Come è diventato uno spazio apparentemente infinito? E cosa diventerà dopo molti milioni e miliardi di anni? Queste domande hanno tormentato (e continuano a tormentare) le menti di filosofi e scienziati, a quanto pare, fin dall'inizio dei tempi, dando origine a molte teorie interessanti e talvolta persino folli

Oggi, la maggior parte degli astronomi e cosmologi sono giunti ad un accordo generale sul fatto che l'universo come lo conosciamo è stato il risultato di una gigantesca esplosione che non solo ha creato la maggior parte della materia, ma è stata la fonte delle leggi fisiche fondamentali secondo cui il cosmo ci circonda esiste. Tutto ciò è chiamato teoria del big bang.

Le basi della teoria del Big Bang sono relativamente semplici. Quindi, in breve, secondo esso, tutta la materia che esisteva e che esiste ora nell'universo è apparsa contemporaneamente, circa 13,8 miliardi di anni fa. In quel momento, tutta la materia esisteva sotto forma di una palla (o punto) astratta molto compatta con densità e temperatura infinite. Questo stato fu chiamato singolarità. All'improvviso, la singolarità cominciò ad espandersi e diede vita all'universo che conosciamo.

Vale la pena notare che la teoria del Big Bang è solo una delle tante ipotesi proposte sull'origine dell'universo (ad esempio, esiste anche la teoria di un universo stazionario), ma ha ricevuto il più ampio riconoscimento e popolarità. Non solo spiega l'origine di tutta la materia conosciuta, le leggi della fisica e la struttura più ampia dell'universo, ma descrive anche le ragioni dell'espansione dell'universo e molti altri aspetti e fenomeni.

Cronologia degli eventi nella teoria del big bang.

Basandosi sulla conoscenza dello stato attuale dell'universo, gli scienziati teorizzano che tutto deve essere iniziato da un unico punto con densità infinita e tempo finito, che ha cominciato ad espandersi. Dopo l'espansione iniziale, secondo la teoria, l'universo ha attraversato una fase di raffreddamento che ha consentito l'emergere di particelle subatomiche e successivamente di atomi semplici. Nuvole giganti di questi antichi elementi in seguito, grazie alla gravità, iniziarono a formare stelle e galassie.

Tutto questo, secondo gli scienziati, è iniziato circa 13,8 miliardi di anni fa, e quindi questo punto di partenza è considerato l'età dell'universo. Esplorando vari principi teorici, conducendo esperimenti che coinvolgono acceleratori di particelle e stati ad alta energia e conducendo studi astronomici sui confini più remoti dell'universo, gli scienziati hanno dedotto e proposto una cronologia di eventi che ha avuto inizio con il big bang e ha portato infine l'universo a quello stato di evoluzione cosmica che si sta verificando ora.

Gli scienziati ritengono che i primi periodi delle origini dell'universo - che durano da 10-43 a 10-11 secondi dopo il big bang - siano ancora oggetto di dibattito e dibattito. Attenzione! Solo se teniamo conto del fatto che le leggi della fisica che conosciamo ora non potevano esistere a quel tempo, allora è molto difficile capire come fossero regolati i processi in questo universo primordiale. Inoltre, non sono ancora stati effettuati esperimenti utilizzando i possibili tipi di energie che potrebbero essere presenti in quel momento. Comunque sia, molte teorie sull'origine dell'universo alla fine concordano sul fatto che ad un certo punto nel tempo c'è stato un punto di partenza da cui tutto ha avuto inizio.

L'era della singolarità.

Conosciuto anche come epoca di Planck (o era di Planck), è considerato il primo periodo conosciuto nell'evoluzione dell'universo. A quel tempo, tutta la materia era contenuta in un unico punto di densità e temperatura infinite. Durante questo periodo, secondo gli scienziati, gli effetti quantistici delle interazioni gravitazionali dominavano quelli fisici, e nessuna forza fisica era uguale in intensità alla gravità.

Si suppone che l'era di Planck sia durata da 0 a 10-43 secondi ed è così chiamata perché la sua durata può essere misurata solo tramite il tempo di Planck. A causa delle temperature estreme e della densità infinita della materia, lo stato dell’universo durante questo periodo di tempo era estremamente instabile. Seguirono periodi di espansione e raffreddamento che diedero origine alle forze fondamentali della fisica.

Approssimativamente nel periodo compreso tra 10-43 e 10-36 secondi, nell'universo si è verificato un processo di collisione degli stati di temperatura di transizione. Si ritiene che fu a questo punto che le forze fondamentali che governano l'universo attuale iniziarono a separarsi l'una dall'altra. Il primo passo di questa separazione fu l’emergere delle forze gravitazionali, delle interazioni nucleari forti e deboli e dell’elettromagnetismo.

Nel periodo compreso tra circa 10-36 e 10-32 secondi dopo il big bang, la temperatura dell'universo divenne abbastanza bassa (1028 K), il che portò alla separazione delle forze elettromagnetiche (la forza forte) e della forza nucleare debole ( la forza debole).

L'era dell'inflazione.

Con l'avvento delle prime forze fondamentali nell'universo, iniziò l'era dell'inflazione, che durò da 10-32 secondi nel tempo di Planck fino a un momento sconosciuto. La maggior parte dei modelli cosmologici suggerisce che l’universo durante questo periodo fosse uniformemente pieno di energia ad alta densità, e temperature e pressioni incredibilmente elevate ne causassero una rapida espansione e raffreddamento.

Ciò iniziò tra 10 e 37 secondi, quando alla fase di transizione che causò la separazione delle forze seguì l'espansione dell'universo in progressione geometrica. Nello stesso periodo di tempo, l'universo era in uno stato di bariogenesi, quando la temperatura era così alta che il movimento casuale delle particelle nello spazio avveniva a una velocità prossima alla luce.

In questo momento, si formano coppie di particelle-antiparticelle che si scontrano e si distruggono immediatamente, il che si ritiene abbia portato al dominio della materia sull'antimateria nell'universo moderno. Dopo che l’inflazione si fermò, l’universo consisteva di plasma di quark e gluoni e di altre particelle elementari. Da quel momento in poi, l'universo cominciò a raffreddarsi, la materia cominciò a formarsi e combinarsi.

L'era del raffreddamento.

Man mano che la densità e la temperatura all'interno dell'universo diminuivano, l'energia in ciascuna particella cominciò a diminuire. Questo stato transitorio durò finché le forze fondamentali e le particelle elementari non arrivarono alla loro forma attuale. Poiché l’energia delle particelle è scesa a valori che oggi possono essere raggiunti negli esperimenti, l’effettiva possibile esistenza di questo periodo di tempo è molto meno controversa tra gli scienziati.

Ad esempio, gli scienziati ritengono che 10-11 secondi dopo il big bang, l'energia delle particelle sia diminuita in modo significativo. Dopo circa 10-6 secondi, quark e gluoni iniziarono a formare barioni: protoni e neutroni. I quark cominciarono a predominare sugli antiquark, il che a sua volta portò alla predominanza dei barioni sugli antibarioni.

Poiché la temperatura non era più sufficientemente elevata da creare nuove coppie protone-antiprotone (o coppie neutrone-antineutrone), seguì la massiccia distruzione di queste particelle, con il risultato che rimaneva solo 1/1010 del numero di protoni e neutroni originali e la completa scomparsa delle loro antiparticelle. Un processo simile si è verificato circa 1 secondo dopo il big bang. Solo le “Vittime” questa volta erano elettroni e positroni. Dopo la distruzione di massa, i restanti protoni, neutroni ed elettroni cessarono il loro movimento casuale e la densità energetica dell'universo si riempì di fotoni e, in misura minore, di neutrini.

Durante i primi minuti dell'espansione dell'universo, iniziò un periodo di nucleosintesi (la sintesi degli elementi chimici) con la temperatura che scese fino a 1 miliardo di Kelvin e la densità di energia diminuì fino a valori approssimativamente equivalenti a quelli dell'aria, dei neutroni e dell'energia. i protoni iniziarono a mescolarsi e formare il primo isotopo stabile dell'idrogeno (deuterio) e degli atomi di elio. Tuttavia, la maggior parte dei protoni nell'universo rimasero come nuclei sconnessi di atomi di idrogeno.

Dopo circa 379.000 anni, gli elettroni si combinarono con questi nuclei di idrogeno per formare atomi (sempre prevalentemente idrogeno), mentre la radiazione si separò dalla materia e continuò ad espandersi praticamente senza ostacoli attraverso lo spazio. Questa radiazione è chiamata radiazione cosmica di fondo a microonde ed è la più antica fonte di luce nell'universo.

Con l'espansione, il fondo cosmico a microonde ha perso gradualmente la sua densità ed energia, e al momento la sua temperatura è 2,7260 ± 0,0013 K (- 270,424 C), e la densità energetica è 0,25 eV (o 4,005x10-14 J/m? ; 400- 500 Fotoni/cm. La CMB si estende in tutte le direzioni e per una distanza di circa 13,8 miliardi di anni luce, ma le stime della sua distribuzione effettiva indicano circa 46 miliardi di anni luce dal centro dell'universo.

L'era della struttura (era gerarchica).

Nel corso dei successivi miliardi di anni, regioni di materia più dense, distribuite quasi uniformemente in tutto l’universo, iniziarono ad attrarsi a vicenda. Di conseguenza, divennero ancora più densi e iniziarono a formare nubi di gas, stelle, galassie e altre strutture astronomiche che possiamo osservare oggi. Questo periodo è chiamato era gerarchica. In questo momento, l'universo che vediamo ora cominciò a prendere forma. La materia cominciò a unirsi in strutture di varie dimensioni: stelle, pianeti, galassie, ammassi di galassie e supercluster galattici, separati da ponti intergalattici contenenti solo poche galassie.

I dettagli di questo processo possono essere descritti in base all'idea della quantità e del tipo di materia distribuita nell'universo, che è rappresentata come materia oscura fredda, calda, calda e materia barionica. Tuttavia, l’attuale modello cosmologico standard del big bang è il modello lambda-CDM, secondo il quale le particelle di materia oscura si muovono più lentamente della velocità della luce. È stato scelto perché risolve tutte le contraddizioni che apparivano in altri modelli cosmologici.

