Teoría gran explosión se ha convertido en un modelo cosmológico casi tan ampliamente aceptado como la rotación de la Tierra alrededor del Sol. Según la teoría, hace unos 14 mil millones de años, vibraciones espontáneas en el vacío absoluto llevaron al surgimiento del Universo. Algo comparable en tamaño a una partícula subatómica se expandió a tamaños inimaginables en una fracción de segundo. Pero hay muchos problemas en esta teoría con los que luchan los físicos, proponiendo cada vez más hipótesis nuevas.
¿Qué hay de malo en la teoría del Big Bang?
De la teoría se sigue que todos los planetas y estrellas se formaron a partir del polvo esparcido por el espacio como resultado de una explosión. Pero lo que lo precedió no está claro: aquí nuestro modelo matemático del espacio-tiempo deja de funcionar. El universo surgió de un estado singular inicial, al que no se puede aplicar la física moderna. La teoría tampoco considera las causas de la singularidad ni la materia y energía para su aparición. Se cree que la respuesta a la pregunta sobre la existencia y el origen de la singularidad inicial la dará la teoría de la gravedad cuántica.
La mayoría de los modelos cosmológicos predicen que el Universo completo es mucho mayor que la parte observable: una región esférica con un diámetro de aproximadamente 90 mil millones de años luz. Solo vemos esa parte del Universo cuya luz logró llegar a la Tierra en 13,8 mil millones de años. Pero los telescopios son cada vez mejores, descubrimos objetos cada vez más distantes y no hay razón para creer que este proceso se detendrá.
Desde el Big Bang, el Universo se ha estado expandiendo a un ritmo acelerado. El acertijo más difícil La física moderna es la cuestión de qué causa la aceleración. Según la hipótesis de trabajo, el Universo contiene un componente invisible llamado “energía oscura”. La teoría del Big Bang no explica si el Universo se expandirá indefinidamente y, de ser así, a qué conducirá esto: a su desaparición o a algo más.
Aunque la mecánica newtoniana fue suplantada por la física relativista, no se puede llamar erróneo. Sin embargo, la percepción del mundo y los modelos para describir el Universo han cambiado por completo. La teoría del Big Bang predijo una serie de cosas que no se sabían antes. Por lo tanto, si otra teoría llega a reemplazarla, debería ser similar y ampliar la comprensión del mundo.
Nos centraremos en las teorías más interesantes que describen modelos alternativos del Big Bang.
El Universo es como el espejismo de un agujero negro
El Universo surgió como resultado del colapso de una estrella en un Universo de cuatro dimensiones, según científicos del Instituto Perimetral de Física Teórica. Los resultados de su estudio fueron publicados por Scientific American. Niayesh Afshordi, Robert Mann y Razi Pourhasan dicen que nuestro Universo tridimensional se convirtió en una especie de “espejismo holográfico” cuando colapsó una estrella de cuatro dimensiones. A diferencia de la teoría del Big Bang, que postula que el universo surgió de un espacio-tiempo extremadamente caliente y denso donde las leyes estándar de la física no se aplican, la nueva hipótesis de un universo de cuatro dimensiones explica tanto los orígenes como su rápida expansión.
Según el escenario formulado por Afshordi y sus colegas, nuestro Universo tridimensional es una especie de membrana que flota a través de un universo aún mayor que ya existe en cuatro dimensiones. Si este espacio de cuatro dimensiones tuviera sus propias estrellas de cuatro dimensiones, también explotarían, al igual que las tridimensionales de nuestro Universo. La capa interior se convertiría en un agujero negro y la exterior sería arrojada al espacio.
En nuestro Universo, los agujeros negros están rodeados por una esfera llamada horizonte de sucesos. Y si en el espacio tridimensional este límite es bidimensional (como una membrana), entonces en un universo de cuatro dimensiones el horizonte de sucesos se limitará a una esfera que existe en tres dimensiones. Las simulaciones por computadora del colapso de una estrella de cuatro dimensiones han demostrado que su horizonte de sucesos tridimensional se expandirá gradualmente. Esto es exactamente lo que observamos y los astrofísicos consideran que el crecimiento de la membrana 3D es la expansión del Universo.
gran helada
Una alternativa al Big Bang es la Gran Helada. Un equipo de físicos de la Universidad de Melbourne, dirigido por James Kvatch, presentó un modelo del nacimiento del Universo, que recuerda más al proceso gradual de congelación de energía amorfa que a su liberación y expansión en tres direcciones del espacio.
La energía informe, según los científicos, como el agua, se enfría hasta cristalizarse, creando las habituales tres dimensiones espaciales y una temporal.
La teoría de la Gran Helada desafía la afirmación actualmente aceptada de Albert Einstein sobre la continuidad y fluidez del espacio y el tiempo. Es posible que el espacio tenga componentes: bloques de construcción indivisibles como átomos diminutos o píxeles en gráficos por computadora. Estos bloques son tan pequeños que no se pueden observar, sin embargo, según la nueva teoría, es posible detectar defectos que deberían refractar el flujo de otras partículas. Los científicos han calculado estos efectos utilizando las matemáticas y ahora intentarán detectarlos experimentalmente.
Universo sin principio ni fin.
Ahmed Farag Ali de la Universidad Benha en Egipto y Saurya Das de la Universidad de Lethbridge en Canadá han propuesto una nueva solución al problema de la singularidad abandonando el Big Bang. Introdujeron las ideas del famoso físico David Bohm en la ecuación de Friedmann que describe la expansión del Universo y el Big Bang. "Es sorprendente que pequeños ajustes puedan resolver tantos problemas", afirma Das.
El modelo resultante combinó la relatividad general y la teoría cuántica. No sólo niega la singularidad que precedió al Big Bang, sino que tampoco admite que el Universo eventualmente volverá a contraerse a su estado original. Según los datos obtenidos, el Universo tiene un tamaño finito y una vida infinita. En términos físicos, el modelo describe un Universo lleno de un hipotético fluido cuántico, que consta de gravitones, partículas que proporcionan interacción gravitacional.
Los científicos también dicen que sus hallazgos se correlacionan con últimos resultados mediciones de la densidad del Universo.
Inflación caótica sin fin
El término “inflación” se refiere a la rápida expansión del Universo, que se produjo de manera exponencial en los primeros momentos posteriores al Big Bang. La teoría de la inflación en sí misma no refuta la teoría del Big Bang, sólo la interpreta de manera diferente. Esta teoría resuelve varios problemas fundamentales de la física.
Según el modelo inflacionario, poco después de su nacimiento, el Universo se expandió exponencialmente durante un tiempo muy corto: su tamaño se duplicó muchas veces. Los científicos creen que en 10 a -36 segundos, el Universo aumentó de tamaño al menos entre 10, 30 y 50 veces, y posiblemente más. Al final de la fase inflacionaria, el Universo se llenó de plasma supercaliente de quarks libres, gluones, leptones y cuantos de alta energía.
El concepto implica lo que existe en el mundo Muchos universos aislados unos de otros. con diferente dispositivo
Los físicos han llegado a la conclusión de que la lógica del modelo inflacionario no contradice la idea del constante nacimiento múltiple de nuevos universos. Las fluctuaciones cuánticas, las mismas que crearon nuestro mundo, pueden surgir en cualquier cantidad si las condiciones son adecuadas para ellas. Es muy posible que nuestro universo haya surgido de la zona de fluctuación que se formó en el mundo predecesor. También se puede suponer que algún día y en algún lugar de nuestro Universo se formará una fluctuación que "explotará" un Universo joven de un tipo completamente diferente. Según este modelo, los universos hijos pueden brotar continuamente. Además, no es en absoluto necesario que se establezcan las mismas leyes físicas en nuevos mundos. El concepto implica que en el mundo existen muchos universos aislados unos de otros con diferentes estructuras.
