Diverse

Ce știm cu adevărat despre univers?

Ce știm cu adevărat despre univers?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Din aproape orice punct de vedere, existența este destul de ciudată și ciudată. Dar când ajungi la fizica fundamentală a tuturor, devine și mai ciudat! În timp ce mulți oameni pot crede că în domeniul științei, totul este clar și ordonat. Dar așa funcționează lucrurile?

De-a lungul mileniilor, savanții și filosofii au dezbătut la nesfârșit dacă viața și cosmosul sunt ordonate sau haotice. Științele nu au fost imune la această dezbatere și multe descoperiri semnificative au fost preluate fie de o școală de gândire, fie de cealaltă.

Învățarea despre mișcările planetelor, gravitația, teoria atomică, relativitatea, mecanica cuantică și structura pe scară largă a Universului a fost uneori folosită pentru a adăuga greutate ideilor de ordine și haos.

În prezent, există o mulțime de ambiguitate când vine vorba de această întrebare, iar descoperirile viitoare pot ajuta la rezolvarea ei. Între timp, este bine să facem un bilanț a ceea ce am învățat și a ceea ce ne poate spune despre viața așa cum o cunoaștem.

Ce este Universul?

Cuvântul „Univers” provine din latinescul „Universum”, care a fost folosit de autorii romani pentru a se referi la cosmos așa cum îi cunoșteau. Aceasta a constat din Pământ și toată viața, precum și Luna, Soarele, planetele despre care știau (Mercur, Venus, Marte, Jupiter, Saturn) și stele.

Pe de altă parte, termenul „cosmos” este derivat din cuvântul grecesc kosmos, care înseamnă „ordine” sau „lumea”. Alte cuvinte utilizate în mod obișnuit pentru a defini toate existențele cunoscute includ „Natura” (din cuvântul germanic natur) și cuvântul englezesc „totul” (auto-explicativ).

Astăzi, cuvântul Univers este folosit de oamenii de știință pentru a se referi la toată materia și spațiul existent. Aceasta include Sistemul Solar, Calea Lactee, toate galaxiile cunoscute și suprastructurile. În ceea ce privește știința modernă și astrofizica, aceasta include, de asemenea, tot timpul, spațiul, materia, energia și forțele fundamentale care le leagă.

Cosmologia, pe de altă parte, este utilizată pentru a descrie studiul Universului (sau cosmosului) și a forțelor care îl leagă. Datorită mii de ani de bursă, ceea ce știm despre Universul fizic a crescut cu pași mari. Și totuși, există încă atât de multe lucruri pe care nu le înțelegem.

Pentru a avea o idee despre locul în care ne aflăm astăzi, trebuie mai întâi să aruncăm o privire înapoi ...

Istoria cosmologiei

Ființele umane au studiat destul de mult natura existenței de când au reușit să meargă în poziție verticală și să vorbească. Cu toate acestea, majoritatea a ceea ce știm despre studiul cosmosului se întoarce doar până la existența înregistrărilor scrise.

Din fericire, multe dintre aceste înregistrări provin din tradiții orale anterioare scrierii, deci există o idee generală despre ceea ce credeau strămoșii noștri. Ceea ce știm indică faptul că primele relatări despre creația Universului tindeau să fie simbolice și metaforice.

Din câte putem spune, fiecare cultură care a existat a avut propria versiune a unei povești de creație. În mulți, timpul și toată viața au început cu un singur eveniment, în care un Dumnezeu sau zei erau responsabili pentru crearea lumii, a cerurilor și a tot ceea ce este între ele. Majoritatea poveștilor de creație au inclus fie au culminat cu nașterea umanității.

Dovezile arheologice sugerează că încă din 8000 î.Hr., oamenii au urmărit evenimentele cerești, cum ar fi mișcarea Lunii, pentru a crea calendare. Până în mileniul II î.Hr., astronomia a început să apară ca un domeniu de studiu.

Unele dintre cele mai vechi observații înregistrate ale cerurilor sunt atribuite vechilor babilonieni. Acestea vor continua să informeze tradițiile cosmologice și astrologice ale culturilor din Orientul Apropiat și din Marea Mediterană pentru mii de ani.

Noțiunea de timp finit este uneori trasată în această perioadă și poate în religia Zorastriană. La baza acestui lucru se află credința că Universul a fost creat, reprezintă desfășurarea unui plan divin și are un scop.

Doctrinele ulterioare au susținut că timpul a început cu creația sau autocreația și se va încheia cu un triumf al ordinii asupra haosului și o versiune a Zilei Judecății în care toată creația va fi reunită cu Creatorul. Este posibil ca aceste concepte să fi fost transmise iudaismului în jurul secolului al VI-lea î.e.n. odată cu cucerirea persană a Babilonului.

