A teoria da origem do universo estrelas planetas. As teorias mais interessantes sobre o universo. Representações cosmológicas dos gregos

A teoria do Big Bang tornou-se um modelo cosmológico quase tão amplamente aceito quanto a rotação da Terra ao redor do Sol. Segundo a teoria, cerca de 14 bilhões de anos atrás, flutuações espontâneas no vazio absoluto levaram ao surgimento do universo. Algo comparável em tamanho a uma partícula subatômica expandida para um tamanho inimaginável em uma fração de segundo. Mas nesta teoria há muitos problemas sobre os quais os físicos estão lutando, apresentando cada vez mais novas hipóteses.

O que há de errado com a teoria do Big Bang

Isso decorre da teoria que todos os planetas e estrelas foram formados a partir da poeira espalhada pelo espaço como resultado da explosão. Mas o que o precedeu não está claro: aqui nosso modelo matemático de espaço-tempo para de funcionar. O universo surgiu de um estado singular inicial, ao qual a física moderna não pode ser aplicada. A teoria também não considera as causas da ocorrência da singularidade ou a matéria e energia para sua ocorrência. Acredita-se que a resposta à questão da existência e origem da singularidade inicial será dada pela teoria da gravidade quântica.

A maioria dos modelos cosmológicos prevê que o universo completo é muito maior que a parte observável - uma região esférica com um diâmetro de cerca de 90 bilhões de anos-luz. Vemos apenas aquela parte do Universo, cuja luz conseguiu atingir a Terra em 13,8 bilhões de anos. Mas os telescópios estão melhorando, descobrimos objetos cada vez mais distantes e até agora não há razão para acreditar que esse processo irá parar.

Desde o Big Bang, o universo tem se expandido a um ritmo acelerado. O enigma mais difícil da física moderna é a questão do que causa a aceleração. De acordo com a hipótese de trabalho, o Universo contém um componente invisível chamado "energia escura". A teoria do Big Bang não explica se o Universo se expandirá indefinidamente e, em caso afirmativo, a que isso levará - ao seu desaparecimento ou a outra coisa.

Embora a mecânica newtoniana tenha sido suplantada pela física relativística, não pode ser chamado de errado. No entanto, a percepção do mundo e os modelos para descrever o universo mudaram completamente. A Teoria do Big Bang previu uma série de coisas que não eram conhecidas antes. Assim, se outra teoria tomar seu lugar, ela deverá ser semelhante e ampliar a compreensão do mundo.

Vamos nos concentrar nas teorias mais interessantes que descrevem modelos alternativos do Big Bang.

O universo é como uma miragem de um buraco negro

O universo surgiu devido ao colapso de uma estrela em um universo quadridimensional, acreditam cientistas do Perimeter Institute for Theoretical Physics. Os resultados de sua pesquisa foram publicados na revista Scientific American. Niayesh Afshordi, Robert Mann e Razi Pourhasan dizem que nosso universo tridimensional tornou-se como uma "miragem holográfica" quando uma estrela quadridimensional entrou em colapso. Ao contrário da teoria do Big Bang, segundo a qual o Universo surgiu de um espaço-tempo extremamente quente e denso, onde as leis padrão da física não se aplicam, a nova hipótese de um universo quadridimensional explica tanto as razões do nascimento quanto sua rápida expansão.

De acordo com o cenário formulado por Afshordi e seus colegas, nosso universo tridimensional é uma espécie de membrana que flutua através de um universo ainda maior que já existe em quatro dimensões. Se houvesse estrelas quadridimensionais neste espaço quadridimensional, elas também explodiriam, assim como as tridimensionais do nosso Universo. A camada interna se tornaria um buraco negro e a camada externa seria ejetada para o espaço.

Em nosso universo, os buracos negros são cercados por uma esfera chamada horizonte de eventos. E se no espaço tridimensional esse limite é bidimensional (como uma membrana), então em um universo quadridimensional, o horizonte de eventos será limitado a uma esfera que existe em três dimensões. Simulações de computador do colapso de uma estrela quadridimensional mostraram que seu horizonte de eventos tridimensional se expandirá gradualmente. Isso é exatamente o que observamos, chamando o crescimento de uma membrana 3D de expansão do Universo, acreditam os astrofísicos.

Grande congelamento

Uma alternativa ao Big Bang poderia ser o Big Freeze. Uma equipe de físicos da Universidade de Melbourne, liderada por James Kvatch, apresentou um modelo para o nascimento do universo, que é mais um processo gradual de congelamento de energia amorfa do que seu respingo e expansão em três direções do espaço.

A energia sem forma, de acordo com os cientistas, esfriou como a água até a cristalização, criando as habituais três dimensões espaciais e uma temporal.

