El gran estallido

El Big Bang es sólo una teoría, una suposición basada en observaciones astronómicas. Hace unos 15 mil millones de años, toda la materia del universo estaba altamente concentrada en un punto, con temperaturas extremadamente altas, y se produjo una gran explosión. Después del Big Bang, la materia comenzó a expandirse hacia afuera, formando el universo que vemos hoy. Todo el proceso del Big Bang es complejo y ahora la historia del desarrollo del universo antiguo sólo puede describirse basándose en investigaciones teóricas. Durante estos 15 mil millones de años nacieron cúmulos de galaxias, galaxias, nuestra Vía Láctea, estrellas, sistemas solares, planetas, satélites, etc. Todos los cuerpos celestes y la materia del universo que podemos ver y que ahora no podemos ver han formado la forma actual del universo. Los seres humanos nacieron en esta evolución del universo.

Proceso de presentación de ideas

¿Cómo se puede especular que pudo haber habido un Big Bang? Esto se basa en observaciones e investigaciones astronómicas. Nuestro sol es sólo una de los cien mil millones de estrellas de la Vía Láctea. Hay decenas de miles de galaxias extragalácticas como nuestra Vía Láctea. A partir de observaciones, hemos descubierto que esas galaxias distantes se están alejando de nosotros. Cuanto más lejos están de nosotros, más rápido vuelan, formando así un universo en expansión.

Al respecto, la gente comenzó a reflexionar. Si miramos el movimiento de estas galaxias que se alejan en todas direcciones en sentido inverso, es posible que hayan sido emitidas por la misma fuente. al comienzo del universo? ¿Qué pasa con el Big Bang? Más tarde se observó la radiación de fondo de microondas que llenó el universo, lo que significa que las consecuencias del Big Bang de hace unos 13.700 millones de años son débiles pero existen. Este descubrimiento es un fuerte apoyo al Big Bang.

La teoría del Big Bang es una escuela importante de la cosmología moderna, que puede explicar satisfactoriamente algunas cuestiones fundamentales de la cosmología. Aunque la teoría del Big Bang no se propuso hasta la década de 1940, ha ido surgiendo desde la década de 1920. En la década de 1920, varios astrónomos observaron que las líneas espectrales de muchas galaxias extragalácticas tenían cambios de longitud de onda, es decir, desplazamientos hacia el rojo, en comparación con las líneas espectrales de los mismos elementos en la Tierra.

Hacia 1929, el astrónomo estadounidense Hubble concluyó que el desplazamiento hacia el rojo de las líneas espectrales de una galaxia es directamente proporcional a la distancia entre la galaxia y la Tierra. Señaló en la teoría: Si se considera que el desplazamiento hacia el rojo de las líneas espectrales es el resultado del efecto Doppler, significa que las galaxias extragalácticas se están alejando de nosotros, y cuanto más lejos están las galaxias, más rápido se alejan. alejándose de nosotros. Esta es una imagen de la expansión del universo.

En 1932, Lemaître propuso por primera vez la moderna teoría del Big Bang del universo: el universo entero estaba inicialmente reunido en un "átomo primitivo", y luego se produjo una gran explosión y los fragmentos se dispersaron en todas direcciones. formando nuestro universo. El astrofísico ruso-estadounidense Gamov integró por primera vez la relatividad general en la teoría del universo y propuso el modelo cosmológico del big bang caliente: el universo comenzó con materia primitiva de alta temperatura y alta densidad, con una temperatura inicial que superaba varios miles de millones de grados. , a medida que la temperatura seguía bajando, el universo comenzó a expandirse.

