Ce este universul? Dacă este încăpător, atunci este cu ummah din tot ceea ce există... Acesta este tot timpul, spațiul, materia și energia, formate și extinse în ultimii 13,8 miliarde de ani. Nimeni nu poate spune cu certitudine cât de vaste sunt întinderile lumii noastre și încă nu există predicții exacte ale finalei.

Definiția universului

Însuși cuvântul „Univers” provine din latinescul „ universum". A fost folosit pentru prima dată de Cicero și după el a devenit în general acceptat de autorii romani. Conceptul desemna lumea și spațiul. În acel moment, oamenii din aceste cuvinte au văzut Pământul, toate ființele vii cunoscute, Luna, Soarele, planete (Mercur, Venus, Marte, Jupiter și Saturn) și stele.

Uneori, în loc de „Univers”, ei folosesc „ spaţiu", Care este tradus din greacă prin" pace ". În plus, termenii includeau „natură” și „orice”.

În conceptul modern, ele conțin tot ceea ce există în Univers - sistemul nostru, Calea Lactee și alte structuri. De asemenea, include toate tipurile de energie, spațiu-timp și legi fizice.

Una dintre principalele întrebări care nu părăsesc conștiința unei persoane a fost întotdeauna și este întrebarea: „ cum a apărut universul?". Desigur, nu există un răspuns neechivoc la această întrebare și este puțin probabil să fie obținut în viitorul apropiat, dar știința lucrează în această direcție și formează un anumit model teoretic al originii Universului nostru.

Teorii despre originea universului

Creaționism: Domnul Dumnezeu a creat totul

Dintre toate teoriile despre originea universului, aceasta a apărut chiar prima. O versiune foarte bună și convenabilă, care, poate, va fi întotdeauna relevantă. Apropo, mulți fizicieni, în ciuda faptului că știința și religia sunt adesea prezentate ca concepte opuse, credeau în Dumnezeu.

De exemplu, Albert Einstein vorbit:

„Fiecare om de știință natural serios trebuie să fie într-un fel o persoană religioasă. În caz contrar, el nu este capabil să-și imagineze că acele interdependențe incredibil de subtile pe care le observă nu sunt inventate de el. "

Teoria Big Bang (modelul universului fierbinte)

Poate cel mai comun și cel mai recunoscut model pentru originea universului nostru. Acesta răspunde la întrebarea - cum s-au format elementele chimice și de ce prevalența lor este exact ceea ce se observă acum.

Conform acestei teorii, acum aproximativ 14 miliarde de ani, nu exista spațiu și timp, iar întreaga masă a universului era concentrată într-un punct minuscul cu o densitate incredibilă - la singularitate... Odată, datorită eterogenității care a apărut în ea, a avut loc așa-numitul Big Bang. Și de atunci, universul a fost în continuă expansiune și răcire.

Teoria Big Bang

Primele 10 -43 secunde după Big Bang sunt chemate etapa haosului cuantic... Natura universului în acest stadiu al existenței sfidează descrierea în cadrul fizicii cunoscute de noi. Există o descompunere a unui spațiu-timp continuu unic în cuantă.

După 10.000 de ani, energia materiei depășește treptat energia radiației și are loc separarea lor. Substanța începe să domine radiația, apare fundal relicvă.

Teoria Big Bang-ului s-a pus pe picioare mai ferm după descoperirea radiației cosmologice și a relicării. Aceste două fenomene sunt cele mai puternice argumente în favoarea corectitudinii teoriei.

De asemenea, separarea materiei de radiații a crescut semnificativ neomogenitățile inițiale în distribuția materiei, în urma cărora galaxiiși supergalaxii... Legile Universului au ajuns la forma în care le observăm astăzi.

Modelul universului în expansiune

Acum se știe cu siguranță că Galaxiile și alte obiecte spațiale se îndepărtează una de cealaltă, ceea ce înseamnă că Universul se extinde.

Modelul Universului în expansiune descrie chiar faptul expansiunii. În cazul general, nu se ia în considerare când și de ce Universul a început să se extindă. Majoritatea modelelor se bazează pe teoria generală a relativității și pe viziunea sa geometrică asupra naturii gravitației.

Tura roșie- aceasta este o scădere a frecvențelor de radiații observate pentru surse îndepărtate, care se explică prin distanța dintre surse (galaxii, quasare) una de cealaltă. Acest fapt indică faptul că Universul se extinde.

Radiația relictă Sunt ca ecouri ale big bang-ului. Anterior, Universul era o plasmă fierbinte care s-a răcit treptat. Din acele timpuri îndepărtate, așa-numiții fotoni rătăcitori, care formează radiația cosmică de fond, au rămas în Univers. Mai devreme, la temperaturi mai ridicate ale Universului, această radiație era mult mai puternică. Acum spectrul său corespunde spectrului de radiații al unui corp absolut solid cu o temperatură de numai 2,7 Kelvin.

Teoria evoluției structurilor pe scară largă

După cum arată datele din fundalul relictului, în momentul separării radiației de materie Universul era practic omogen, fluctuațiile materiei au fost extrem de mici și aceasta este o problemă semnificativă.

A doua problemă este structura celulară a superclusturilor de galaxii și, în același timp, structura sferică în clustere mai mici. Orice teorie care încearcă să explice originea structurii pe scară largă a Universului trebuie să rezolve în mod necesar aceste două probleme.

Teoria modernă a formării unei structuri pe scară largă, precum și a galaxiilor individuale, se numește „ teoria ierarhică».

Concluzia este că la început galaxiile aveau dimensiuni mici (aproximativ Nori de Magellan A), dar în timp se contopesc, formând galaxii din ce în ce mai mari.

Recent, fidelitatea teoriei a fost pusă sub semnul întrebării.

Teoria corzilor

Această ipoteză respinge într-o oarecare măsură Big Bang-ul ca moment inițial al apariției elementelor. spatiu deschis.

Conform teoriei corzilor, Universul a existat dintotdeauna... Ipoteza descrie interacțiunea și structura materiei, unde există un anumit set de particule, care sunt împărțite în quark, bosoni și leptoni. În termeni simpli, aceste elemente stau la baza universului, deoarece dimensiunea lor este atât de mică încât împărțirea în alte componente a devenit imposibilă.

O trăsătură distinctivă a teoriei modului în care s-a format universul este afirmația despre particulele menționate anterior, care sunt corzi ultramicroscopice care vibrează constant. În mod individual, nu au nicio formă materială, fiind energia care împreună creează toate elementele fizice ale cosmosului.

Un exemplu în această situație este focul: atunci când îl privim, pare a fi materie, dar este intangibil.

Teoria haotică a inflației - teoria lui Andrey Linde

Conform acestei teorii, există unele câmp scalar, care este eterogen în tot volumul său. Adică, în diferite regiuni ale universului, câmpul scalar are semnificații diferite. Apoi, în zonele în care câmpul este slab, nu se întâmplă nimic, în timp ce zonele cu câmpuri puternice încep să se extindă (inflația) datorită energiei sale, formând astfel noi universuri.

Acest scenariu implică existența multor lumi care au apărut în același timp și au propriul lor set de particule elementare și, în consecință, legile naturii.

Teoria lui Lee Smolin

Această teorie este bine cunoscută și presupune că Big Bang-ul nu este începutul existenței Universului, ci doar o tranziție de fază între cele două stări ale sale. Întrucât înainte de Big Bang universul exista sub forma unei singularități cosmologice, apropiate în natură de singularitatea unei găuri negre, Smolin sugerează că Universul ar fi putut să se ridice dintr-o gaură neagră.

Evoluția universului

Cum a avut loc procesul de dezvoltare și evoluție al Universului? În următorii miliarde de ani, gravitația a făcut ca regiunile mai dense să graviteze. În acest proces, s-au format nori de gaze, stele, structuri galactice și alte obiecte cerești.

Această perioadă se numește Era structurală, deoarece în această perioadă de timp s-a născut Universul modern. Materia vizibilă a fost distribuită în diferite formațiuni (stele din galaxii și cele din grupuri și superclustere).

Înaintea Universului

Este dificil să ne imaginăm timpul cu 13,7 miliarde de ani înainte de astăzi, când întregul univers era o singularitate. Conform teoria Big Bang, unul dintre principalii pretendenți pentru rolul de a explica de unde provin universul și toată materia din spațiu - totul a fost comprimat într-un punct mai mic decât o particulă subatomică. Dar dacă totuși îl puteți accepta, luați în considerare acest lucru: ce s-a întâmplat înainte să se întâmple Big Bang-ul?