Secondo questo modello, la materia oscura fredda rappresenta circa il 23% di tutta la materia/energia nell’universo. La percentuale di materia barionica è di circa il 4,6%. Lambda - CDM si riferisce alla cosiddetta costante cosmologica: una teoria proposta da Albert Einstein che caratterizza le proprietà del vuoto e mostra il rapporto di equilibrio tra massa ed energia come una quantità statica costante. In questo caso, è associata all’energia oscura, che funge da acceleratore dell’espansione dell’universo e mantiene le strutture cosmologiche giganti in gran parte omogenee.

Previsioni a lungo termine sul futuro dell'universo.

L'ipotesi che l'evoluzione dell'universo abbia un punto di partenza porta naturalmente gli scienziati a interrogarsi sul possibile punto finale di questo processo. Solo se l’universo ha iniziato la sua storia da un piccolo punto con densità infinita, che improvvisamente ha cominciato ad espandersi, ciò non significa che si espanderà anche indefinitamente, oppure un giorno esaurirà la forza espansiva e inizierà il processo inverso di compressione , il cui risultato finale sarà sempre lo stesso punto infinitamente denso?

Rispondere a queste domande è stato l’obiettivo principale dei cosmologi fin dall’inizio del dibattito su quale modello cosmologico dell’universo fosse corretto. Con l’accettazione della teoria del Big Bang, ma soprattutto grazie all’osservazione dell’energia oscura negli anni ’90, gli scienziati sono giunti a un consenso sui due scenari più probabili per l’evoluzione dell’universo.

Secondo il primo, chiamato Big Crunch, l'universo raggiungerà la sua dimensione massima e inizierà a collassare. Questo scenario sarà possibile solo se la densità di massa dell’universo diventerà maggiore della densità critica stessa. In altre parole, se la densità della materia raggiunge o supera un certo valore (1-3x10-26 kg di materia per m), l'universo inizierà a contrarsi.

Un'alternativa è un altro scenario, in cui si afferma che se la densità nell'universo è uguale o inferiore al valore di densità critica, la sua espansione rallenterà, ma non si fermerà mai completamente. Secondo questa ipotesi, chiamata "Morte termica dell'Universo", l'espansione continuerà finché la formazione stellare non smetterà di consumare il gas interstellare all'interno di ciascuna delle galassie circostanti. Cioè, il trasferimento di energia e materia da un oggetto all'altro si fermerà completamente. Tutte le stelle esistenti in questo caso si bruceranno e si trasformeranno in nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri.

A poco a poco, i buchi neri entreranno in collisione con altri buchi neri, portando alla formazione di buchi neri sempre più grandi. La temperatura media dell’universo si avvicinerà allo zero assoluto. I buchi neri alla fine "evaporano", rilasciando la loro ultima radiazione hawking. Alla fine, l’entropia termodinamica nell’universo raggiungerà il suo massimo. Si verificherà la morte per calore.

Le osservazioni moderne che tengono conto della presenza dell'energia oscura e della sua influenza sull'espansione dello spazio hanno portato gli scienziati a concludere che nel tempo, sempre più parte dell'universo passerà oltre il nostro orizzonte degli eventi e diventerà invisibile per noi. Il risultato finale e logico di ciò non è ancora noto agli scienziati, ma la “morte termica” potrebbe essere il punto finale di tali eventi.

Ci sono altre ipotesi riguardanti la distribuzione dell'energia oscura, o più precisamente, i suoi possibili tipi (ad esempio, l'energia fantasma. Secondo loro, gli ammassi galattici, le stelle, i pianeti, gli atomi, i nuclei atomici e la materia stessa verranno distrutti di conseguenza della sua espansione infinita. Tale scenario evolutivo è chiamato “Big Rip”. La causa della morte dell’universo secondo questo scenario è l’espansione stessa.

Storia della teoria del Big Bang.

La prima menzione del Big Bang risale all'inizio del XX secolo ed è associata all'osservazione dello spazio. Nel 1912, l'astronomo americano Vesto Slifer fece una serie di osservazioni di galassie a spirale (che originariamente si pensava fossero nebulose) e misurò il loro spostamento verso il rosso Doppler. In quasi tutti i casi, le osservazioni hanno dimostrato che le galassie a spirale si stanno allontanando dalla nostra Via Lattea.

Nel 1922, l’eminente matematico e cosmologo russo Alexander Friedman derivò le cosiddette equazioni di Friedmann dalle equazioni di Einstein per la relatività generale. Nonostante la promozione da parte di Einstein di una teoria a favore di una costante cosmologica, il lavoro di Friedman dimostrò che l'universo era piuttosto in uno stato di espansione.

Nel 1924, le misurazioni di Edwin Hubble della distanza di una vicina nebulosa a spirale mostrarono che questi sistemi erano in realtà galassie diverse. Allo stesso tempo, Hubble iniziò a sviluppare una serie di misurazioni di sottrazione della distanza utilizzando il telescopio Hooker da 2,5 metri presso l'Osservatorio di Mount Wilson. Nel 1929 Hubble aveva scoperto una relazione tra la distanza e la velocità con cui le galassie si allontanano, che in seguito divenne la legge di Hubble.

Nel 1927, il matematico, fisico e prete cattolico belga Georges Lemaître arrivò indipendentemente agli stessi risultati delle equazioni di Friedmann, e fu il primo a formulare la relazione tra la distanza e la velocità delle galassie, offrendo la prima stima del coefficiente di questa relazione. Lemaitre credeva che ad un certo punto del passato l'intera massa dell'universo fosse concentrata in un punto (atomo.

Queste scoperte e ipotesi provocarono molti dibattiti tra i fisici degli anni '20 e '30, la maggior parte dei quali credeva che l'universo fosse in uno stato stazionario. Secondo il modello allora stabilito, con l'infinita espansione dell'universo venne creata nuova materia, distribuita uniformemente ed equamente in densità in tutta la sua estensione. Tra gli scienziati che la sostenevano, l’idea del big bang sembrava più teologica che scientifica. Il Lemaitre è stato criticato per essere parziale sulla base di pregiudizi religiosi.

Va notato che nello stesso periodo esistevano anche altre teorie. Ad esempio, il modello Milne dell'universo e il modello ciclico. Entrambi si basavano sui postulati della teoria generale della relatività di Einstein e successivamente ricevettero il sostegno dello stesso scienziato. Secondo questi modelli, l’universo esiste in un flusso infinito di cicli ripetuti di espansione e collasso.

1. L'era della singolarità (Planckiano). È considerato primario, come il primo periodo evolutivo dell'Universo. La materia era concentrata in un punto, che aveva una propria temperatura e una densità infinita. Gli scienziati sostengono che questa era è caratterizzata dal predominio degli effetti quantistici appartenenti all'interazione gravitazionale su quelli fisici, e nessuna forza fisica che esisteva in quei tempi lontani era identica in forza alla gravità, cioè non era uguale ad essa. La durata dell'era di Planck è concentrata nell'intervallo da 0 a 10-43 secondi. Ha ricevuto questo nome perché solo il tempo di Planck poteva misurarne appieno l'estensione. Questo intervallo di tempo è considerato molto instabile, il che a sua volta è strettamente correlato alla temperatura estrema e alla densità illimitata della materia. Dopo l'era della singolarità si verificò un periodo di espansione e con esso di raffreddamento, che portò alla formazione delle forze fisiche fondamentali.

Come è nato l'Universo. Nascita fredda

Cosa è successo prima dell'Universo? Modello dell'Universo "dormiente".

“Forse prima del Big Bang l’Universo era uno spazio statico molto compatto, in lenta evoluzione”, teorizzano fisici come Kurt Hinterbichler, Austin Joyce e Justin Khoury.

Questo Universo “pre-esplosione” doveva avere uno stato metastabile, cioè essere stabile finché non comparisse uno stato ancora più stabile. Per analogia, immagina una scogliera, sul bordo della quale si trova un masso in stato di vibrazione. Qualsiasi contatto con il masso lo porterà a cadere nell'abisso o, cosa più vicina al nostro caso, ad un Big Bang. Secondo alcune teorie, l’Universo “pre-esplosione” potrebbe esistere in una forma diversa, ad esempio sotto forma di uno spazio oblato e molto denso. Di conseguenza, questo periodo metastabile giunse al termine: si espanse bruscamente e acquisì la forma e lo stato di ciò che vediamo ora.

“Il modello dell’universo dormiente, tuttavia, presenta anche i suoi problemi”, afferma Carroll.

“Si presuppone inoltre che il nostro Universo abbia un basso livello di entropia, ma non spiega perché sia ​​così”.

Tuttavia, Hinterbichler, fisico teorico della Case Western Reserve University, non vede la comparsa di una bassa entropia come un problema.

“Cerchiamo semplicemente una spiegazione delle dinamiche avvenute prima del Big Bang che spieghino perché vediamo ciò che vediamo adesso. Per ora questa è l’unica cosa che ci resta”, dice Hinterbichler.

Carroll, tuttavia, ritiene che esista un'altra teoria di un Universo “pre-esplosione” che possa spiegare il basso livello di entropia presente nel nostro Universo.

Come l'Universo è apparso dal nulla. Come funziona l'Universo

Parliamo di come funziona effettivamente la fisica, secondo i nostri concetti. Dai tempi di Newton, il paradigma della fisica fondamentale non è cambiato; comprende tre parti. Il primo è lo “spazio degli stati”: essenzialmente un elenco di tutte le possibili configurazioni in cui potrebbe esistere l’Universo. Il secondo è un certo stato che rappresenta l'Universo in un determinato momento, solitamente quello attuale. La terza è una certa regola secondo la quale l'Universo si sviluppa nel tempo. Datemi l'Universo oggi e le leggi della fisica vi diranno cosa gli accadrà in futuro. Questo modo di pensare non è meno vero per la meccanica quantistica o la relatività generale o la teoria quantistica dei campi che per la meccanica newtoniana o l’elettrodinamica maxwelliana.