A teoria do Big Freeze lança dúvidas sobre a afirmação atualmente aceita de Albert Einstein sobre a continuidade e a fluidez do espaço e do tempo. É possível que o espaço tenha partes constituintes - blocos de construção indivisíveis, como minúsculos átomos ou pixels em computação gráfica. Esses blocos são tão pequenos que não podem ser observados, porém, seguindo a nova teoria, é possível detectar defeitos que deveriam refratar os fluxos de outras partículas. Os cientistas calcularam tais efeitos usando o aparato matemático e agora tentarão detectá-los experimentalmente.

Universo sem começo nem fim

Ahmed Farag Ali, da Universidade de Benh, no Egito, e Sauria Das, da Universidade de Lethbridge, no Canadá, apresentaram uma nova solução para o problema da singularidade ao abandonar o Big Bang. Eles trouxeram ideias do famoso físico David Bohm para a equação de Friedmann que descreve a expansão do Universo e o Big Bang. “É incrível que pequenos ajustes possam potencialmente resolver tantos problemas”, diz Das.

O modelo resultante combinou a teoria geral da relatividade e a teoria quântica. Ele não apenas nega a singularidade que precedeu o Big Bang, mas também impede que o universo volte ao seu estado original ao longo do tempo. De acordo com os dados obtidos, o Universo tem um tamanho finito e um tempo de vida infinito. Em termos físicos, o modelo descreve o Universo preenchido por um hipotético fluido quântico, que consiste em grávitons - partículas que proporcionam interação gravitacional.

Os cientistas também afirmam que suas descobertas são consistentes com medições recentes da densidade do universo.

Inflação caótica sem fim

O termo "inflação" refere-se à rápida expansão do universo, que ocorreu de forma exponencial nos primeiros momentos após o Big Bang. Por si só, a teoria da inflação não refuta a teoria do Big Bang, mas apenas a interpreta de maneira diferente. Esta teoria resolve vários problemas fundamentais da física.

De acordo com o modelo inflacionário, logo após seu nascimento, o universo se expandiu exponencialmente por um período muito curto: seu tamanho dobrou várias vezes. Os cientistas acreditam que em 10 a -36 segundos, o universo aumentou de tamanho em pelo menos 10 a 30-50 vezes, e possivelmente mais. No final da fase inflacionária, o Universo estava cheio de um plasma superquente de quarks livres, glúons, léptons e quanta de alta energia.

O conceito implica que existe no mundo muitos universos isolados com dispositivo diferente

Os físicos chegaram à conclusão de que a lógica do modelo inflacionário não contradiz a ideia de um nascimento múltiplo constante de novos universos. As flutuações quânticas - as mesmas que criaram nosso mundo - podem ocorrer em qualquer quantidade, se houver condições adequadas para isso. É bem possível que nosso universo tenha emergido da zona de flutuação formada no mundo predecessor. Também pode-se supor que em algum momento e em algum lugar em nosso Universo se formará uma flutuação, que “explodirá” o jovem Universo de um tipo completamente diferente. De acordo com esse modelo, os universos infantis podem brotar continuamente. Ao mesmo tempo, não é necessário que as mesmas leis físicas sejam estabelecidas nos novos mundos. O conceito implica que no mundo existem muitos universos isolados uns dos outros com diferentes estruturas.

teoria cíclica

Paul Steinhardt, um dos físicos que lançou as bases da cosmologia inflacionária, decidiu desenvolver ainda mais essa teoria. O cientista que dirige o Center for Theoretical Physics em Princeton, juntamente com Neil Turok, do Perimeter Institute for Theoretical Physics, delineou uma teoria alternativa no livro Endless Universe: Beyond the Big Bang ("Universo Infinito: Além do Big Bang"). Seu modelo é baseado em uma generalização da teoria quântica das supercordas conhecida como teoria-M. Segundo ela, o mundo físico tem 11 dimensões - dez espaciais e uma temporal. Nela “flutuam” espaços de dimensões menores, as chamadas branas (abreviação de "membrana"). Nosso universo é apenas uma dessas membranas.

O modelo de Steinhardt e Turok afirma que o Big Bang ocorreu como resultado da colisão de nossa brana com outra brana - um universo desconhecido para nós. Neste cenário, as colisões ocorrem indefinidamente. Segundo a hipótese de Steinhardt e Turok, outra brana tridimensional “flutua” ao lado da nossa brana, separada por uma distância minúscula. Ele também se expande, achata e esvazia, mas em um trilhão de anos, as branas começarão a convergir e eventualmente colidir. Nesse caso, uma grande quantidade de energia, partículas e radiação serão liberadas. Este cataclismo lançará outro ciclo de expansão e resfriamento do universo. Do modelo de Steinhardt e Turok, segue-se que esses ciclos estiveram no passado e certamente se repetirão no futuro. Como esses ciclos começaram, a teoria é silenciosa.

Universo
como um computador

Outra hipótese sobre a estrutura do universo diz que todo o nosso mundo nada mais é do que uma matriz ou um programa de computador. A ideia de que o universo é um computador digital foi proposta pela primeira vez pelo engenheiro alemão e pioneiro da computação Konrad Zuse em seu livro Calculating Space ("espaço de computação"). Entre aqueles que também viam o universo como um computador gigante estão os físicos Stephen Wolfram e Gerard "t Hooft.