Ideea timpului ca o progresie liniară ar continua să informeze cosmologia occidentală de mii de ani și există și astăzi (de exemplu, cu teoriile „Big Bang” și „Săgeata timpului”).

Între secolul al VIII-lea î.Hr. și secolul al VI-lea d.Hr. (perioada denumită adesea „Antichitatea clasică”), conceptul conform căruia legile fizice guvernează Universul au început să capete o tracțiune mai mare. Atât în ​​India, cât și în Grecia, în acest moment, savanții au început să ofere explicații pentru fenomenele naturale care puneau accentul pe cauză și efect.

Nașterea atomului

Până în secolul al V-lea î.e.n., filosoful grec Empedocle a teoretizat că Universul era compus din cele patru elemente ale pământului, aerului, apei și focului. În același timp, a apărut în China un sistem similar care consta din cele cinci elemente ale pământului, apei, focului, lemnului și metalului.

Această idee va deveni influentă, dar în curând va fi contracarată de filosoful grec Leucipp, care a teoretizat ideea că Universul era compus din particule indivizibile cunoscute sub numele de „atomos” (grecesc pentru „netăiat”).

Conceptul va fi popularizat de elevul său, Democrit (460 - 370 î.Hr.), care a susținut că atomii erau indestructibili, eterni și determinau proprietățile întregii materii.

Filosoful grec Epicur (341-270 î.Hr.) ar rafina și va elabora această idee. Din acest motiv, ar ajunge să fie asociat cu școala de filosofie pe care a inspirat-o (epicurianismul).

Filosoful indian Kanada, despre care se crede că a trăit între secolele VI și II î.Hr., a propus o idee similară. În filozofia sa, toată materia era compusă din „paramanu” - particule indivizibile și indestructibile. El a mai propus că lumina și căldura erau aceeași substanță într-o formă diferită.

Filosoful indian Dignana (480 - 540 d.Hr.), care a fost unul dintre fondatorii budisti ai școlii logice de logică indiene, a mers și mai departe propunând că toată materia este alcătuită din energie.

Aceste teorii au fost în mare parte uitate în vest, dar ar rămâne populare în rândul erudiților islamici și asiatici, care le-au tradus în arabă și în alte limbi. În jurul secolului al XIV-lea, interesul pentru „atomism” va reapărea în vest, datorită traducerii lucrărilor clasice în latină.

Locul Pământului în Sistemul Solar

Între mileniul II î.Hr. și secolul al II-lea d.Hr., astronomia și astrologia au continuat să se dezvolte și să evolueze. În acest timp, astronomii au monitorizat mișcările adecvate ale planetelor și mișcarea constelațiilor prin Zodiac.

Tot în acest timp astronomii greci au articulat modelul geocentric al Universului, unde Soarele, planetele și stelele se învârt în jurul Pământului.

Aceste tradiții au fost rezumate în tratatul de matematică și astronomie din secolul al II-lea CEAlmagest, care a fost scris de astronomul greco-egiptean Claudius Ptolemaeus (alias. Ptolemeu).

Acest tratat și modelul cosmologic pe care îl conținea vor fi considerate canon de mulți cărturari medievali europeni și islamici și vor rămâne sursa autoritară de astronomie timp de peste o mie de ani.

În timpul Evului Mediu (sec. V - XV d.Hr.), savanții indieni, persani și arabi au menținut și au extins tradițiile astronomice clasice. În același timp, le-au adăugat propunând câteva idei revoluționare - cum ar fi rotația Pământului.

Unii savanți au mers chiar mai departe și au propus modele heliocentrice ale Universului - precum astronomul indian Aryabhata (476-550 CE), astronomii persani Albumasar (787 - 886 CE) și Al-Sijzi (945 - 1020 CE).

Este posibil ca operele lor să fi fost inspirate din lucrările anterioare ale lui Aristarh din Samos (310-230 î.Hr.), Seleuc din Seleucia (190 î.Hr. - 150 î.Hr.) și anumiți filozofi pitagorici din secolele IV și V î.Hr.

Până în secolul al XVI-lea, Nicolaus Copernic a publicat un model complet al Universului heliocentric. El a propus acest model inițial într-un manuscris de 40 de pagini intitulat Commentariolus („Micul comentariu”), care a fost lansat în 1514.