Această întrebare a cosmologiei moderne își are rădăcinile în secolul al IV-lea d.Hr. Acum 1600 de ani teolog Augustin Fericitul ca unul dintre cei mai buni fizicieni v Secolului 20 Albert Einstein a încercat să înțeleagă natura înainte de crearea universului. Au concluzionat că pur și simplu nu exista „înainte”.

În prezent, diferite teorii sunt prezentate de om.

Teoria multiversului

Ce se întâmplă dacă universul nostru este un descendent al unui alt univers mai vechi? Unii astrofizicieni cred că radiația de relicve rămasă din big bang va ajuta la luminarea acestei povești.

Conform acestei teorii, în primele momente ale existenței sale, universul a început să se extindă extrem de rapid. Teoria explică, de asemenea, temperatura și densitatea fluctuațiilor CMB și sugerează că aceste fluctuații ar trebui să fie aceleași.

Dar, după cum sa dovedit, nu. Cercetări recente au arătat clar că universul este de fapt unilateral, cu mai multe fluctuații în unele zone decât în ​​altele. Unii cosmologi cred că această observație confirmă faptul că Universul nostru a avut o „mamă” (!)

În teoria inflației haotice, această idee are o amploare: progresul nesfârșit al bulelor de inflație dă naștere la o abundență de universuri și fiecare dintre ele creează și mai multe bule de inflație în număr mare. Multivers.

Teoria găurilor albe și negre

Cu toate acestea, există modele care încearcă să explice formarea singularității înainte de big bang... Dacă te gândești găuri negre ca coșuri de gunoi uriașe, sunt principalii candidați pentru contracția inițială, astfel încât universul nostru în expansiune ar putea fi foarte bine gaura alba- gaura de ieșire a unei găuri negre și fiecare gaură neagră din universul nostru poate conține un univers separat.

Marele Salt înainte

Alți oameni de știință cred că formarea singularității se bazează pe un ciclu numit „ salt mare”, Ca urmare, universul în expansiune se prăbușește în sine în sine, dând naștere unei alte singularități, care, din nou, generează un alt big bang.

Acest proces va fi etern și toate singularitățile și toate prăbușirile nu vor reprezenta altceva decât o tranziție la o altă fază a existenței Universului.

Teoria Universului Ciclic

Ultima explicație pe care o vom analiza folosește ideea unui univers ciclic generat de teoria șirurilor. Aceasta sugerează că fluxurile noi de materie și energie sunt generate la fiecare trilion de ani când două membrane sau brane în afara dimensiunilor noastre se ciocnesc.

Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? Întrebarea rămâne deschisă. Poate nimic. Poate un alt univers sau o altă versiune a noastră. Poate oceanul Universurilor, fiecare dintre ele având propriul set de legi și constante care dictează natura realității fizice.

Problemele modelelor moderne ale nașterii și evoluției Universului

Multe teorii referitoare la Univers s-au confruntat recent cu probleme, atât teoretice, cât și, mai important, de natură observațională:

1. Întrebarea formei universului este o importantă întrebare deschisă în cosmologie. În termeni matematici, ne confruntăm cu problema găsirii unei secțiuni spațiale tridimensionale a Universului, adică o astfel de figură care cel mai bun mod reprezintă aspectul spațial al universului.
2. Necunoscut este universul plan spatial la nivel global, adică sunt legile aplicabile Geometria euclidiană la cea mai mare scară.
3. De asemenea, nu se știe dacă universul este pur și simplu conectat sau conectat multiplu... Conform model standard expansiune, Universul nu are limite spațiale, dar poate fi spațial finit.
4. Există sugestii care Universul s-a născut inițial învârtindu-se... Conceptul clasic de origine este ideea izotropiei Big Bangului, adică propagarea energiei în mod egal în toate direcțiile. Cu toate acestea, a apărut o ipoteză concurentă despre prezența momentului unghiular inițial al Universului și a primit o confirmare.

Una dintre principalele întrebări care nu părăsesc conștiința umană a fost întotdeauna și este întrebarea: „cum a apărut Universul?” Desigur, nu există un răspuns neechivoc la această întrebare și este puțin probabil să fie obținut în viitorul apropiat, dar știința lucrează în această direcție și formează un anumit model teoretic al originii Universului nostru. În primul rând, ar trebui luate în considerare principalele proprietăți ale Universului, care ar trebui descrise în cadrul modelului cosmologic:

• Modelul ar trebui să ia în considerare distanțele observate între obiecte, precum și viteza și direcția mișcării lor. Astfel de calcule se bazează pe legea lui Hubble: cz =H 0D, Unde z- redshift obiect, D- distanța până la acest obiect, c este viteza luminii.
• Vârsta universului din model trebuie să fie mai mare decât vârsta celor mai vechi obiecte din lume.
• Modelul ar trebui să ia în considerare abundența inițială a elementelor.
• Modelul trebuie să țină cont de observabil.
• Modelul ar trebui să ia în considerare fundalul relicvei observate.

Luați în considerare pe scurt teoria general acceptată a originii și evoluției timpurii a Universului, care este susținută de majoritatea oamenilor de știință. Astăzi, teoria Big Bang-ului înseamnă o combinație a unui model de Univers fierbinte cu un Big Bang. Și, deși aceste concepte au existat mai întâi independent unul de celălalt, ca urmare a combinării lor, a fost posibil să se explice originalul compoziție chimică Universul, precum și prezența radiației relicve.

Conform acestei teorii, Universul a apărut cu aproximativ 13,77 miliarde de ani în urmă dintr-un obiect dens încălzit, care este greu de descris în cadrul fizicii moderne. Problema cu singularitatea cosmologică, printre altele, este că atunci când o descriem, majoritatea mărimilor fizice, precum densitatea și temperatura, tind spre infinit. În același timp, se știe că la o densitate infinită (o măsură a haosului) ar trebui să tindă la zero, care nu este în niciun caz combinat cu o temperatură infinită.

• • Primele 10 -43 secunde după Big Bang se numesc etapa haosului cuantic. Natura universului în acest stadiu al existenței sfidează descrierea în cadrul fizicii cunoscute de noi. Există o descompunere a unui spațiu-timp continuu unic în cuantă.

• Momentul Planck este momentul sfârșitului haosului cuantic, care cade la 10 -43 secunde. În acest moment, parametrii Universului erau egali, ca temperatura Planck (aproximativ 10 32 K). În timpul erei Planck, toate cele patru interacțiuni fundamentale (slabe, puternice, electromagnetice și gravitaționale) erau combinate într-un singur tip de interacțiune. Nu este posibil să considerăm momentul Planck ca pe o anumită perioadă lungă, deoarece fizica modernă nu funcționează cu parametri mai mici decât cei Planck.
• Etapă. Următoarea etapă din istoria Universului a fost etapa inflaționistă. În primul moment al inflației, interacțiunea gravitațională s-a separat de câmpul supersimetric unificat (incluzând anterior câmpurile interacțiunilor fundamentale). În această perioadă, materia are presiune negativă, ceea ce determină o creștere exponențială a energiei cinetice a Universului. Mai simplu spus, în această perioadă Universul a început să se umfle foarte repede, iar spre final energia câmpurilor fizice este convertită în energia particulelor obișnuite. La sfârșitul acestei etape, temperatura substanței și a radiației crește semnificativ. Odată cu sfârșitul etapei inflației, se evidențiază o interacțiune puternică. Tot în acest moment apare.
• Etapa de dominare a radiațiilor. Următoarea etapă a dezvoltării Universului, care include mai multe etape. În acest stadiu, temperatura Universului începe să scadă, se formează quarcuri, apoi hadroni și leptoni. În era nucleosintezei, formarea inițialei elemente chimice, heliul este sintetizat. Cu toate acestea, radiațiile domină încă asupra materiei.
• Era dominanței materiei. După 10.000 de ani, energia materiei depășește treptat energia radiației și are loc separarea lor. Substanța începe să domine radiația și apare un fundal de relicvă. De asemenea, separarea materiei de radiații a crescut semnificativ neomogenitățile inițiale în distribuția materiei, ca urmare a căruia au început să se formeze galaxii și supergalaxii. Legile Universului au ajuns la forma în care le observăm astăzi.

Imaginea de mai sus este compusă din mai multe teorii fundamentale și oferă o idee generală despre formarea Universului în primele etape ale existenței sale.