Teoría cíclica
Paul Steinhardt, uno de los físicos que sentó las bases de la cosmología inflacionaria, decidió desarrollar más esta teoría. El científico, que dirige el Centro de Física Teórica de Princeton, junto con Neil Turok del Instituto Perimeter de Física Teórica, esbozó una teoría alternativa en el libro Endless Universe: Beyond the Big Bang. ("El Universo Infinito: Más allá del Big Bang"). Su modelo se basa en una generalización de la teoría cuántica de supercuerdas conocida como teoría M. Según él, el mundo físico tiene 11 dimensiones: diez espaciales y una temporal. En él “flotan” espacios de dimensiones inferiores, las llamadas branas. (abreviatura de "membrana"). Nuestro Universo es simplemente una de estas branas.
El modelo de Steinhardt y Turok afirma que el Big Bang se produjo como resultado de la colisión de nuestra brana con otra brana, un universo desconocido. En este escenario, las colisiones ocurren sin cesar. Según la hipótesis de Steinhardt y Turok, otra brana tridimensional “flota” junto a nuestra brana, separada por una pequeña distancia. También se está expandiendo, aplanando y vaciando, pero después de un billón de años las branas comenzarán a acercarse y eventualmente colisionarán. Esto resaltará gran cantidad energía, partículas y radiación. Este cataclismo desencadenará otro ciclo de expansión y enfriamiento del Universo. Del modelo de Steinhardt y Turok se desprende que estos ciclos han existido en el pasado y seguramente se repetirán en el futuro. La teoría no dice nada sobre cómo comenzaron estos ciclos.
Universo
como una computadora
Otra hipótesis sobre la estructura del universo dice que todo nuestro mundo no es más que una matriz o un programa de computadora. La idea de lo que es el universo. computadora digital, propuesto por primera vez por el ingeniero alemán y pionero de la informática Konrad Zuse en su libro Calculando el espacio. (“Espacio computacional”). Entre quienes también consideraron al Universo como una computadora gigante se encuentran los físicos Stephen Wolfram y Gerard 't Hooft.
Los teóricos de la física digital proponen que el universo es esencialmente información y, por tanto, computable. De estos supuestos se deduce que el Universo puede considerarse como el resultado de un programa de computadora o un dispositivo informático digital. Esta computadora podría ser, por ejemplo, un autómata celular gigante o una máquina de Turing universal.
evidencia indirecta naturaleza virtual del universo llamado principio de incertidumbre en mecánica cuántica
Según la teoría, cada objeto y evento mundo fisico proviene de hacer preguntas y registrar respuestas de sí o no. Es decir, detrás de todo lo que nos rodea, hay un código determinado, similar al código binario de un programa informático. Y somos una especie de interfaz a través de la cual aparece el acceso a los datos de la “Internet universal”. Una prueba indirecta de la naturaleza virtual del Universo se llama principio de incertidumbre en la mecánica cuántica: las partículas de materia pueden existir en forma inestable y se "fijan" en un estado específico sólo cuando se las observa.
El físico digital John Archibald Wheeler escribió: “No sería descabellado imaginar que la información reside en el núcleo de la física como en el núcleo de una computadora. Todo es desde un poco. En otras palabras, todo lo que existe -cada partícula, cada campo de fuerza, incluso el propio continuo espacio-tiempo- recibe su función, su significado y, en última instancia, su existencia misma."
« Para mí, la vida es demasiado corta como para preocuparme por cosas que escapan a mi control y tal vez incluso irrealizables. Entonces preguntan: "¿Qué pasa si la Tierra es tragada por un agujero negro o se produce una distorsión del espacio-tiempo? ¿Es esto motivo de preocupación?" Mi respuesta es no, porque sólo lo sabremos cuando llegue a nuestro... nuestro lugar en el espacio-tiempo. Recibimos sacudidas cuando la naturaleza decide que es el momento adecuado: ya sea la velocidad del sonido, la velocidad de la luz o la velocidad de los impulsos eléctricos, siempre seremos víctimas del retraso entre la información que nos rodea y nuestra capacidad para recibirla.»
Neil deGrasse Tyson
El tiempo es algo asombroso. Nos da el pasado, el presente y el futuro. Por culpa del tiempo, todo lo que nos rodea tiene una edad. Por ejemplo, la edad de la Tierra es de aproximadamente 4.500 millones de años. Hace aproximadamente el mismo número de años, la estrella más cercana a nosotros, el Sol, también se incendió. Si esta cifra te parece alucinante, no olvides que mucho antes de la formación de nuestra nativa sistema solar Apareció la galaxia en la que vivimos: la Vía Láctea. Según las últimas estimaciones de los científicos, la edad de la Vía Láctea es de 13.600 millones de años. Pero sabemos con certeza que las galaxias también tienen un pasado y que el espacio es simplemente enorme, por lo que debemos mirar aún más lejos. Y esta reflexión nos lleva inevitablemente al momento en que empezó todo: el Big Bang.
Einstein y el universo
La percepción que las personas tienen del mundo que les rodea siempre ha sido ambigua. Algunas personas todavía no creen en la existencia de un Universo enorme a nuestro alrededor, otras creen que la Tierra es plana. Antes del avance científico del siglo XX, sólo existían un par de versiones sobre el origen del mundo. Los partidarios de puntos de vista religiosos creían en la intervención y creación divina. inteligencia superior, los que no estaban de acuerdo a veces eran quemados. Había otro bando que creía que el mundo que nos rodea, así como el Universo, es infinito.
Para muchas personas, todo cambió cuando Albert Einstein pronunció un discurso en 1917, presentando el trabajo de su vida, la Teoría General de la Relatividad, al público en general. El genio del siglo XX conectó el espacio-tiempo con la cuestión del espacio mediante las ecuaciones que derivó. Como resultado, resultó que el Universo es finito, de tamaño invariable y tiene la forma de un cilindro regular.
En los albores del avance técnico, nadie podía refutar las palabras de Einstein, ya que su teoría era demasiado compleja incluso para las mentes más brillantes de principios del siglo XX. Como no había otras opciones, la comunidad científica aceptó el modelo de un Universo cilíndrico estacionario como el modelo generalmente aceptado de nuestro mundo. Sin embargo, sólo pudo vivir unos pocos años. Después de que los físicos pudieron recuperarse de trabajos científicos Einstein y comenzó a desarmarlos, paralelamente se comenzaron a hacer ajustes a la teoría de la relatividad y a los cálculos específicos del científico alemán.
En 1922, la revista Izvestia Physics publicó repentinamente un artículo del matemático ruso Alexander Friedman, en el que afirmaba que Einstein estaba equivocado y que nuestro Universo no es estacionario. Friedman explica que las afirmaciones del científico alemán sobre la invariabilidad del radio de curvatura del espacio son conceptos erróneos, de hecho, el radio cambia con respecto al tiempo; En consecuencia, el Universo debe expandirse.