La teoría del Big Bang es la teoría más influyente sobre la formación del universo. La teoría del Big Bang nació en la década de 1920 y fue complementada y desarrollada en la década de 1940, pero ha seguido siendo desconocida. En la década de 1940, el astrofísico estadounidense Gamow y otros propusieron formalmente la teoría del Big Bang. Esta teoría sostiene que el universo estuvo en un estado de temperatura y densidad extremadamente altas en el pasado distante. Este estado se llama vívidamente "bola de fuego primordial". La llamada bola de fuego primitiva es un punto infinitesimal. El universo actual seguirá expandiéndose, es decir, es posible que cuando la energía de la explosión del universo alcance su límite, el universo se convierta en una llama primitiva, una. Punto infinitesimal, la bola de fuego explotó, el universo comenzó a expandirse, la densidad de la materia se hizo gradualmente más delgada y la temperatura disminuyó gradualmente, hasta llegar al estado actual. Esta teoría puede explicar naturalmente el fenómeno del corrimiento al rojo de las líneas espectrales de objetos extragalácticos y también puede explicar satisfactoriamente muchos problemas de la astrofísica. No fue hasta la década de 1950 que la gente empezó a prestarle mucha atención a esta teoría.

En la década de 1960, Penzias y Wilson descubrieron nuevas y poderosas pruebas de la teoría del Big Bang. Más tarde descubrieron que la radiación cósmica de fondo era la reliquia dejada por el Big Bang. Proporciona una base importante para la teoría del Big Bang del universo. También ganaron el Premio Nobel de Física en 1978.

La sabiduría y la perseverancia de la ciencia del siglo XX están encarnadas en Hawking. Dio una explicación clara de la evolución del universo desde 10 a 43 segundos después del origen del universo: inicialmente una singularidad más pequeña que un átomo, y luego el Big Bang se formaron a través del mismo. energía del Big Bang, estas partículas formaron gradualmente diversas sustancias en el universo bajo la acción de la energía. Hasta ahora, el modelo del universo del Big Bang se ha convertido en la teoría más convincente de la imagen del universo. Sin embargo, la teoría del Big Bang todavía carece del respaldo de una gran cantidad de experimentos y todavía no conocemos la imagen del universo comenzando a explotar y antes de que explotara.

Punto de vista teórico

El punto de vista principal de la teoría del Big Bang es que nuestro universo alguna vez tuvo una historia de evolución de caliente a frío. Durante este período, el sistema cósmico no era estático, sino que se expandía constantemente, provocando que la densidad de la materia evolucionara de densa a delgada. Este proceso de calor a frío, de denso a fino es como una gran explosión. Según la perspectiva de la cosmología del Big Bang, todo el proceso del Big Bang es el siguiente: En los primeros días del universo, la temperatura era extremadamente alta, por encima de los 10 mil millones de grados. La densidad de la materia también es bastante grande y todo el sistema cósmico alcanza el equilibrio. En el universo sólo existen sustancias en forma de algunas partículas básicas como neutrones, protones, electrones, fotones y neutrinos. Pero como todo el sistema está en constante expansión, la temperatura desciende rápidamente. Cuando la temperatura desciende a aproximadamente mil millones de grados, los neutrones comienzan a perder las condiciones para la existencia libre. Durante este período, se descomponen o se combinan con los protones para formar hidrógeno pesado, helio y otros elementos químicos; Después de que la temperatura desciende aún más a 1 millón de grados, finaliza el proceso inicial de formación de elementos químicos (consulte la teoría de la síntesis de elementos). La materia del universo está formada principalmente por protones, electrones, fotones y algunos núcleos atómicos más ligeros. Cuando la temperatura desciende a unos pocos miles de grados, la radiación disminuye y el universo es principalmente materia gaseosa. El gas se condensa gradualmente en nubes de gas y luego forma varios sistemas estelares, convirtiéndose en el universo que vemos hoy.

Desde que Gamow estableció el concepto de big bang caliente en 1948, a través de décadas de esfuerzos, los cosmólogos nos han delineado la historia del universo:

El Big Bang Cuando la explosión Comenzó hace unos 13.700 millones de años, era de tamaño extremadamente pequeño, de densidad extremadamente alta y de temperatura extremadamente alta.

10-43 segundos después del big bang, el universo emergió del fondo cuántico.

10-35 segundos después del big bang, el mismo campo se descompone en fuerza fuerte, fuerza electrodébil y fuerza gravitacional.

10-5 segundos después del Big Bang a 10 billones de grados, se formaron protones y neutrones.