De unde a venit universul?

Dacă universul a apărut dintr-o singularitate cosmologică, atunci de unde a venit singularitatea? Nu este încă posibil să oferim un răspuns exact la această întrebare. Luați în considerare câteva dintre modelele cosmologice care afectează „nașterea universului”.

Modele ciclice

Aceste modele se bazează pe afirmația că Universul a existat dintotdeauna și de-a lungul timpului starea sa se schimbă doar, trecând de la expansiune la contracție - și invers.

• Modelul Steinhardt-Turok. Acest model se bazează pe teoria corzilor (teoria M), întrucât folosește un astfel de obiect ca „brane”. Conform acestui model, Universul vizibil este situat în interiorul unei 3-brane, care periodic, o dată la câteva trilioane de ani, se ciocnește cu o altă 3-brane, ceea ce provoacă un fel de Big Bang. Mai mult, 3-brane noastre începe să se îndepărteze de celălalt și să se extindă. La un moment dat, ponderea energiei întunecate are prioritate și rata de expansiune a 3-brane crește. Expansiunea colosală împrăștie materie și radiații atât de mult încât lumea devine aproape omogenă și goală. În cele din urmă, are loc o coliziune repetată de 3-brane, în urma căreia a noastră revine la faza inițială a ciclului său, dând naștere din nou „Universului” nostru.

• Teoria lui Loris Baum și Paul Frampton afirmă, de asemenea, că universul este ciclic. Conform teoriei lor, acesta din urmă după Big Bang se va extinde datorită energiei întunecate până se apropie de momentul „dezintegrării” spațiului-timp însuși - Big Rip. După cum știți, într-un „sistem închis, entropia nu scade” (a doua lege a termodinamicii). Din această afirmație rezultă că Universul nu poate reveni la starea sa inițială, deoarece în timpul unui astfel de proces entropia ar trebui să scadă. Cu toate acestea, această problemă este rezolvată în cadrul acestei teorii. Conform teoriei lui Baum și Frampton, cu o clipă înainte de Big Rip, Universul se dezintegrează în multe „patch-uri”, fiecare dintre acestea având o valoare de entropie destul de mică. Experimentând o serie de tranziții de fază, aceste „resturi” ale fostului Univers dau naștere materiei și se dezvoltă similar cu Universul original. Aceste lumi noi nu interacționează între ele, deoarece se împrăștie cu o viteză mai mare decât viteza luminii. Astfel, oamenii de știință au evitat singularitatea cosmologică cu care începe nașterea universului în conformitate cu majoritatea teoriilor cosmologice. Adică, la sfârșitul ciclului său, Universul se dezintegrează în multe alte lumi care nu interacționează, care vor deveni universuri noi.
• Cosmologia ciclică conformă este modelul ciclic al lui Roger Penrose și Vahagn Gurzadyan. Conform acestui model, Universul este capabil să intre într-un nou ciclu fără a încălca a doua lege a termodinamicii. Această teorie se bazează pe presupunerea că găurile negre distrug informațiile absorbite, ceea ce într-un fel „legitim” scade entropia Universului. Apoi, fiecare astfel de ciclu al existenței Universului începe cu o aparență de Big Bang și se încheie cu o singularitate.

Alte modele ale originii universului

Printre alte ipoteze care explică apariția Universului vizibil, următoarele două sunt cele mai populare:

• Teoria haotică a inflației este teoria lui Andrei Linde. Conform acestei teorii, există un anumit câmp scalar care este neomogen pe întregul său volum. Adică, în diferite regiuni ale universului, câmpul scalar are semnificații diferite. Apoi, în zonele în care câmpul este slab, nu se întâmplă nimic, în timp ce zonele cu câmpuri puternice încep să se extindă (inflația) datorită energiei sale, formând astfel noi universuri. Un astfel de scenariu implică existența multor lumi care au apărut non-simultan și au propriul lor set de particule elementare și, în consecință, legile naturii.
• Teoria lui Lee Smolin - presupune că Big Bang-ul nu este începutul existenței Universului, ci doar o tranziție de fază între cele două stări ale sale. Întrucât înainte de Big Bang universul exista sub forma unei singularități cosmologice, apropiate în natură de singularitatea unei găuri negre, Smolin sugerează că universul ar fi putut să se ridice dintr-o gaură neagră.

Rezultate

În ciuda faptului că modelele ciclice și alte modele răspund la o serie de întrebări, răspunsuri cărora nu le poate da teoria Big Bangului, inclusiv problema singularității cosmologice. Totuși, împreună cu teoria inflaționistă, Big Bang-ul explică pe deplin originea Universului și converge, de asemenea, cu multe observații.

Astăzi, cercetătorii continuă să studieze intens scenariile posibile pentru originea Universului, totuși, pentru a da un răspuns irefutabil la întrebarea „Cum a apărut Universul?” - este puțin probabil să reușească în viitorul apropiat. Există două motive pentru aceasta: dovada directă a teoriilor cosmologice este practic imposibilă, doar indirectă; chiar și teoretic, nu există nicio modalitate de a obține informații exacte despre lume înainte de Big Bang. Din aceste două motive, oamenii de știință nu pot decât să prezinte ipoteze și să construiască modele cosmologice care să descrie cel mai exact natura universului pe care îl observăm.

Particulele microscopice, pe care viziunea umană le poate vedea doar la microscop, precum și planete uriașe și grupuri de stele, uimesc oamenii. Din cele mai vechi timpuri, strămoșii noștri au încercat să înțeleagă principiile formării cosmosului, dar chiar și în lumea modernă răspunsul exact la întrebarea „cum s-a format universul” încă nu există. Poate că mintea umană nu este capabilă să găsească o soluție la o astfel de problemă globală?

Oamenii de știință din diferite epoci din întreaga lume au încercat să înțeleagă acest secret. Toate explicațiile teoretice se bazează pe ipoteze și calcule. Numeroase ipoteze prezentate de oamenii de știință sunt concepute pentru a crea o idee despre univers și pentru a explica apariția structurii sale la scară largă, a elementelor chimice și pentru a descrie cronologia originii.

Teoria corzilor

Într-o oarecare măsură, respinge Big Bang-ul ca moment inițial al apariției elementelor spațiului cosmic. Conform universului a existat dintotdeauna. Ipoteza descrie interacțiunea și structura materiei, unde există un anumit set de particule, care sunt împărțite în quark, bosoni și leptoni. În termeni simpli, aceste elemente stau la baza universului, deoarece dimensiunea lor este atât de mică încât împărțirea în alte componente a devenit imposibilă.

O trăsătură distinctivă a teoriei modului în care s-a format universul este afirmația despre particulele menționate anterior, care sunt corzi ultramicroscopice care vibrează constant. În mod individual, nu au nicio formă materială, fiind energia care împreună creează toate elementele fizice ale cosmosului. Un exemplu în această situație este focul: atunci când îl privim, pare a fi materie, dar este intangibil.

Big Bang-ul este prima ipoteză științifică

Autorul acestei presupuneri a fost astronomul Edwin Hubll, care în 1929 a observat că galaxiile se îndepărtau treptat una de alta. Teoria afirmă că marele univers actual a apărut dintr-o particulă de dimensiuni microscopice. Elementele viitoare ale universului se aflau într-o stare singulară, în care este imposibil să se obțină date despre presiune, temperatură sau densitate. Legile fizicii în astfel de condiții nu afectează energia și materia.

Cauza Big Bang-ului este instabilitatea care a apărut în interiorul particulei. Un fel de resturi, răspândite în spațiu, au format o nebuloasă. De-a lungul timpului, aceste mici elemente au format atomi, din care galaxii, stele și planete ale Universului au apărut așa cum le cunoaștem astăzi.

Inflația cosmică

Această teorie a nașterii Universului susține că lumea modernă a fost plasată inițial într-un punct infinitesimal într-o stare de singularitate, care a început să se extindă într-un ritm incredibil. După o perioadă foarte scurtă de timp, creșterea sa a depășit deja viteza luminii. Acest proces a fost denumit „inflație”.

Sarcina principală a ipotezei nu este de a explica modul în care s-a format universul, ci motivele expansiunii sale și conceptul de singularitate cosmică. Ca rezultat al lucrării la această teorie, a devenit clar că numai calculele și rezultatele bazate pe metode teoretice sunt aplicabile pentru rezolvarea acestei probleme.