Además, aquí Friedman dio sus suposiciones sobre exactamente cómo podría expandirse el Universo. Había tres modelos en total: un Universo pulsante (la suposición de que el Universo se expande y contrae con cierta periodicidad en el tiempo); un Universo en expansión a partir de la masa y el tercer modelo: la expansión desde un punto. Como en aquella época no existían otros modelos, a excepción de la intervención divina, los físicos rápidamente tomaron nota de los tres modelos de Friedman y comenzaron a desarrollarlos en su propia dirección.
El trabajo del matemático ruso molestó ligeramente a Einstein, y ese mismo año publicó un artículo en el que expresaba sus comentarios sobre el trabajo de Friedmann. En él, un físico alemán intenta demostrar la exactitud de sus cálculos. Esto resultó poco convincente, y cuando el dolor del golpe a la autoestima disminuyó un poco, Einstein publicó otra nota en la revista Izvestia Physics, en la que decía:
« En un post anterior critiqué el trabajo anterior. Sin embargo, mi crítica, como me convenció la carta de Friedman que me transmitió el señor Krutkov, se basaba en un error de cálculo. Creo que los resultados de Friedman son correctos y arrojan nueva luz.».
Los científicos tuvieron que admitir que los tres modelos de Friedman sobre la aparición y existencia de nuestro Universo son absolutamente lógicos y tienen derecho a la vida. Los tres se explican con cálculos matemáticos claros y no dejan preguntas. Excepto por una cosa: ¿por qué el Universo comenzaría a expandirse?
La teoría que cambió el mundo
Las declaraciones de Einstein y Friedman llevaron a la comunidad científica a cuestionar seriamente el origen del Universo. Gracias a la teoría general de la relatividad, surgió la oportunidad de arrojar luz sobre nuestro pasado y los físicos no dejaron de aprovecharla. Uno de los científicos que intentó presentar un modelo de nuestro mundo fue el astrofísico Georges Lemaitre de Bélgica. Es de destacar que Lemaitre era sacerdote católico, pero al mismo tiempo estudiaba matemáticas y física, lo cual es un auténtico disparate para nuestro tiempo.
Georges Lemaitre se interesó por las ecuaciones de Einstein y con su ayuda pudo calcular que nuestro Universo surgió como resultado de la desintegración de cierta superpartícula, que se encontraba fuera del espacio y el tiempo antes de que comenzara la fisión, lo que en realidad puede considerarse una explosión. Al mismo tiempo, los físicos señalan que Lemaitre fue el primero en arrojar luz sobre el nacimiento del Universo.
La teoría de la explosión de un superátomo satisfizo no solo a los científicos, sino también al clero, que estaba muy descontento con los modernos. descubrimientos científicos, bajo el cual tuvimos que idear nuevas interpretaciones de la Biblia. El Big Bang no entró en conflicto significativo con la religión; tal vez esto estuvo influenciado por la educación del propio Lemaître, quien dedicó su vida no solo a la ciencia, sino también al servicio de Dios.
El 22 de noviembre de 1951, el Papa Pío XII hizo una declaración de que la teoría del Big Bang no entra en conflicto con la Biblia ni con el dogma católico sobre el origen del mundo. El clero ortodoxo también afirmó que ve esta teoría de manera positiva. Esta teoría también fue recibida de manera relativamente neutral por los seguidores de otras religiones, algunos de ellos incluso dijeron que había referencias al Big Bang en sus escrituras sagradas.
Sin embargo, a pesar de que la teoría del Big Bang es en este momento es un modelo cosmológico generalmente aceptado, ha llevado a muchos científicos a un callejón sin salida. Por un lado, la explosión de una superpartícula encaja perfectamente en la lógica de la física moderna, pero por otro lado, como resultado de tal explosión, principalmente sólo se podrían formar metales pesados, en particular hierro. Pero resultó que el Universo se compone principalmente de gases ultraligeros: hidrógeno y helio. Algo no cuadraba, por lo que los físicos continuaron trabajando en la teoría del origen del mundo.
Inicialmente el término “Big Bang” no existía. Lemaitre y otros físicos sólo ofrecieron el aburrido nombre de “modelo dinámico evolutivo”, lo que provocó bostezos entre los estudiantes. Recién en 1949, en una de sus conferencias, el astrónomo y cosmólogo británico Freud Hoyle dijo:
"Esta teoría se basa en el supuesto de que el Universo surgió en el proceso de una única y poderosa explosión y, por lo tanto, existe sólo durante un tiempo finito... Esta idea de un Big Bang me parece completamente insatisfactoria"..
Desde entonces, el término se ha vuelto ampliamente utilizado en círculos científicos y la comprensión del público en general sobre la estructura del Universo.
¿De dónde proceden el hidrógeno y el helio?
La presencia de elementos ligeros ha desconcertado a los físicos, y muchos partidarios de la teoría del Big Bang se propusieron encontrar su origen. Durante muchos años no lograron éxito especial, hasta que en 1948 el brillante científico George Gamow de Leningrado finalmente pudo establecer esta fuente. Gamow fue uno de los alumnos de Friedman, por lo que aceptó con gusto el desarrollo de la teoría de su maestro.
Gamow intentó imaginar la vida en el Universo en la dirección opuesta y rebobinó el tiempo hasta el momento en que apenas comenzaba a expandirse. En ese momento, como sabemos, la humanidad ya había descubierto los principios de la fusión termonuclear, por lo que la teoría de Friedmann-Lemaitre adquirió el derecho a la vida. Cuando el Universo era muy pequeño, hacía mucho calor, según las leyes de la física.
Según Gamow, apenas un segundo después del Big Bang, el espacio del nuevo Universo se llenó de partículas elementales que comenzaron a interactuar entre sí. Como resultado de esto, comenzó la fusión termonuclear del helio, que el matemático de Odessa Ralph Asher Alpher pudo calcular para Gamow. Según los cálculos de Alpher, apenas cinco minutos después del Big Bang, el Universo estaba tan lleno de helio que incluso los más acérrimos oponentes de la teoría del Big Bang tendrán que aceptar este modelo como el principal en cosmología. Con sus investigaciones, Gamow no sólo abrió nuevas formas de estudiar el Universo, sino que también resucitó la teoría de Lemaître.
A pesar de los estereotipos sobre los científicos, no se les puede negar el romanticismo. Gamow publicó su investigación sobre la teoría del Universo Supercaliente en el momento del Big Bang en 1948 en su obra "El origen de los elementos químicos". Como compañeros asistentes, mencionó no solo a Ralph Asher Alpher, sino también a Hans Bethe, un astrofísico estadounidense y futuro laureado. premio nobel. En la portada del libro aparecía: Alpher, Bethe, Gamow. ¿No te recuerda nada?
Sin embargo, a pesar de que las obras de Lemaître recibieron una segunda vida, los físicos aún no podían responder a la pregunta más interesante: ¿qué pasó antes del Big Bang?
Intentos de resucitar el universo estacionario de Einstein
No todos los científicos estaban de acuerdo con la teoría de Friedmann-Lemaître, pero a pesar de ello, tuvieron que enseñar el modelo cosmológico generalmente aceptado en las universidades. Por ejemplo, el astrónomo Fred Hoyle, quien acuñó el término "Big Bang", en realidad creía que no hubo explosión y dedicó su vida a intentar demostrarlo.
Hoyle se ha convertido en uno de esos científicos que en nuestro tiempo ofrecen una visión alternativa de la mundo moderno. La mayoría de los físicos se muestran bastante tranquilos con las afirmaciones de estas personas, pero esto no les molesta en absoluto.