La meccanica quantistica, in particolare, è un'implementazione speciale, ma molto versatile, di questo schema. (La teoria quantistica dei campi è solo un esempio specifico di meccanica quantistica, non un nuovo modo di pensare). Gli stati sono “funzioni d’onda” e l’insieme di tutte le possibili funzioni d’onda di un particolare sistema è chiamato “spazio di Hilbert”. Il suo vantaggio è che limita notevolmente l'insieme delle possibilità (perché è uno spazio vettoriale: una nota per gli esperti). Una volta che mi dirai la sua dimensione (numero di dimensioni), definirai completamente il tuo spazio di Hilbert. Ciò è radicalmente diverso dalla meccanica classica, in cui lo spazio degli stati può diventare estremamente complesso. Ed esiste anche una macchina – la “Hamiltoniana” – che indica esattamente come svilupparsi da uno stato all'altro nel tempo. Ripeto che non esistono molte varietà di Hamiltoniani; è sufficiente scrivere un certo elenco di quantità (autovalori di energia - chiarimento per voi, esperti fastidiosi).

Come è apparsa la vita sulla Terra. La vita sulla Terra

La vita che utilizza una chimica diversa dalla nostra può sorgere sulla Terra più di una volta. Forse. E se troviamo prove di un tale processo, significa che c'è un'alta probabilità che la vita sorga in molti luoghi dell'Universo indipendentemente l'una dall'altra, proprio come è nata la vita sulla Terra. Ma d’altro canto, immaginate come ci sentiremmo se alla fine scoprissimo la vita su un altro pianeta, magari in orbita attorno a una stella lontana, e scoprissimo che ha una chimica identica e forse anche una struttura del DNA identica alla nostra.

Le possibilità che la vita sulla Terra sia nata in modo del tutto spontaneo e per caso sembrano molto piccole. Le probabilità che la stessa vita nasca in un altro luogo sono incredibilmente piccole e praticamente pari a zero. Ma ci sono risposte possibili a queste domande, che gli astronomi inglesi Fred Hoyle e Chandra Wickramasinghe hanno delineato nel loro insolito libro, scritto nel 1979, Life cloud.

Considerando la possibilità estremamente improbabile che la vita sulla Terra sia apparsa da sola, gli autori propongono un’altra spiegazione. Sta nel fatto che l'emergere della vita è avvenuto da qualche parte nello spazio, per poi diffondersi in tutto l'Universo attraverso la panspermia. La vita microscopica intrappolata nei detriti delle collisioni cosmiche può viaggiare mentre è dormiente per periodi di tempo molto lunghi. Dopodiché, quando arriverà a destinazione, dove ricomincerà a svilupparsi. Pertanto, tutta la vita nell’Universo, inclusa la vita sulla Terra, è in realtà la stessa vita.

Video Come è apparso l'Universo

Come l'Universo è apparso dal nulla. Nascita fredda

Tuttavia, il percorso verso tale unificazione può essere pensato a livello qualitativo e qui si aprono prospettive molto interessanti. Uno di questi è stato considerato dal famoso cosmologo, professore all'Università dell'Arizona Lawrence Krauss nel suo libro recentemente pubblicato “A Universe From Nothing”. La sua ipotesi sembra fantastica, ma non contraddice affatto le leggi stabilite della fisica.

Si ritiene che il nostro Universo sia nato da uno stato iniziale molto caldo con una temperatura di circa 1032 Kelvin. Tuttavia, è anche possibile immaginare la nascita fredda degli universi dal vuoto puro, o più precisamente, dalle sue fluttuazioni quantistiche. È noto che tali fluttuazioni danno origine a moltissime particelle virtuali che sono nate letteralmente dal nulla e successivamente sono scomparse senza lasciare traccia. Secondo Krauss, le fluttuazioni del vuoto sono, in linea di principio, capaci di dare origine a protouniversi altrettanto effimeri, che, in determinate condizioni, passano dallo stato virtuale a quello reale.

La questione di come sia nato l'Universo ha sempre preoccupato le persone. Ciò non sorprende, perché tutti vogliono conoscere le proprie origini. Scienziati, preti e scrittori lottano con questa domanda da diversi millenni. Questa domanda eccita le menti non solo degli specialisti, ma anche di ogni persona comune. Tuttavia, vale la pena dire subito che non esiste una risposta al 100% alla domanda su come è nato l’Universo. Esiste solo una teoria supportata dalla maggior parte degli scienziati.

• Qui lo analizzeremo.

Poiché tutto ciò che circonda l'uomo ha il suo inizio, non sorprende che fin dall'antichità l'uomo abbia cercato di trovare l'inizio dell'Universo. Per un uomo del Medioevo, la risposta a questa domanda era abbastanza semplice: Dio ha creato l'Universo. Tuttavia, con lo sviluppo della scienza, gli scienziati iniziarono a mettere in discussione non solo la questione di Dio, ma anche l’idea che l’Universo avesse un inizio.

Nel 1929, grazie all'astronomo americano Hubble, gli scienziati tornarono alla questione delle radici dell'Universo. Il fatto è che Hubble ha dimostrato che le galassie che compongono l'Universo sono in costante movimento. Oltre al movimento, possono anche aumentare, il che significa che l'Universo aumenta. E se cresce, si scopre che una volta c'era una fase dell'inizio di questa crescita. Ciò significa che l'Universo ha un inizio.

Poco dopo, l'astronomo britannico Hoyle avanzò un'ipotesi sensazionale: l'Universo è nato al momento del Big Bang. La sua teoria passò alla storia con quel nome. L'essenza dell'idea di Hoyle è semplice e complessa allo stesso tempo. Credeva che una volta esistesse uno stadio chiamato stato di singolarità cosmica, cioè il tempo era pari a zero e la densità e la temperatura erano uguali all'infinito. E ad un certo punto si è verificata un'esplosione, a seguito della quale la singolarità è stata rotta, e quindi la densità e la temperatura sono cambiate, è iniziata la crescita della materia, il che significa che il tempo ha iniziato a contare. Successivamente, lo stesso Hoyle definì la sua teoria poco convincente, ma ciò non le impedì di diventare l'ipotesi più popolare sull'origine dell'Universo.

Quando è avvenuto quello che Hoyle chiamava il Big Bang? Gli scienziati hanno effettuato molti calcoli, di conseguenza, la maggior parte concordava sulla cifra di 13,5 miliardi di anni. Fu allora che l'Universo cominciò ad apparire dal nulla. In appena una frazione di secondo, l'Universo acquisì dimensioni inferiori a un atomo e iniziò il processo di espansione. La gravità ha giocato un ruolo chiave. La cosa più interessante è che se fosse stato un po' più forte non sarebbe sorto nulla, al massimo un buco nero. E se la gravità fosse un po’ più debole, non sorgerebbe assolutamente nulla.
Pochi secondi dopo l'esplosione, la temperatura nell'Universo diminuì leggermente, dando impulso alla creazione di materia e antimateria. Di conseguenza, gli atomi iniziarono ad apparire. Quindi l'Universo cessò di essere monocromatico. Da qualche parte c'erano più atomi, da qualche parte meno. In alcune parti ha fatto più caldo, in altre la temperatura è stata più bassa. Gli atomi iniziarono a scontrarsi tra loro, formando composti, poi nuove sostanze e infine corpi. Alcuni oggetti avevano una grande energia interna. Queste erano le stelle. Cominciarono a radunare attorno a sé (grazie alla forza di gravità) altri corpi che chiamiamo pianeti. È così che sono nati i sistemi, uno dei quali è il nostro sistema solare.

Big Bang. Problemi del modello e loro risoluzione

1. Il problema della grande scala e dell'isotropia dell'Universo può essere risolto grazie al fatto che durante la fase di inflazione l'espansione è avvenuta a un ritmo insolitamente elevato. Ne consegue che l'intero spazio dell'Universo osservabile è il risultato di una regione causalmente correlata dell'epoca precedente quella inflazionistica.
2. Risolvere il problema di un Universo piatto. Ciò è possibile perché nella fase di inflazione il raggio di curvatura dello spazio aumenta. Questo valore è tale da consentire ai moderni parametri di densità di avere un valore prossimo al critico.
3. L’espansione inflazionistica porta all’emergere di fluttuazioni di densità con una certa ampiezza e forma dello spettro. Ciò rende possibile che queste oscillazioni (fluttuazioni) si sviluppino nell’attuale struttura dell’Universo, pur mantenendo omogeneità e isotropia su larga scala. Questa è una soluzione al problema della struttura su larga scala dell'Universo.

Lo svantaggio principale del modello inflazionistico può essere considerato la sua dipendenza da teorie non ancora dimostrate e non completamente sviluppate.

Ad esempio, il modello si basa sulla teoria del campo unificato, che è ancora solo un’ipotesi. Non può essere testato sperimentalmente in condizioni di laboratorio. Un altro inconveniente del modello è l'incomprensibilità della provenienza della materia surriscaldata ed in espansione. Qui vengono prese in considerazione tre possibilità:

1. La teoria standard del Big Bang suggerisce l’inizio dell’inflazione in una fase molto precoce dell’evoluzione dell’Universo. Ma allora il problema della singolarità non è risolto.
2. La seconda possibilità è l’emergere dell’Universo dal caos. Diverse parti di esso avevano temperature diverse, quindi in alcuni punti si è verificata compressione e in altri espansione. L’inflazione si sarebbe verificata in una regione dell’universo surriscaldata e in espansione. Ma non è chiaro da dove provenga il caos primario.
3. La terza opzione è il percorso della meccanica quantistica, attraverso il quale si è formato un ammasso di materia surriscaldata ed in espansione. In effetti, l’Universo è nato dal nulla.

Oggi voglio parlare della storia del nostro universo. Su come l'universo si è trasformato da un piccolo punto in ciò che ora vediamo intorno a noi.

Eccoci qui.

L'universo esiste da quasi 14 miliardi di anni. Durante questo lunghissimo arco di tempo ha superato diverse epoche della sua storia. Ora siamo nella 13a fase dello sviluppo dell'Universo, chiamata “l'era della materia”.

Come si chiamano tutte le fasi dell'evoluzione dell'Universo, quanto sono durate, cosa è successo durante esse? Come si è sviluppato il mondo intorno a noi?

Questo articolo risponderà a queste domande per te.

Descriverò tutte le fasi della storia dell'Universo in ordine, dal più antico al moderno. Cominciamo dunque con “l’era agostiniana”.