Creaționism

Această teorie a dominat mult timp până când sfârșitul XIX secol. Conform creaționismului, lumea organică, umanitatea, Pământul și universul mai mare ca întreg au fost create de Dumnezeu. Ipoteza a apărut în rândul oamenilor de știință care nu au respins creștinismul ca explicație pentru istoria universului.

Creaționismul este principalul dușman al evoluției. Toată natura, creată de Dumnezeu în șase zile, pe care o vedem în fiecare zi, a fost inițial așa și rămâne neschimbată până în prezent. Adică dezvoltarea de sine ca atare nu a existat.

La începutul secolului al XX-lea, acumularea de cunoștințe în fizică, astronomie, matematică și biologie a început să se accelereze. Cu ajutorul unor noi informații, oamenii de știință fac încercări repetate de a explica modul în care s-a format universul, retrogradând astfel creaționismul pe un fundal. În lumea modernă, această teorie a luat forma unei tendințe filozofice, constând din religie ca bază, precum și mituri, fapte și chiar cunoștințe științifice.

Principiul antropic al lui Stephen Hawking

Ipoteza sa în ansamblu poate fi descrisă în câteva cuvinte: nu există evenimente întâmplătoare. Pământul nostru de astăzi are mai mult de 40 de caracteristici, fără de care viața de pe planetă nu ar exista.

Astrofizicianul american H. Ross a estimat probabilitatea evenimentelor întâmplătoare. Ca rezultat, omul de știință a primit cifra 10 cu gradul -53 (dacă ultima cifră este mai mică de 40, șansa este considerată imposibilă).

Universul observabil conține un trilion de galaxii și fiecare dintre ele conține aproximativ 100 de miliarde de stele. Pe baza acestui fapt, numărul planetelor din Univers este de la 10 la a douăzecea putere, adică cu 33 de ordine de mărime mai puțin decât în ​​calculul anterior. În consecință, în întregul spațiu nu există astfel de locuri unice cu condiții precum pe Pământ, care ar permite apariția spontană a vieții.

Cum s-a transformat într-un spațiu aparent nesfârșit? Și ce va deveni după multe milioane și miliarde de ani? Se pare că aceste întrebări au chinuit (și continuă să chinuiască) mintea filosofilor și a oamenilor de știință încă de la începutul timpului, dând naștere la multe teorii interesante și uneori chiar nebunești.

Astăzi, majoritatea astronomilor și cosmologilor au ajuns la un acord general că universul așa cum îl cunoaștem a apărut ca urmare a unei explozii uriașe, care a dat naștere nu numai grosului materiei, ci a fost sursa legilor fizice de bază conform pe care există cosmosul care ne înconjoară. Toate acestea se numesc teoria big bang-ului.

Bazele teoriei Big Bang-ului sunt relativ simple. Astfel, pe scurt, potrivit ei, toată materia care a existat și există acum în univers a apărut în același timp - acum aproximativ 13,8 miliarde de ani. În acel moment, toată materia exista sub forma unei bile (sau puncte) abstracte foarte compacte cu densitate și temperatură infinită. Această stare a fost numită singularitate. Dintr-o dată, singularitatea a început să se extindă și a dat naștere universului așa cum îl cunoaștem.

Este demn de remarcat faptul că teoria big bang-ului este doar una dintre multele ipoteze propuse despre originea universului (de exemplu, există și teoria unui univers staționar), dar a primit cea mai largă recunoaștere și popularitate. Nu numai că explică sursa întregii materii cunoscute, legile fizicii și marea structură a universului, descrie și motivele expansiunii universului și multe alte aspecte și fenomene.

Cronologia evenimentelor din teoria big bang.

Pe baza cunoașterii stării actuale a universului, oamenii de știință sugerează că totul ar fi trebuit să înceapă de la un singur punct cu densitate infinită și timp finit, care a început să se extindă. După expansiunea inițială, spune teoria, universul a trecut printr-o fază de răcire care a permis să apară particule subatomice și mai târziu atomi simpli. Norii uriași ai acestor elemente antice mai târziu, grație gravitației, au început să formeze stele și galaxii.

Toate acestea, potrivit oamenilor de știință, au început cu aproximativ 13,8 miliarde de ani în urmă și, prin urmare, acest punct de plecare este considerat vârsta universului. Prin studiul diferitelor principii teoretice, experimente care implică acceleratoare de particule și stări de mare energie, precum și prin studii astronomice ale colțurilor îndepărtate ale universului, oamenii de știință au derivat și au propus o cronologie a evenimentelor care au început cu Big Bang și au condus universul în cele din urmă la acea stare de evoluție cosmică, care are loc acum.

Oamenii de știință cred că primele perioade ale începutului universului - care durează de la 10-43 la 10-11 secunde după big bang - sunt încă subiect de controversă și discuții. Atenţie! Doar dacă considerăm că legile fizicii pe care le știm acum nu ar putea exista la acel moment, atunci este foarte dificil să înțelegem cum au fost reglementate procesele din acest univers timpuriu. În plus, experimentele care utilizează acele tipuri posibile de energii care ar fi putut fi prezente în acel moment nu au fost încă efectuate. Oricum ar fi, multe teorii despre originea universului sunt în cele din urmă de acord că la un moment dat a existat un punct de plecare de la care a început totul.

Era singularității.

Cunoscută și sub numele de era Planck (sau era Planck), este considerată a fi cea mai timpurie perioadă cunoscută din evoluția universului. În acest moment, toată materia era conținută într-un singur punct de densitate și temperatură infinită. În această perioadă, oamenii de știință cred că efectele cuantice ale interacțiunii gravitaționale au dominat fizicul și niciuna dintre forțele fizice nu a fost egală ca forță cu gravitația.

Era Planck a presupus că a durat de la 0 la 10-43 secunde și este numită astfel, deoarece durata sa poate fi măsurată numai prin timpul Planck. Datorită temperaturilor extreme și a densității infinite a materiei, starea universului în această perioadă de timp a fost extrem de instabilă. A urmat perioade de expansiune și răcire, care au dus la apariția forțelor fundamentale ale fizicii.

Aproximativ în perioada de la 10-43 la 10-36 secunde, procesul de coliziune a stărilor de temperaturi de tranziție a avut loc în univers. Se crede că în acest moment forțele fundamentale care guvernează universul actual au început să se separe una de alta. Primul pas în acest departament a fost apariția forțelor gravitaționale, a interacțiunilor nucleare puternice și slabe și a electromagnetismului.

În perioada de la aproximativ 10-36 la 10-32 secunde după big bang, temperatura universului a devenit suficient de scăzută (1028 K), ceea ce a dus la separarea forțelor electromagnetice (interacțiune puternică) și a interacțiunii nucleare slabe (interacțiune slabă) .

Era inflației.

Odată cu apariția primelor forțe fundamentale din univers, a început era inflației, care a durat de la 10 la 32 de secunde în funcție de timpul Planck până la un moment necunoscut în timp. Majoritatea modelelor cosmologice presupun că universul a fost umplut în mod uniform cu energie de înaltă densitate în această perioadă, iar temperatura și presiunea incredibil de ridicate au dus la expansiunea și răcirea sa rapidă.

A început la 10-37 secunde, când faza de tranziție, care a provocat separarea forțelor, a fost urmată de o expansiune exponențială a universului. În aceeași perioadă de timp, universul se afla într-o stare de bariogeneză, când temperatura era atât de ridicată încât mișcarea dezordonată a particulelor în spațiu a avut loc cu o viteză aproape de lumină.

În acest moment, se formează perechi de particule - antiparticule care se ciocnesc imediat, ceea ce se crede că a dus la dominarea materiei asupra antimateriei în universul modern. După sfârșitul inflației, universul era format dintr-un quark - plasmă gluonică și alte particule elementare. Din acel moment, universul a început să se răcească, materia a început să se formeze și să se combine.

Era răcirii.

Odată cu scăderea densității și temperaturii în interiorul universului, a început să se producă o scădere a energiei în fiecare particulă. Această stare de tranziție a durat până când forțele fundamentale și particulele elementare au ajuns la forma lor actuală. Deoarece energia particulelor a scăzut la valori care pot fi atinse astăzi în cadrul experimentelor, prezența reală posibilă a acestei perioade de timp provoacă mult mai puține controverse în rândul oamenilor de știință.