Teoria sa a rezolvat problemele persistente care au afectat modelele heliocentrice anterioare și s-au bazat pe șapte principii generale. Acestea au postulat că:

  1. Nu există un centru unic al tuturor globurilor sau sferelor cerești.
  2. Centrul Pământului este centrul, nu al universului, ci doar al gravitației și al sferei lunare.
  3. Toate sferele înconjoară Soarele, care este parcă în mijlocul tuturor, astfel încât centrul universului este aproape de Soare.
  4. Raportul distanței Pământului de la Soare la înălțimea firmamentului este atât de mic decât raportul razei Pământului la distanța sa de Soare, încât distanța dintre Pământ și Soare este imperceptibilă în comparație cu înălțimea firmament.
  5. Orice mișcare apare în firmament se datorează nu acesteia, ci Pământului. În consecință, Pământul împreună cu elementele circumjacente efectuează o rotație completă pe polii săi fixi într-o mișcare zilnică, în timp ce firmamentul și cerul cel mai înalt rămân neschimbate.
  6. Ceea ce ni se pare ca mișcări ale Soarelui se datorează nu mișcării sale, ci mișcării Pământului și a sferei noastre, cu care ne învârtim în jurul Soarelui așa cum [am face cu] orice altă planetă. Pământul are, atunci, mai mult de o mișcare.
  7. Ceea ce apare în planete ca [alternanța] mișcării retrograde și directe se datorează nu mișcării lor, ci a Pământului. Prin urmare, mișcarea Pământului este suficientă [pentru a explica] atâtea nereguli aparente în raiul.

Copernic va extinde aceste idei în magnum opus - De revolutionibus orbium coelestium(Despre revoluțiile sferelor cerești) - pe care l-a terminat în 1532. Cu toate acestea, temându-se de persecuții, Copernic nu a permis publicarea ei decât cu puțin înainte de moartea sa (în 1534).

În această lucrare, Copernicus și-ar relua cele șapte argumente majore și ar oferi calcule detaliate pentru a le susține. Ideile sale vor continua să inspire astronomul, matematicianul și inventatorul italian Galileo Galilei (1564 - 1642).

Galileo ar folosi un telescop al creației sale, înțelegerea fizicii și matematicii și aplicarea riguroasă a metodei științifice pentru a rafina observațiile și calculele lui Copernic.

Observațiile lui Galileo despre Lună, Soare și Jupiter s-ar dovedi a fi foarte influente și au ajutat la dezvăluirea defectelor modelului geocentric. Observațiile sale asupra Lunii, de exemplu, au dezvăluit o suprafață marcată și craterată, în timp ce observațiile sale asupra Soarelui au dezvăluit petele solare.

El a fost, de asemenea, responsabil pentru descoperirea celor mai mari luni ale lui Jupiter - Io, Europa, Ganimedes și Callisto - care vor fi numite ulterior „Lunile Galileene” în cinstea sa.

Aceste descoperiri au contrazis noțiunile de lungă durată conform cărora cerurile erau sfere perfecte (în concordanță cu teologia creștină) și că nicio altă planetă decât Pământul nu avea sateliți.

Observațiile sale asupra planetelor au arătat că aparențele și pozițiile lor pe cer erau în concordanță cu teoria că orbitează Soarele.

El a împărtășit aceste observații în tratate precum Sidereus Nuncius (Mesagerul înstelat) si Pe petele observate la soare,ambele fiind publicate în 1610.

Dar a fost tratatul său din 1632, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (Dialog cu privire la cele două sisteme principale ale lumii), unde a pledat pentru modelul heliocentric al Universului.

Johannes Kepler (1571-1630) a rafinat modelul cu Legile mișcării planetare, care a demonstrat că orbitele planetelor erau eliptice, mai degrabă decât cercuri perfecte (așa cum susținuseră Galileo și astronomii anteriori).

Aceasta a rezolvat efectiv „Marea Dezbatere” despre natura Sistemului Solar și a făcut din heliocentrism consensul științific de la sfârșitul secolului al XVII-lea încoace.

De la sistemul solar la Calea Lactee

O altă descoperire revoluționară care a apărut în secolele al XVII-lea și al XVIII-lea a fost realizarea faptului că sistemul nostru solar nu era unic. Datorită invenției telescopului, înțelegerea noastră despre Calea Lactee s-a schimbat drastic.

În loc să fie un nor uriaș sub forma unei benzi (așa cum se credea anterior), astronomii au început să înțeleagă că structura nebuloasă pe care o observaseră pe cerul nopții de milenii era de fapt miliarde de stele îndepărtate.

