este explicația exactă pentru accelerarea aparentă.

• În urmă cu 5 miliarde de ani: sistemul solar a fost născut și , prin urmare , de asemenea, steaua numim Soare
• În urmă cu 4,5 miliarde de ani: formarea planetei Pământ .
• Acum 4-3.5 miliarde de ani: primele forme de viață apar pe Pământ.

Euclid este o misiune a Agenției Spațiale Europene , a cărui lansare este programată pentru 2021, care are ca scop Colectați informațiile privind originea și evoluția universului printr - un studiu de cinci ani și analiza contextuală a distribuției de galaxii și lor respective de schimbare roșu . ^[4]

Sfârșitul universului

Același subiect în detaliu: Ultimate destinul Universului .

Teoriile Big Bang pot fi împărțite în trei grupe principale:

• cele pentru care, în ciuda observațiilor, universul este etern cum se credea anterior: teoria starea de echilibru și Universul oscilant (si varianta sa mai modernă, Big Bounce )
• cele pentru care Universul a avut un început, dar nu va avea un sfârșit reală: Moartea termică a Universului și Rip Big
• cele pentru care Universul a avut un început, și va avea un sfârșit bine definit: a Big Crunch .

Notă

Bibliografie

• " De la big bang la găurile negre. O scurtă istorie a timpului " (1988) de Stephen Hawking
• „O scurtă istorie a științei” de Eirik Newth.
• "Înainte de început", (1998) de Martin Rees
• "Enciclopedia științei (vol 1)" Federico Motta Editore (2005)

Elemente conexe

Portalul de astronomie

Portalul de fizică