De exemplu, oamenii de știință cred că la 10-11 secunde după big bang, energia particulelor a scăzut semnificativ. La aproximativ 10-6 secunde, cuarcii și gluonii au început să formeze barioni - protoni și neutroni. Quark-urile au început să predomine peste antiquark-uri, care, la rândul lor, au condus la predominarea barionilor asupra antibarionilor.

Deoarece temperatura nu mai era suficient de ridicată pentru a crea noi perechi proton - antiproton (sau perechi neutron - antineutron), a urmat distrugerea masivă a acestor particule, ceea ce a condus la restul de doar 1/1010 din protonii și neutronii originali și dispariția completă a antiparticulelor lor. Un proces similar a avut loc la aproximativ 1 secundă după big bang. De această dată, numai „victimele” au fost electroni și pozitroni. După distrugerea în masă, protonii, neutronii și electronii rămași și-au oprit mișcarea aleatorie, iar densitatea energetică a universului a fost umplută cu fotoni și, într-o măsură mai mică, cu neutrini.

În primele minute de expansiune a universului, a început o perioadă de nucleosinteză (sinteza elementelor chimice. Datorită scăderii temperaturii la 1 miliard de kelvin și scăderii densității energetice la aproximativ valori echivalente densității aerului, neutronii și protonii au început să se amestece și să formeze primul izotop stabil al hidrogenului (deuteriu), precum și al atomilor de heliu. Cu toate acestea, majoritatea protonilor din univers au rămas ca nuclee deconectate de atomi de hidrogen.

Aproximativ 379.000 de ani mai târziu, electronii s-au combinat cu aceste nuclee de hidrogen pentru a forma atomi (din nou, mai ales hidrogen), în timp ce radiațiile s-au separat de materie și au continuat să se extindă aproape nestingherite prin spațiu. Această radiație este denumită în mod obișnuit radiație relicvă și este cea mai veche sursă de lumină din univers.

Odată cu expansiunea, radiația relicvă și-a pierdut treptat densitatea și energia, iar în acest moment temperatura sa este de 2,7260 0, 0013 K (- 270, 424 C), iar densitatea energiei este de 0,25 eV (sau 4, 005x10-14 J / m ?; 400-500 de fotoni / cm. Radiația relicvă se extinde în toate direcțiile și la o distanță de aproximativ 13,8 miliarde de ani lumină, dar estimarea propagării sale reale spune la aproximativ 46 de miliarde de ani lumină de centrul universului.

Era structurii (era ierarhică).

În următorii câțiva miliarde de ani, regiuni mai dense de materie, distribuite aproape uniform în univers, au început să se atragă reciproc. Drept urmare, au devenit și mai dense, au început să formeze nori de gaze, stele, galaxii și alte structuri astronomice pe care le putem observa în prezent. Această perioadă se numește era ierarhică. În acest moment, universul pe care îl vedem acum a început să prindă contur. Materia a început să se combine în structuri de diferite dimensiuni - stele, planete, galaxii, grupuri galactice, precum și supergrupuri galactice, separate de bariere intergalactice care conțin doar câteva galaxii.

Detaliile acestui proces pot fi descrise în funcție de ideea cantității și tipului de materie distribuită în univers, care este reprezentată sub formă de materie întunecată rece, caldă, fierbinte și materie barionică. Cu toate acestea, actualul model cosmologic standard al big bang-ului este modelul lambda-CDM, conform căruia particulele de materie întunecată se mișcă mai lent decât viteza luminii. A fost ales pentru că rezolvă toate contradicțiile apărute în alte modele cosmologice.

Conform acestui model, materia întunecată rece reprezintă aproximativ 23% din toată materia / energia din univers. Proporția materiei baryonice este de aproximativ 4,6%. Lambda - CDM se referă la așa-numita constantă cosmologică: o teorie propusă de Albert Einstein care caracterizează proprietățile unui vid și arată echilibrul dintre masă și energie ca o cantitate statică constantă. În acest caz, este asociată cu energia întunecată, care servește ca accelerator pentru expansiunea universului și menține structurile cosmologice gigantice în mare parte omogene.

Previziuni pe termen lung pentru viitorul universului.

Ipotezele conform cărora evoluția universului are un punct de plecare îi conduc în mod firesc pe oamenii de știință la întrebări despre posibilul punct final al acestui proces. Doar dacă universul și-a început istoria dintr-un punct mic cu densitate infinită, care a început brusc să se extindă, înseamnă că se va extinde și infinit, sau într-o zi își va pune capăt forței sale expansive și va începe un proces de contracție inversă, rezultatul final din care va deveni același punct infinit de dens?

Răspunsurile la aceste întrebări au fost obiectivul principal al cosmologilor încă de la începutul dezbaterii despre care model cosmologic al universului este corect. Odată cu adoptarea teoriei Big Bang-ului, dar mai ales datorită observării energiei întunecate în anii 1990, oamenii de știință au ajuns la un acord cu privire la două scenarii cel mai probabil pentru evoluția universului.

Potrivit primului, numit „Marea compresie”, universul va atinge dimensiunea maximă și va începe să se prăbușească. Acest scenariu va fi posibil doar dacă densitatea masei universului devine mai mare decât densitatea critică în sine. Cu alte cuvinte, dacă densitatea materiei atinge o anumită valoare sau devine mai mare decât această valoare (1-3x10-26 kg de materie pe m), universul va începe să se contracte.

O alternativă este un alt scenariu, care afirmă că, dacă densitatea în univers este egală sau sub densitatea critică, atunci expansiunea sa va încetini, dar nu se va opri niciodată complet. Această ipoteză, supranumită „Moartea termică a Universului”, ar continua să se extindă până când formarea stelelor încetează să mai consume gaze interstelare în cadrul fiecărei galaxii din jur. Adică, transferul de energie și materie de la un obiect la altul se va opri complet. Toate stelele existente în acest caz se vor arde și se vor transforma în pitici albi, stele de neutroni și găuri negre.

Treptat, găurile negre se vor ciocni cu alte găuri negre, ceea ce va duce la formarea celor din ce în ce mai mari. Temperatura medie a universului se va apropia de zero absolut. Gaurile negre se vor „vaporiza” în cele din urmă, eliberând ultima lor radiație de șoim. În cele din urmă, entropia termodinamică din univers va deveni maximă. Moartea fierbinte va veni.

Observațiile moderne, care iau în considerare prezența energiei întunecate și efectul acesteia asupra expansiunii spațiului, i-au determinat pe oamenii de știință să concluzioneze că, în timp, tot mai mult spațiu din univers va trece dincolo de orizontul evenimentelor noastre și va deveni invizibil pentru noi. Rezultatul final și logic al acestui lucru nu este încă cunoscut oamenilor de știință, dar „Moartea termică” s-ar putea dovedi a fi punctul final al unor astfel de evenimente.

Există alte ipoteze cu privire la distribuția energiei întunecate sau, mai degrabă, la tipurile posibile ale acesteia (de exemplu, energia fantomă. Potrivit acestora, grupurile galactice, stelele, planetele, atomii, nucleii de atomi și materia însăși vor fi sfâșiate ca rezultat a expansiunii sale infinite. evoluția este numită „Big Rip”. Motivul morții universului conform acestui scenariu este expansiunea însăși.

Istoria teoriei big bang-ului.

Cea mai veche mențiune a big bangului datează de la începutul secolului al XX-lea și este asociată cu observațiile spațiului. În 1912, astronomul american Vesto Slifer a efectuat o serie de observații ale galaxiilor spirale (care inițial păreau a fi nebuloase) și le-a măsurat deplasarea spre roșu Doppler. În aproape toate cazurile, observațiile au arătat că galaxiile spirale se îndepărtează de calea noastră lactee.

În 1922, remarcabilul matematician și cosmolog rus Alexander Fridman a derivat așa-numitele ecuații Friedman din ecuațiile lui Einstein pentru relativitatea generală. În ciuda progreselor teoretice ale lui Einstein în favoarea unei constante cosmologice, lucrarea lui Friedmann a arătat că universul se află mai degrabă într-o stare de expansiune.

În 1924, măsurătorile făcute de Edwin Hubble ale distanței până la cea mai apropiată nebuloasă spirală au arătat că aceste sisteme sunt de fapt alte galaxii. În același timp, Hubble a început să dezvolte o serie de metrici de scădere la distanță folosind telescopul Hooker de 2,5 metri de la Observatorul Mount Wilson. Până în 1929, Hubble descoperise relația dintre distanță și ritmul scăzut al galaxiilor, care a devenit ulterior legea lui Hubble.