Desigur, ideea nu era cu totul nouă. În secolul al XIII-lea, astronomul și polimatul persan Nasir al-Din al-Tusi (1201 - 1274) a sugerat chiar această posibilitate în cartea sa, Tadhkira:

„Calea Lactee, adică Galaxia, este alcătuită dintr-un număr foarte mare de stele mici, strâns strânse, care, datorită concentrării și a micii lor, par a fi pete tulburi. Din această cauză, a fost asemănat cu culoarea laptelui. ”

Cu toate acestea, până la Revoluția Științifică (sec. XVI - XVIII), astronomii au putut observa în mod direct acest lucru. În Mesagerul înstelat, Galileo a descris observația pe care a făcut-o despre „stelele nebuloase” care erau conținute în catalogul de stele al lui Almagest.

Aceste observații l-au determinat să concluzioneze că secțiunile „nebuloase” ale trupei Căii Lactee erau de fapt „congrezi de nenumărate stele grupate împreună în grupuri”. Această descoperire a consolidat și mai mult cazul heliocentrismului, deoarece a arătat că Universul era mult mai mare decât se credea anterior.

În 1755, filosoful german Immanuel Kant a teoretizat că Calea Lactee era un grup masiv de stele care erau ținute împreună de forța gravitației lor reciproce. El a mai prezis că aceste stele (împreună cu sistemul solar) fac parte dintr-un disc turtit care se rotea în jurul unui centru comun - la fel ca planetele din jurul Soarelui.

În 1785, astronomul William Herschel a încercat să creeze prima hartă a Căii Lactee. Estimările sale despre dimensiunea și forma sa au fost aruncate de faptul că o mare parte din galaxia noastră este ascunsă de praf și gaze, dar încercarea sa a fost un indiciu al progresului care se făcea.

Până în secolul al XIX-lea, optica și telescoapele îmbunătățite au permis astronomilor să hărțuiască mai mult cerul nopții, ceea ce i-a determinat pe mulți să ajungă la concluzia că sistemul nostru solar a fost doar unul dintre miliarde în Calea Lactee.

Până în secolul al XX-lea, ei vor ajunge să vadă că Calea Lactee era doar una dintre miliarde în Univers. Dar câte un lucru la un moment dat ...

Newton și Einstein revoluționează totul

Înțelegerea umană a Universului va fi revoluționată din nou la sfârșitul secolului al XVII-lea prin lucrarea polimatului britanic Sir Isaac Newton (1642/43 - 1727). Folosind teoria mișcării lui Kepler, el a dezvoltat o teorie a gravitației (aka Gravitația Universală).

Acest lucru a fost rezumat în lucrarea sa majoră, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica („Principiile matematice ale filosofiei naturale”), care a fost publicat în 1687 și conținea cele trei legi ale mișcării lui Newton. Aceste legi prevedeau că:

  1. Când este văzut într-un cadru de referință inerțial, un obiect fie rămâne în repaus, fie continuă să se deplaseze cu o viteză constantă, dacă nu este acționat de o forță externă.
  2. Suma vectorială a forțelor externe (F) pe un obiect este egală cu masa (m) a obiectului înmulțit cu vectorul de accelerație (a) al obiectului. În formă matematică, acest lucru este exprimat ca, F = ma
  3. Când un corp exercită o forță asupra unui al doilea corp, al doilea corp exercită simultan o forță egală în mărime și opusă în direcție asupra primului corp.

Aceste legi au descris modul în care obiectele exercită forțe unul asupra celuilalt și cum se produce mișcarea ca rezultat. Din lucrările sale, Newton a reușit să calculeze masa planetelor, să stabilească faptul că Pământul nu este o sferă perfectă și cum interacțiunea Pământului cu Soarele și Luna influențează mareele oceanului.

Aceste și alte calcule detaliate ar avea o influență profundă asupra științelor și ar forma baza fizicii clasice (cunoscută și ca fizica newtoniană), care ar rămâne canonul acceptat pentru următorii 200 de ani.

Acest lucru s-ar schimba la începutul secolului al XX-lea, când un tânăr fizician teoretic numit Albert Einstein a început să publice o serie de lucrări care discutau teoriile sale despre relativitatea specială și generală.

Aceste teorii au fost parțial rezultatul încercării de a rezolva inconsecvențele dintre fizica newtoniană și legile recent descoperite ale electromagnetismului - cel mai bine rezumate prin ecuațiile lui Maxwell și legea forței Lorentz).

Einstein avea să abordeze acest neconcordant într-una din lucrările pe care le-a scris în 1905 în timp ce lucra la un birou de brevete din Berna, Elveția. Intitulat „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare", această lucrare a devenit baza relativității speciale (SR).