Età agostiniana.

Questa era comprende lo stato dell'universo "prima" e al momento del Big Bang. Non si sa veramente nulla di questa fase dello sviluppo del mondo - ci sono solo ipotesi - poiché le moderne teorie fisiche non possono descrivere gli eventi precedenti all'“era di Planck”. Gli scienziati sanno solo che proprio alla fine di questa era si verificò il Big Bang: l'espansione dello spazio iniziò improvvisamente. All'inizio di questo evento davvero grandioso, l'Universo era imprigionato in un punto molto piccolo, dotato di densità e temperatura infinite, cioè era in uno stato di “singolarità cosmologica”.

Era di Planck.

Questa è la prima fase nello sviluppo dell'Universo su cui esistono ipotesi e descrizioni teoriche. Questa fase è iniziata subito dopo il Big Bang ed è durata per il cosiddetto. "Tempo di Planck" da 0 a 10 -43 secondi dopo la nascita dell'Universo.

A quel tempo (dio sa cosa stava succedendo) le dimensioni dell'Universo erano molto piccole. Tanto che gli effetti quantistici – fenomeni che si verificano con le particelle – hanno prevalso sulle interazioni fisiche.

L'Universo in quest'era aveva anche una temperatura di Planck (10 32 Kelvin), un'energia (10 19 miliardi di elettronvolt), un raggio (10 -35 metri, che è uguale alla lunghezza di Planck) e una densità (10 97 kg/m 3). .

Tutti e quattro i tipi di interazione tra particelle e corpi da esse costituiti (sono anche chiamati “fondamentali”) - nucleare forte e nucleare debole, elettromagnetico, gravitazionale - erano quindi indistinguibili l'uno dall'altro e uniti. Ma non durò a lungo. Tutto era impedito dall’altissima temperatura e densità della materia.

L'era della grande unificazione.

Questa fase dello sviluppo dell'Universo è iniziata 10 -43 secondi e si è conclusa 10 -35 secondi dopo il Big Bang. All'inizio si è verificata una transizione di fase della materia (simile alla condensazione di un liquido da un gas, ma in relazione alle particelle elementari). Ciò è avvenuto a causa della separazione della gravità dalla “singola interazione fondamentale”.

L’era della Grande Unificazione si concluse con un’altra divisione. L'Universo si raffreddò fino a 10 28 Kelvin e l'interazione forte divenne indipendente. Ora solo le forze elettromagnetiche e quelle nucleari deboli rappresentavano un tutto unico.

Questo evento ha comportato un nuovo passaggio di fase. Grazie a lui, nella successiva epoca della storia dell'Universo, apparvero nuove particelle e lo spazio-tempo iniziò un'espansione su larga scala e tagliente. Ci sono stati seri cambiamenti nella distribuzione della densità della materia.

Fase inflazionistica.

La fase di inflazione si colloca sulla scala temporale tra 10 -35 e 10 -32 secondi dopo il Big Bang. Durante quell'epoca, l'Universo aumentò le sue dimensioni molte volte. In precedenza, il raggio del mondo intero era uguale alla “lunghezza di Planck”, ma ora lo spazio si è espanso fino alle dimensioni di un’intera arancia. E poi ha continuato a crescere con accelerazione.

Si sono formati diversi tipi di particelle. Si trattava di quark (le particelle fondamentali che compongono gli adroni - come protoni e neutroni), elettroni, iperoni e neutrini (particelle fondamentali neutre della classe dei leptoni).

Dopo un po ', la temperatura dell'Universo diminuì, a causa della quale si verificò un'altra transizione di fase. Per questo motivo, il cosiddetto Iniziarono la "violazione dell'invarianza CP" e i primi processi di un fenomeno come la "bariogenesi".

Bariogenesi- questa è l'unione di quark e gluoni in nuove particelle composite: gli adroni.

Inoltre, è emersa una misteriosa "asimmetria barionica dell'Universo": la predominanza della materia sull'antimateria. Gli scienziati non sono ancora riusciti a spiegare le ragioni della sua comparsa.

Oltre a quanto scritto sopra, fisici e cosmologi presuppongono che in quest'epoca l'Universo abbia attraversato diversi cicli di riscaldamento e raffreddamento ripetuti.

Alla fine dell’era dell’inflazione, il materiale da costruzione dell’Universo divenne un plasma di quark, antiquark e gluoni (portatori dell’interazione forte).

Un'ulteriore diminuzione della temperatura dell'Universo ha portato ad un'altra transizione di fase. Sta nella formazione delle forze fisiche, delle interazioni fondamentali e delle particelle elementari nella loro forma moderna.

Questa transizione di fase si inserisce in tre epoche e si conclude con la “nucleosintesi primaria”.

Era elettrodebole.

Tra 10 -32 e 10 -12 secondi dopo la nascita dell'universo. Le interazioni elettromagnetiche e quelle deboli hanno finora rappresentato un'unica interazione elettrodebole, perché La temperatura dell’universo è ancora molto alta. poi sono comparsi i bosoni di Higgs (gli stessi che sono stati trovati 3 anni fa al Large Hadron Collider), i basoni W e Z.

Oltre a nuove particelle esotiche e al plasma di quark e gluoni, il cosmo era pieno di fotoni (le particelle fondamentali, o quanti, della radiazione elettromagnetica) e di leptoni.

L'era dei quark.

Questa fase si trova nel periodo che va dai 10 -12 ai 10 -6 secondi dopo il Big Bang. Poi si è verificata la violazione della “simmetria elettrodebole”. Ora tutte le interazioni fondamentali esistono separatamente l'una dall'altra.

Nell’era dei quark, la temperatura e l’energia sono ancora troppo elevate perché i quark possano finalmente fondersi negli adroni.

Una trasformazione significativa avverrà solo nella fase successiva dello sviluppo mondiale.

L'era degli adroni.

Tra 10 -6 e 100 secondi dopo la nascita dell'Universo. Alla fine, il plasma di quark e gluoni si raffreddò a tal punto che la bariogenesi fu completata e nacquero adroni e antiadroni. Tuttavia, la maggior parte di queste particelle si sono annichilate (distrutte a vicenda). Ne è sopravvissuto solo un piccolo resto.

Ben presto l'Universo si raffreddò e si espanse così tanto che la sua temperatura fu sufficiente solo per creare leptoni e antileptoni. Queste particelle stanno rapidamente diventando la massa predominante nell’Universo.

L'era dei leptoni.

L'era dei leptoni è stata collocata tra 100 secondi e 3 minuti dopo il Big Bang. Poi l'Universo divenne trasparente ai neutrini.

Lo spazio continua a raffreddarsi. Alla fine dell'era, la temperatura scese al punto in cui la formazione di nuovi leptoni divenne impossibile. E le coppie “leptone-antileptone” subiscono la sorte degli adroni. La maggior parte di essi vengono distrutti a vicenda. Nell’universo è rimasto solo un piccolo numero di leptoni, motivo per cui dominano i fotoni.

L'era della nucleosintesi.

Contemporaneamente all'era dei leptoni, si è verificata anche questa fase della storia dell'Universo. Grazie al sufficiente raffreddamento della materia, gli adroni sopravvissuti si unirono in nuclei atomici più pesanti dell'idrogeno. Questo processo è chiamato “nucleosintesi primaria”.

Durante questa fase si formò la composizione primaria della materia stellare: 75% di idrogeno, quasi il 25% di elio, una piccola parte di litio, deuterio e boro.

Era del protone.

È iniziato 3 minuti dopo il Big Bang e si è concluso 380.000 anni dopo. La materia cominciò a dominare la radiazione.

Alla fine dell'epoca si verificò la ricombinazione (il processo inverso di ionizzazione) dell'idrogeno. A causa dell’ulteriore diminuzione della temperatura e dell’espansione dell’Universo, la gravità è diventata la forza dominante.

379.000 anni dopo il Big Bang, ad una temperatura dell'Universo di 3000 Kelvin, si verificò un evento significativo: i nuclei di atomi ed elettroni si unirono nei primi atomi. La "ricombinazione primaria" è iniziata. Si tratta di una svolta: la materia passa dallo stato plasmatico, opaco alla radiazione elettromagnetica, allo stato gassoso. L'universo è finalmente diventato trasparente.

Negli ultimi 379.000 anni, i fotoni hanno sofferto più che potevano. Diverse particelle elementari cariche, tra cui una volta c'erano una carrozza e un carretto, bloccavano la luce. I quanti di luce interagivano con loro, motivo per cui sperimentavano continui “calci” e “spinte” da parte dei loro “fratelli”. I fotoni venivano costantemente deviati o assorbiti dalle particelle cariche. Di conseguenza, la luce si è diffusa notevolmente. Se un osservatore si trovasse in quest’epoca, vedrebbe davanti a sé solo una fitta nebbia.

È noto che i fotoni interagiscono solo con particelle cariche positivamente e negativamente. E alla fine dell’“era del protone” del quanto di luce, la fortuna finalmente cambiò direzione. Gli elettroni negativi e i protoni positivi si raggruppano insieme ai neutroni in atomi con carica neutra. Grazie alle nuove particelle composite, i fotoni potevano muoversi liberamente nello spazio e difficilmente interagivano con la materia.

La radiazione CMB è costituita dagli stessi fotoni emessi dal plasma verso la futura posizione della Terra e, a causa della ricombinazione, evitano lo scattering. Ci raggiungono ancora, superando lo spazio in espansione.

Anni oscuri.

Iniziarono subito dopo l’“era del protone” e durarono 550 milioni di anni. L'universo si raffreddò così tanto che dopo l'era dei protoni, quando brillò di sfumature rosse, lo spazio sprofondò nell'oscurità.

Era un'era noiosa di completa oscurità. Non c'erano fonti di luce (stelle o galassie). Ci sono ancora più pianeti e asteroidi. Lo spazio era riempito principalmente con radiazioni relitte di idrogeno, elio e microonde.

Reionizzazione.

Parte della storia dell'Universo iniziata immediatamente dopo i secoli bui e durata 250 milioni di anni. Rispetto al passato, quest’epoca era più divertente e colorata.