Para avergonzar a Gamow y su fundamento de la teoría del Big Bang, Hoyle y personas de ideas afines decidieron desarrollar su propio modelo del origen del Universo. Como base, tomaron las propuestas de Einstein de que el Universo es estacionario e hicieron algunos ajustes que sugerían razones alternativas expansión del Universo.
Si los partidarios de la teoría de Lemaitre-Friedmann creían que el Universo surgió de un único punto superdenso con un radio infinitesimal, Hoyle sugirió que la materia se forma constantemente a partir de puntos ubicados entre galaxias que se alejan unas de otras. En el primer caso, todo el Universo, con su infinito número de estrellas y galaxias, se formó a partir de una partícula. En otro caso, un punto proporciona suficiente sustancia para producir una sola galaxia.
El fracaso de la teoría de Hoyle es que nunca pudo explicar de dónde proviene la sustancia que continúa creando galaxias que contienen cientos de miles de millones de estrellas. De hecho, Fred Hoyle sugirió que todos crean que la estructura del universo aparece de la nada. A pesar de que muchos físicos intentaron encontrar una solución a la teoría de Hoyle, nadie logró hacerlo y, después de un par de décadas, esta propuesta perdió su relevancia.
Preguntas sin respuesta
De hecho, la teoría del Big Bang tampoco nos da respuestas a muchas preguntas. Por ejemplo, en la mente persona ordinaria No podemos comprender el hecho de que toda la materia que nos rodea alguna vez estuvo comprimida en un punto de singularidad, que es mucho más pequeño que un átomo. ¿Y cómo sucedió que esta superpartícula se calentó hasta tal punto que comenzó una reacción explosiva?
Hasta mediados del siglo XX, la teoría del Universo en expansión nunca fue confirmada experimentalmente y, por lo tanto, no estaba muy extendida en instituciones educativas. Todo cambió en 1964, cuando dos astrofísicos estadounidenses, Arno Penzias y Robert Wilson, decidieron estudiar las señales de radio del cielo estrellado.
Radiación de escaneo cuerpos celestes, a saber, Casiopea A (una de las fuentes de emisión de radio más poderosas en el cielo estrellado), los científicos notaron algunos ruidos extraños que interferían constantemente con el registro de datos precisos de radiación. Dondequiera que apuntaran su antena, sin importar la hora del día en que comenzaran su investigación, este ruido característico y constante siempre los seguía. Enojados hasta cierto punto, Penzias y Wilson decidieron estudiar el origen de este ruido e inesperadamente hicieron un descubrimiento que cambió el mundo. Descubrieron radiación relicta, que es un eco de ese mismo Big Bang.
Nuestro Universo se está enfriando mucho más lentamente que una taza de té caliente, y el CMB sugiere que la materia que nos rodea alguna vez estuvo muy caliente y ahora se está enfriando a medida que el Universo se expande. Así, todas las teorías relacionadas con el Universo frío quedaron atrás y finalmente se adoptó la teoría del Big Bang.
En sus escritos, Georgy Gamow suponía que en el espacio sería posible detectar los fotones que existen desde el Big Bang; todo lo que se necesitaba era un equipo técnico más avanzado. La radiación relicta confirmó todas sus suposiciones sobre la existencia del Universo. También se pudo establecer que la edad de nuestro Universo es de aproximadamente 14 mil millones de años.
Como siempre, tras la prueba práctica de una teoría, inmediatamente surgen muchas opiniones alternativas. Algunos físicos ridiculizaron el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas como evidencia del Big Bang. Aunque Penzias y Wilson ganaron el Premio Nobel por su descubrimiento histórico, hubo muchos que no estuvieron de acuerdo con su investigación.
Los principales argumentos a favor del fracaso de la expansión del Universo fueron inconsistencias y errores lógicos. Por ejemplo, la explosión aceleró por igual a todas las galaxias en el espacio, pero en lugar de alejarse de nosotros, la galaxia de Andrómeda se acerca lenta pero seguramente a la Vía Láctea. Los científicos sugieren que estas dos galaxias chocarán entre sí en sólo 4 mil millones de años. Desafortunadamente, la humanidad es todavía demasiado joven para responder a esta y otras preguntas.
Teoría del equilibrio
Hoy en día, los físicos ofrecen varios modelos de la existencia del Universo. Muchos de ellos no soportan ni siquiera una simple crítica, mientras que otros reciben el derecho a la vida.
A finales del siglo XX, el astrofísico estadounidense Edward Tryon, junto con su colega australiano Warren Kerry, propusieron un modelo fundamentalmente nuevo del Universo, y lo hicieron de forma independiente. Los científicos basaron su investigación en el supuesto de que todo en el Universo está equilibrado. La masa destruye la energía y viceversa. Este principio pasó a denominarse principio del Universo Cero. Dentro de este Universo, surge nueva materia en puntos de singularidad entre galaxias, donde la atracción y repulsión de la materia están equilibradas.
La teoría del Universo Cero no se hizo añicos porque después de un tiempo los científicos pudieron descubrir la existencia de materia oscura, una sustancia misteriosa que compone casi el 27% de nuestro Universo. Otro 68,3% del Universo está formado por la más misteriosa y misteriosa energía oscura.
Son los efectos gravitacionales de la energía oscura los que se atribuyen a la aceleración de la expansión del Universo. Por cierto, la presencia de energía oscura en el espacio fue predicha por el propio Einstein, quien vio que algo en sus ecuaciones no convergía; el Universo no podía volverse estacionario; Por lo tanto, introdujo la constante cosmológica en las ecuaciones, el término Lambda, por el que luego se culpó y odió repetidamente a sí mismo.
Sucedió que el espacio teóricamente vacío del Universo está, sin embargo, lleno de algún campo especial, lo que pone en práctica el modelo de Einstein. En una mente sobria y según la lógica de aquellos tiempos, la existencia de tal campo era simplemente imposible, pero en realidad el físico alemán simplemente no sabía cómo describir la energía oscura.
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Quizás nunca sepamos cómo y de qué surgió nuestro Universo. Será aún más difícil establecer qué ocurrió antes de su existencia. Las personas tienden a temer lo que no pueden explicar, por lo que es posible que hasta el fin de los tiempos la humanidad también crea en la influencia divina en la creación del mundo que nos rodea.
Dicen que el tiempo es el asunto más misterioso. Por mucho que una persona intente comprender sus leyes y aprender a controlarlas, siempre se mete en problemas. Dando el último paso para resolver el gran misterio, y considerando que prácticamente ya está en nuestro bolsillo, siempre estamos convencidos de que sigue siendo igual de esquivo. Sin embargo, el hombre es una criatura curiosa y la búsqueda de respuestas a preguntas eternas se convierte para muchos en el sentido de la vida.
Uno de estos secretos fue la creación del mundo. Los seguidores de la “Teoría del Big Bang”, que explica lógicamente el origen de la vida en la Tierra, comenzaron a preguntarse qué pasó antes del Big Bang y si hubo algo en absoluto. El tema de investigación es fértil y los resultados pueden ser de interés para el público en general.
Todo en el mundo tiene un pasado: el Sol, la Tierra, el Universo, pero ¿de dónde vino toda esta diversidad y qué vino antes?
Es casi imposible dar una respuesta definitiva, pero es muy posible plantear hipótesis y buscar pruebas de ellas. En busca de la verdad, los investigadores han recibido no una, sino varias respuestas a la pregunta "¿qué pasó antes del Big Bang?" El más popular de ellos suena algo desalentador y bastante atrevido: Nada. ¿Es posible que todo lo que existe surgiera de la nada? ¿Que la Nada dio origen a todo lo que existe?