Os teóricos da física digital sugerem que o universo é essencialmente informação e, portanto, computável. A partir dessas suposições, segue-se que o Universo pode ser considerado como resultado de um programa de computador ou de um dispositivo de computação digital. Este computador pode ser, por exemplo, um autômato celular gigante ou uma máquina de Turing universal.

evidência indireta natureza virtual do universo chamado o princípio da incerteza na mecânica quântica

De acordo com a teoria, todo objeto e evento do mundo físico vem de fazer perguntas e registrar respostas “sim” ou “não”. Ou seja, por trás de tudo que nos cerca, existe um determinado código, semelhante ao código binário de um programa de computador. E somos uma espécie de interface através da qual surge o acesso aos dados da “Internet universal”. Uma prova indireta da natureza virtual do Universo é chamada de princípio da incerteza na mecânica quântica: as partículas da matéria podem existir de forma instável e são “fixas” em um estado específico somente quando são observadas.

Um seguidor da física digital, John Archibald Wheeler, escreveu: “Não seria irracional imaginar que a informação está no núcleo da física da mesma forma que no núcleo de um computador. Tudo da batida. Em outras palavras, tudo o que existe - cada partícula, cada campo de força, até mesmo o próprio continuum espaço-tempo - recebe sua função, seu significado e, em última análise, sua própria existência.

O modelo cosmológico de Kant

Até o início do século XX, quando surgiu a teoria da relatividade de Albert Einstein, a teoria geralmente aceita no mundo científico era a teoria de um Universo infinito no espaço e no tempo, homogêneo e estático. Isaac Newton (1642-1726) fez uma suposição sobre o infinito do Universo, e o filósofo Emmanuel Kant (1724-1804) desenvolveu essa ideia, assumindo que o universo não tem começo e no tempo. Ele explicou todos os processos do Universo pelas leis da mecânica, descritas por Isaac Newton pouco antes de seu nascimento.
Kant estendeu seu raciocínio ao campo da biologia, argumentando que o Universo infinitamente antigo, infinitamente grande, apresenta a possibilidade do surgimento de um número infinito de acidentes, a partir dos quais é possível o surgimento de qualquer produto biológico. Essa filosofia, à qual não se pode negar a lógica das conclusões (mas não dos postulados), foi o terreno fértil para o surgimento do darwinismo, que será discutido no artigo II.
As observações dos astrônomos dos séculos 18 e 19 sobre o movimento dos planetas confirmaram o modelo cosmológico do Universo de Kant, que passou de hipótese a teoria e, no final do século 19, era considerado uma autoridade indiscutível. Mesmo o chamado "paradoxo do céu noturno escuro" não conseguiu abalar essa autoridade. Por que um paradoxo? porque no modelo do Universo kantiano, a soma dos brilhos das estrelas deveria criar um brilho infinito, e o céu está escuro! A explicação da absorção de parte da luz das estrelas pelas nuvens de poeira localizadas entre as estrelas não pode ser considerada satisfatória, pois, de acordo com as leis da termodinâmica, qualquer corpo cósmico acaba por desprender tanta energia quanto recebe (porém, isso se tornou conhecido apenas em 1960).
Modelo de Universo em Expansão

Em 1915 e 1916, Einstein publicou as equações da relatividade geral (deve-se notar que até agora esta é a teoria mais completa e exaustivamente testada e confirmada). De acordo com essas equações, o Universo não é estático, mas se expande com desaceleração simultânea. O único fenômeno físico que se comporta dessa maneira é uma explosão, que os cientistas deram o nome de "Big Bang" ou "Big Bang quente".
Mas se o Universo visível é consequência do Big Bang, então essa explosão teve um começo, houve uma Primeira Causa, houve um Construtor. A princípio, Einstein rejeitou tal conclusão e em 1917 apresentou uma hipótese sobre a existência de uma certa "força repulsiva" que interrompe o movimento e mantém o Universo em estado estático por um tempo infinito.
No entanto, o astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) provou em 1929 que estrelas e aglomerados de estrelas (galáxias) estão se afastando umas das outras. Este chamado "recuo das galáxias" foi previsto pela formulação original da teoria geral da relatividade.
Diante de tais evidências, Einstein abandonou a hipotética força repulsiva e reconheceu a necessidade do início e da presença da Suprema Causa Primeira do Universo, que, segundo ele, tem inteligência e poder criativo, mas não é uma pessoa. Não contestarei as últimas palavras de Einstein, com as quais os cristãos não concordam, mas explicarei por que ele e muitos outros proeminentes cientistas modernos chegaram a essa conclusão.