Teoria lui Einstein a contestat consensul de lucru deținut anterior, potrivit căruia lumina care se mișca printr-un mediu va fi târâtă de acel mediu. Aceasta însemna că viteza luminii (care fusese deja determinată) era suma vitezei sale prin un mediu plus viteza de acel mediu.

Acest lucru a dus la tot felul de complicații teoretice, iar experimentele care au încercat să le rezolve pe toate au obținut rezultate nule. În schimb, Einstein a afirmat că viteza luminii este aceeași în toate cadrele de referință inerțiale, o teorie care a eliminat necesitatea unor medii sau explicații străine.

Ca teorie, SR nu numai că a simplificat calculele matematice și a rezolvat problemele dintre electromagnetism și fizică, ci a fost îndeaproape de acord cu viteza luminii și a explicat aberațiile apărute în experimente.

Între 1907 și 1911, Einstein a început să-și aplice teoria SR asupra câmpurilor gravitaționale, o altă zonă în care Fizica Newtoniană a avut dificultăți. Până în 1911, aceste eforturi au culminat cu publicarea „Despre influența gravitației asupra propagării luminii“.

Acest referat a pus bazele relativității generale (GR). În ea, Einstein a prezis că timpul este relativ la observator și că este dependent de poziția lor în cadrul unui câmp gravitațional și că masa gravitațională este identică cu masa inerțială (aka Principiul echivalenței).

Un alt lucru pe care Einstein l-a prezis în această lucrare a fost ideea că doi observatori situați la distanțe variate față de o masă gravitantă ar percepe fluxul de timp diferit (aka dilatația timpului gravitațional). Aceste teorii rămân o parte consacrată a fizicii moderne.

Universul este întunecat

Teoriile lui Einstein, care au obținut acceptarea pe scară largă, au avut multe consecințe pentru științe. În special, ecuațiile sale de câmp pentru relativitate au prezis, de asemenea, existența găurilor negre și a unui univers care se afla fie într-o stare de expansiune constantă, fie de contracție.

În 1915, la câteva luni după ce GR a fost larg mediatizat, fizicianul și astronomul german Karl Schwarzschild au găsit o soluție la ecuațiile de câmp ale lui Einstein, care au dat naștere teoriei găurilor negre cu zeci de ani înainte ca una să fie observată.

Cunoscută și sub numele de rază Schwarzschild, această soluție a descris modul în care masa unei sfere poate deveni atât de comprimată încât viteza de evacuare de la suprafață ar fi aceeași cu viteza luminii. „Raza” în acest caz se referă la dimensiunea sub care atracția gravitațională dintre particulele unui corp trebuie să-l facă să sufere un colaps gravitațional ireversibil.

În 1931, astrofizicianul indian-american Subrahmanyan Chandrasekhar a dezvoltat acest lucru folosind SR pentru a calcula cât de masiv ar trebui să devină un corp înainte de a se prăbuși în sine - denumit ulterior limita Chandrasekhar.

Până în 1939, descoperirea stelelor de neutroni a susținut teoriile lui Chandrasekhar, arătând că pitica albă cu o masă sub această limită se prăbușește de fapt. Obiectul rezultat (o stea de neutroni) este super-dens ca urmare și are un câmp magnetic incredibil de puternic.

Din aceasta, fizicieni precum Robert Oppenheimer au susținut că un pitic alb cu o masă suficientă ar continua să se prăbușească și să formeze o gaură neagră. În timp ce aceasta era o altă limită de masă în întregime (cunoscută sub numele de limita Tolman-Oppenheimer-Volkoff), ea era în concordanță cu teoria lui Chandrasekhar.

În anii 1960 și 1970, astrofizicienii au efectuat multe teste ale GR folosind găuri negre și structuri pe scară largă (cum ar fi galaxiile și grupurile de galaxii). Aceasta va deveni cunoscută sub numele de „Epoca de Aur a Relativității Generale” (1960 - 1975), deoarece a permis testarea teoriei lui Einstein ca niciodată.

Cu toate acestea, astrofizicienii au observat ceva deosebit de îngrozitor și la aceste teste. Când au analizat galaxiile și concentrațiile mai mari de materie din Univers, au descoperit că efectele gravitaționale observate ale acestor obiecte nu erau în concordanță cu masa lor aparentă.

Acest lucru a determinat comunitatea științifică să concluzioneze că, în cadrul galaxiilor, exista o mulțime de masă pe care ei nu o puteau vedea. Acest lucru a dat naștere teoriei Materiei Întunecate, o masă misterioasă care nu interacționează cu „materia normală” (alias. Materie vizibilă sau barionică) prin intermediul forței electromagnetice.