En realidad, esto no se puede llamar un vacío absoluto y ¿todavía hay algún proceso en marcha allí? ¿Todo fue creado por la nada? La nada es la ausencia total no sólo de materia, moléculas y átomos, sino incluso de tiempo y espacio. ¡Tierra fértil para la actividad de los escritores de ciencia ficción!
Opiniones de los científicos sobre la era anterior al Big Bang
Sin embargo, nada se puede tocar; leyes ordinarias, lo que significa especular y construir teorías, o intentar crear condiciones cercanas a las que dieron lugar al Big Bang y asegurarse de que sus suposiciones sean correctas. En cámaras especiales de las que se extrajeron partículas de materia, se redujo la temperatura, acercándola a las condiciones espaciales. Los resultados de las observaciones confirmaron indirectamente las teorías científicas: los científicos estudiaron el entorno en el que teóricamente podría surgir el Big Bang, pero llamar a este entorno "Nada" resultó no ser del todo correcto. Las miniexplosiones que se produzcan podrían dar lugar a una explosión mayor que diera origen al Universo.
Teorías de los universos antes del Big Bang
Los partidarios de otra teoría sostienen que antes del Big Bang hubo otros dos Universos que se desarrollaron según sus propias leyes. Es difícil responder qué eran exactamente, pero según la teoría planteada, el Big Bang se produjo como resultado de su colisión y condujo a la destrucción completa de los Universos anteriores y, al mismo tiempo, al nacimiento del nuestro. que existe hoy.
La teoría de la “compresión” dice que el Universo existe y siempre ha existido, sólo cambian las condiciones de su desarrollo, lo que conduce a la desaparición de la vida en una región y al surgimiento en otra. La vida desaparece como consecuencia del “colapso” y aparece tras la explosión. Por muy paradójico que pueda parecer. Esta hipótesis tiene gran número partidarios.
Hay otra suposición: como resultado del Big Bang, un nuevo Universo surgió de la nada y se infló, como una pompa de jabón, hasta alcanzar proporciones gigantescas. En ese momento brotaron de él “burbujas”, que luego se convirtieron en otras Galaxias y Universos.
La teoría de la “selección natural” sugiere que estamos hablando de una “selección cósmica natural”, como la que hablaba Darwin, sólo que a mayor escala. Nuestro Universo tuvo su propio ancestro y éste, a su vez, también tuvo su propio ancestro. Según esta teoría, nuestro Universo fue creado por un Agujero Negro. y son de gran interés para los científicos. Según esta teoría, para que aparezca un nuevo Universo son necesarios mecanismos de “reproducción”. El Agujero Negro se convierte en uno de esos mecanismos.
O quizás tengan razón quienes creen que a medida que nuestro Universo crece y se desarrolla se va expandiendo, encaminándose hacia el Big Bang, que será el comienzo de un nuevo Universo. Esto significa que una vez, un Universo desconocido y, lamentablemente, desaparecido se convirtió en el progenitor de nuestro nuevo universo. La naturaleza cíclica de este sistema parece lógica y esta teoría tiene muchos adeptos.
Es difícil decir hasta qué punto los seguidores de tal o cual hipótesis se acercaron a la verdad. Cada uno elige lo que está más cerca en espíritu y comprensión. Mundo religioso da sus respuestas a todas las preguntas y pone la imagen de la creación del mundo en un marco divino. Los ateos buscan respuestas, intentan llegar al fondo de las cosas y tocar esta esencia con sus propias manos. Cabe preguntarse a qué se debe tal perseverancia en la búsqueda de una respuesta a la pregunta de qué sucedió antes del Big Bang, porque es bastante problemático obtener beneficios prácticos de este conocimiento: una persona no se convertirá en el gobernante del Universo, según su palabra y deseo, las nuevas estrellas no se encenderán y las existentes no se apagarán. ¡Pero lo que es tan interesante es lo que no se ha estudiado! La humanidad está luchando por resolver misterios y, quién sabe, tal vez tarde o temprano caigan en manos del hombre. Pero ¿cómo utilizará este conocimiento secreto?
Ilustraciones: KLAUS BACHMANN, revista GEO
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Misterios del Big Bang
Nuestro Universo comenzó hace 13.700 millones de años con el Big Bang y los científicos han estado tratando de comprender este fenómeno durante generaciones.
A finales de los años 20 del siglo XX, Edwin Hubble descubrió que todas las galaxias que vemos se están separando, como fragmentos de una granada después de una explosión, al mismo tiempo que el astrónomo y teólogo belga Georges Lemaitre exponía su hipótesis (en 1931 fue publicado en las páginas de Nature). Él cree que la historia del universo comenzó con la explosión del "átomo primario", y esto dio origen al tiempo, el espacio y la materia (anteriormente, a principios de la década de 1920, el científico soviético Alexander Friedman, analizando las ecuaciones de Einstein, también llegó a la conclusión de que “el universo fue creado a partir de un punto” y tomó “decenas de miles de millones de nuestros años ordinarios”).
Al principio, los astrónomos rechazaron rotundamente el razonamiento del teólogo belga. Porque la teoría del Big Bang se combinaba perfectamente con la creencia cristiana en Dios Creador. Durante dos siglos, los científicos impidieron la penetración en la ciencia de cualquier especulación religiosa sobre el “principio de todos los comienzos”. Y ahora Dios, expulsado de la naturaleza bajo el mesurado balanceo de las ruedas de la mecánica newtoniana, regresa inesperadamente. Viene en medio de las llamas del Big Bang y es difícil imaginar una imagen más triunfante de su aparición.
Sin embargo, el problema no estaba sólo en la teología: el Big Bang no obedeció las leyes de las ciencias exactas. El punto más importante La historia del Universo estaba más allá del conocimiento. En este punto singular (especial) ubicado en el eje espacio-tiempo, la teoría general de la relatividad dejó de operar, porque la presión, la temperatura, la densidad de energía y la curvatura del espacio se precipitaron hacia el infinito, es decir, perdieron todo significado físico. En este punto, todos estos segundos, metros y unidades astronómicas desaparecieron, no se convirtieron en cero, no en valores negativos, sino en su total ausencia, en un absoluto sinsentido. Este punto es una brecha que no se puede superar sobre los pilotes de la lógica o las matemáticas, un agujero que atraviesa el tiempo y el espacio.
No fue hasta finales de la década de 1960 que Roger Penrose y Stephen Hawking demostraron de manera convincente que, dentro de la teoría de Einstein, la singularidad del Big Bang era inevitable. Sin embargo, esto no podría facilitar el trabajo de los teóricos. ¿Cómo describir el Big Bang? ¿Qué causó, por ejemplo, este evento? Después de todo, si no hubo tiempo antes, entonces parece que no podría haber una razón que lo haya generado.
Como ahora entendemos, para crear una teoría completa del Big Bang, es necesario conectar las enseñanzas de Einstein, que describe el espacio y el tiempo, con la teoría cuántica, que trata de las partículas elementales y sus interacciones. Probablemente, puede pasar más de una década antes de que sea posible hacer esto y derivar una única “fórmula del universo”.