0,01 segundo después del Big Bang, a 100 mil millones de grados, dominaban los fotones, los electrones y los neutrinos, y los protones y neutrones representaban sólo una milmillonésima parte. En equilibrio térmico, el sistema se expandió rápidamente y la temperatura y la temperatura aumentaron. La densidad siguió disminuyendo.

0,1 segundo después del big bang y 30 mil millones de grados, la relación neutrón-protón cayó de 1,0 a 0,61.

Un segundo después del Big Bang y 10 mil millones de grados, los neutrinos escapan hacia el exterior, se produce una reacción de aniquilación de electrones y positrones y la fuerza nuclear no es suficiente para unir neutrones y protones.

13,8 segundos después del big bang y 3 mil millones de grados, se formaron núcleos atómicos (elementos químicos) estables como el deuterio y el helio.

35 minutos después del big bang y 300 millones de grados, el proceso nuclear se detiene y aún no se pueden formar átomos neutros.

A 3.000 grados, 300.000 años después del Big Bang, las combinaciones químicas formaron átomos neutros. El componente principal del universo era la materia gaseosa, que gradualmente se condensó en nubes de gas más densas bajo la acción de la autogravedad. estrellas y sistemas estelares.

Modelo del Big Bang

Una teoría ampliamente reconocida de la evolución del universo. La esencia es que el universo fue creado por un "Big Bang" a partir de un estado de temperatura y densidad extremadamente altas. Ocurrió hace al menos 10 mil millones de años. Este modelo se basa en dos supuestos: el primero es la teoría general de la relatividad propuesta por Einstein, que puede describir correctamente el efecto gravitacional de la materia en el universo; el segundo es el llamado principio cosmológico, es decir, las cosas que vemos; Los observadores en el universo son los mismos. La dirección de observación no tiene nada que ver con la ubicación. Este principio sólo se aplica a la gran escala del universo y también significa que el universo es infinito. Por lo tanto, la fuente del Big Bang del universo no ocurrió en un punto determinado del espacio, sino que ocurrió en todo el espacio al mismo tiempo. Con estas dos suposiciones, es posible calcular la historia del universo a partir de un momento determinado (llamado tiempo de Planck). Antes de eso, aún no está claro qué leyes físicas estaban en funcionamiento. El universo se expandió rápidamente a partir de ese momento, provocando que la densidad y la temperatura disminuyeran desde sus estados extremadamente altos originales, y los procesos que presagiaron la desintegración de los protones también resultaron en mucha más materia que antimateria, como vemos hoy. En esta etapa también pueden aparecer muchas partículas elementales. Después de unos segundos, la temperatura del universo se enfrió lo suficiente como para que se formaran algunos núcleos atómicos. La teoría también predice la formación de ciertas cantidades de nucleidos de hidrógeno, helio y litio en abundancias consistentes con las que se observan hoy. Aproximadamente otro millón de años después, el universo se enfrió aún más, comenzaron a formarse átomos y la radiación que llenaba el universo se extendió libremente por el espacio. Esta radiación se llama radiación cósmica de fondo de microondas y ha sido confirmada por observaciones. Además de materia primordial y radiación, la teoría del Big Bang predice que el universo debería estar ahora lleno de neutrinos, que son partículas elementales sin masa ni carga. Ahora los científicos están trabajando arduamente para encontrar esta sustancia.

El modelo del Big Bang puede explicar uniformemente los siguientes hechos observacionales:

(a) La teoría sostiene que todas las estrellas se producen después de que la temperatura disminuye, por lo que la edad de cualquier cuerpo celeste debería Es más corto que el período desde que la temperatura bajó hasta hoy, es decir, debería ser menos de 20 mil millones de años. Las mediciones de las edades de varios cuerpos celestes lo demuestran.

(b) Se ha observado que los objetos extragalácticos tienen un desplazamiento sistemático hacia el rojo de las líneas espectrales, y el desplazamiento hacia el rojo es aproximadamente proporcional a la distancia. Si se explica por el efecto Doppler, entonces el corrimiento al rojo es un reflejo de la expansión del universo.

