Caratteristiche, fasi, prove, problemi della teoria del big bang

IL teoria del Big Bang È una teoria cosmologica spiegare l'origine dell'universo e quella che attualmente ha la massima accettazione nella comunità scientifica. Afferma che l'universo è iniziato con una grande esplosione, circa 13 fa.800 milioni di anni e da allora si è esteso continuamente.

Da questa grande esplosione è nata la questione, il tempo e lo spazio sono nati, che poi si sono trasformati in galassie e sistemi stellari, tra cui la nostra Via Lattea, il sistema solare e infine per noi stessi.

Il big bang o la grande esplosione, concezione artistica

La teoria ebbe la sua origine nel 1915, con le equazioni della relatività di Albert Einstein, che tra le altre cose prevede l'espansione dell'universo, un fatto con cui lo scienziato tedesco non si sentiva mai a proprio agio.

Tuttavia, l'astronomo belga George Lemaitre, quando Study. Nel 1927 Lemaitre pubblicò un articolo in cui presentava le sue idee sull'origine dell'universo, che chiamava "The Original Atom".

American Astronom.

Tornando indietro nel tempo, le galassie dovrebbero senza dubbio essere state molto più vicine a ciò che sono oggi. E quindi avrebbe dovuto esserci un istante che tutta la materia fosse incredibilmente compressa, occupando uno spazio infinitamente piccolo: una singolarità.

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Caratteristiche della teoria del Big Bang

Illustrazione del big bang

Il termine "Big Bang" fu coniato dal fisico Fred Hoyle nel 1940, che non simpatizzava l'idea, quindi si riferiva a lei beffardo, definendola "quella grande esplosione". Hoyle era convinto che l'universo fosse fermo.

Sebbene il suo nome ci porti a pensare a un evento catastrofico, i fisici e i cosmologi ora credono che non sia stato né grande, né un cataclisma da cui le galassie hanno volato in tutte le direzioni.

Ma era così potente che le quattro interazioni fondamentali della fisica sono state unificate durante quei primi momenti.

POSTOLATO PRINCIPALE DELLA TEORIA 

L'intero universo era originariamente in uno stato incredibilmente denso e caldo, e poi si espanse improvvisamente, mentre si raffreddava lentamente. Quell'espansione continua oggi.

Il Big Bang non spiega come sia nata la singolarità originale e meno quello che era prima. Quello che spiega è ciò che è accaduto all'universo nei primi giorni in cui la singolarità ha smesso di essere.

Quando è successo 

Gli scienziati stimano che il big bang sia accaduto 13.800 milioni di anni e non è possibile sapere cosa è successo prima, poiché il tempo, insieme allo spazio e alla materia, sono stati creati in quel momento preciso.

Dove è successo 

Non è stato un evento localizzato. Si scopre che più sono lontani gli oggetti che vediamo con i telescopi più potenti, più torniamo indietro nel tempo in cui si è verificato il Big Bang, indipendentemente dalla direzione in cui guardi. 

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È successo più tardi

Dopo il Big Bang, la temperatura discese e formava le particelle subatomiche che conosciamo: protoni, neutroni ed elettroni, per dare origine agli atomi.

Durante il Big Bang, sorse la gravità, la forza di unificante attrazione della materia, nonché le altre interazioni fondamentali.

I primi elementi chimici formati furono l'idrogeno, il più semplice di tutti, quindi elio e litio, in un processo chiamato nucleosintesi. Con il tempo immense nuvole di questi elementi hanno dato origine alle prime galassie.

Fondamenti teorici del Big Bang

Immagine di campo profondo dell'universo, scattata dal telescopio spaziale Hubble. Fonte: Wikimedia Commons.

Il Big Bang si basa su:

-IL Equazioni della teoria della relatività proposte di Einstein.

-Lui Modello di particelle standard, che descrive la struttura della materia in termini di particelle fondamentali e interazioni tra di loro.