¿De dónde, por ejemplo, podría salir esa enorme cantidad de energía que dio origen a esta explosión de increíble poder? ¿Quizás nuestro Universo lo heredó de su predecesor, que colapsó en un punto singular? Sin embargo, ¿de dónde lo sacó? ¿O la energía se derramó en el vacío primordial, del que nuestro Universo se deslizó como una “burbuja de espuma”? ¿O los Universos de la generación anterior transfieren energía a los Universos de la generación más joven a través de esos puntos singulares, en cuyas profundidades, tal vez, nazcan nuevos mundos que nunca veremos? Sea como fuere, en tales modelos el Universo aparece como un “sistema abierto”, que no se corresponde del todo con la imagen “clásica” del Big Bang: “No había nada y de repente nació el Universo”.
El Universo en el momento de su formación se encontraba en un estado extremadamente denso y caliente.
¿O es posible, como creen algunos investigadores, que nuestro Universo esté generalmente... desprovisto de energía, o más bien, su energía total sea cero? La energía positiva de la radiación emitida por la materia se superpone a la energía negativa de la gravedad. Más y menos son iguales a cero. Este famoso "0" parece ser la clave para comprender la naturaleza del Big Bang. De ahí, de “cero”, de “nada”, todo nació instantáneamente. Accidentalmente. Espontáneamente. Así. Una desviación insignificante de 0 dio lugar a una avalancha universal de acontecimientos. Se puede hacer la siguiente comparación: bola de piedra, en equilibrio sobre un pico delgado en forma de aguja de algún Chomolungma, de repente se balanceó y rodó hacia abajo, generando una "avalancha de eventos".
1973 – El físico estadounidense Edward Tryon intentó describir el proceso de nacimiento de nuestro Universo utilizando el principio de incertidumbre de Heisenberg, uno de los fundamentos de la teoría cuántica. Según este principio, cuanto más exactamente medimos la energía, por ejemplo, más incierto se vuelve el tiempo. Entonces, si la energía es estrictamente cero, entonces el tiempo puede ser arbitrariamente grande. Tan grande que tarde o temprano surgirá una fluctuación en el vacío cuántico del que nacerá el Universo. Esto conducirá a una rápida expansión del espacio, aparentemente de la nada. "Es sólo que a veces nacen universos, eso es todo", explicó Trion simplemente el trasfondo del Big Bang. Fue una gran explosión aleatoria. Eso es todo.
¿Podría volver a ocurrir el Big Bang?
Aunque parezca mentira, sí. Vivimos en un universo que todavía puede dar frutos y dar origen a nuevos mundos. Se han creado varios modelos que describen los “Big Bangs” del futuro.
¿Por qué, por ejemplo, no aparecen nuevas fluctuaciones en el mismo vacío que dio origen a nuestro Universo? Quizás a lo largo de estos 13.700 millones de años hayan aparecido innumerables mundos junto a nuestro universo, sin ningún contacto entre sí. En ellos operan diferentes leyes de la naturaleza, hay diferentes constantes físicas. En la mayoría de estos mundos, la vida nunca podría haber surgido. Muchos de ellos mueren inmediatamente y experimentan un colapso. Pero en algunos Universos, ¡por pura casualidad! – surgen las condiciones bajo las cuales puede surgir la vida.
Pero la cuestión no está sólo en el vacío que existe antes del comienzo de “todos los tiempos y pueblos”. Las fluctuaciones cargadas de mundos futuros también pueden surgir en el vacío que se difunde en nuestro Universo, más precisamente, en la energía oscura que lo llena. Este tipo de modelo de “Universo en renovación” fue desarrollado por un cosmólogo estadounidense, nativo unión soviética, Alejandro Vilenkin. Estas nuevas “grandes explosiones” no representan ninguna amenaza para nosotros. No destruirán la estructura del Universo, no la quemarán hasta los cimientos, sino que solo crearán un nuevo espacio más allá de los límites accesibles a nuestra observación y comprensión. Quizás "explosiones similares", que marcan el nacimiento de nuevos mundos, se produzcan en las profundidades de los numerosos agujeros negros que salpican el cosmos, cree el astrofísico estadounidense Lee Smolin.
Otro nativo de la URSS que vive en Occidente, el cosmólogo Andrei Linde, cree que nosotros mismos somos capaces de provocar un nuevo Big Bang, acumulando en algún punto del espacio una enorme cantidad de energía que excede un cierto límite crítico. Según sus cálculos, los futuros ingenieros espaciales podrían tomar una pizca invisible de materia (unas pocas centésimas de miligramo) y compactarla hasta tal punto que la energía de este grupo sería de 1015 gigaelectronvoltios. Se forma un pequeño agujero negro que comienza a expandirse exponencialmente. Así surgirá un “Universo hijo” con su propio espacio-tiempo, separándose rápidamente de nuestro Universo.
...Hay muchas cosas fantásticas en la naturaleza del Big Bang. Pero la validez de esta teoría demuestra toda una serie fenómenos naturales. Estos incluyen la expansión del Universo que observamos, el patrón de distribución de los elementos químicos, así como la radiación cósmica de fondo, que se llama la "reliquia del Big Bang".
El mundo no existe para siempre. Nació en las llamas del Big Bang. Sin embargo, ¿fue este un fenómeno único en la historia del espacio? ¿O un acontecimiento recurrente, como el nacimiento de estrellas y planetas? ¿Qué pasa si el Big Bang es sólo una fase de transición de un estado de Eternidad a otro?
Muchos físicos dicen que inicialmente había Algo, no Nada. Quizás nuestro Universo, como otros, nació de un vacío cuántico elemental. Pero no importa cuán “mínimamente simple” sea ese estado (y las leyes de la física no permiten que sea menos que un vacío cuántico), aun así no se le puede llamar “Nada”.
Quizás el Universo que vemos sea sólo otro. estado fisico¿Eternidad? Y la extraña disposición de las galaxias y los cúmulos de galaxias, algo así como una red cristalina, que en el mundo de n dimensiones que existía antes del nacimiento de nuestro Universo tenía una estructura completamente diferente y que posiblemente fue predicha por la "fórmula de todo" buscada por ¿Einstein? ¿Y se encontrará en las próximas décadas? Los científicos miran intensamente a través del muro de lo Desconocido que cerca nuestro universo, tratando de comprender qué sucedió un momento antes, según nuestras ideas habituales, no había absolutamente nada. ¿Qué formas del Cosmos Eterno se pueden imaginar, dotando al tiempo y al espacio de aquellas cualidades impensables en nuestro universo?
Entre las teorías más prometedoras en las que los físicos intentan comprimir toda una eternidad se encuentra quizás la teoría de la geometría cuántica, la dinámica del espín cuántico o la gravedad cuántica. Los mayores contribuyentes a su desarrollo fueron Abey Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin y Thomas Tiemann. Todas estas son las estructuras físicas más complejas, palacios enteros construidos a partir de fórmulas e hipótesis, sólo para ocultar el abismo escondido en sus profundidades y oscuridad, la singularidad del tiempo y el espacio.
Era de la singularidad
Los tortuosos caminos de las nuevas teorías nos obligan a pasar por alto verdades que son obvias a primera vista. Así, en la geometría cuántica, el espacio y el tiempo, previamente infinitamente aplastados, de repente se dividen en islas separadas: porciones, cuantos, más pequeños que los cuales no hay nada. Todos los puntos singulares pueden quedar incrustados en estos “bloques de piedra”. El propio espacio-tiempo se convierte en un entretejido de estructuras unidimensionales, una "red de espines", es decir, se convierte en una estructura discreta, una especie de cadena tejida a partir de eslabones individuales.
