Desde el Big Bang hasta el futuro último del universo, todas las historias del universo están aquí
La mayor parte de nuestra comprensión actual del universo se basa en la exploración del universo por parte de los científicos durante los últimos cien años. Quizás no sepas que hace poco más de cien años los humanos todavía creían que la Vía Láctea era el universo entero y los científicos no sabían que existían galaxias extragalácticas. Al mismo tiempo, a finales del siglo XIX y principios del XX, la mecánica clásica newtoniana era considerada "omnipotente en el cielo y en la tierra" y gobernaba todo el universo. Pero poco más de cien años después, los científicos establecieron el Modelo Estándar, ¡y la mecánica cuántica y la relatividad se convirtieron en las dos piedras angulares de la física moderna!
La humanidad ha aprendido más sobre el universo en los últimos cien años que en los miles de años anteriores. Los científicos nos dicen que el universo tiene una historia de 13,8 mil millones de años, entonces, ¿qué eventos importantes han ocurrido en los últimos 13,8 mil millones de años? ¿Cómo cambiará el futuro del universo? ¿El universo también morirá algún día?
¡Viajemos juntos a través del tiempo y el espacio, hasta el momento en que ocurrió el Big Bang, y luego vayamos al futuro extremadamente lejano para presenciar juntos la evolución del universo!
El momento del Big Bang
Hace unos 13.800 millones de años, una singularidad con un volumen infinitamente pequeño, una densidad infinita, una temperatura infinitamente alta y una curvatura espacio-temporal infinita se expandió repentinamente (explotó). ). Nacen así el tiempo y el espacio. Los científicos creen que el espacio-tiempo nació en una especie de superespacio-tiempo, y algunos científicos lo llaman un "vacío cuántico", que está lleno de perturbaciones de energía cuántica. El principio de incertidumbre de Heisenberg determina las perturbaciones de energía cuántica.
Un tiempo de Planck (10 -43 segundos) después del Big Bang, la temperatura del universo en ese momento alcanzaba los 10 32 grados. Aunque el espacio y el tiempo nacieron en el instante del Big Bang, para los humanos sólo tienen significado después del tiempo de Planck, porque el tiempo de Planck es la unidad de tiempo significativa más pequeña. Hace una época de Planck, sólo había una fuerza (superfuerza) en el universo, y la respuesta era tan alta como 10,91 kilogramos por centímetro cúbico.
Después de una época de Planck, el universo se enfrió y la gravedad comenzó a separarse, pero las otras tres fuerzas (fuerza fuerte, fuerza débil y fuerza electromagnética) siguieron siendo una.
10 -35 segundos después del Big Bang, la temperatura todavía era de 10 27 grados. Las partículas más básicas, como quarks, leptones, bosones, etc., se habían formado. para enfriarse, y la fuerza fuerte también se separó, pero la fuerza débil y la fuerza electromagnética siguen siendo una. La inflación comenzó, pero duró muy poco tiempo (sólo 10-33 segundos). Sin embargo, en tan poco tiempo, el universo se expandió entre 10 y 30 veces. Lo que se expandió fue el propio espacio-tiempo, que no violó el límite de velocidad de la luz. de la teoría de la relatividad.
10 -12 segundos después del Big Bang, la temperatura alcanzó los 10 15 grados. Este período fue el período de formación y estabilidad de las partículas elementales, protones, neutrones y antipartículas, mientras que los electrones, los quarks y las partículas de vidrio. Se estabilizaron los dados, los neutrinos y los gluones. Al mismo tiempo, la fuerza electromagnética y la fuerza débil también se separaron y se formaron las cuatro fuerzas básicas del universo.
10 -5 segundos después del Big Bang, los protones y neutrones también se estabilizaron. Un fenómeno aparentemente extraño es que la cantidad de materia en el universo es ligeramente mayor que la cantidad de antimateria. Por ejemplo, por cada 10 mil millones de antiprotones que aparecen en el universo, nacerán 10 mil millones de 6 protones y habrá 6 protones más. Esto también es ""Asimetría de materia y antimateria", ¿por qué? Aún no hay una respuesta unificada. Algunos científicos creen que en el momento del Big Bang el ambiente cósmico era demasiado extremo y podrían haber interacciones que violaran la conservación del número bariónico.
La antimateria y la antimateria chocan y se aniquilan entre sí. Aunque sólo hay 6 materia más por cada 10 mil millones de antimateria, estas 6 materia extra son suficientes para formar el universo que vemos hoy.
Un segundo después del Big Bang, la temperatura todavía alcanzaba los 10 mil millones de grados. Sin embargo, en el universo había una gran cantidad de protones y neutrones que deberían haberse fusionado para formar núcleos atómicos. Debido a que la temperatura era demasiado alta, la energía de radiación del universo era extremadamente alta, y a los protones y neutrones les resultaba difícil formar núcleos atómicos.
Diez segundos después del Big Bang, a una temperatura de unos 3 mil millones de grados, comenzaron a formarse núcleos de hidrógeno y helio.
Pero no era posible reunir electrones para formar átomos neutros, porque el universo en aquella época todavía estaba demasiado caliente.
300.000 años después del Big Bang, a una temperatura de unos 3.000 grados, comenzaron a formarse átomos neutros. El principal componente del universo era la materia gaseosa, que posteriormente formó sistemas estelares. Los fotones en el universo viajan libremente, perdiendo energía durante el viaje. Al mismo tiempo, a medida que el universo se acelera y se expande, la longitud de onda se estira continuamente y se forman microondas alrededor de la boca, que es lo que solemos llamar "radiación cósmica de fondo de microondas". ". Ocurre aproximadamente del tamaño del universo. ¡380.000 años después de la explosión, el universo comenzó a volverse transparente!