universo é finito

No modelo do universo em expansão, os cientistas calcularam a quantidade de tempo decorrido desde que o universo começou a existir. Este tempo acabou sendo da ordem de vários bilhões de anos (diferentes cientistas dão valores diferentes, mas não mais que 22 bilhões de anos). Este tempo de existência do Universo recebeu o nome de "tempo de Hubble".
Assim, astrônomos, astrofísicos, biólogos acreditam que, ao contrário do modelo anterior do Universo infinito, no novo modelo do Universo finito, bilhões de anos é um período de tempo extremamente curto para os átomos se transformarem acidentalmente em matéria viva. A intervenção do Construtor é necessária: pode ser chamada de Mente Cósmica, Princípio Absoluto, Deus, isso não muda a essência da afirmação - para o surgimento do Universo, incluindo a vida inteligente, é necessária uma força criativa externa .
Tal conclusão foi tão inesperada que nem todos os cientistas a aceitaram prontamente. Imediatamente, vários outros modelos do Universo, diferentes da teoria do Big Bang, foram apresentados, sendo os principais: o Universo do estado estacionário de Thomas Gold e Fred Hoyle, o modelo do Universo de plasma de Hans Alfven e o modelo do Universo pulsante. Sem entrar nos detalhes desses modelos, direi que com o tempo foi comprovado seu fracasso total, principalmente depois que os resultados do estudo foram obtidos na década de 90

Big Bang

Falarei sobre os resultados desses estudos extremamente importantes um pouco mais tarde, e agora darei algumas explicações sobre a essência da teoria do Big Bang.
De acordo com essa teoria, a matéria e a energia atuais eram precedidas por um estado de valores infinitos ou próximos do infinito de densidade, pressão e temperatura. Em outras palavras, o universo se originou de um volume muito pequeno, muito menor do que o ponto final que colocamos no final de uma frase.
Os físicos desenvolveram a teoria do Big Bang tão profundamente que agora eles podem explicar os processos que ocorreram no universo desde que era de 10 a menos 43 potências de um segundo.
Assim, a teoria prevê que o Universo moderno deve ser permeado pela chamada radiação "relíquia" com uma temperatura de apenas cerca de 5 graus acima do zero absoluto, ou seja, 5 graus Kelvin ou menos 268 graus Celsius. Isso foi previsto por nosso cientista Gamow e seus colaboradores em 1948. Somente em 1964 os americanos construíram um dispositivo com a precisão necessária e mediram a radiação indicada, mas apenas em um comprimento de onda de rádio devido à interferência atmosférica.

Exploração espacial

Como resultado da exploração espacial usando o satélite COBE mencionado acima em 1990, a temperatura da radiação de fundo foi medida em diferentes comprimentos de onda em condições de espaço aberto, sendo 2,735 g. K e constante em todas as direções, o que confirmou as conclusões de Gamow.
Em 1992, usando o mesmo satélite, foram detectadas flutuações (desvios) na radiação de fundo previstas pela teoria do Big Bang, sem as quais as galáxias e seus aglomerados não poderiam ter surgido. Finalmente, em 1994, com um aumento na precisão da medição de 1% para 0,3%, a temperatura da radiação de fundo do espaço (2,726 graus K) foi refinada e, o mais importante, os resultados da medição em toda a faixa de comprimento de onda coincidiram com o espectro de um emissor ideal.
O satélite COBE tornou possível medir a temperatura da radiação de fundo do chamado espaço "próximo". Mas em setembro de 1994, o maior telescópio óptico do mundo "Keck" no Havaí foi colocado em operação, com o qual foi possível medir a temperatura de aglomerados de gás cósmico tão distantes que sua radiação fornece informações sobre o Universo, que era 4 vezes mais jovem do que é agora.
De acordo com o modelo quente do Big Bang, a temperatura da radiação de fundo do Universo naquele estágio inicial de desenvolvimento deveria ser de 7,58 graus. K, e as observações mostraram 7,4 mais ou menos 0,8 gr. K, que surpreendentemente corresponde às previsões.

Teoria do big bang confirmada

Até o momento, já foram feitas 8 grandes descobertas, confirmando a teoria do Big Bang como o início do Universo. Além disso, os astrofísicos britânicos Hawking, Ellis e Penrose expandiram as equações da relatividade geral de Einstein para incluir o espaço e o tempo. A solução dessas equações mostra que o espaço e o tempo devem ter surgido no mesmo Big Bang que deu origem à existência da energia e da matéria. Em outras palavras, o próprio tempo deve ter um começo, mas então a causa do surgimento do Universo deve ser alguma Essência que é completamente independente do tempo e do espaço e existia antes de sua ocorrência.
Observação.
Esta conclusão é de grande importância para a compreensão de quem é Deus. Deus é transcendente: Ele está além das dimensões do universo e não é o próprio universo (segundo o monismo), e também que Ele não habita o universo (segundo o panteísmo). Deus é o Criador, pois Ele deu a existência ao Universo, criou-o, é consequência de Suas ações. Mas a Bíblia falou sobre todas as conclusões da ciência acima há mais de 3 mil anos.