El volumen del bucle de espacio más pequeño posible es de sólo 10 a 99 centímetros cúbicos. Este valor es tan pequeño que en un centímetro cúbico hay muchos más cuantos de espacio que esos mismos centímetros cúbicos en el Universo que observamos (su volumen es de 1085 centímetros por cubo). Dentro de los cuantos del espacio no hay nada, ni energía ni materia, al igual que dentro de un punto matemático, por definición no se puede encontrar ni un triángulo ni un icosaedro. Pero si aplicamos la hipótesis del "tejido submicroscópico del universo" para describir el Big Bang, obtenemos resultados sorprendentes, como han demostrado Abey Ashtekar y Martin Bojowald de la Universidad de Pensilvania.
Si reemplazamos las ecuaciones diferenciales de la teoría estándar de la cosmología, que suponen el flujo continuo del espacio, por otras ecuaciones diferenciales derivadas de la teoría de la geometría cuántica, entonces la misteriosa singularidad desaparecerá. La física no termina donde comienza el Big Bang: esta es la primera conclusión alentadora de los cosmólogos que se negaron a aceptar las propiedades del universo que consideramos la verdad última.
La teoría de la gravedad cuántica sugiere que nuestro Universo (como todos los demás) nació como resultado de una fluctuación aleatoria del vacío cuántico, un entorno macroscópico global en el que no existía el tiempo. Cada vez que se produce una fluctuación de cierta magnitud en el vacío cuántico, nace un nuevo Universo. Se “se separa” del ambiente homogéneo en el que se formó y comienza su propia vida. Ahora tiene su propia historia, su propio espacio, su propio tiempo, su propia flecha del tiempo.
En la física moderna se han creado una serie de teorías que muestran cómo a partir de un entorno eternamente existente, donde no existe el macrotiempo, pero en ciertos puntos en los que fluye el microtiempo, puede surgir un mundo tan enorme como el nuestro.
Por ejemplo, los físicos italianos Gabriele Veneziano y Maurizio Gasperini, en el marco de la teoría de cuerdas, sugieren que inicialmente existía el llamado "vacío de cuerdas". Las fluctuaciones cuánticas aleatorias en él llevaron al hecho de que la densidad de energía alcanzó un valor crítico, y esto provocó un colapso local. Lo que terminó con el nacimiento de nuestro Universo a partir del vacío.
Utilizando la teoría de la geometría cuántica, Abay Ashtekar y Martin Bojowald demostraron que el espacio y el tiempo pueden surgir de estructuras fundamentales más primitivas, a saber, “redes de espines”.
Eckhard Rebhan de la Universidad de Düsseldorf y, de forma independiente, George Ellis y Roy Maartens de la Universidad de Ciudad del Cabo están desarrollando la idea de un “universo estático”, que fue considerada por Albert Einstein y el astrónomo británico Arthur Eddington. En su búsqueda por evitar los efectos de la gravedad cuántica, Rebhan y sus colegas idearon un espacio esférico en medio de un vacío eterno (o, si se prefiere, una eternidad vacía), donde no hay tiempo. Debido a cierta inestabilidad, aquí se desarrolla un proceso inflacionario que conduce a un Big Bang caliente.
Por supuesto, los modelos enumerados son especulativos, pero fundamentalmente corresponden nivel moderno desarrollo de la física y resultados observaciones astronómicas las últimas décadas. En cualquier caso, una cosa está clara. El Big Bang fue más bien un acontecimiento natural y ordinario, y no el único de su tipo.
¿Nos ayudarán este tipo de teorías a comprender qué pudo haber sucedido antes del Big Bang? Si nació el Universo, ¿qué lo dio a luz? ¿En qué parte de las teorías modernas de la cosmología aparece la “huella genética” de su padre? 2005 - Abey Ashtekar, por ejemplo, publicó los resultados de sus nuevos cálculos (Tomasz Pawlowski y Parampreet Singh ayudaron a realizarlos). De ellos quedó claro que si las premisas iniciales eran correctas, entonces existía el mismo espacio-tiempo antes del Big Bang que después de este evento. La física de nuestro universo, como en un espejo, se refleja en la física del otro mundo. En estos cálculos, el Big Bang, como una pantalla de espejo, atravesó la Eternidad, colocando cerca lo incompatible: la naturaleza y su reflejo. ¿Y qué es aquí la autenticidad, qué es un fantasma?
Lo único que se puede ver “desde el otro lado del espejo” es que el Universo en ese momento no se estaba expandiendo, sino que se estaba contrayendo. El Big Bang se convirtió en el punto de su colapso. En ese momento, el espacio y el tiempo se detuvieron por un momento para reflejarse nuevamente - continuar - elevarse como un fénix en el mundo que ya nos es familiar, el universo que medimos con nuestras fórmulas, códigos y números. El universo literalmente se volvió del revés, como un guante o una camisa, y desde entonces no ha dejado de expandirse. El Big Bang no fue, según Ashtekar, “la creación de todo el Universo a partir de la Nada”, sino sólo una transición de una forma dinámica de Eternidad a otra. ¿Quizás el Universo está experimentando una serie interminable de "big bangs", y estas decenas de miles de millones (o lo que sea) de años que separan sus fases individuales son sólo períodos de la "onda sinusoidal cósmica", según cuyas leyes vive el universo?
Incluso los científicos modernos no pueden decir con certeza qué había en el Universo antes del Big Bang. Hay varias hipótesis que levantan el velo del secretismo sobre uno de los más cuestiones complejas del universo.
Origen del mundo material
Hasta el siglo XX, sólo había dos partidarios del punto de vista religioso que creían que el mundo fue creado por Dios. Los científicos, por el contrario, se negaron a reconocer la naturaleza del Universo creada por el hombre. Los físicos y astrónomos eran partidarios de la idea de que el espacio siempre ha existido, el mundo es estático y todo seguirá igual que hace miles de millones de años.
Sin embargo, el progreso científico acelerado a principios de siglo llevó al hecho de que los investigadores tuvieron la oportunidad de estudiar espacios extraterrestres. Algunos de ellos fueron los primeros en intentar responder a la pregunta de qué había en el Universo antes del Big Bang.
Investigación del Hubble
El siglo XX destruyó muchas teorías de épocas pasadas. En el espacio desocupado aparecieron nuevas hipótesis que explicaban misterios hasta ahora incomprensibles. Todo comenzó con el hecho de que los científicos establecieron el hecho de la expansión del Universo. Esto fue hecho por Edwin Hubble. Descubrió que las galaxias distantes diferían en su luz de los cúmulos cósmicos que estaban más cerca de la Tierra. El descubrimiento de este patrón formó la base de la ley de expansión de Edwin Hubble.
El Big Bang y el origen del Universo se estudiaron cuando quedó claro que todas las galaxias “escapan” del observador, sin importar dónde se encuentre. ¿Cómo podría explicarse esto? Dado que las galaxias se mueven, significa que algún tipo de energía las empuja hacia adelante. Además, los físicos han calculado que todos los mundos alguna vez estuvieron ubicados en un punto. Debido a algún empujón, comenzaron a moverse en todas direcciones a una velocidad inimaginable.
Este fenómeno se denominó “Big Bang”. Y el origen del Universo se explicó precisamente con la ayuda de la teoría de este antiguo evento. ¿Cuándo ocurrió? Los físicos determinaron la velocidad del movimiento de las galaxias y derivaron una fórmula que utilizaron para calcular cuándo se produjo el "empuje" inicial. Nadie puede dar cifras exactas, pero aproximadamente este fenómeno tuvo lugar hace unos 15 mil millones de años.