En los largos años que siguieron, fue un período de formación de sistemas estelares y galaxias.
A medida que el universo siga expandiéndose, habrá un desequilibrio en la densidad y la temperatura, y la materia será desigual. ¿Cuál es el resultado? La gravedad está desequilibrada. Cuando la densidad es demasiado alta, la gravedad será relativamente fuerte y se atraerá más materia. Sin embargo, debido a que la temperatura en ese momento todavía era relativamente alta y había una fuerte presión de radiación contra la gravedad, la gravedad no tuvo una oportunidad adecuada para ejercer su poderoso dominio.
Unos 100 millones de años después del Big Bang, después de un largo período de enfriamiento, la presión de radiación en el universo se ha vuelto bastante baja y ya no es un oponente de la gravedad. Bajo la fuerte acción de la gravedad, las áreas relativamente densas comienzan a atraer cada vez más materia. El resultado es como una bola de nieve. En cierto punto crítico, la materia comienza a colapsar bruscamente hacia adentro bajo la acción de la gravedad y la temperatura central comienza a disminuir. ¡Levantándose rápidamente, nace una estrella amable!
El nacimiento de las primeras estrellas es de gran importancia, porque finalmente el universo ya no está oscuro y ha llegado la luz.
Sin embargo, la vida útil de la primera generación de estrellas es muy corta, normalmente menos de unos pocos millones de años. Con el tiempo, estas estrellas formarán enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros en el proceso de muerte. Esta vez, durante el proceso, habrá una súper explosión cósmica: una explosión de supernova, que es crucial para la evolución posterior del universo.
En el momento en que explote una supernova, la poderosa fuerza explosiva expulsará materia exterior al vasto espacio interestelar. ¡Estos materiales se convertirán en la materia prima para la próxima generación de estrellas y planetas!
Unos 600 millones de años después del Big Bang, comenzaron a formarse galaxias.
Unos 1.800 millones de años después del Big Bang, las galaxias comenzaron a fusionarse y formar galaxias o cúmulos de galaxias más grandes, como las galaxias elípticas, galaxias espirales, galaxias enanas y galaxias irregulares que vemos hoy.
La fusión de galaxias nunca se ha detenido y continúa a día de hoy. Por ejemplo, nuestra Vía Láctea y su vecina, la galaxia de Andrómeda, se han ido acercando. Los científicos predicen que dentro de unos 3.500 millones de años ambas galaxias se fusionarán en una galaxia más grande.
Unos 9 mil millones de años después del Big Bang, tuvo lugar un evento importante en el universo: el nacimiento del sol y del sistema solar. Aunque el sol es sólo una estrella ordinaria en el universo, ¡tiene una importancia extraordinaria para los humanos! Después de que nació el sol, también comenzó a dar forma al sistema solar con su poderoso dominio.
Unos 10 mil millones de años después del Big Bang, es decir, alrededor de 1 mil millones de años después del nacimiento de la Tierra, se formó la vida más primitiva en la Tierra. Este es otro hito en la larga historia evolutiva de la Tierra. tierra.
En los largos años que siguieron, la vida en la Tierra experimentó cinco extinciones masivas, pero aún así sobrevivió tenazmente y continuó evolucionando, desde el nivel bajo al alto, hasta llegar a las coloridas especies que vemos hoy. mundo vivo.
Las anteriores son todas las historias del universo desde el Big Bang hasta hoy. Entonces, ¿hacia dónde irá el futuro a largo plazo del universo?
Dentro de mil millones de años, nuestro sol se hará más grande y más caliente, y la Tierra probablemente ya no será apta para la vida, y todos los océanos de la Tierra se evaporarán. De hecho, el sol se ha hecho más grande y más caliente desde su nacimiento, pero a un ritmo relativamente lento. A medida que el combustible nuclear del sol disminuye poco a poco, el sol comienza a crecer y calentarse a un ritmo acelerado.
3.500 millones de años después, nuestra Vía Láctea y su vecina la galaxia de Andrómeda se fusionaron en una galaxia elíptica más grande.
Después de 5 mil millones de años, el Sol se quedó sin combustible, colapsó bruscamente hacia adentro y finalmente se convirtió en una estrella enana blanca.
100 mil millones de años después, bajo la poderosa fuerza de la energía oscura, el universo se está expandiendo cada vez más rápido, la distancia entre las galaxias se ha vuelto cada vez mayor y el universo se ha vuelto más vacío.
Aún nacerán nuevas estrellas, pero morirán más. Pero el resultado final es obvio, porque después de todo el combustible de hidrógeno es limitado, lo que significa que eventualmente todas las estrellas morirán. Las enanas rojas son las estrellas más longevas (porque tienen masas más pequeñas y velocidades de combustión más lentas). Cuando muere la última enana roja, se declara el fin de la era brillante del universo y la llegada de tiempos oscuros.
Dentro de 10 a 15 años, en el universo sólo quedarán enanas negras, estrellas de neutrones y agujeros negros.
Dentro de unos 10^1000 años (no puedo imaginar cuánto tiempo será), los agujeros negros más tenaces también llegarán a su fin debido a la "radiación de Hawking". Ya no podemos entender el universo en este momento. La relación entre causa y efecto ya no existe, o el tiempo ya no existe. Todo es solo el presente. Parpadea y aparece. Uno es bastante extraño. ¡Se puede decir que un universo así ha llegado a la "muerte"!