La réponse à la question « Qu’est-ce que le Big Bang ? » peut être obtenu grâce à une longue discussion, car cela prend beaucoup de temps. Je vais essayer d'expliquer cette théorie brièvement et précisément. Ainsi, la théorie du Big Bang postule que notre Univers est apparu soudainement il y a environ 13,7 milliards d’années (tout est venu de rien). Et ce qui s’est passé alors affecte toujours comment et de quelles manières tous les éléments de l’Univers interagissent les uns avec les autres. Considérons les points clés de la théorie.
Que s'est-il passé avant le Big Bang ?
La théorie du Big Bang inclut un concept très intéressant : la singularité. Je parie que cela vous fait vous demander : qu’est-ce qu’une singularité ? Les astronomes, physiciens et autres scientifiques se posent également cette question. On pense que des singularités existent au cœur des trous noirs. Un trou noir est une zone de pression gravitationnelle intense. Cette pression, selon la théorie, est si intense que la substance est comprimée jusqu'à atteindre une densité infinie. Cette densité infinie est appelée singularité. Notre Univers est censé avoir commencé comme l’une de ces singularités infiniment petites, infiniment chaudes et infiniment denses. Cependant, nous n’en sommes pas encore au Big Bang lui-même. Le Big Bang est le moment où cette singularité a soudainement « explosé » et a commencé à s’étendre et à créer notre Univers.
La théorie du Big Bang semble impliquer que le temps et l’espace existaient avant la création de notre univers. Cependant, Stephen Hawking, George Ellis et Roger Penrose (et d’autres) ont développé une théorie à la fin des années 1960 qui tentait d’expliquer que le temps et l’espace n’existaient pas avant l’expansion de la singularité. En d’autres termes, ni le temps ni l’espace n’existaient avant l’existence de l’univers.
Que s'est-il passé après le Big Bang ?
Le moment du Big Bang est le moment du début des temps. Après le Big Bang, mais bien avant la première seconde (10 à 43 secondes), l’espace connaît une expansion inflationniste ultra-rapide, s’étendant 1 050 fois en une fraction de seconde.
Ensuite, l'expansion ralentit, mais la première seconde n'est pas encore arrivée (il ne reste que 10 à 32 secondes). À l’heure actuelle, l’Univers est un « bouillon » bouillant (avec une température de 10 à 27°C) d’électrons, de quarks et d’autres particules élémentaires.
Le refroidissement rapide de l'espace (jusqu'à 10-13 °C) permet aux quarks de se combiner en protons et neutrons. Cependant, la première seconde n'est pas encore arrivée (il ne reste encore que 10 à 6 secondes).
À 3 minutes, trop chaud pour se combiner en atomes, les électrons et protons chargés empêchent l’émission de lumière. L'univers est un brouillard extrêmement chaud (10 à 8 °C).
Après 300 000 ans, l'Univers se refroidit jusqu'à 10 000 °C, les électrons avec les protons et les neutrons forment des atomes, principalement de l'hydrogène et de l'hélium.
1 milliard d’années après le Big Bang, lorsque la température de l’Univers atteint -200 °C, l’hydrogène et l’hélium forment des « nuages » géants qui deviendront plus tard des galaxies. Les premières étoiles apparaissent.
Big Bang
Big Bang. C'est le nom de la théorie, ou plutôt d'une des théories, de l'origine ou, si l'on préfère, de la création de l'Univers. Le nom est peut-être trop frivole pour un événement aussi terrifiant et impressionnant. Particulièrement effrayant si vous vous êtes déjà posé des questions très difficiles sur l'univers.
Par exemple, si l’Univers est tout ce qui existe, comment a-t-il commencé ? Et que s'est-il passé avant cela ? Si l’espace n’est pas infini, qu’y a-t-il au-delà ? Et où devrait réellement s’insérer ce quelque chose ? Comment comprendre le mot « infini » ?
Ces choses sont difficiles à comprendre. De plus, lorsque vous commencez à y penser, vous ressentez un sentiment étrange de quelque chose de majestueux et de terrible. Mais les questions sur l’univers sont l’une des questions les plus importantes que l’humanité s’est posée tout au long de son histoire.
Quel a été le début de l’existence de l’Univers ?