Aceasta înseamnă că nu absoarbe, nu reflectă și nu emite lumină, ceea ce îl face extrem de greu de observat. Interacționează cu materia numai prin forța sa gravitațională. Se crede că materia întunecată depășește materia vizibilă de aproximativ șase la unu, reprezentând aproximativ 27% din univers. Se crede, de asemenea, că a avut o influență profundă asupra evoluției sale.

Universul se extinde

O altă consecință a GR a fost predicția că Universul se afla fie într-o stare constantă de expansiune, fie de contracție. În 1927-1929, fizicianul belgian (și preotul romano-catolic) Georges Lemaître și astronomul american Edwin Hubble au confirmat că a fost primul.

La acea vreme, Einstein încă căuta o modalitate de a raționaliza ideea unui Univers static. În acest scop, el a propus „Constanta cosmologică”, care era o forță încă nedetectată care „a reținut gravitația” pentru a asigura distribuția materiei în cosmos să fie uniformă în timp.

Folosind măsurători de schimbare la roșu ale altor galaxii, Hubble a dovedit că Einstein greșea. Aceste măsurători au arătat că lumina provenită din aceste galaxii avea lungimi de undă scurtate - adică a fost deplasată la capătul roșu al spectrului - ceea ce a indicat faptul că spațiul intermediar se extindea.

Observațiile lui Hubble au arătat, de asemenea, că galaxiile care erau cele mai îndepărtate de ale noastre se îndepărtau mai repede. Acest fenomen va ajunge să fie cunoscut sub numele de Legea lui Hubble, iar ritmul la care se întâmpla acest lucru va fi cunoscut sub numele de Constanta Hubble.

În 1931, Georges Lemaitre va folosi fenomenele pe care le-a descoperit pentru a articula o idee că Universul a avut un început. După ce a confirmat în mod independent că Universul se extinde, el a sugerat că acesta era progresiv mai mic cu cât se îndrepta în timp.

La un moment dat din trecut, a argumentat el, întreaga masă a Universului ar fi fost concentrată pe un singur punct. Aceste descoperiri au declanșat o dezbatere între fizicieni, care au fost împărțiți în două școli de gândire.

Majoritatea încă susținea că Universul se afla într-o stare stabilă (adică Teoria Stării Stabile), în care materia este creată continuu pe măsură ce Universul se extinde, asigurând astfel uniformitatea în timp.

Pe de altă parte, au fost cei care au crezut că Universul se extinde treptat și, ca urmare, densitatea materiei scade încet. Această idee a ajuns să fie cunoscută sub numele de „Teoria Big Bangului”, un apelativ care a fost atribuit cu fațetă de susținătorii teoriei statului stabil.

După câteva decenii, au apărut mai multe linii de dovezi care au favorizat interpretarea Big Bang-ului. Aceasta a inclus descoperirea și confirmarea fundalului de microunde cosmice (CMB) în 1965, care fusese prezisă de teoria Big Bang-ului.

CMB este practic „radiație de relicvă” rămasă de la Big Bang-ul care se extinde cu viteza luminii de atunci. Prin măsurarea distanței CMB, care este de aproximativ 13,8 miliarde de ani în toate direcțiile, oamenii de știință au reușit să pună constrângeri asupra vârstei Universului.

În anii 1990, îmbunătățirile în telescoapele terestre și introducerea telescoapelor spațiale au dus la descoperiri noi și uimitoare. Oamenii de știință credeau că gravitația va determina în cele din urmă expansiunea universului să încetinească. Cu toate acestea, astronomii au observat acum că, în ultimii patru miliarde de ani, expansiunea cosmică s-a accelerat.

Aceasta a dat naștere teoriei Energiei Întunecate, o forță misterioasă care acționează cumva împotriva gravitației și împinge cosmosul mai departe. Teoreticienii au venit cu explicații diferite pentru Dark Matter. Unii au sugerat că „constanta cosmologică” a lui Einstein ar fi putut fi corectă tot timpul. Alții au sugerat că teoria gravitației a lui Einstein era incorectă și că era nevoie de o nouă teorie care să includă un fel de câmp care creează această accelerație cosmică.