Constantes físicas do universo

A conclusão teórica do parágrafo 1.6 é confirmada por observações científicas do Universo, como se tivesse sido criado especialmente para a vida. Já foram descobertos 26 parâmetros (características) do Universo, que devem assumir valores estritamente definidos para que o Universo e a vida nele existam. Entre essas características existem muitas constantes físicas: a constante da interação nuclear forte, a constante da interação nuclear fraca, a constante da interação gravitacional, a constante da interação eletromagnética, etc.
Considere, por exemplo, a interação nuclear forte (estamos falando da força que determina o grau de atração de prótons e nêutrons no núcleo de um átomo). Se essa interação fosse apenas 2% mais fraca que a existente, então prótons e nêutrons não seriam capazes de ficar juntos e apenas um elemento existiria no Universo - o hidrogênio (o núcleo de um átomo de hidrogênio consiste em um próton, mas não tem um nêutron).
Por outro lado, se a força nuclear forte fosse apenas 0,3% mais forte que a existente, prótons e nêutrons seriam atraídos entre si com tanta força que não haveria hidrogênio no Universo, mas apenas elementos pesados. Mas do ponto de vista da química, a vida sem hidrogênio é impossível (no entanto, é impossível quando o único elemento é o hidrogênio).
Entre as 26 características mencionadas, existem muitas razões estritamente definidas, por exemplo, a razão da massa de um nêutron para a massa de um próton, a razão de um próton para a massa de um elétron, a razão do número de prótons ao número de elétrons, etc.
Por exemplo, a massa de um nêutron é 0,138% maior que a massa de um próton. Os cientistas calcularam que, para a existência do Universo moderno, a massa de um nêutron não deveria se desviar da norma em mais de 0,1%. Ainda mais precisa deve ser a razão entre o número de prótons e elétrons. Galáxias, estrelas e planetas nunca teriam se formado se o número de prótons não fosse igual ao número de elétrons com uma precisão de 10 a menos 35% (35 zeros após a vírgula!). A proporção das constantes eletromagnética e gravitacional deve ser ainda mais precisa - pelo menos 10 para menos 40 graus, e na época do Big Bang essa proporção deveria ter sido observada até 20 ordens de magnitude com mais precisão, ou seja, pelo menos 10 elevado a menos 60 (precisão incrível!).

A precisão da construção do universo

Entre as 26 características, há uma série de parâmetros do Universo, que devem assumir valores estritamente definidos. São parâmetros como: a taxa de expansão do Universo, sua densidade, as distâncias entre estrelas em galáxias e entre galáxias, o nível de entropia, etc.
Vou me deter em apenas um parâmetro - a taxa de expansão do Universo. Não pode diferir do existente em mais de 10 graus negativos 55 em todas as direções. Se o universo estivesse se expandindo mais rápido, a matéria se espalharia demais para que as galáxias se formassem, e sem as galáxias não haveria estrelas e planetas. Se o universo se expandisse mais lentamente, entraria em colapso em um aglomerado superdenso antes que as estrelas do tipo solar pudessem se formar.
Este e muitos outros fatos listados nos levam a uma conclusão muito importante: para que o Universo exista e nele haja vida, suas características físicas devem ser extremamente, incrivelmente precisas. O universo deve ser desenhado com a máxima precisão para que surjam prótons, nêutrons e elétrons (com características estritamente definidas), que se combinariam de certa forma para que apareçam átomos do sortimento necessário e nas quantidades necessárias, sem os quais a vida não pode existir . Se o universo não fosse perfeitamente modelado, os átomos não seriam capazes de se combinar em moléculas complexas.
Assim, um acaso cego, uma cadeia de coincidências aleatórias, como a razão do surgimento e existência do Universo que observamos e da vida nele, é completamente excluído.

Formação de Galáxias

Você pode objetar: não vimos e não sabemos quem projetou o Universo ali. Para nós, isso é algo muito distante e abstrato. Nosso planeta Terra e nosso sol estão muito mais próximos de nós. Como fomos ensinados na escola e no instituto, eles surgiram de uma protonuvem de poeira e gás ao engrossar a massa e não precisam de um construtor.
Amigos, agora há cada vez mais fatos que refutam essa opinião. À medida que nos movemos do universo como um grande sistema para sistemas menores, como nossa galáxia, sistema solar, nossa Terra, a evidência da criação só aumenta.
Por exemplo, apenas 5% de todas as galáxias observadas têm uma forma espiral, como a nossa Via Láctea, os 95% restantes são elípticos ou irregulares e a vida não pode surgir nelas.
Nesta galáxia espiral, o sistema solar deve estar no lugar certo do braço espiral e a uma certa distância do centro da galáxia, caso contrário, ou este sistema não receberá uma quantidade suficiente de elementos químicos pesados ​​(eles são fornecidos por as chamadas supernovas após sua explosão), bem como flúor (é fornecido por estrelas anãs brancas) ou a vida será destruída por poderosa radiação e emissões de partículas materiais.