La plupart des scientifiques sont convaincus que l’existence de l’Univers a commencé avec une énorme explosion de matière survenue il y a environ 15 milliards d’années. Pendant de nombreuses années, la plupart des scientifiques ont partagé l’hypothèse selon laquelle le début de l’Univers aurait été provoqué par une grande explosion, que les scientifiques ont surnommée en plaisantant le « Big Bang ». Selon eux, toute la matière et tout l'espace, qui est aujourd'hui représenté par des milliards et des millions de galaxies et d'étoiles, s'inscrivaient il y a 15 milliards d'années dans un espace minuscule ne dépassant pas quelques mots dans cette phrase.
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Comment l’Univers s’est-il formé ?
Les scientifiques pensent qu'il y a 15 milliards d'années, ce petit volume a explosé en minuscules particules plus petites que les atomes, donnant ainsi naissance à l'Univers. Au départ, c'était une nébuleuse de petites particules. Plus tard, lorsque ces particules se sont combinées, des atomes se sont formés. Les galaxies stellaires se sont formées à partir d'atomes. Depuis ce Big Bang, l’Univers n’a cessé de s’étendre, comme un ballon qui se gonfle.
Des doutes sur la théorie du Big Bang
Mais au cours des dernières années, les scientifiques qui étudient la structure de l’Univers ont fait plusieurs découvertes inattendues. Certains d’entre eux remettent en question la théorie du Big Bang. Que pouvez-vous faire, notre monde ne correspond pas toujours à nos idées pratiques à son sujet.
Répartition de la matière lors d'une explosion
L’un des problèmes réside dans la manière dont la matière est distribuée dans l’univers. Lorsqu'un objet explose, son contenu se disperse uniformément dans toutes les directions. En d’autres termes, si la matière avait été initialement comprimée en un petit volume puis explosée, alors la matière aurait dû être répartie uniformément dans tout l’espace de l’Univers.
La réalité est cependant très différente des idées attendues. Nous vivons dans un Univers très inégalement rempli. Lorsque l’on regarde dans l’espace, des amas individuels de matière apparaissent à distance les uns des autres. D’immenses galaxies sont dispersées ici et là dans l’espace. Entre les galaxies, il existe d’immenses zones de vide non comblées. Pour plus haut niveau les galaxies sont regroupées en amas - amas, et ces derniers - en méga amas. Quoi qu'il en soit, les scientifiques ne sont pas encore parvenus à un accord sur la question de savoir comment et pourquoi exactement de telles structures se sont formées. De plus, un nouveau problème, encore plus grave, est récemment apparu avec tout.
La science qui étudie l'Univers dans son ensemble et la Métagalaxie en tant que partie de l'Univers est appelée cosmologie. George Gamow, physicien théoricien américain, suggère que notre Univers, c'est-à-dire Métagalaxie, née dans un état chaud avec une température d'environ 10 32 K. Gamow a appelé ce modèle "Cosmologie du Big Bang". Gamow a travaillé sur ce modèle pendant 10 ans. En 1948, il publie la théorie " Big Bang" Selon la théorie "Big Bang" notre Univers est en expansion. L'expansion a commencé Il y a 15 milliards d'années de l'état initial très chaud. Selon cette théorie, au moment initial, la matière de l’Univers était dans un état de vide physique. Le vide physique était dans un état instable et excité, car il une énergie énorme : w=, où g/cm 3 est la densité de la matière sous vide, et Avec- vitesse de la lumière. L'énergie crée une pression énorme. À un moment donné 10 43 s., En raison de l'énorme pression, le gonflage sous vide commence, c'est-à-dire le vide commence à perdre de l'énergie. A partir du moment 10 ─43 s. jusqu'à 10 ─35 s, la matière sous vide se dilate de façon exponentielle et sa taille augmente de 10 à 50 fois. Dans l'intervalle de temps de 10 ─35 s à 10 ─32 s, transition de phase, c’est-à-dire le « Big Bang », au cours duquel l’état de vide de la matière à travers effet tunnel se transforme en un Univers chaud et dense avec une température 10 32 K, avec de la matière sous la forme ondes électromagnétiques(ondes radio, infrarouges, visibles, ultraviolets, rayons X et gamma). Ainsi, notre Univers est né sous la forme d'une boule de feu, appelée "Ilém"(grec