O teorie cosmologică de vârf astăzi este descrisă de Lambda Cold Dark Matter (λCDM). În prezent, este cel mai simplu model care explică majoritatea proprietăților observate ale Universului. Se afirmă că cea mai mare parte a universului este alcătuită din energie întunecată, materie întunecată și materie obișnuită și este, de asemenea, denumită modelul standard al cosmologiei Big Bang. Se presupune că relativitatea generală este teoria corectă a gravitației pe scări cosmologice și explică multe dintre proprietățile cosmosului, inclusiv fundalul cosmic cu microunde și accelerarea expansiunii universului.

Deci, ce nu știm?

Răspunsul la această întrebare este, într-adevăr, destul de mult! Pentru a răspunde eficient, totuși, trebuie să aruncăm o privire asupra modului în care oamenii de știință studiază Universul de sus în jos și să ia act de locul în care se află lacunele.

Pentru început, oamenii de știință înțeleg cum se comportă materia, timpul și spațiul pe cea mai mare scară. Acest lucru este cel mai bine rezumat de GR, care descrie cu exactitate modul în care masa și gravitația sunt legate și afectează spațiul-timp.

Cu toate acestea, din anii 1960, astrofizicienii au ajuns să accepte că există o mulțime de masă pe care nu o pot vedea. Deși acest lucru are sens teoretic, încercările de a găsi Materia Întunecată până acum nu au dat nimic concludent.

Deci, deși ați putea spune că știm cât de multă materie există, nu putem explica în mod concludent cea mai mare parte a acesteia. În mod similar, am știut că Universul se află într-o stare de expansiune de la sfârșitul anilor 1920. Cu toate acestea, nu știm exact de ce.

Rata cu care Universul se extinde poate fi explicată prin prezența unei Energii Întunecate. Dar la fel ca Materia Întunecată, investigațiile încă nu au determinat ce este cu adevărat acest lucru.

Și există întinderea Universului în sine. Odată cu descoperirea CMB, astronomii și cosmologii au reușit să urmărească evoluția cosmosului și au putut face estimări apropiate despre cât de vechi este. Estimarea actuală este că cosmosul are o vechime de 13,799 ± 0,021 miliarde de ani.

Dar cât de mare este? Asta rămâne un mister. Pe baza ritmului de expansiune cosmică, astrofizicienii estimează că Universul „observabil” este o sferă care măsoară aproximativ 93 miliarde de ani lumină. Cu toate acestea, dincolo de aceasta, Universul se extinde probabil mult mai departe și ar putea fi chiar infinit.

La celălalt capăt al lucrurilor, oamenii de știință au stabilit că există patru forțe fundamentale (aka interacțiuni fundamentale) care guvernează toate interacțiunile dintre materie și energie din Univers.

Aceste forțe constau din forța gravitațională (care este atribuită curburii spațiu-timpului și este descrisă de GR) și din cele trei câmpuri discrete ale mecanicii cuantice - cunoscute colectiv sub numele de teoria câmpului cuantic (QFT).

Aceste câmpuri includ forța nucleară slabă, forța nucleară puternică și electromagnetismul - care se ocupă cu particulele subatomice și interacțiunile lor, așa cum este descris de Modelul standard de fizică a particulelor.

O altă modalitate de a o privi este de a grupa aceste interacțiuni într-un sistem din trei categorii: gravitația, forțele electrodeficiente și forțele puternice. Aceste ultime două categorii sunt împărțite în forțele nucleare și electromagnetice slabe și în forțe nucleare fundamentale și reziduale.

În timp ce gravitația leagă planetele, stelele, galaxiile și grupurile de galaxii împreună (de exemplu, nivelul macro), forțele electrolabore leagă atomii și moleculele, în timp ce forțele puternice leagă hadronii și nucleii atomici.

Aici stă problema. Oamenii de știință înțeleg modul în care funcționează gravitația pe cea mai mare dintre solzi, dar nu și pe cea mai mică. Acest lucru îl face distinct de toate celelalte forțe cunoscute din Univers care au o moleculă subatomică corespunzătoare.

Pentru electricitate și magnetism, există electroni și fotoni. Pentru forțele nucleare slabe și puternice, există bosoni, gluoni și mezoni. În prezent, însă, nu există un „graviton”, cel puțin nu în afara ipoteticului.

Și până acum, toate încercările de a găsi o teorie concludentă a gravitației cuantice - aka. a Theory of Everything (ToE) - au eșuat. Au fost propuse mai multe teorii pentru a rezolva acest lucru - principalii concurenți fiind teoria corzilor și gravitatea cuantică a buclei - dar niciuna nu a fost încă dovedită decisiv.

Cum se va termina totul?