-Lui Principio cosmologico, che afferma che l'universo è omogeneo e isotropico, quando lo vediamo su una scala più ampia. Ciò significa che le sue proprietà sono identiche in tutte le direzioni e le leggi della fisica sono le stesse da qualsiasi lato.

Naturalmente sappiamo che ci sono accumuli di materia, separati da spazi di molto meno densità. Da quel punto di vista, le proprietà dell'universo differiscono certamente. Ma la scala che copre il principio cosmologico è molto maggiore di così.

Secondo il principio cosmologico, l'universo non ha un centro, né bordi o limiti, perché i luoghi preferenziali semplicemente non esistono.

Si è quindi concluso che l'universo ha un'origine nel tempo e quindi un'era finita, sebbene non sia ancora chiaro se la sua estensione è finita o infinita.

Fase dell'universo secondo la teoria del Big Bang

L'evoluzione dell'universo secondo il Big Bang. Fonte: Wikimedia Commons.

Gli scienziati distinguono tre fasi principali, il primo di un universo Molto originale, il secondo dell'universo primordiale stesso e la terza fase del Formazione della struttura. 

Durante i primi due, l'universo fu prima dominato dalle radiazioni e poi dalla materia. 

Fase di radiazione

Durante questa era, l'energia era sotto forma di fotoni, particelle elementari senza massa che compongono la luce. Grazie a loro, le coppie di materia e elettrone antimaterino - positrone, che sono annientati quando lo sono, emettendo di nuovo energia sotto forma di fotoni.

Tuttavia, ad un certo punto la questione ha predominato leggermente su antimateria, che in seguito ha portato alla comparsa delle prime particelle subatomiche.

I cosmologi credono che questa fase sia durata circa 700.000 anni e distingue i seguenti periodi:

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Stato iniziale

Inizia da 10^-43 Pochi secondi dopo che il Big Bang si è verificato e comprende:

-L'era di Planck, quando le quattro interazioni fondamentali - elettromagnetiche, forti nucleari, deboli e gravità - costituivano un'unica forza fondamentale. 

-L'era dell'unificazione, avvenuta 10^-36 Pochi secondi dopo, quando la gravità si separa dalle altre forze, ma gli altri sono rimasti uniti in quello che viene chiamato intestino (Grand Unified Theory) Mentre l'universo si espandeva e si raffreddava.

La grande inflazione

Da 10^-36 fino a 10^-33 Secondi, in cui l'universo ha subito una crescita accelerata, raffreddata e diminuiva la sua densità, a seguito dell'espansione.

È così che l'universo è cresciuto da qualcosa di meno della punta di un perno, a una sfera delle dimensioni di diverse suole come la nostra, tutto ad alta velocità.

Formazione di particelle

La crescita dell'universo ha ridotto il suo ritmo senza fermarsi e sono emerse le prime particelle elementari: protoni, elettroni e neutroni.

Creazione di atomi di luce

Dopo tre minuti, protoni e neutroni si sono scontrati per formare i primi nuclei. Quindi sono stati trovati questi nuclei e si sono formati gli atomi di luce.

Aspetto della luce

Paradossalmente, le alte temperature dell'universo originale non hanno permesso alla luce di apparire fino a circa 380.000 anni dopo il Big Bang.

Ma poi l'universo si era già raffreddato abbastanza da consentire la formazione di idrogeno neutro, con i quali i fotoni - porta della luce - potevano spostarsi a grandi distanze senza ostacoli.

Dominio della materia

L'universo, precedentemente opaco a causa dell'elevata densità, divenne trasparente alle radiazioni e la materia acquisì la predominanza.

In questo modo furono formati i primi conglomerati, grazie all'azione della gravità e l'universo iniziò ad acquisire la forma attuale. È lo stadio della formazione della struttura.

Formazione di stelle e galassie

Le nuvole di gas crollate di gravità per formare le prime stelle, che furono successivamente associate alle galassie. Gli esperti credono che ciò sia accaduto circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang.