Formação do sistema solar

Ainda mais restrições são impostas à estrela e ao planeta do sistema solar em que a vida pode surgir. Portanto, esta estrela deve ser única (apenas 25% das estrelas em nossa galáxia são únicas), essa estrela deve ter uma certa massa e se formar em um momento estritamente definido no desenvolvimento da galáxia.
Um planeta, como a nossa Terra, deveria estar a uma distância ideal da estrela-sol, uma mudança em que apenas 2% tornaria impossível a vida nele. Além disso, apenas alguns por cento podem alterar o período de rotação da Terra em torno de seu eixo sem prejudicar a vida no planeta. A órbita da Terra é quase circular, o que é importante para manter um clima constante, ao contrário de todos os outros planetas que possuem órbitas elípticas. As dimensões e a massa da Terra são ótimas, mas se fossem menores, a Terra perderia sua atmosfera, como a Lua, por exemplo, e se fosse maior, gases tóxicos como metano, amônia, hidrogênio permaneceriam no atmosfera.
Você pode ler uma extensa palestra separada sobre a incrível atmosfera da Terra, o equilíbrio de sua composição e os processos que ocorrem nela. Só posso dizer que sem uma atmosfera tão única não haveria vida na Terra. O mesmo pode ser dito sobre o mar e a água doce, sobre elementos vitais como carbono, oxigênio, fósforo e muito mais.
Além disso, se todas as inúmeras condições, uma pequena parte das quais listei, fossem estritamente observadas, mas uma “ninharia” como o planeta Júpiter com a massa necessária e precisamente com tal órbita de rotação estaria ausente no sistema solar , então a Terra seria bombardeada por asteróides e cometas em 1000 vezes mais do que na realidade. Ou seja, tal catástrofe, que eliminou os dinossauros da face da Terra, seria uma ocorrência comum, o que levaria à destruição permanente da vida na Terra. O clima da Terra também seria inadequado para a vida se os planetas do nosso sistema solar não tivessem suas órbitas permanentes atuais.

Princípio antrópico de Hawking

Assim, vemos que a Terra está preparada para a vida por muitas características interconectadas de nossa galáxia, estrela-sol, planetas. Essa descoberta científica é chamada de princípio antrópico de Hawking. Hoje, os cientistas modernos têm mais de 40 características (havia 26 delas no Universo), sem a estrita observância das quais a vida na Terra seria impossível (em 1966 havia apenas 2 dessas características, no final dos anos 60 já 8, por final dos anos 70 - x - 23, no final dos anos 80 - 30, agora - mais de 40).
O astrofísico americano Hugh Ross estimou a probabilidade de uma coincidência aleatória 41 de tal característica e recebeu um valor igual a 10 elevado a menos 53 graus (os cientistas consideram a probabilidade de um evento menor que 10 elevado a menos 40 graus como praticamente impossível) .
De fato, dado que o Universo observável contém menos de 1 trilhão de galáxias, cada uma com cerca de 100 bilhões de estrelas, e há um planeta para cada 1000 estrelas, obtemos o número de planetas no Universo de 10 elevado à 20ª potência (33 ordens de magnitude menor do que o necessário), ou seja, . nenhum planeta reúne todas as condições para o surgimento da vida que teria surgido espontaneamente, unicamente por processos naturais.

experimento biológico

A conclusão sobre a impossibilidade do surgimento espontâneo e da existência da vida é confirmada pelos dados obtidos durante o experimento na instalação da Biosfera-2 no Arizona.
Este edifício era um modelo fechado em escala real da "Biosfera-1", ou seja, biosfera da terra. A construção, com uma área de 1,3 hectares, foi executada ao longo de 5 anos e custou cerca de 200 milhões de dólares americanos. Apesar do suporte tecnológico de última geração, a Biosfera-2 não conseguiu fornecer a oito pessoas a quantidade necessária de comida, água e ar, mesmo por 2 anos.
Já 15 meses depois, após o fechamento do invólucro isolante externo em 1991, o nível de oxigênio caiu para um nível crítico e teve que ser injetado com urgência do lado de fora. 18 das 25 espécies de vertebrados colocadas sob a cúpula morreram, assim como a maioria dos insetos. Houve sérios problemas com controle de temperatura, poluição da água e do ar.
Os organizadores desse grandioso experimento tiveram que admitir que não temos ideia de como os sistemas ecológicos naturais são capazes de fornecer tudo o que é necessário para a existência humana.
Mas se a humanidade não só é incapaz de recriar a biosfera, mas também não tem uma teoria completa de sua existência, então ela não poderia surgir espontaneamente, por acaso. Portanto, não apenas o Universo, como foi mostrado anteriormente, mas também nosso sistema solar e o planeta Terra com suas condições ideais para o surgimento da vida foram criados pelo Criador, e não por acaso.

Poucas pessoas que vivem na sociedade moderna serão capazes de falar com confiança sobre como o universo surgiu. Poucas pessoas hoje pensam em como isso poderia se transformar em um enorme espaço colossal que não conhece limites definidos e claros. Poucas pessoas pensam no que pode acontecer com o Universo em bilhões de anos. Temas desse tipo sempre atormentaram as mentes antigas dos eruditos, diante de incansáveis ​​pesquisadores e filósofos que, em um momento de percepção momentânea, criaram suas próprias obras-primas - teorias interessantes e muito malucas a respeito da história da origem do Universo. .