ylem - matière première). L'Ilem était un gaz neutre d'ondes électromagnétiques et de particules élémentaires. En raison du jeûne des rallonges, matière de l'univers se refroidit et l'apparition de particules provenant du rayonnement commence. Au début, le nombre de particules et d’antiparticules était égal. Puis ça arrive violation spontanée symétrie, cela conduit à la prédominance des particules sur les antiparticules. Dans les premières secondes après l'explosion, ils naissent hadrons(baryons et mésons). Après environ 1000 s après l'explosion, la température devient approximativement 10 10 K et l'égalité des concentrations de protons et de neutrons est violée car la durée de vie des protons est égale 10 31 ans, et la durée de vie des neutrons dure environ 800 s. Les neutrons se désintègrent et les ratios sont établis : 77 % de protons et 22 % de neutrons. Dans l'intervalle de temps de 1 000 s à 10 000 s, des atomes légers d'hydrogène et d'hélium se forment. Presque tous les neutrons entrent dans la formation d'un noyau d'hélium, et la relation suivante s'établit : 77% d'hydrogène et 22% d'hélium. Les scientifiques divisent l’intervalle de temps nécessaire à la formation de l’Univers en quatre « époques » conformément à la forme d'existence dominante de la matière. 1. L'ère hadronique dure 0,0001 seconde. L’ère des hadrons est l’ère des particules lourdes. La densité des particules est ρ>10 14 g/cm 3 et la température T>10 12 K. A la fin de l'ère, se produit une soudaine violation de la symétrie, de l'égalité des particules et des antiparticules. La raison de la rupture de symétrie est considérée comme la non-conservation de la charge baryonique. En conséquence, pour chaque million (10 6) d’antiparticules, il y a un million plus une (10 6 +1) particule. 2. L'ère des leptons. La durée de l'ère est de 0,0001 s à 10 s, la température est de 10 10 K à 10 12 K, la densité est de 10 4 à 10 14 g/cm 3 . A cette époque, le rôle principal est joué par particules légères, participant aux réactions entre protons et neutrons. Des transformations mutuelles de protons en neutrons et vice versa se produisent. Les mésons Mu, les électrons, les neutrinos et leurs antiparticules s'accumulent progressivement. A la fin de l'ère des leptons se produit annihilation des particules et des antiparticules. Ainsi, dans l’Univers, les antiparticules disparaissent, laissant place aux particules et aux rayonnements. L'Univers devient transparent aux neutrinos électroniques. Ces neutrinos ont survécu jusqu'à ce jour. 3. L'ère des radiations. Sa durée est de 70 millions d'années, la température diminue de 10 10 K à 3000 K et la densité de 10 4 à 10 -21 g/cm 3. Au début de l’ère des radiations, le nombre de protons et de neutrons est à peu près égal. À mesure que la température diminue, la quantité il y a plus de protonsà cause de la désintégration des neutrons. À la fin de l'ère, les conditions se présentent pour la formation d'atomes primaires, à la suite de quoi une nouvelle ère commence - l'ère de la matière. 4. L’ère du fond. Cette ère a commencé 70 millions d'années après le « Big Bang » avec une température d'environ 3 000 K et une densité d'environ 10 4 g/cm 3 . Au début de l'ère, la densité de rayonnement et la densité de matière (particules) étaient égales - environ 10 −26 g/cm 3, elles étaient dans des conditions d'équilibre thermique. À l'équilibre le processus évolutif ne se produit pas, c'est à dire. la question ne peut pas devenir plus complexe. Cependant, à mesure que l’Univers s’étend, la matière et le rayonnement se refroidissent selon des lois différentes. La température de la matière diminue en proportion inverse du carré de la taille de l’Univers : Substance T ~1/R 2. La température du rayonnement diminue en proportion inverse de la taille de l’Univers : Rayonnement T ~1/R. Ainsi, la substance refroidit beaucoup plus rapidement. L’univers passe d’un état d’équilibre à un état de non-équilibre. Pouvoirs la gravité crée de l'instabilité, et un mouvement turbulent crée ondes de choc. Tout cela conduit à une fragmentation de la matière de l’Univers. De petits et grands nuages de gaz se forment, constitués de rayonnements, de particules élémentaires, d'atomes d'hydrogène et d'hélium. Dans un intervalle de