În 1927, matematicianul belgian, fizicianul și preotul catolic Georges Lemaitre a ajuns în mod independent la aceleași rezultate pe care le arată ecuațiile lui Friedmann și a fost primul care a formulat relația dintre distanța și viteza galaxiilor, oferind prima estimare a coeficientului de această relație. Lemaitre credea că la un moment dat în trecut, întreaga masă a universului era concentrată într-un singur punct (atom.

Aceste descoperiri și presupuneri au stârnit o mulțime de controverse între fizicienii din anii '20 și '30, dintre care majoritatea credeau că universul se afla într-o stare staționară. Conform modelului stabilit la acea vreme, materia nouă este creată împreună cu expansiunea nesfârșită a universului, fiind distribuită în mod egal și egal în densitate pe toată lungimea sa. Printre savanții care o susțin, ideea big bang-ului părea mai mult teologică decât științifică. Lemaitrul a fost criticat pentru părtinire bazată pe părtinire religioasă.

Trebuie remarcat faptul că au existat și alte teorii în același timp. De exemplu, modelul universului lui Milne și modelul ciclic. Ambele s-au bazat pe postulatele teoriei generale a relativității a lui Einstein și au primit ulterior sprijin de la omul de știință însuși. Conform acestor modele, universul există într-un flux nesfârșit de cicluri repetate de expansiune și colaps.

1. Era singularității (Planck). Este considerat a fi primar, ca perioada evolutivă timpurie a Universului. Materia a fost concentrată într-un punct, care are propria temperatură și densitate infinită. Oamenii de știință susțin că această eră se caracterizează prin dominarea efectelor cuantice aparținând interacțiunii gravitaționale asupra celor fizice și că nici o forță fizică unică din toate cele existente în acele timpuri îndepărtate nu era identică ca forță cu gravitația, adică nu era egală la ea. Durata erei Planck este concentrată în intervalul 0 - 10-43 secunde. A primit acest nume datorită faptului că numai timpul Planck a fost capabil să-și măsoare pe deplin lungimea. Acest interval de timp este considerat a fi foarte instabil, care la rândul său este strâns legat de temperatura extremă și densitatea nelimitată a materiei. După era singularității, a existat o perioadă de expansiune și, odată cu aceasta, răcirea, care a dus la formarea forțelor fizice de bază.

Cum s-a născut Universul. Nașterea rece

Înaintea universului. Modelul Universului Adormit

„Poate înainte de Big Bang, universul era un spațiu static foarte compact, care evoluează lent”, teoreticizează fizicieni precum Kurt Hinterbichler, Austin Joyce și Justin Khoury.

Acest Univers „pre-exploziv” trebuia să aibă o stare metastabilă, adică să fie stabilă până când a apărut o stare și mai stabilă. Prin analogie, imaginați-vă o stâncă, la marginea căreia un bolovan este într-o stare de vibrație. Orice contact cu bolovanul va duce la faptul că acesta cade în prăpastie sau - ceea ce este mai aproape de cazul nostru - va apărea Big Bang. Potrivit unor teorii, universul „pre-exploziv” ar putea exista într-o formă diferită, de exemplu, sub forma unui spațiu turtit și foarte dens. Drept urmare, această perioadă metastabilă a luat sfârșit: s-a extins dramatic și a dobândit forma și starea a ceea ce vedem acum.

„Totuși, modelul universului adormit are propriile sale probleme”, spune Carroll.

„De asemenea, presupune că Universul nostru are un nivel scăzut de entropie și nu explică de ce este așa.”

Cu toate acestea, Hinterbichler, fizician teoretic la Case Western Reserve University, nu vede apariția entropiei scăzute ca pe o problemă.

„Căutăm doar o explicație a dinamicii care a avut loc înainte de Big Bang, care explică de ce vedem ceea ce vedem acum. Până acum, acesta este doar singurul lucru care ne-a rămas ”, spune Hinterbichler.

Cu toate acestea, Carroll crede că există o altă teorie a unui univers „pre-exploziv” care poate explica nivelul scăzut de entropie care există în universul nostru.

Cum a apărut Universul din nimic. Cum funcționează Universul

Să vorbim despre cum funcționează de fapt fizica, conform conceptelor noastre. De pe vremea lui Newton, paradigma fizicii fundamentale nu s-a schimbat; include trei părți. Primul este „spațiul de stare”: de fapt, o listă cu toate configurațiile posibile în care poate fi universul. A doua este o anumită stare care reprezintă Universul la un moment dat, de obicei la cel actual. A treia este o anumită regulă conform căreia Universul se dezvoltă în timp. Dă-mi Universul pentru astăzi, iar legile fizicii îți vor spune ce se va întâmpla cu el în viitor. Acest mod de gândire nu este mai puțin adevărat pentru mecanica cuantică sau relativitatea generală sau teoria câmpului cuantic decât pentru mecanica newtoniană sau electrodinamica maxwelliană.

Mecanica cuantică în special este o implementare specială, dar foarte versatilă a acestei scheme. (Teoria câmpului cuantic este doar un exemplu specific de mecanică cuantică, nu un mod nou de gândire.) Stările sunt „funcții de undă”, iar setul tuturor funcțiilor de undă posibile ale unui anumit sistem se numește „spațiu Hilbert”. Avantajul său este că restricționează sever setul de posibilități (deoarece este un spațiu vector: o notă pentru experți). Odată ce-mi spuneți dimensiunea sa (numărul de măsurători), vă definiți complet spațiul Hilbert. Acest lucru este fundamental diferit de mecanica clasică, în care spațiul de stare poate deveni extrem de complex. Și apoi există o mașină - „hamiltoniană” - care indică exact cum să se dezvolte de la o stare la alta în timp. Repet că nu există multe varietăți de hamiltonieni; este suficient să scrieți o anumită listă de cantități (valori proprii de energie - clarificare pentru dvs., experți enervanți).

Cum a apărut viața pe Pământ. Viața pe Pământ

Viața folosind chimii diferite de a noastră poate apărea pe Pământ de mai multe ori. Poate. Și dacă găsim dovezi ale existenței unui astfel de proces, aceasta înseamnă că există o mare probabilitate ca viața să apară în multe locuri din Univers, independent una de alta, la fel cum viața a apărut pe Pământ. Dar, pe de altă parte, imaginați-vă cum ne-am simți dacă vom găsi în cele din urmă viață pe altă planetă, poate orbitând o stea îndepărtată, și se dovedește a avea o chimie identică și poate chiar o structură ADN identică cu a noastră.

Șansele ca viața pe Pământ să apară complet spontan și întâmplător par foarte mici. Șansele de a avea exact aceeași viață în altă parte sunt incredibil de mici, aproape nule. Dar există posibile răspunsuri la aceste întrebări, pe care astronomii englezi Fred Hoyle și Chandra Wickramasinghe le-au expus în cartea lor neobișnuită, scrisă în 1979 - „Norul vieții”.

Având în vedere șansa extrem de puțin probabilă ca viața de pe Pământ să apară spontan, autorii oferă o explicație diferită. Rezidă în faptul că apariția vieții a avut loc undeva în spațiu și apoi s-a răspândit în tot universul prin panspermia. Viața microscopică prinsă în resturi de coliziuni cosmice poate călători inactiv pentru o perioadă foarte lungă de timp. După aceea, când va ajunge la destinație, unde va începe să se dezvolte din nou. Astfel, toată viața din Univers, inclusiv viața pe Pământ, este de fapt una și aceeași viață.

Video Cum a apărut Universul

Cum a apărut Universul din nimic. Nașterea rece

Cu toate acestea, căile către o astfel de uniune pot fi luate în considerare la nivel calitativ și aici apar perspective foarte interesante. Unul dintre ei a fost considerat de celebrul cosmolog, profesor la Universitatea din Arizona Lawrence Krauss, în cartea sa recent publicată Un univers din nimic. Ipoteza sa arată fantastică, dar în niciun caz nu contrazice legile stabilite ale fizicii.

Se crede că universul nostru a apărut dintr-o stare inițială foarte fierbinte, cu o temperatură de ordinul a 1032 kelvin. Cu toate acestea, este posibil să ne imaginăm nașterea rece a universurilor dintr-un vid pur - mai precis, din fluctuațiile sale cuantice. Este bine cunoscut faptul că astfel de fluctuații generează o mare varietate de particule virtuale care au ieșit literalmente din nimic și ulterior au dispărut fără urmă. Potrivit lui Krauss, fluctuațiile vidului, în principiu, sunt capabile să dea naștere la proto-universuri la fel de efemere, care, în anumite condiții, trec de la o stare virtuală la una reală.