Tempo della materia oscura

L'espansione dell'universo non si è fermata, al contrario sembra aver accelerato.

Ora gli scienziati credono che ci sia un argomento diverso all'argomento che possiamo vedere, chiamato materia oscura, che è responsabile di questa espansione accelerata.

Prova

Illustrazione satellitare WMAP che prende i dati per comprendere il big bang

Background cosmico di radiazione

Il Big Bang è persino osservabile oggi, nonostante il tempo trascorso, attraverso le radiazioni che derivano dai luoghi più distanti dell'universo. 

Lo sfondo di radiazioni a microonde cosmica (Sfondo cosmico a microonde) È stato scoperto a metà degli anni '60 del ventesimo secolo, da due ricercatori di Bell Laboratories: Arno Penzias e Robert Wilson.

È il bagliore che ha lasciato alle spalle il Big Bang, qualcosa che la teoria aveva già sottolineato in anticipo, ma che non poteva essere rilevato fino a quando Penzias e Wilson non sperimentano.

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La legge di Hubble-Leitre

Nel 1929 Edwin Hubble disse che l'universo si espande e per otto anni fu responsabile della raccolta dei dati necessari per testarli all'Osservatorio di Monte Wilson, in California.

In questo modo ha enunciato la seguente legge, in cui la velocità v Con ciò le galassie si allontanano da noi, è proporzionale alla distanza R, essendo H La costante di Hubble:

v = hr

Dove h = 22 x 10^-3 M/(Light Sterño). Questa semplice forma della legge è valida quando si tratta di galassie non troppo distanti.

Distribuzione uniforme di galassie distanti

Il telescopio spaziale di Hubble conferma che le galassie distanti sono distribuite omogenee, in conformità con il principio cosmologico.

Mentitudine apparente di galassie distanti

Maggiore è lo spostamento rosso, maggiore è la grandezza apparente di una galassia lontana, il che significa che la lunghezza d'onda della sua luce viene estesa durante il viaggio attraverso un universo in espansione.

Problemi e critici

Nella teoria ci sono molti punti che rimangono oscuri, ad esempio gli scienziati non sanno ancora cosa abbia innescato la grande inflazione.

D'altra parte, molti esperti non sono soddisfatti del fatto che prima del Big Bang non c'era tempo, materia o spazio, poiché alcuni pensano che il tempo sia sempre esistito.

Naturalmente, le teorie cosmologiche indicano fenomeni di grande scala e sono perfezionate o scartate grazie a nuove scoperte. Gli scienziati sperano di risolvere le discrepanze come segue:

Problema di entropia

L'entropia era anormalmente bassa durante i primi momenti dell'universo e i cosmologi non riescono a spiegare l'aumento dell'entropia ai livelli attuali.

Problema di orizzonte

Questo problema si riferisce al fatto che la velocità della luce è limitata e nulla viaggia più velocemente di lei, tuttavia, regioni che durante il Big Bang non potevano essere in contatto a causa della loro separazione, si scopre che erano in equilibrio termico. 

Problema di pianeità

Si ritiene che viviamo in un universo piatto, tuttavia la teoria del big bang non offre un meccanismo fisico che spiega in modo soddisfacente il motivo.

Problemi di monopolio magnetico

La teoria del Big Bang prevede l'esistenza di monopoli magnetici, ma finora non sono stati trovati. Ogni volta che ci proviamo, quando è sezionato un magnete, i magneti più piccoli vengono sempre ottenuti con i poli nord e sud, non separare mai i poli magnetici (monopoli).

Altre preoccupazioni sulla teoria sono: da dove ha avuto la singolarità? E come ha predominato la questione sopra l'antimateria? O Come e perché è avvenuta la grande inflazione? C'è ancora molta strada da fare.

Riferimenti

1. Carroll, b. Un'introduzione all'astrofisica moderna. 2 °. Edizione. Pearson.
2. Falcón, n. Revisione critica del Big Bang. Recuperato da: ResearchGate.netto.
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