temps allant de 3 heures à 3 millions d'années, des étoiles se forment à partir de petits nuages et des galaxies entières se forment à partir de grands nuages. Le mécanisme de formation des étoiles, scientifique américain Trumpler (1930) expliqué d'abord Le fait que le nuage de gaz et de poussière se comprime et se réchauffe, la pression et la température à l'intérieur augmentent, ralentissant la compression. A 20 millions de degrés ça commence réaction nucléaire, une explosion se produit et une nouvelle étoile apparaît. Notre Soleil a fait ce voyage en environ 1 million d'années, il y a environ 5 milliards d'années. La théorie du Big Bang est devenue un modèle cosmologique presque aussi largement accepté que la rotation de la Terre autour du Soleil. Selon cette théorie, il y a environ 14 milliards d’années, des vibrations spontanées dans le vide absolu auraient conduit à l’émergence de l’Univers. Quelque chose de taille comparable à une particule subatomique s'est étendu à des tailles inimaginables en une fraction de seconde. Mais cette théorie comporte de nombreux problèmes avec lesquels les physiciens se débattent, avançant de plus en plus de nouvelles hypothèses. De la théorie il découle que toutes les planètes et étoiles ont été formées à partir de poussière dispersée dans l’espace à la suite d’une explosion. Mais ce qui a précédé n’est pas clair : ici, notre modèle mathématique de l’espace-temps cesse de fonctionner. L’univers est né d’un état initial singulier, auquel la physique moderne ne peut s’appliquer. La théorie ne considère pas non plus les causes de la singularité ni la matière et l'énergie qui en sont à l'origine. On pense que la réponse à la question de l’existence et de l’origine de la singularité initiale sera apportée par la théorie de la gravité quantique. La plupart des modèles cosmologiques prédisent que l'Univers complet est beaucoup plus grand que la partie observable - une région sphérique d'un diamètre d'environ 90 milliards d'années-lumière. Nous ne voyons que cette partie de l'Univers dont la lumière a réussi à atteindre la Terre en 13,8 milliards d'années. Mais les télescopes s'améliorent, nous découvrons de plus en plus d'objets lointains, et il n'y a aucune raison de croire que ce processus va s'arrêter. Depuis le Big Bang, l’Univers s’est étendu à un rythme accéléré. L'énigme la plus difficile la physique moderne est la question de savoir ce qui cause l’accélération. Selon l’hypothèse de travail, l’Univers contient une composante invisible appelée « énergie noire ». Théorie Big Bang n'explique pas si l'Univers s'étendra indéfiniment, et si oui, à quoi cela conduira - sa disparition ou autre chose. Bien que la mécanique newtonienne ait été supplantée par la physique relativiste, cela ne peut pas être qualifié d’erroné. Cependant, la perception du monde et les modèles de description de l’Univers ont complètement changé. La théorie du Big Bang prédisait un certain nombre de choses qui n’étaient pas connues auparavant. Ainsi, si une autre théorie venait à la remplacer, elle devrait être similaire et élargir la compréhension du monde. Nous nous concentrerons sur les théories les plus intéressantes décrivant des modèles alternatifs du Big Bang. L'Univers est né de l'effondrement d'une étoile dans un Univers à quatre dimensions, selon des scientifiques de l'Institut Périmètre de physique théorique. Les résultats de leur étude ont été publiés par Scientific American. Niayesh Afshordi, Robert Mann et Razi Pourhasan disent que notre Univers tridimensionnel est devenu une sorte de « mirage holographique » lorsqu'une étoile à quatre dimensions s'est effondrée. Contrairement à la théorie du Big Bang, qui postule que l’univers est né d’un espace-temps extrêmement chaud et dense où les lois classiques de la physique ne s’appliquent pas, la nouvelle hypothèse d’un univers à quatre dimensions explique à la fois ses origines et son expansion rapide. Selon le scénario formulé par Afshordi et ses collègues, notre Univers tridimensionnel est une sorte de membrane qui flotte à travers un univers encore plus grand qui existe déjà en quatre dimensions. Si cet espace à quatre dimensions avait ses propres étoiles à quatre dimensions, elles exploseraient également, tout comme les étoiles