Întrebarea despre cum a apărut universul i-a îngrijorat întotdeauna pe oameni. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece toată lumea vrea să-și cunoască originile. Oamenii de știință, preoții și scriitorii s-au luptat cu acest număr de câteva milenii. Această întrebare excită mintea nu numai a specialiștilor, ci și a tuturor om obisnuit... Cu toate acestea, ar trebui spus imediat că nu există un răspuns sută la sută la întrebarea cum a ajuns Universul. Există doar o teorie susținută de majoritatea oamenilor de știință.

• Aici îl vom analiza.

Întrucât tot ceea ce îl înconjoară pe om își are începutul, nu este surprinzător faptul că din cele mai vechi timpuri omul a încercat să găsească începutul Universului. Pentru un om din Evul Mediu, răspunsul la această întrebare a fost destul de simplu - Dumnezeu a creat universul. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea științei, oamenii de știință au început să pună la îndoială nu numai problema lui Dumnezeu, ci, în general, că universul are un început.

În 1929, datorită astronomului american Hubble, oamenii de știință s-au întors la problema rădăcinilor universului. Faptul este că Hubble a demonstrat că galaxiile care alcătuiesc Universul se mișcă constant. În plus față de mișcare, ele pot crește, ceea ce înseamnă că și Universul crește. Și dacă crește, se dovedește că a existat odată o etapă a începutului acestei creșteri. Aceasta înseamnă că universul are un început.

Puțin mai târziu, astronomul britanic Hoyle a prezentat o ipoteză senzațională: universul a apărut în momentul Big Bang-ului. Teoria sa a intrat în istorie sub acest nume. Ideea lui Hoyle este simplă și complexă în același timp. El credea că odată ce a existat o etapă care se numește starea de singularitate cosmică, adică timpul a stat la zero, iar densitatea și temperatura erau egale cu infinitul. Și la un moment dat a avut loc o explozie, în urma căreia a fost încălcată singularitatea și, prin urmare, densitatea și temperatura s-au schimbat, a început creșterea materiei, ceea ce înseamnă că timpul a început să se raporteze. Mai târziu, Hoyle însuși a numit teoria sa neconvingătoare, dar acest lucru nu a împiedicat-o să devină cea mai populară ipoteză pentru originea universului.

Când s-a întâmplat ceea ce Hoyle a numit Big Bang? Oamenii de știință au efectuat multe calcule, drept urmare, majoritatea au fost de acord cu cifra de 13,5 miliarde de ani. Atunci a început să apară din nimic. În doar o fracțiune de secundă, Universul a dobândit o dimensiune mai mică decât un atom și a fost lansat procesul de expansiune. Gravitatea a jucat un rol cheie. Cel mai interesant lucru este că, dacă ar fi puțin mai puternic, atunci nu ar fi apărut nimic, cel mult o gaură neagră. Și dacă gravitația ar fi puțin mai slabă, atunci nimic nu ar fi apărut deloc.
La câteva secunde după explozie, temperatura din Univers a scăzut ușor, ceea ce a dat un impuls creării materiei și a antimateriei. Drept urmare, au început să apară atomi. Deci Universul a încetat să mai fie monocromatic. Undeva erau mai mulți atomi, undeva mai puțin. În unele părți era mai cald, în altele temperatura era mai scăzută. Atomii au început să se ciocnească, formând compuși, apoi substanțe noi și corpuri ulterioare. Unele dintre obiecte aveau o mare energie internă. Erau stele. Au început să adune în jurul lor (datorită forței gravitației) alte corpuri, pe care le numim planete. Așa au apărut sistemele, dintre care unul este sistemul nostru solar.

Big Bang. Modelează probleme și soluții

1. Problema naturii pe scară largă și izotropă a Universului poate fi rezolvată datorită faptului că, în stadiul inflației, expansiunea a avut loc la o rată neobișnuit de mare. Din aceasta rezultă că întregul spațiu al Universului observabil este rezultatul unei regiuni legate de cauzalitate a epocii premergătoare celei inflaționiste.
2. Rezolvarea problemei unui univers plat. Acest lucru este posibil, deoarece în stadiul de inflație, raza de curbură a spațiului crește. Această valoare este de așa natură încât permite parametrilor de densitate curenți să aibă o valoare apropiată de cea critică.
3. Expansiunea inflaționistă duce la apariția fluctuațiilor de densitate cu o anumită amplitudine și formă a spectrului. Acest lucru face posibil ca aceste oscilații (fluctuații) să se dezvolte în structura actuală a Universului, menținând în același timp omogenitate pe scară largă și izotropie. Aceasta este o soluție la problema structurii pe scară largă a Universului.

Principalul dezavantaj al modelului inflaționist poate fi considerat dependența sa de teorii care nu au fost încă dovedite și care nu au fost pe deplin dezvoltate.

De exemplu, modelul se bazează pe teoria câmpului unificat, care este încă doar o ipoteză. Nu poate fi verificat experimental în condiții de laborator. Un alt dezavantaj al modelului este neînțelegerea de unde provine materia supraîncălzită și în expansiune. Aici sunt luate în considerare trei posibilități:

1. Teoria standard a Big Bang-ului presupune că inflația începe chiar de la început stadiu timpuriu evoluția universului. Dar atunci problema singularității nu este rezolvată.
2. A doua posibilitate este apariția universului din haos. Diferite părți ale acestuia aveau temperaturi diferite, deci în unele locuri a existat compresie, iar în altele - expansiune. Inflația ar fi trebuit să provină dintr-o zonă a universului care a fost supraîncălzită și în expansiune. Dar nu este clar de unde a venit haosul primar.
3. A treia opțiune este calea mecanică cuantică prin care a apărut o bucată de materie supraîncălzită și în expansiune. De fapt, universul a luat naștere din nimic.

Originea universului rămâne unul dintre principalele mistere ale științei. De la începutul observării cerului înstelat, omenirea a încercat să înțeleagă cum a apărut tot ceea ce îl înconjoară și ce este acolo în afara lumii noastre. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, multe fenomene naturale și chiar vastitatea spațiului l-au ascultat, dar nimeni nu a stabilit încă modul în care s-a născut universul. Cu toate acestea, astronomii au prezentat multe teorii cu privire la acest scor, unele dintre ele fiind destul de logice și plauzibile.

Teoria Big Bang

Principala teorie a originii universului în starea sa actuală este teoria big bang-ului. Acest termen a fost folosit pentru prima dată de astronomul britanic F. Hoyle în 1949. În același timp, omul de știință însuși a considerat această presupunere despre originea și evoluția Universului ca fiind eronată.

Aceleași idei despre expansiunea Universului și dezvoltarea acestuia ca urmare a procesului exploziv au apărut la începutul secolului al XX-lea. Acest lucru a fost facilitat de Albert Einstein, care și-a publicat teoria relativității. Soluția nesigură a ecuației sale gravitaționale a determinat fizicianul sovietic Friedman să facă ipoteza că Universul este un obiect în continuă expansiune. Conform versiunii sale, la început a fost o substanță foarte densă, omogenă. Ca urmare a big bang-ului, a început să se răspândească, formând elementele familiare ale cosmosului - galaxii, nebuloase, stele, planete și alte corpuri.

Teoria lui Friedman despre originea Universului a fost completată și îmbunătățită în mod repetat. În 1948, astrofizicianul Georgy Gamow a publicat o lucrare în care descria materia primordială dinaintea Big Bangului nu doar ca fiind foarte densă, ci și foarte fierbinte. În ea, au avut loc în mod constant reacții de fuziune termonucleară, ca urmare a cărora s-au format nuclee de elemente chimice ușoare. Radiația electromagnetică emisă în acest caz a supraviețuit până în prezent, dar într-o formă răcoritoare. Teoria a fost confirmată la aproape 20 de ani după ce oamenii de știință au reușit să descopere și să măsoare temperatura fundalului cosmic. Studiul radiației relictice a contribuit, de asemenea, la stabilirea vârstei universului și a distribuției materiei în acesta.

Înțelegerea modernă a originii universului

• Teoria Big Bangului descrie ceea ce a declanșat expansiunea materiei primare.
• Teoria inflaționistă - ia în considerare motivele expansiunii materiei.
• Modelul de expansiune al lui Friedman - descrie procesele de distribuție a materiei în spațiu.
• Teoria ierarhică - descrie apariția tuturor structurilor cosmosului.