Cominciarono a formarsi ammassi: accumuli isolati di polvere di gas interstellare, sorti a causa delle forze di attrazione. I primi oggetti densi furono i quasar. Poi divamparono le prime stelle e apparvero nebulose di gas e polvere.

Sotto la forza di gravità si unirono in ammassi stellari, che divennero le galassie. Questi ultimi formarono i propri ammassi e superammassi.

Poi, nelle profondità delle stelle, si formarono elementi pesanti in grandi quantità. Le esplosioni di supernova le hanno sparse in tutto l'Universo, da cui si sono formati pianeti freddi, asteroidi, meteoroidi e, in definitiva, organismi viventi.

L'era della sostanza.

A partire da 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Questa era è ancora in corso.

Diversi miliardi di anni dopo la “reionizzazione”, iniziò la formazione di pianeti e sistemi planetari, compreso il Sistema Solare. Poco più di 8,4 miliardi di anni dopo il Big Bang si formò la Terra e dopo altri 500 milioni di anni su di essa sorse la vita.

Una delle domande principali che non lascia la coscienza umana è sempre stata ed è la domanda: "come è apparso l'Universo?" Naturalmente, non esiste una risposta definitiva a questa domanda, ed è improbabile che venga ottenuta presto, ma la scienza sta lavorando in questa direzione e sta formando un certo modello teorico dell'origine del nostro Universo. Innanzitutto dovremmo considerare le proprietà fondamentali dell’Universo, che dovrebbero essere descritte nel quadro del modello cosmologico:

• Il modello deve tenere conto delle distanze osservate tra gli oggetti, nonché della velocità e della direzione del loro movimento. Tali calcoli si basano sulla legge di Hubble: cz =H0D, Dove z– spostamento verso il rosso dell'oggetto, D– distanza da questo oggetto, C- velocità della luce.
• L'età dell'Universo nel modello deve superare l'età degli oggetti più antichi del mondo.
• Il modello deve tenere conto dell'abbondanza iniziale di elementi.
• Il modello deve tenere conto dell’osservabile.
• Il modello deve tenere conto del fondo relitto osservato.

Consideriamo brevemente la teoria generalmente accettata dell'origine e della prima evoluzione dell'Universo, supportata dalla maggior parte degli scienziati. Oggi la teoria del Big Bang si riferisce ad una combinazione del modello dell’Universo caldo con il Big Bang. E sebbene questi concetti inizialmente esistessero indipendentemente l'uno dall'altro, come risultato della loro unificazione è stato possibile spiegare la composizione chimica originale dell'Universo, così come la presenza della radiazione cosmica di fondo a microonde.

Secondo questa teoria, l'Universo è nato circa 13,77 miliardi di anni fa da un oggetto denso e riscaldato, difficile da descrivere nel quadro della fisica moderna. Il problema con la singolarità cosmologica, tra le altre cose, è che quando la si descrive, la maggior parte delle quantità fisiche, come la densità e la temperatura, tendono all’infinito. Allo stesso tempo, è noto che all'infinito la densità (la misura del caos) dovrebbe tendere a zero, il che non è in alcun modo compatibile con la temperatura infinita.

• • I primi 10-43 secondi dopo il Big Bang sono chiamati lo stadio del caos quantistico. La natura dell'universo in questa fase dell'esistenza non può essere descritta nel quadro della fisica a noi nota. Lo spazio-tempo continuo e unificato si disintegra in quanti.

• Il momento di Planck è il momento della fine del caos quantistico, che cade tra 10 e 43 secondi. In questo momento, i parametri dell'Universo erano uguali, come la temperatura di Planck (circa 10 32 K). Al momento dell'era di Planck, tutte e quattro le interazioni fondamentali (debole, forte, elettromagnetica e gravitazionale) erano combinate in un'unica interazione. Non è possibile considerare il momento di Planck come un lungo periodo, poiché la fisica moderna non funziona con parametri inferiori al momento di Planck.
• Palcoscenico. La fase successiva nella storia dell'Universo fu la fase inflazionistica. Nel primo momento dell'inflazione, l'interazione gravitazionale era separata dal singolo campo supersimmetrico (che prima comprendeva i campi delle interazioni fondamentali). Durante questo periodo, la materia ha una pressione negativa, che provoca un aumento esponenziale dell'energia cinetica dell'Universo. In poche parole, durante questo periodo l'Universo ha iniziato a gonfiarsi molto rapidamente e, verso la fine, l'energia dei campi fisici si trasforma nell'energia delle particelle ordinarie. Al termine di questa fase, la temperatura della sostanza e della radiazione aumenta notevolmente. Insieme alla fine della fase inflazionistica si evidenzia anche una forte interazione. Anche in questo momento sorge.
• Stadio di dominanza delle radiazioni. La fase successiva nello sviluppo dell'Universo, che comprende diverse fasi. In questa fase, la temperatura dell'Universo inizia a diminuire, si formano i quark, poi gli adroni e i leptoni. Nell'era della nucleosintesi, avviene la formazione degli elementi chimici iniziali e viene sintetizzato l'elio. Tuttavia, la radiazione domina ancora la materia.
• L’era del dominio delle sostanze. Dopo 10.000 anni, l'energia della sostanza supera gradualmente l'energia delle radiazioni e avviene la loro separazione. La materia comincia a dominare la radiazione e appare uno sfondo relitto. Inoltre, la separazione della materia con la radiazione ha migliorato significativamente le disomogeneità iniziali nella distribuzione della materia, a seguito delle quali hanno cominciato a formarsi galassie e supergalassie. Le leggi dell'Universo sono arrivate alla forma in cui le osserviamo oggi.

L'immagine sopra è composta da diverse teorie fondamentali e dà un'idea generale della formazione dell'Universo nelle prime fasi della sua esistenza.

Da dove viene l'Universo?

Se l'Universo è nato da una singolarità cosmologica, allora da dove viene la singolarità stessa? Al momento è impossibile dare una risposta esatta a questa domanda. Consideriamo alcuni modelli cosmologici che influenzano la “nascita dell'Universo”.

Modelli ciclici

Questi modelli si basano sull'affermazione che l'Universo è sempre esistito e nel tempo il suo stato cambia solo, passando dall'espansione alla compressione e viceversa.

• Modello Steinhardt-Turok. Questo modello si basa sulla teoria delle stringhe (teoria M), poiché utilizza un oggetto come una “brana”. Secondo questo modello, l'Universo visibile si trova all'interno di una tribrana che periodicamente, una volta ogni qualche trilione di anni, si scontra con un'altra tribrana, provocando qualcosa di simile al Big Bang. Successivamente, la nostra 3-brana inizia ad allontanarsi dall'altra e ad espandersi. Ad un certo punto, la quota di energia oscura prende la precedenza e il tasso di espansione della 3-brana aumenta. L’espansione colossale disperde materia e radiazioni a tal punto che il mondo diventa quasi omogeneo e vuoto. Alla fine, le 3 brane si scontrano nuovamente, facendo ritornare la nostra alla fase iniziale del suo ciclo, dando nuovamente vita al nostro “Universo”.

• Anche la teoria di Loris Baum e Paul Frampton afferma che l'Universo è ciclico. Secondo la loro teoria, quest'ultima, dopo il Big Bang, si espanderà a causa dell'energia oscura fino ad avvicinarsi al momento della “disintegrazione” dello spazio-tempo stesso – il Big Rip. Come è noto, in un “sistema chiuso, l'entropia non diminuisce” (seconda legge della termodinamica). Da questa affermazione segue che l'Universo non può tornare al suo stato originale, poiché durante tale processo l'entropia deve diminuire. Tuttavia, questo problema è risolto nel quadro di questa teoria. Secondo la teoria di Baum e Frampton, un attimo prima del Big Rip, l'Universo si frantuma in tanti “brandelli”, ognuno dei quali ha un valore di entropia piuttosto piccolo. Sperimentando una serie di transizioni di fase, questi “lembi” dell’Universo precedente generano materia e si sviluppano in modo simile all’Universo originale. Questi nuovi mondi non interagiscono tra loro, poiché si allontanano a velocità superiori a quella della luce. Pertanto, gli scienziati hanno anche evitato la singolarità cosmologica con cui, secondo la maggior parte delle teorie cosmologiche, inizia la nascita dell'Universo. Cioè, al momento della fine del suo ciclo, l'Universo si frantuma in tanti altri mondi non interagenti, che diventeranno nuovi universi.
• Cosmologia ciclica conforme - modello ciclico di Roger Penrose e Vahagn Gurzadyan. Secondo questo modello, l'Universo è in grado di entrare in un nuovo ciclo senza violare la seconda legge della termodinamica. Questa teoria si basa sul presupposto che i buchi neri distruggano l’informazione assorbita, il che in qualche modo riduce “legalmente” l’entropia dell’Universo. Quindi ciascuno di questi cicli dell'esistenza dell'Universo inizia con qualcosa come un Big Bang e termina con una singolarità.

Altri modelli dell'origine dell'Universo

Tra le altre ipotesi che spiegano l'aspetto dell'Universo visibile, le due seguenti sono le più popolari:

• Teoria caotica dell'inflazione: la teoria di Andrei Linde. Secondo questa teoria esiste un certo campo scalare che è disomogeneo in tutto il suo volume. Cioè, in diverse aree dell'universo il campo scalare ha significati diversi. Poi, nelle zone dove il campo è debole, non succede nulla, mentre le zone con un campo forte cominciano ad espandersi (inflazione) a causa della sua energia, formando nuovi universi. Questo scenario implica l'esistenza di molti mondi che sono sorti non contemporaneamente e hanno il proprio insieme di particelle elementari e, di conseguenza, leggi della natura.
• La teoria di Lee Smolin suggerisce che il Big Bang non è l'inizio dell'esistenza dell'Universo, ma è solo una transizione di fase tra i suoi due stati. Poiché prima del Big Bang l'Universo esisteva sotto forma di una singolarità cosmologica, vicina per natura alla singolarità di un buco nero, Smolin suggerisce che l'Universo potrebbe essersi originato da un buco nero.

Risultati

Nonostante il fatto che i modelli ciclici e di altro tipo rispondano a una serie di domande a cui la teoria del Big Bang non può rispondere, incluso il problema della singolarità cosmologica. Tuttavia, se combinato con la teoria inflazionistica, il Big Bang spiega in modo più completo l’origine dell’Universo e concorda anche con molte osservazioni.