à trois dimensions de notre Univers. La couche interne deviendrait un trou noir et la couche externe serait projetée dans l’espace. Dans notre Univers, les trous noirs sont entourés d’une sphère appelée horizon des événements. Et si dans un espace tridimensionnel cette frontière est bidimensionnelle (comme une membrane), alors dans un univers à quatre dimensions, l'horizon des événements sera limité à une sphère qui existe en trois dimensions. Des simulations informatiques de l'effondrement d'une étoile à quatre dimensions ont montré que son horizon d'événements en trois dimensions s'élargirait progressivement. C’est exactement ce que l’on observe, appelant la croissance de la membrane 3D l’expansion de l’Univers, estiment les astrophysiciens. Une alternative au Big Bang est le Big Freeze. Une équipe de physiciens de l'Université de Melbourne, dirigée par James Kvatch, a présenté un modèle de naissance de l'Univers, qui rappelle davantage le processus progressif de congélation de l'énergie amorphe que sa libération et son expansion dans trois directions de l'espace. L'énergie sans forme, selon les scientifiques, comme l'eau, s'est refroidie jusqu'à la cristallisation, créant les trois dimensions spatiales et une dimension temporelle habituelles. La théorie du Big Freeze remet en question l’affirmation actuellement acceptée d’Albert Einstein selon laquelle l’espace et le temps sont continus et fluides. Il est possible que l'espace comporte des composants - des éléments constitutifs indivisibles comme de minuscules atomes ou pixels dans l'espace. infographie. Ces blocs sont si petits qu'ils ne peuvent pas être observés. Cependant, selon la nouvelle théorie, il est possible de détecter des défauts qui devraient réfracter le flux d'autres particules. Les scientifiques ont calculé ces effets à l’aide des mathématiques et vont maintenant tenter de les détecter expérimentalement. Ahmed Farag Ali de l'Université Benha en Égypte et Saurya Das de l'Université de Lethbridge au Canada ont proposé une nouvelle solution au problème de la singularité en abandonnant le Big Bang. Ils ont introduit les idées du célèbre physicien David Bohm dans l'équation de Friedmann décrivant l'expansion de l'Univers et le Big Bang. "C'est incroyable que de petits ajustements puissent potentiellement résoudre autant de problèmes", déclare Das. Le modèle résultant combine théorie générale relativité et théorie quantique. Non seulement il nie la singularité qui a précédé le Big Bang, mais il n’admet pas non plus que l’Univers finira par s’effondrer pour revenir à son état d’origine. Selon les données obtenues, l’Univers a une taille finie et une durée de vie infinie. En termes physiques, le modèle décrit un Univers rempli d'un fluide quantique hypothétique, constitué de gravitons - des particules qui assurent une interaction gravitationnelle. Les scientifiques affirment également que leurs résultats sont en corrélation avec derniers résultats mesures de la densité de l'Univers. Le terme « inflation » fait référence à l’expansion rapide de l’Univers, qui s’est produite de manière exponentielle dans les premiers instants qui ont suivi le Big Bang. La théorie de l’inflation elle-même ne réfute pas la théorie du Big Bang, mais l’interprète simplement différemment. Cette théorie résout plusieurs problèmes fondamentaux de physique. Selon le modèle inflationniste, peu de temps après sa naissance, l'Univers est très un bref délais s'est développé de façon exponentielle : sa taille a doublé plusieurs fois. Les scientifiques estiment qu’en 10 à 36 secondes, la taille de l’Univers a été multipliée par au moins 10 à 30 à 50, voire plus. À la fin de la phase inflationniste, l’Univers était rempli d’un plasma surchauffé de quarks libres, de gluons, de leptons et de quanta de haute énergie. Le concept implique ce qui existe dans le monde de nombreux univers isolés les uns des autres avec un appareil différent Les physiciens sont arrivés à la conclusion que la logique du modèle inflationniste ne contredit pas l’idée dela naissance multiple et constante de nouveaux univers. Les fluctuations quantiques – les mêmes que celles qui ont créé notre monde – peuvent survenir dans n’importe quelle ampleur si les conditions sont réunies. Il est fort possible