Os cientistas modernos foram mais longe em termos de conhecimento científico do que seus predecessores antigos. Muitos astrônomos, físicos e cosmólogos junto com eles estão convencidos de que o Universo poderia ter surgido como resultado de uma explosão em grande escala, que poderia não apenas se tornar o ancestral da parte principal da matéria, mas também se tornar a base para a formação de todas as leis físicas mais importantes que determinaram a existência do cosmos. Este fenômeno é comumente referido como a "Teoria do Big Bang".

O significado da teoria

Seus fundamentos são extremamente simples. A teoria afirma o fato de que a matéria moderna e a matéria que existia em uma antiguidade muito, muito distante são idênticas uma à outra, pois, em essência, são um e o mesmo objeto em estudo. Toda a matéria se formou há cerca de 13,8 bilhões de anos. Naqueles tempos distantes, existia na forma de um ponto, ou um corpo abstrato compactado na forma de uma bola, que por sua vez tinha uma densidade infinita e uma certa temperatura. Os cientistas chamam esse estado de "singularidade". Por razões desconhecidas, essa mesma singularidade de repente começou a se expandir rapidamente em diferentes direções, como resultado do surgimento do Universo... Esse ponto de vista é na verdade apenas uma hipótese e uma das mais comuns e populares hoje. É aceito pela ciência como uma explicação sobre a origem da matéria, as leis físicas básicas e a estrutura colossal do próprio universo. Isso se deve ao fato de a teoria do Big Bang descrever as razões que influenciaram a expansão do Universo, mas também contém um grande número de outros aspectos e fenômenos associados ao espaço ilimitado.

excursão na história

O assunto do Big Bang tornou-se relevante para a ciência desde o início do século passado. Em 1912, um astrônomo dos Estados Unidos chamado Westo Slifer fez por algum tempo uma série de observações de galáxias espirais (anteriormente consideradas nebulosas), durante as quais o cientista conseguiu medir o desvio para o vermelho Doppler dessas mesmas galáxias. Ele chegou à conclusão de que o objeto de sua pesquisa em um determinado intervalo de tempo está se afastando cada vez mais da Via Láctea... A ciência não parou por muito tempo e, já em 1922, o cosmólogo e matemático soviético A. Fridman , contando com os trabalhos de Einstein , conseguiu derivar suas equações das equações relacionadas à teoria da relatividade. Foi ele quem se tornou o primeiro cientista capaz de declarar à comunidade científica sobre a expansão do Universo, expressando apenas uma suposição pessoal.

Edwin Hubble em 1924 mediu a distância da Terra até a nebulosa espiral mais próxima, o que provou que outros sistemas galácticos poderiam estar próximos. Realizando seus experimentos com um poderoso telescópio, o cientista estabeleceu a relação formada entre a distância das galáxias e a velocidade com que elas se afastam umas das outras.

A Igreja sempre impôs às pessoas a opinião de que Deus criou o mundo em quase uma semana, ou seja, em 6 dias. Este dogma da religião cristã é ativamente apoiado até hoje. No entanto, nem todos os cânones da igreja estão convencidos desse ponto de vista.

Georges Lemaitre é considerado o pai fundador do conceito da teoria do Big Bang. Ele se tornou a primeira pessoa que levantou perante a sociedade a questão da origem de um espaço global sem limites como o Universo. Ele estava envolvido no estudo do átomo primitivo e sua transformação de numerosos fragmentos em corpos celestes - estrelas com galáxias. Em 1927, o padre publicou seus próprios argumentos em um jornal. Quando o grande Einstein conheceu os pensamentos de Lemaitre, ele notou que o padre calculou absolutamente tudo corretamente, mas o conhecimento do mestre do santo padre no campo da física não foi satisfeito. A teoria do Big Bang só foi aceita em 1933, quando o próprio Einstein cedeu à pressão das teses e dos fatos de uma descoberta científica, reconhecendo a versão de Lemaitre como uma das mais convincentes de todas as que já havia encontrado. mistério da origem do Universo. O cientista em 1931 escreveu um manuscrito no qual delineava sua versão dos acontecimentos, diferente da versão de Georges Lemaitre. O trabalho de outro eminente cientista, Alfred Hoyle, que trabalhou independentemente de outros pesquisadores famosos, foi escrito exatamente na mesma direção na década de 1940.

Einstein estava cético sobre um fato que deveria estar na teoria do Big Bang, a saber, a singularidade da matéria, na qual ela estava antes da explosão. Ele tentou expressar seu próprio julgamento sobre a expansão infinita do espaço sideral. Segundo suas crenças, a matéria do Universo surgiu do nada, era necessária para manter a densidade cósmica em condições de expansão constante. Segundo Einstein, esse processo pode ser descrito pela teoria da relatividade, mas depois o cientista percebeu que havia cometido um erro em seus cálculos e abandonou a descoberta.