Oggi i ricercatori continuano a studiare intensamente i possibili scenari per l'origine dell'Universo, tuttavia è impossibile dare una risposta inconfutabile alla domanda "Come è apparso l'Universo?" – difficilmente avrà successo nel prossimo futuro. Ci sono due ragioni per questo: la prova diretta delle teorie cosmologiche è praticamente impossibile, solo indiretta; Anche teoricamente non è possibile ottenere informazioni precise sul mondo prima del Big Bang. Per questi due motivi, gli scienziati possono solo avanzare ipotesi e costruire modelli cosmologici che descrivano nel modo più accurato la natura dell'Universo che osserviamo.

La grandiosità e la diversità del mondo circostante possono stupire qualsiasi immaginazione. Tutti gli oggetti e gli oggetti che circondano esseri umani, altre persone, vari tipi di piante e animali, particelle che possono essere viste solo al microscopio, nonché ammassi stellari incomprensibili: sono tutti uniti dal concetto di “Universo”.

Le teorie sull'origine dell'Universo sono state sviluppate dall'uomo per molto tempo. Nonostante l'assenza anche di un concetto basilare di religione o scienza, nelle menti curiose degli antichi sorsero domande sui principi dell'ordine mondiale e sulla posizione dell'uomo nello spazio che lo circonda. È difficile contare quante teorie sull'origine dell'Universo esistono oggi, alcune di esse sono studiate da importanti scienziati di fama mondiale, altre sono decisamente fantastiche;

Cosmologia e la sua materia

La cosmologia moderna - la scienza della struttura e dello sviluppo dell'Universo - considera la questione della sua origine come uno dei misteri più interessanti e ancora insufficientemente studiati. La natura dei processi che hanno contribuito all'emergere di stelle, galassie, sistemi solari e pianeti, il loro sviluppo, l'origine dell'emergere dell'Universo, nonché le sue dimensioni e i suoi confini: tutto questo è solo un breve elenco di questioni studiate dagli scienziati moderni.

La ricerca di risposte all'enigma fondamentale sulla formazione del mondo ha portato al fatto che oggi esistono varie teorie sull'origine, l'esistenza e lo sviluppo dell'Universo. L'eccitazione degli specialisti che cercano risposte, costruiscono e verificano ipotesi è giustificata, perché una teoria affidabile della nascita dell'Universo rivelerà a tutta l'umanità la probabilità dell'esistenza della vita in altri sistemi e pianeti.

Le teorie sull'origine dell'Universo hanno la natura di concetti scientifici, ipotesi individuali, insegnamenti religiosi, idee filosofiche e miti. Sono tutti condizionatamente divisi in due categorie principali:

1. Teorie secondo le quali l'Universo è stato creato da un creatore. In altre parole, la loro essenza è che il processo di creazione dell'Universo è stata un'azione cosciente e spirituale, una manifestazione di volontà
2. Teorie sull'origine dell'Universo, costruite sulla base di fattori scientifici. I loro postulati respingono categoricamente sia l'esistenza di un creatore sia la possibilità di una creazione cosciente del mondo. Tali ipotesi si basano spesso su quello che viene chiamato principio di mediocrità. Suggeriscono la possibilità della vita non solo sul nostro pianeta, ma anche su altri.

Creazionismo: la teoria della creazione del mondo da parte del Creatore

Come suggerisce il nome, il creazionismo (creazione) è una teoria religiosa sull'origine dell'universo. Questa visione del mondo si basa sul concetto della creazione dell'universo, del pianeta e dell'uomo da parte di Dio o del Creatore.

L'idea fu dominante per molto tempo, fino alla fine del XIX secolo, quando il processo di accumulo della conoscenza in vari campi della scienza (biologia, astronomia, fisica) accelerò e la teoria evoluzionistica si diffuse. Il creazionismo è diventato una reazione peculiare dei cristiani che hanno opinioni conservatrici sulle scoperte fatte. L'idea dominante a quel tempo non fece altro che rafforzare le contraddizioni che esistevano tra le teorie religiose e altre.

Qual è la differenza tra teorie scientifiche e religiose?

Le principali differenze tra le teorie di varie categorie risiedono principalmente nei termini utilizzati dai loro aderenti. Pertanto, nelle ipotesi scientifiche, invece del creatore c'è la natura e invece della creazione c'è l'origine. Insieme a questo, ci sono questioni che sono trattate in modo simile da teorie diverse o addirittura completamente duplicate.

Le teorie sull'origine dell'Universo, appartenenti a categorie opposte, datano diversamente la sua stessa apparizione. Ad esempio, secondo l'ipotesi più comune (la teoria del big bang), l'Universo si è formato circa 13 miliardi di anni fa.

Al contrario, la teoria religiosa dell’origine dell’Universo fornisce cifre completamente diverse:

• Secondo fonti cristiane, l'età dell'Universo creato da Dio al momento della nascita di Gesù Cristo era di 3483-6984 anni.
• L’induismo suggerisce che il nostro mondo abbia circa 155 trilioni di anni.

Kant e il suo modello cosmologico

Fino al 20° secolo, la maggior parte degli scienziati riteneva che l’Universo fosse infinito. Con questa qualità caratterizzavano il tempo e lo spazio. Inoltre, secondo loro, l'Universo era statico e omogeneo.

L'idea dell'illimitatezza dell'Universo nello spazio è stata avanzata da Isaac Newton. Questa ipotesi è stata sviluppata da qualcuno che ha sviluppato una teoria sull'assenza di confini temporali. Kant, approfondendo i suoi presupposti teorici, estese l'infinità dell'Universo al numero dei possibili prodotti biologici. Questo postulato significava che nelle condizioni di un mondo antico e vasto senza fine e senza inizio, potevano esserci innumerevoli opzioni possibili, a seguito delle quali potrebbe effettivamente verificarsi la comparsa di qualsiasi specie biologica.

Sulla base della possibile comparsa di forme di vita, la teoria di Darwin fu successivamente sviluppata. Le osservazioni del cielo stellato e i risultati dei calcoli degli astronomi confermarono il modello cosmologico di Kant.

Le riflessioni di Einstein

All'inizio del 20° secolo, Albert Einstein pubblicò il proprio modello dell'Universo. Secondo la sua teoria della relatività, nell'Universo si verificano contemporaneamente due processi opposti: espansione e contrazione. Tuttavia, era d'accordo con l'opinione della maggior parte degli scienziati sulla natura stazionaria dell'Universo, quindi introdusse il concetto di forza repulsiva cosmica. Il suo effetto è progettato per bilanciare l'attrazione delle stelle e fermare il processo di movimento di tutti i corpi celesti per mantenere la staticità dell'Universo.

Il modello dell'Universo – secondo Einstein – ha una certa dimensione, ma non ci sono confini. Questa combinazione è possibile solo quando lo spazio è curvo allo stesso modo di una sfera.

Le caratteristiche dello spazio di tale modello sono:

• Tridimensionalità.
• Chiudersi.
• Omogeneità (assenza di centro e bordo), in cui le galassie sono distribuite uniformemente.

A. A. Friedman: L'Universo si sta espandendo

Il creatore del rivoluzionario modello in espansione dell'Universo, A. A. Friedman (URSS), costruì la sua teoria sulla base delle equazioni che caratterizzano la teoria generale della relatività. È vero, l'opinione generalmente accettata nel mondo scientifico di quel tempo era che il nostro mondo fosse statico, quindi al suo lavoro non veniva prestata la dovuta attenzione.

Alcuni anni dopo, l'astronomo Edwin Hubble fece una scoperta che confermò le idee di Friedman. È stata scoperta la distanza delle galassie dalla vicina Via Lattea. Allo stesso tempo, è diventato inconfutabile il fatto che la velocità del loro movimento rimane proporzionale alla distanza tra loro e la nostra galassia.

Questa scoperta spiega la costante "dispersione" di stelle e galassie l'una rispetto all'altra, che porta alla conclusione sull'espansione dell'universo.

Alla fine, le conclusioni di Friedman furono riconosciute da Einstein, che successivamente menzionò i meriti dello scienziato sovietico come fondatore dell'ipotesi sull'espansione dell'Universo.

Non si può dire che ci siano contraddizioni tra questa teoria e la teoria della relatività generale, ma durante l'espansione dell'Universo deve esserci stato un impulso iniziale che ha provocato il ritiro delle stelle. Per analogia con un'esplosione, l'idea fu chiamata "Big Bang".

Stephen Hawking e il principio antropico

Il risultato dei calcoli e delle scoperte di Stephen Hawking fu la teoria antropocentrica dell'origine dell'Universo. Il suo creatore sostiene che l'esistenza di un pianeta così ben preparato per la vita umana non può essere casuale.

La teoria dell'origine dell'Universo di Stephen Hawking prevede anche la graduale evaporazione dei buchi neri, la loro perdita di energia e l'emissione della radiazione di Hawking.

Come risultato della ricerca di prove, sono state identificate e testate più di 40 caratteristiche, la cui osservanza è necessaria per lo sviluppo della civiltà. L'astrofisico americano Hugh Ross ha valutato la probabilità di una coincidenza così involontaria. Il risultato è stato il numero 10 -53.

Il nostro Universo contiene trilioni di galassie, ciascuna con 100 miliardi di stelle. Secondo i calcoli effettuati dagli scienziati, il numero totale di pianeti dovrebbe essere 10 20. Questa cifra è 33 ordini di grandezza inferiore a quella calcolata in precedenza. Di conseguenza, nessun pianeta in tutte le galassie può combinare condizioni adatte all'emergere spontaneo della vita.

La teoria del Big Bang: l'origine dell'universo da una minuscola particella

Gli scienziati che sostengono la teoria del Big Bang condividono l’ipotesi che l’universo sia la conseguenza di una grande esplosione. Il postulato principale della teoria è l'affermazione che prima di questo evento tutti gli elementi dell'Universo attuale erano contenuti in una particella di dimensioni microscopiche. Trovandosi al suo interno, gli elementi erano caratterizzati da uno stato singolare in cui non era possibile misurare indicatori quali temperatura, densità e pressione. Sono infiniti. La materia e l'energia in questo stato non sono influenzate dalle leggi della fisica.