que notre univers soit sorti de la zone de fluctuation formée dans le monde précédent. On peut également supposer qu'un jour et quelque part dans notre Univers se formera une fluctuation qui « fera exploser » un jeune Univers d'un type complètement différent. Selon ce modèle, les univers filles peuvent bourgeonner continuellement. De plus, il n’est pas du tout nécessaire que les mêmes lois physiques soient établies dans les mondes nouveaux. Le concept implique que dans le monde il existe de nombreux univers isolés les uns des autres avec des structures différentes. Paul Steinhardt, l'un des physiciens qui ont jeté les bases de la cosmologie inflationniste, a décidé de développer davantage cette théorie. Le scientifique, qui dirige le Centre de physique théorique de Princeton, avec Neil Turok du Perimeter Institute for Theoretical Physics, a présenté une théorie alternative dans le livre Endless Universe: Beyond the Big Bang. (« L'Univers Infini : Au-delà du Big Bang »). Leur modèle est basé sur une généralisation de la théorie quantique des supercordes connue sous le nom de théorie M. Selon lui, le monde physique comporte 11 dimensions – dix spatiales et une temporelle. Des espaces de dimensions inférieures, appelés branes, y « flottent ». (abréviation de « membrane »). Notre Univers n'est qu'une de ces branes. Le modèle de Steinhardt et Turok affirme que le Big Bang s'est produit à la suite de la collision de notre brane avec une autre brane - un univers inconnu. Dans ce scénario, les collisions se produisent sans fin. Selon l’hypothèse de Steinhardt et Turok, une autre brane tridimensionnelle « flotte » à côté de notre brane, séparée par une infime distance. Il se dilate, s'aplatit et se vide également, mais après un billion d'années, les branes commenceront à se rapprocher et finiront par entrer en collision. Cela mettra en évidence grande quantitéénergie, particules et rayonnement. Ce cataclysme déclenchera un autre cycle d’expansion et de refroidissement de l’Univers. Il ressort du modèle de Steinhardt et Turok que ces cycles ont existé dans le passé et se répéteront certainement dans le futur. La théorie reste muette sur la façon dont ces cycles ont commencé. Une autre hypothèse sur la structure de l’univers dit que notre monde entier n’est rien d’autre qu’une matrice ou un programme informatique. L'idée de ce qu'est l'univers ordinateur numérique, proposé pour la première fois par l'ingénieur allemand et pionnier de l'informatique Konrad Zuse dans son livre Calculating Space (« Espace informatique »). Parmi ceux qui considéraient également l'Univers comme un ordinateur géant figurent les physiciens Stephen Wolfram et Gerard 't Hooft. Les théoriciens de la physique numérique proposent que l’univers soit essentiellement informationnel, et donc calculable. De ces hypothèses, il s’ensuit que l’Univers peut être considéré comme le résultat d’un programme informatique ou d’un dispositif informatique numérique. Cet ordinateur pourrait être par exemple un automate cellulaire géant ou une machine de Turing universelle. Preuve indirecte nature virtuelle de l'univers appelé principe d'incertitude en mécanique quantique Selon la théorie, chaque objet et événement monde physique vient du fait de poser des questions et d’enregistrer des réponses par oui ou par non. Autrement dit, derrière tout ce qui nous entoure, il y a un certain code, semblable au code binaire d'un programme informatique. Et nous sommes une sorte d’interface par laquelle apparaît l’accès aux données de « l’Internet universel ». Une preuve indirecte de la nature virtuelle de l’Univers est appelée principe d’incertitude en mécanique quantique : les particules de matière peuvent exister sous une forme instable et ne sont « fixées » dans un état spécifique que lorsqu’elles sont observées. Le physicien du numérique John Archibald Wheeler a écrit : « Il ne serait pas déraisonnable d’imaginer que l’information réside au cœur de la physique comme au cœur d’un ordinateur. Tout vient du bit. En d’autres termes, tout ce qui existe – chaque particule, chaque champ de force, même le continuum espace-temps lui-même – reçoit sa fonction, sa signification et, finalement, son existence même. »
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