(c) En varios cuerpos celestes, la abundancia de helio es bastante grande, y la mayoría de ellos son 30. El mecanismo de las reacciones nucleares estelares no basta para explicar por qué hay tanto helio. Según la teoría del Big Bang, la temperatura inicial era muy alta y la eficiencia de producción de helio también era muy alta, lo que puede explicar este hecho.

(d) A partir de la tasa de expansión del universo y la abundancia de helio, se puede calcular específicamente la temperatura del universo en cada período histórico.

Según la teoría del Big Bang, el universo nació de un punto muy pequeño hace 13.700 millones de años. De allí nacieron el tiempo y el espacio, la masa y la energía, y pequeñas partículas de materia se agregaron en grandes. grupos de materia, formando eventualmente galaxias, estrellas, planetas, etc. Antes del Big Bang, no había materia, ni energía, ni siquiera vida en el universo.

Sin embargo, la teoría del Big Bang no puede responder cómo era el universo actual antes del Big Bang, o ¿cuál fue el motivo del Big Bang? Según la teoría del Big Bang, el universo no tuvo principio. Es simplemente un proceso cíclico, desde el big bang hasta el agujero negro, que es el proceso de creación, destrucción y recreación del universo.

Esto es sólo una hipótesis, no una teoría perfecta.

Argumentos

Aunque la teoría del Big Bang no está madura, sigue siendo la teoría dominante sobre la formación del universo. La clave es que actualmente existe cierta evidencia que respalda el Big Bang. Teoría de Bang. La evidencia más tradicional es la siguiente: muestra:

(a) Corrimiento al rojo

Mirando desde cualquier dirección de la Tierra, las galaxias distantes se están alejando de nosotros. Se puede deducir que el universo se está expandiendo y alejándose cada vez más de nosotros. Cuanto más se aleja la galaxia, más rápido se aleja.

(b) Ley de Hubble

La Ley de Hubble es una relación definida sobre la velocidad y la distancia entre galaxias que se alejan unas de otras. Todavía explica el movimiento y la expansión del universo.

V=H×D

Entre ellos, V (Km/seg) es la velocidad de distancia; H (Km/seg/Mpc) es la constante de Hubble, que es 50; D (Mpc) es la distancia de la galaxia. 1Mpc=3,26 millones de años luz.

(c) Abundancia de hidrógeno y helio

El modelo predice que el hidrógeno representa el 25% y el helio el 75%, lo que ha sido confirmado mediante experimentos.

(d) Abundancia de oligoelementos

Para estos oligoelementos, la abundancia predicha en el modelo es la misma que la medida.

(e) Radiación cósmica de fondo 3K

Según la teoría del Big Bang, el universo se enfrió debido a la expansión, y las brasas de radiación producidas en ese momento aún deberían existir en el universo actual. En 1965 se midieron 3K de radiación de fondo.

(f) La traza de falta de homogeneidad de la radiación de fondo

demuestra que el estado inicial del universo no era uniforme, razón por la cual el universo actual y las galaxias y cúmulos de estrellas actuales son producido.

(g) Nuevas pruebas de la teoría del Big Bang

En la revista británica "Nature" de diciembre de 2000, los científicos dijeron que habían descubierto nuevas pruebas que podrían utilizarse para confirmar el Gran Explosión. Teoría del estallido.

Durante mucho tiempo, ha existido la teoría de que el universo era originalmente un punto con una masa extremadamente grande, un volumen pequeño y una temperatura extremadamente alta. Luego, este punto explotó y, a medida que el volumen se expandió, la temperatura. continuó disminuyendo. Hasta el día de hoy, todavía quedan rayos cósmicos en el universo llamados "radiación cósmica de fondo" que permanecen desde los primeros días del Big Bang.

Los científicos analizaron la luz absorbida por una nube de gas distante de un quásar hace miles de millones de años y descubrieron que, de hecho, era más caliente que el universo actual. Descubrieron que la temperatura de fondo era de aproximadamente -263,89 grados Celsius, que es más alta que la temperatura cósmica medida actualmente de -273,33 grados Celsius.

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