El surgimiento de la teoría del Big Bang
El hecho de que todas las galaxias sean fuentes de luz significa que el Big Bang liberó una enorme cantidad de energía. Fue ella quien dio origen al brillo mismo que los mundos pierden a medida que se alejan del epicentro de lo sucedido. La teoría del Big Bang fue probada por primera vez por los astrónomos estadounidenses Robert Wilson y Arno Penzias. Descubrieron la radiación de fondo cósmica electromagnética de microondas, cuya temperatura era de tres grados en la escala Kelvin (es decir, -270 grados Celsius). Este hallazgo apoyó la idea de que el Universo era inicialmente extremadamente caliente.
La teoría del Big Bang respondió a muchas preguntas formuladas en el siglo XIX. Sin embargo, ahora han aparecido otros nuevos. Por ejemplo, ¿qué había en el Universo antes del Big Bang? ¿Por qué es tan homogéneo, mientras que con una liberación de energía tan grande la sustancia debería dispersarse de manera desigual en todas direcciones? Los descubrimientos de Wilson y Arno pusieron en duda la geometría euclidiana clásica, ya que se demostró que el espacio tiene curvatura cero.
Teoría inflacionaria
Las nuevas preguntas planteadas demostraron que teoría moderna el origen del mundo es fragmentario e incompleto. Sin embargo, durante mucho tiempo pareció que sería imposible avanzar más allá de lo descubierto en los años 60. Y sólo investigaciones muy recientes realizadas por científicos han permitido formular un nuevo principio importante para la física teórica. Este fue el fenómeno de la expansión inflacionaria ultrarrápida del Universo. Fue estudiado y descrito utilizando la teoría cuántica de campos y la teoría general de la relatividad de Einstein.
Entonces, ¿qué había en el Universo antes del Big Bang? La ciencia moderna llama a este período "inflación". Al principio sólo había un campo que llenaba todo el espacio imaginario. Se puede comparar con una bola de nieve arrojada por la ladera de una montaña nevada. El bulto rodará hacia abajo y aumentará de tamaño. De la misma manera, el campo, debido a fluctuaciones aleatorias, cambió su estructura en un tiempo inimaginable.
Cuando se formó una configuración homogénea, se produjo una reacción. Contiene los mayores misterios del Universo. ¿Qué pasó antes del Big Bang? Un campo inflacionario que no se parecía en nada a la materia actual. Tras la reacción, comenzó el crecimiento del Universo. Si continuamos con la analogía con una bola de nieve, después de la primera, otras bolas de nieve rodaron y también aumentaron de tamaño. El momento del Big Bang en este sistema se puede comparar con el segundo en el que un enorme bloque cayó al abismo y finalmente chocó contra el suelo. En ese momento se liberó una enorme cantidad de energía. Todavía no se puede acabar. Es debido a la continuación de la reacción de la explosión que nuestro Universo está creciendo hoy.
Materia y campo
El Universo ahora está formado por una cantidad inimaginable de estrellas y otros cuerpos cósmicos. Este agregado de materia exuda una enorme energía, lo que contradice la ley física de conservación de la energía. ¿Qué dice? La esencia de este principio se reduce al hecho de que durante un período de tiempo infinito la cantidad de energía en el sistema permanece sin cambios. Pero, ¿cómo puede esto encajar en nuestro Universo, que continúa expandiéndose?
La teoría inflacionaria pudo responder a esta pregunta. Es extremadamente raro que se resuelvan tales misterios del Universo. ¿Qué pasó antes del Big Bang? Campo inflacionario. Después del surgimiento del mundo, la materia que nos resulta familiar ocupó su lugar. Sin embargo, además de esto, también hay algo en el Universo que tiene energía negativa. Las propiedades de estas dos entidades son opuestas. Esto compensa la energía proveniente de partículas, estrellas, planetas y otras materias. Esta relación también explica por qué el Universo aún no se ha convertido en un agujero negro.
Cuando ocurrió el Big Bang por primera vez, el mundo era demasiado pequeño para que algo colapsara. Ahora, cuando el Universo se ha expandido, han aparecido agujeros negros locales en determinadas partes del mismo. Su campo gravitacional absorbe todo lo que les rodea. Ni siquiera la luz puede salir de allí. En realidad, esta es la razón por la que estos agujeros se vuelven negros.
Expansión del Universo
Incluso a pesar de la justificación teórica de la teoría inflacionaria, todavía no está claro cómo era el Universo antes del Big Bang. La imaginación humana no puede imaginar esta imagen. El hecho es que el campo de la inflación es intangible. No puede explicarse mediante las leyes habituales de la física.
Cuando ocurrió el Big Bang, el campo inflacionario comenzó a expandirse a un ritmo que excedió la velocidad de la luz. Según los indicadores físicos, no hay nada material en el Universo que pueda moverse más rápido que este indicador. La luz se esparce por el mundo existente en cantidades increíbles. El campo inflacionario se extendió a una velocidad aún mayor, precisamente por su carácter intangible.
Estado actual del universo
El período actual de la evolución del Universo es ideal para la existencia de vida. A los científicos les resulta difícil determinar cuánto durará este período. Pero si alguien hiciera tales cálculos, las cifras resultantes serían nada menos que cientos de miles de millones de años. por uno vida humana un segmento así es tan grande que incluso en cálculo matemático tiene que escribirse usando potencias. El presente ha sido estudiado mucho mejor que la prehistoria del Universo. Lo que ocurrió antes del Big Bang seguirá siendo, en cualquier caso, sólo objeto de investigaciones teóricas y cálculos audaces.
En el mundo material, incluso el tiempo sigue siendo un valor relativo. Por ejemplo, los quásares (un tipo de objeto astronómico), que existen a una distancia de 14 mil millones de años luz de la Tierra, están 14 mil millones de años luz por detrás de nuestro "ahora" habitual. Esta brecha de tiempo es enorme. Es difícil definirlo incluso matemáticamente, sin mencionar el hecho de que es simplemente imposible imaginar claramente tal cosa con la ayuda de la imaginación humana (incluso la más ardiente).
La ciencia moderna puede teóricamente explicarse a sí misma toda la vida de nuestro mundo material, a partir de las primeras fracciones de segundo de su existencia, cuando recién se produjo el Big Bang. historia completa El universo todavía se está reponiendo. Los astrónomos están descubriendo nuevos hechos sorprendentes con equipos de investigación modernizados y mejorados (telescopios, laboratorios, etc.).
Sin embargo, también hay fenómenos que aún no se comprenden. Una mancha tan blanca, por ejemplo, es su energía oscura. La esencia de esta masa oculta sigue excitando la conciencia de los físicos más educados y avanzados de nuestro tiempo. Además, no ha surgido ningún punto de vista único sobre las razones por las que en el Universo todavía hay más partículas que antipartículas. Se han formulado varias teorías fundamentales al respecto. Algunos de estos modelos son los más populares, pero ninguno de ellos ha sido aceptado todavía por la comunidad científica internacional como
En la escala del conocimiento universal y de los descubrimientos colosales del siglo XX, estas brechas parecen bastante insignificantes. Pero la historia de la ciencia muestra con envidiable regularidad que la explicación de hechos y fenómenos tan “pequeños” se convierte en la base para la comprensión total de la disciplina por parte de la humanidad (en este caso estamos hablando de astronomía). Por tanto, las futuras generaciones de científicos seguramente tendrán algo que hacer y algo que descubrir en el campo del conocimiento de la naturaleza del Universo.