Bine, iată chestia ... nici noi nu știm asta. Desigur, noțiunea că Universul a avut un început dă naștere în mod firesc ideii că va avea un posibil sfârșit. Dacă Universul a început ca un punct minuscul în spațiu-timp care a început brusc să se extindă, înseamnă că va continua să se extindă pentru totdeauna?

Sau, așa cum a fost teoretic, va înceta să se extindă și să înceapă să se contracte, reducând în cele din urmă într-o mică masă sferică? Această întrebare a apărut de când cosmologii au început să dezbată cum a început Universul - Big Bang sau Steady State?

Înainte de observațiile care arătau cum Universul se extinde într-un ritm accelerat, majoritatea cosmologilor aveau două minți pe această temă. Acestea erau cunoscute sub numele de scenarii „Big Crunch” și „Big Freeze”.

În primul, Universul se va extinde până când va rămâne fără energie și apoi va începe să se prăbușească în sine. Presupunând că Universul atinge un punct în care densitatea sa de masă este mai mare decât densitatea sa critică, Universul va începe să se contracte.

Alternativ, dacă densitatea Universului este egală sau sub densitatea critică, Universul va continua să se extindă până la încetarea formării stelelor. În cele din urmă, toate stelele vor ajunge la sfârșitul duratei lor de viață și vor deveni coji moarte sau găuri negre.

În cele din urmă, găurile negre s-ar ciocni și ar forma găuri negre din ce în ce mai mari. Acest lucru ar duce în cele din urmă la „moarte prin căldură” în Univers, unde ultima radiație electromagnetică ar fi consumată. Găurile negre în sine ar dispărea în cele din urmă după ce aruncă ultima radiație Hawking.

Începând cu anii 1990, observațiile care au condus la teoria Energiei Întunecate au stimulat noi discuții despre soarta Universului. Acum se teorizează că, pe măsură ce spațiul continuă să se extindă, tot mai mult din Universul observabil va trece dincolo de CMB și va deveni invizibil pentru observatori.

Între timp, CMB va continua să se deplaseze spre roșu până când devine vizibil doar în lungimea de undă radio. În cele din urmă, va dispărea complet și astronomii nu vor vedea altceva decât negru dincolo de marginea a ceea ce este vizibil.

O altă posibilitate este scenariul „Big Rip”, unde expansiunea continuă va conduce în cele din urmă la galaxii, stele, planete și chiar atomii în sine, ceea ce va duce la moartea întregii materii.

Big Crunch, Big Freeze sau Big Rip? At this juncture, we just don't know. The same is true when it comes to theories of how the Universe began - was it a Big Bang or more of a Big Bounce?

This is also the case when it comes to our attempts to unify gravity with the other fundamental forces. Right now, the best we have are theories that have a certain logical consistency but remain unproven.

As Socrates famously said: "One thing only I know, and that is that I know nothing." This knowledge, it is said, is what made Socrates the wisest man in all the land. In the same respect, humanity's grasp of the Universe is strangely paradoxical.

We know it's expanding, we're just not sure how. We know how much mass is out there, we just can't see most of it. We know how gravity works, just not how it fits with the other forces. We don't know how it began or will end, but we have some theories that fit with the observable evidence.

So while there is much that we don't know about the Universe, we at least have a pretty good idea of what we don't know. This puts us at an advantage over previous generations of humanity who were not only ignorant of the Universe at large but ignorant or their ignorance.

We are also at a point in our technological evolution where we can see more of the Universe than ever before, whether that's on the largest or smallest of scales. Between next-generation instruments, supercomputers, and particle accelerators, scientists are pushing the boundaries of what we can see.

The only way to overcome ignorance is to know where our ignorance lies and then address it. In that respect, humanity is poised to learn a great deal in the near future!

  • NASA- The Big Bang
  • CERN - The Standard Model
  • Wikipedia - Theory of Everything
  • Hyperphysics - General Relativity
  • Space - Einstein's Theory of Relativity
  • University of Cambridge - David Tong: Special Relativity
  • Stanford Encyclopedia of Philosophy - Quantum Field Theory
  • Marxist.org - Albert Einstein Reference Archive: The Special and General Theory


Priveste filmarea: Omul intre doua lumi. Patrunde in misterele universului! (Iunie 2022).


Comentarii:

  1. Sancho

    Această situație îmi este familiară. Este gata să ajute.

  2. Shall

    butar, a fairy tale for children ...........

  3. Perkins

    M -am gândit și am șters gândul

  4. Meztikora

    Doar o idee grozavă te -a vizitat

  5. Melanippus

    direct la obiectiv

  6. Weston

    Sunt sigur de asta.

  7. Nazragore

    I am also concerned about this question.



Scrie un mesaj