Cronologia evenimentelor din teoria Big Bang

Teoria evoluției Universului implică faptul că înainte de Big Bang, întregul univers se afla într-o stare fundamental diferită. Și apoi a trecut prin etapele de dezvoltare, datorită cărora a fost umplut cu particule, elemente chimice și alte structuri. Au servit și ei material de construcții pentru toate corpurile și obiectele cosmice. Fiecare epocă de dezvoltare are propria durată de la fracțiuni nesemnificative de secundă la miliarde de ani. Să încercăm să prezentăm teoria originii Universului într-un limbaj scurt și simplu.

Era singularității

Big Bang-ul și originea Universului în forma sa actuală au fost precedate de o etapă de singularitate cosmologică. Aceasta este starea Universului, în care materia are valori aproape infinite de densitate și temperatură, iar ea însăși tinde spre zero.

Singularitatea cosmologică este una dintre cele mai dificile întrebări din știința modernă. Este imposibil să se stabilească exact ce s-a întâmplat exact înainte de Big Bang. Dar densitatea infinită a materiei universale timpurii nu poate fi însoțită de temperatura ei infinită. În consecință, universul singular este contrar legilor moderne ale fizicii.

Conform unor presupuneri, era singularității nu exista deloc. Chiar și conform presupunerii unui grup de oameni de știință, inclusiv S. Hawking, tot ceea ce există ar putea apărea dintr-un vid absolut („nimic”) din cauza oscilațiilor sistemului. Potrivit unei alte teorii, Big Bang-ul a condus doar la formarea Metagalaxiei, ca o „bulă” în materia densă a Universului. Există, de asemenea, o ipoteză că universurile se formează datorită rupturilor de singularitate în găurile negre. Nu este posibil să se stabilească cu certitudine ce s-a întâmplat înainte de Big Bang.

Era Planck

Deci, un proces catastrofal a avut loc în universul primar, ca urmare a căruia materia a început să se extindă rapid și să se răcească. Mai mult, pentru formarea tuturor structurilor spațiului cosmic, explozia trebuia să se producă peste tot. Acesta este punctul de vedere al apariției universului în forma sa actuală.

În perioada de la zero la 10 -43 secunde, substanța Universului avea parametri fizici (temperatură, energie, densitate) care corespund constantelor lui Planck. În astfel de condiții ale erei Planck, a avut loc nașterea particulelor.

Era marii uniri

În perioada de la 10 -43 la 10 -35 secunde după Big Bang, forțele gravitaționale au apărut într-un sistem relativ stabil. Ulterior au contribuit la apariția stelelor și a planetelor. Materia primară a încetat să fie uniformă. Dar interacțiunile electromagnetice și nucleare din acesta erau încă combinate, astfel încât parametrii fizico-chimici pentru această substanță nu au sens.

Era inflației

În timpul tranziției către această etapă a evoluției, Universul a început să se extindă rapid. Acest lucru a permis redistribuirea materiei primare izotrope de înaltă densitate. Epoca a durat o perioadă de timp de la 10 -35 la 10 -32 secunde de la procesul exploziv.

Era era slabă

În acest moment, forța nucleară puternică, la fel ca gravitația, este separată de materia primară. Perioada de la 10 -32 la 10 -12 secunde este momentul nașterii unor particule elementare precum bosonul Higgs și particulele W-, Z. Simetria înainte ca substanța universală să fie în cele din urmă distrusă.

Era Quark

De la 10 -12 la 10 -6 secunde, toate cele patru interacțiuni fundamentale încep să existe separat. Toată materia Universului este o „supă de quark” de particule fundamentale fără masă și fără structură.

Era Hadronului

Andronii, particule cu interacțiuni nucleare puternice, au început să se formeze din particule fundamentale. Din aceștia se formează nucleoni, formând nuclei atomici, protoni și neutroni. Întregul proces de andronizare a durat aproximativ o sută de secunde după Big Bang.

Era Lepton

Primele trei minute ale existenței Universului sunt formarea leptonilor, inclusiv a subspeciei lor - neutrini. Acestea sunt încă o altă structură fundamentală a substanței universale, din care mai târziu a fost construit totul în univers.

Era protonului

S-au petrecut peste 300 de mii de ani pe procesul primar de nucleosinteză a elementelor chimice ușoare și de redistribuire a substanței Universului. A început să domine radiațiile, care au încetinit expansiunea spațiului cosmic. Sfârșitul acestei etape a fost marcat de posibilitatea mișcării fotonilor termici.

Veacuri întunecate

Nici o structură cosmică familiară pentru noi nu a existat în primele 500 de milioane de ani de la apariția Universului. Era umplut cu o masă de hidrogen-heliu și radiația termică relictă se răspândea în spațiul său.

Reionizare

Treptat, norii de hidrogen și heliu sub influența gravitației au început să se micșoreze, iar procesele de fuziune termonucleară au început să apară în ele. Au apărut primele stele. Au început să se adune în grupuri numite galaxii. În centrul galaxiilor care se formează, a apărut o sursă a celei mai puternice radiații și atracție gravitațională - un quasar. Acest proces a durat peste 300 de milioane de ani.

Vârsta substanței

Stelele tinere formează în jurul lor discuri protoplanetare, din care se formează ulterior sisteme planetare întregi. În această eră, acum 4,6 miliarde de ani, a apărut sistemul solar cu toate planetele care îl înconjoară. Întreaga istorie a Universului durează mai mult de 13,7 miliarde de ani.

Viitorul universului

Teoria originii Universului prin Big Bang este recunoscută oficial în lumea științifică... Potrivit principalelor sale afirmații, spațiul cosmic este încă în evoluție și altele complet noi înlocuiesc unele structuri. Există două versiuni opuse ale dezvoltării ulterioare a evenimentelor:

• Mare decalaj. Dacă Universul continuă să se extindă în continuare, atunci în viitor interacțiunea gravitațională dintre elementele sale va începe să se slăbească rapid. Prăbușirea galaxiilor și a grupurilor lor va avea loc. După aceea, sisteme separate de stele se vor dezintegra, unde gravitația stelei nu va putea păstra planetele din jurul ei. Treptat, toate elementele Universului sunt distruse din nou în particule elementare, legile fizicii vor înceta să aibă sens. Ce se va întâmpla în continuare este imposibil de prezis.
• Mare compresie. Acest scenariu descrie presupunerea că spațiul cosmic va încetini treptat expansiunea sa și va începe să se contracte înapoi. Toate elementele sale formează un singur mega cluster, în care procesele de naștere, evoluție și moarte ale galaxiilor vor continua. Cu toate acestea, problema se va contracta în continuare, ceea ce va duce la formarea unei galaxii uriașe. Spațiul exterior va începe să se încălzească din nou, radiația relicvă va distruge planetele și stelele. Toate structurile vor trece în starea particulelor elementare. Universul va reveni la forma sa originală înainte de Big Bang.

Oricare dintre scenariile principale pentru moartea Universului în starea sa actuală presupune dezintegrarea tuturor structurilor sale în particule fundamentale și încetarea oricărei forțe de interacțiune. Va fi cu adevărat, prezice stiinta moderna imposibil.

Teorii de bază despre originea universului

Big Bang-ul nu este singura înțelegere modernă a originii și evoluției universului. Lumea științifică cunoaște multe teorii despre originea lumii, dintre care principalele sunt:

• Teoria corzilor. Principala ei afirmație este că tot ceea ce există este alcătuit din mici fire de energie. Astfel de corzi cuantice se pot întinde, îndoi și pot fi poziționate în orice direcție, ceea ce face ca spațiul cosmic să fie multidimensional. Și fiecare dintre aceste dimensiuni are propriile sale etape evolutive.
• Teoria unui univers staționar. Conform acestei versiuni, materia nouă apare în mod constant în spațiul în expansiune al spațiului, ceea ce face ca întregul sistem să fie stabil. Ideea a fost populară la mijlocul secolului al XX-lea, dar după descoperirea și studiul radiației relicve, practic nu a avut susținători.

Este posibil ca toate ipotezele despre originea universului, recunoscute acum în lumea științifică, să nu fie infirmate în viitor. Și cu cât omenirea explorează spațiul, cu atât mai multe răspunsuri și întrebări noi le găsește.