Ciò che è accaduto 15 miliardi di anni fa si chiama instabilità che si è verificata all'interno della particella. I minuscoli elementi sparsi gettarono le basi per il mondo che conosciamo oggi.

All'inizio l'Universo era una nebulosa formata da minuscole particelle (più piccole di un atomo). Quindi, combinandosi, formarono atomi che servirono come base per le galassie stellari. Rispondere alle domande su cosa è successo prima dell'esplosione e cosa l'ha causata sono i compiti più importanti di questa teoria dell'origine dell'Universo.

La tabella raffigura schematicamente le fasi di formazione dell'universo dopo il big bang.

Come segue dai dati di cui sopra, l'Universo continua ad espandersi e raffreddarsi.

Il costante aumento della distanza tra le galassie è il postulato principale: ciò che rende diversa la teoria del Big Bang. L'emergere dell'Universo in questo modo può essere confermato dalle prove trovate. Ci sono anche ragioni per confutarlo.

Problemi di teoria

Dato che la teoria del Big Bang non è stata dimostrata nella pratica, non sorprende che ci siano diverse domande a cui non può rispondere:

1. Singolarità. Questa parola denota lo stato dell'Universo, compresso in un punto. Il problema con la teoria del Big Bang è l’impossibilità di descrivere i processi che avvengono nella materia e nello spazio in tale stato. La legge generale della relatività non si applica qui, quindi è impossibile creare una descrizione matematica ed equazioni per la modellazione.
   L'impossibilità fondamentale di ottenere una risposta alla domanda sullo stato iniziale dell'Universo scredita la teoria fin dall'inizio. Le sue esposizioni scientifiche divulgative preferiscono mettere a tacere o menzionare solo di sfuggita questa complessità. Tuttavia, per gli scienziati che lavorano per fornire una base matematica alla teoria del Big Bang, questa difficoltà è riconosciuta come un ostacolo importante.
2. Astronomia. In questo ambito la teoria del Big Bang si scontra con il fatto che non può descrivere il processo di origine delle galassie. Sulla base delle attuali versioni delle teorie, è possibile prevedere come apparirà una nube omogenea di gas. Inoltre, la sua densità ormai dovrebbe essere di circa un atomo per metro cubo. Per ottenere qualcosa in più non si può fare a meno di aggiustare lo stato iniziale dell'Universo. La mancanza di informazioni e di esperienza pratica in questo settore diventa un serio ostacolo per ulteriori modellizzazioni.

C'è anche una discrepanza tra la massa calcolata della nostra galassia e i dati ottenuti studiando la velocità della sua attrazione. A quanto pare, il peso della nostra galassia è dieci volte maggiore di quanto si pensasse in precedenza.

Cosmologia e fisica quantistica

Oggi non esistono teorie cosmologiche che non siano basate sulla meccanica quantistica. Dopotutto, si tratta della descrizione del comportamento degli atomi e. La differenza tra la fisica quantistica e quella classica (spiegata da Newton) è che la seconda osserva e descrive oggetti materiali, e la prima presuppone una descrizione esclusivamente matematica dell'osservazione e della misurazione stessa. . Per la fisica quantistica i valori materiali non sono oggetto di ricerca; qui l’osservatore stesso è parte della situazione oggetto di studio.

Sulla base di queste caratteristiche, la meccanica quantistica ha difficoltà a descrivere l'Universo, perché l'osservatore è parte dell'Universo. Tuttavia, parlando dell'emergere dell'universo, è impossibile immaginare osservatori esterni. I tentativi di sviluppare un modello senza la partecipazione di un osservatore esterno furono coronati dalla teoria quantistica dell'origine dell'Universo di J. Wheeler.

La sua essenza è che in ogni momento l'Universo viene diviso e si forma un numero infinito di copie. Di conseguenza, ciascuno degli universi paralleli può essere osservato e gli osservatori possono vedere tutte le alternative quantistiche. Inoltre, il mondo originale e quello nuovo sono reali.

Modello di inflazione

Il compito principale che la teoria dell'inflazione è progettata per risolvere è la ricerca di risposte alle domande lasciate senza risposta dalla teoria del Big Bang e dalla teoria dell'espansione. Vale a dire:

1. Per quale motivo l'Universo si sta espandendo?
2. Cos'è un big bang?

A tal fine, la teoria inflazionistica dell’origine dell’Universo implica estrapolare l’espansione al tempo zero, confinando l’intera massa dell’Universo in un punto e formando una singolarità cosmologica, spesso chiamata big bang.

Diventa evidente l’irrilevanza della teoria generale della relatività, che in questo momento non può essere applicata. Di conseguenza, solo metodi teorici, calcoli e deduzioni possono essere applicati per sviluppare una teoria più generale (o "nuova fisica") e risolvere il problema della singolarità cosmologica.

Nuove teorie alternative

Nonostante il successo del modello dell’inflazione cosmica, ci sono scienziati che si oppongono ad esso, definendolo insostenibile. Il loro argomento principale è la critica alle soluzioni proposte dalla teoria. Gli oppositori sostengono che le soluzioni ottenute lasciano mancanti alcuni dettagli, cioè, invece di risolvere il problema dei valori iniziali, la teoria li drappeggia solo abilmente.

Un'alternativa sono diverse teorie esotiche, la cui idea si basa sulla formazione di valori iniziali prima del big bang. Le nuove teorie sull’origine dell’Universo possono essere brevemente descritte come segue:

• Teoria delle stringhe. I suoi aderenti propongono, oltre alle solite quattro dimensioni di spazio e tempo, di introdurre dimensioni aggiuntive. Potrebbero svolgere un ruolo nelle prime fasi dell'Universo e al momento trovarsi in uno stato compattato. Rispondendo alla domanda sul motivo della loro compattazione, gli scienziati offrono una risposta che afferma che la proprietà delle superstringhe è la T-dualità. Pertanto, le corde vengono “avvolte” in dimensioni aggiuntive e la loro dimensione è limitata.
• Teoria delle brane. È anche chiamata teoria M. Secondo i suoi postulati, all'inizio del processo di formazione dell'Universo, c'è uno spazio-tempo freddo e statico a cinque dimensioni. Quattro di loro (spaziali) hanno restrizioni o muri: tre brane. Il nostro spazio funge da uno dei muri e il secondo è nascosto. La terza tre brane si trova nello spazio quadridimensionale ed è delimitata da due brane di confine. La teoria prevede che una terza brana entri in collisione con la nostra e rilasci grandi quantità di energia. Sono queste condizioni che diventano favorevoli alla comparsa del big bang.

1. Le teorie cicliche negano l'unicità del big bang, sostenendo che l'universo si muove da uno stato all'altro. Il problema con tali teorie è l’aumento dell’entropia, secondo la seconda legge della termodinamica. Di conseguenza, la durata dei cicli precedenti era più breve e la temperatura della sostanza era significativamente più alta rispetto alla grande esplosione. La probabilità che ciò accada è estremamente bassa.

Non importa quante teorie esistano sull’origine dell’universo, solo due hanno resistito alla prova del tempo e superato il problema dell’entropia sempre crescente. Sono stati sviluppati dagli scienziati Steinhardt-Turok e Baum-Frampton.

Queste teorie relativamente nuove sull'origine dell'Universo furono avanzate negli anni '80 del secolo scorso. Hanno molti seguaci che sviluppano modelli basati su di esso, cercano prove di affidabilità e lavorano per eliminare le contraddizioni.

Teoria delle stringhe

Una delle più popolari tra le teorie sull'origine dell'Universo - Prima di passare alla descrizione della sua idea, è necessario comprendere i concetti di uno dei suoi concorrenti più vicini, il modello standard. Si presuppone che la materia e le interazioni possano essere descritte come un certo insieme di particelle, divise in diversi gruppi:

• Quark.
• Leptoni.
• Bosoni.

Queste particelle sono, infatti, gli elementi costitutivi dell'universo, poiché sono così piccole da non poter essere divise in componenti.

Una caratteristica distintiva della teoria delle stringhe è l’affermazione che tali mattoni non sono particelle, ma stringhe ultramicroscopiche che vibrano. Allo stesso tempo, oscillando a frequenze diverse, le corde diventano analoghi di varie particelle descritte nel modello standard.

Per comprendere la teoria, dovresti capire che le stringhe non sono materia, sono energia. Pertanto, la teoria delle stringhe conclude che tutti gli elementi dell’universo sono costituiti da energia.

Una buona analogia potrebbe essere il fuoco. Guardandolo si ha l'impressione della sua materialità, ma non si può toccare.

Cosmologia per gli scolari

Le teorie sull'origine dell'Universo vengono studiate brevemente nelle scuole durante le lezioni di astronomia. Agli studenti vengono descritte le teorie di base su come si è formato il nostro mondo, cosa gli sta accadendo ora e come si svilupperà in futuro.

Lo scopo delle lezioni è familiarizzare i bambini con la natura della formazione delle particelle elementari, degli elementi chimici e dei corpi celesti. Le teorie sull'origine dell'Universo per i bambini si riducono a una presentazione della teoria del Big Bang. Gli insegnanti utilizzano materiale visivo: diapositive, tabelle, poster, illustrazioni. Il loro compito principale è risvegliare l'interesse dei bambini per il mondo che li circonda.

Universo- questo è l'intero mondo infinito che ci circonda. Questi sono altri pianeti e stelle, il nostro pianeta Terra, le sue piante e animali, tu ed io - tutto questo è l'Universo, compreso ciò che è oltre la Terra: lo spazio, i pianeti, le stelle. Questa è materia senza fine e senza confini, che assume le forme più diverse della sua esistenza.

Universo- questo è tutto ciò che esiste. Dai più piccoli granelli di polvere e atomi agli enormi accumuli di materia di mondi stellari e sistemi stellari. L'universo, o spazio, è costituito da giganteschi ammassi di stelle.

Da dove viene tutto questo?

Esistono diverse teorie, la più popolare delle quali è la teoria del big bang.

70 anni fa, l'astronomo americano Edwin Hubble scoprì che le galassie si trovano nella parte rossa dello spettro dei colori. Questo, secondo l’“effetto Doppler”, significava che si allontanavano l’uno dall’altro. Inoltre, la luce proveniente dalle galassie più distanti è “più rossa” di quella proveniente da quelle più vicine, il che indica una velocità inferiore di quelle distanti. L'immagine della dispersione di enormi masse di materia ricordava in modo sorprendente l'immagine di un'esplosione. Successivamente venne proposta la teoria del Big Bang.

Secondo i calcoli, ciò è accaduto circa 13,7 miliardi di anni fa. Al momento dell'esplosione, l'Universo era un “punto” che misurava 10-33 centimetri. L'estensione dell'Universo attuale è stimata dagli astronomi in 156 miliardi di anni luce (per confronto: un "punto" è tante volte più piccolo di un protone - il nucleo di un atomo di idrogeno, quanto il protone stesso è più piccolo della Luna).

La sostanza nel "punto" era estremamente calda, il che significa che durante l'esplosione sono comparsi molti quanti di luce. Naturalmente, col passare del tempo, tutto si raffredda e i quanti si disperdono nello spazio emergente, ma gli echi del Big Bang dovrebbero essere sopravvissuti fino ad oggi.
La prima conferma dell'esplosione arrivò nel 1964, quando i radioastronomi americani R. Wilson e A. Penzias scoprirono una radiazione elettromagnetica relitta con una temperatura di circa 3° della scala Kelvin (–270° C). Questa scoperta, inaspettata per gli scienziati, fu considerata a favore del Big Bang.

Quindi, da una nuvola supercalda di particelle subatomiche che si espandevano gradualmente in tutte le direzioni, iniziarono a formarsi gradualmente atomi, sostanze, pianeti, stelle, galassie e alla fine apparve la vita. L’Universo è ancora in espansione e non si sa per quanto tempo continuerà. Forse un giorno raggiungerà il suo limite.

La teoria del Big Bang ha permesso di rispondere a molte domande della cosmologia, ma sfortunatamente, e forse per fortuna, ne ha sollevate anche alcune nuove. In particolare: cosa accadeva prima del Big Bang? Cosa ha portato al riscaldamento iniziale dell'Universo fino a una temperatura inimmaginabile di oltre 1032 gradi K? Perché l'Universo è sorprendentemente omogeneo, mentre durante qualsiasi esplosione la materia si disperde in direzioni diverse in modo estremamente irregolare?

Ma il mistero principale è, ovviamente, il “fenomeno”. Non si sa da dove provenga né come si sia formato. Nelle pubblicazioni scientifiche divulgative, il tema del "fenomeno" viene solitamente omesso del tutto, e nelle pubblicazioni scientifiche specializzate lo scrivono come qualcosa di inaccettabile da un punto di vista scientifico. Stephen Hawking, scienziato di fama mondiale e professore all’Università di Cambridge, e J. F. R. Ellis, professore di matematica all’Università di Cape Town, lo dicono direttamente nel loro libro “Long Scale Space-Time Structure”: “I nostri risultati confermano il concetto che l'universo è nato un numero finito di anni fa. Tuttavia, il punto di partenza della teoria dell’origine dell’Universo a seguito del Big Bang – il cosiddetto “fenomeno” – va oltre le leggi conosciute della fisica”.

Va tenuto presente che il problema del “fenomeno” è solo una parte di un problema molto più ampio, il problema della fonte stessa dello stato iniziale dell’Universo. In altre parole: se originariamente l'Universo era compresso in un punto, cosa lo ha portato a questo stato?

Nel tentativo di aggirare il problema del “fenomeno”, alcuni scienziati propongono altre ipotesi. Una di queste è la teoria dell’“Universo pulsante”. Secondo esso, l'Universo all'infinito, ancora e ancora, si restringe fino a un punto o si espande fino a raggiungere alcuni confini. Un Universo del genere non ha né inizio né fine, ci sono solo cicli di espansione e contrazione. Allo stesso tempo, gli autori dell’ipotesi affermano che l’Universo è sempre esistito, eliminando così apparentemente la questione dell’“inizio del mondo”.

Ma il fatto è che nessuno ha ancora fornito una spiegazione soddisfacente per il meccanismo delle pulsazioni. Perché sta succedendo? Quali sono le ragioni? Il premio Nobel e fisico Steven Weinberg, nel suo libro “I primi tre minuti”, sottolinea che con ogni pulsazione regolare nell'Universo, il rapporto tra il numero di fotoni e il numero di nucleoni deve inevitabilmente aumentare, il che porta all'estinzione dell'energia. nuove pulsazioni. Weinberg conclude che, quindi, il numero di cicli di pulsazione dell'Universo è finito, il che significa che ad un certo punto devono fermarsi. Di conseguenza, l’“Universo pulsante” ha una fine, e quindi ha anche un inizio.

Un'altra teoria sull'origine dell'Universo è la teoria dei “buchi bianchi”, o quasar, che “sputano fuori” intere galassie da se stesse.
Interessante è anche la teoria dei “tunnel spazio-temporali” o “canali spaziali”. L'idea di loro fu espressa per la prima volta nel 1962 dal fisico teorico americano John Wheeler nel suo libro "Geometrodynamics", in cui il ricercatore formulò la possibilità di viaggi intergalattici transdimensionali, insolitamente veloci. Alcune versioni del concetto di “canali spaziali” considerano la possibilità di utilizzarli per viaggiare nel passato e nel futuro, così come verso altri universi e dimensioni.

Il fisico di Stanford Andrei Linde pone domande a cui la teoria del Big Bang non può rispondere. Alcuni di loro sono stati espressi in un articolo del 2007 sulla rivista Stanford Alumni: “Che cosa è esploso esattamente? Perché è esploso in questo preciso momento e ovunque contemporaneamente? Cosa esisteva prima del Big Bang?

Secondo Linde il Big Bang non è stato un evento unico, ma piuttosto un'inflazione disordinata e dispersa. Ha sviluppato la sua teoria caotica dell’inflazione negli anni ’80: espansioni simili al Big Bang possono verificarsi ovunque nello spazio, data una quantità sufficiente di energia potenziale.

"Abbiamo ipotizzato che l'intero universo sia stato creato in un momento", afferma Linde. - Ma in realtà non lo è".

Gli studi sulla radiazione cosmica di fondo a microonde negli anni ’90 hanno mostrato intensità variabili, il che fornisce alcune prove a sostegno della teoria caotica dell’inflazione.

Linde ritiene che, da una prospettiva molto ampia, il cosmo non rientra nel quadro creato dalla scienza: “Invece di un Universo in cui esiste una legge fisica, l’eterna inflazione caotica crea l’immagine di un multiverso eterno e autoreplicante in cui tutto è possibile”, afferma Linde. - Le linee parallele possono intersecarsi a distanza molto lunga. Le leggi della fisica possono cambiare... Semplicemente non siamo in grado di vedere quando ciò accade. Siamo come formiche dentro un'enorme palla."

Altre teorie sull'origine dell'Universo:

Teoria epirotica

Gli aderenti a questa teoria credono che esista un universo parallelo al nostro, che di tanto in tanto si scontra con la sua “sorella”. L'energia della collisione porta a enormi disturbi nello spazio, con conseguente comparsa di particelle che poi formano nebulose gassose, galassie, stelle e altri corpi cosmici.

Dopo la collisione, gli Universi si disperdono, ma più si disperdono, più iniziano ad attrarsi a vicenda (e perché no?). A poco a poco cominciano ad avvicinarsi di nuovo, e a quel punto non ci sono più stelle o altri oggetti in entrambi gli Universi, tutto è distribuito equamente secondo la Seconda Legge della Termodinamica.

Gli universi si scontrano di nuovo, e di nuovo l'energia della collisione crea particelle, e così via, è un ciclo infinito.

Buchi bianchi

Abbiamo tutti sentito parlare dell'esistenza dei buchi neri. In generale, al momento la loro esistenza può essere indovinata solo dal disturbo dei campi gravitazionali/deflessione della luce. Ma gli scienziati stanno già parlando dell'esistenza dei buchi bianchi. Dopotutto, se la materia viene assorbita da un buco nero, deve essere espulsa da qualche parte, giusto?

E in teoria esistono punti in cui la materia viene espulsa anziché assorbita. Finora non sono stati rilevati, ma i sostenitori di questa teoria non rinunciano alla speranza di scoprire un buco bianco nel prossimo futuro.

In generale, l’esistenza dei buchi bianchi, qualora venissero effettivamente scoperti, viola diverse leggi fondamentali della fisica. E se un buco bianco viene effettivamente scoperto, allora le basi della scienza attuale dovranno essere riparate, e in modo molto approfondito (ancora una volta, tra l'altro).

L'Universo è il prodotto di un buco nero

Una teoria molto interessante secondo la quale i buchi neri che espellono la materia verso una destinazione sconosciuta creano in realtà nuovi Universi che compaiono ancora più velocemente dei funghi dopo la pioggia. Ogni particella assorbita da un buco nero può essere l'inizio di un nuovo Universo, dopo che la particella, dotata di un'enorme energia, esplode. Sarà un Big Bang, e di Bang ce ne sono molti.

Ogni Universo generato, a sua volta, genera nuovi buchi neri e quelli - nuovi Universi. In generale, mi gira la testa, è molto difficile immaginare tutto questo vortice infinito.

Teoria quantistica dei mondi

Questa teoria è molto spesso utilizzata dagli scrittori di fantascienza nelle loro opere. La sua essenza sta nella costante ramificazione delle variazioni. Ad esempio, ora stai decidendo se andare a fare la spesa o accendere la TV. In un'invarianza vai al negozio, nell'altro accendi la TV. Abbiamo già due Universi che differiscono pochissimo l'uno dall'altro, ma più andiamo avanti, più forti sono le differenze.

E in generale, le variazioni si “ramificano” in base a molti fattori, compreso il comportamento degli atomi che si muovono in direzioni diverse e così via. Di conseguenza, in ogni momento compaiono miliardi di miliardi di nuove invarianze, e quanto più sono distanti tra loro, tanto più diversi sono questi Universi.

In senso figurato, questo può essere immaginato come un ventaglio, di cui ciascuna pala è divisa all'infinito, e ciascuna delle parti successive è nuovamente divisa, e così via...