Uma teoria semelhante foi defendida pelo mundialmente famoso escritor de ficção científica Edgar Allan Poe, que refletiu sobre a origem do universo em 1848. Este homem não era físico, portanto, todos os seus pensamentos não carregavam nenhum valor científico pelo fato de não serem fixados por nenhum cálculo. Além disso, naqueles tempos distantes, não foram inventados os aparatos matemáticos necessários para permitir estudos de cálculo desse tipo. Po só conseguiu traduzir sua ideia em uma obra literária, o que fez com grande sucesso, escrevendo o poema "Eureka", que já fala sobre um fenômeno como um buraco negro, e explica claramente o paradoxo de Olbers. O próprio escritor de ficção científica chamou sua criação literária de uma revelação da qual a humanidade nunca tinha ouvido falar antes.
O paradoxo de Olbers é uma confirmação indireta da teoria do Big Bang, é o seguinte: se à noite você levantar a cabeça e ver alguma estrela (focalizando-a com muita atenção), então uma linha mentalmente desenhada que se origina na Terra neste muito estrela e vai acabar. Poe em seu "Eureka" escreveu sobre uma partícula primordial, que, segundo ele, era completamente única e individual. Sua obra literária foi severamente criticada, o poema foi literalmente feito em pedacinhos, acabou sendo uma obra malsucedida do ponto de vista artístico. Os cientistas modernos, ao contrário, estão confusos, eles ainda não conseguem entender como uma pessoa que não tem formação científica poderia prever tais fatos. Segundo eles, Edgar Allan Poe com seu livro estava muito à frente do conhecimento científico oficial. uma posição estacionária.

Já após o fim da Segunda Guerra Mundial na sociedade de cientistas, eles voltaram a falar sobre a teoria do Big Bang e refletir sobre sua conceitualidade. É esta versão da origem do Universo que vem ganhando força a cada ano, deixando para trás outras variações que de tempos em tempos eram oferecidas por incansáveis ​​exploradores do espaço e objetos pertencentes a ele.

O tempo passou e a teoria do Big Bang ocupou cada vez mais firmemente seu nicho no Olimpo científico, enquanto a estacionaridade do Universo começou a ser totalmente questionada. Em 1965, foi descoberta a radiação relíquia: uma descoberta deste tipo, que se tornou fundamental, fortaleceu finalmente o Big Bang, e o nascimento do Universo a ele associado na ciência. Dos anos 60 aos anos 90 do século XX, um grande número de cosmólogos e astrônomos realizaram toda uma série de trabalhos de pesquisa relacionados à famosa teoria, com os quais descobriram muitos problemas de natureza teórica e, portanto, seus soluções, relacionadas ao assunto do surgimento de um enorme Universo a partir de um ponto .
O fato de a singularidade ser um inegável estado inicial da relatividade geral, assim como o estado cosmológico da própria explosão, foi expresso pelo físico mundialmente famoso, cujo nome todos conhecem hoje, Stephen Hawking. O ano de 1981 foi marcado pelo surgimento de uma teoria que descreve o período de rápida expansão do espaço sideral: ela, por sua vez, permitiu resolver um grande número de questões problemáticas, às quais ninguém poderia dar uma resposta específica antes.

No final do século 20, muitos cientistas tinham um interesse genuíno, acompanhado de curiosidade, por um objeto de estudo como a energia escura. Tem sido considerada uma chave para desvendar a importância de muitos problemas cosmológicos. Os cientistas estavam interessados ​​em saber por que o Universo perde peso e também por que a energia escura também perde sua massa. Uma hipótese desse tipo foi criada há muito tempo pelo cientista Jan Oort, em 1932.

Na última década do século passado, os telescópios foram intensamente criados, aprimorados e possibilitaram um levantamento claro do espaço sideral. Os satélites, repletos de equipamentos de informática, permitem que os cientistas modernos explorem literalmente cada milímetro do universo e transmitam dados por meio de um sistema de satélite diretamente para centros de pesquisa em vários estados.

De onde veio o nome

O autor do nome da teoria do Big Bang foi seu oponente Alfred Hoyle, um físico inglês. Foi ele quem inventou a frase "Big Bang", mas o físico fez isso não para elevar o julgamento de Lemaitre, mas, ao contrário, para humilhá-lo, declarando-o absurdo, e não o maior fenômeno no campo da cosmologia, física e astronomia.

Cronologia dos eventos

Os pesquisadores modernos, que possuem informações confiáveis ​​\u200b\u200bsobre o estado de coisas do universo, são reduzidos a uma opinião unânime, segundo a qual tudo foi criado a partir de um ponto. A sempre crescente densidade infinita e o tempo finito devem ter tido seu próprio começo em um certo ponto. Quando ocorreu a expansão inicial, segundo a teoria já mencionada, o Universo pôde passar por uma fase de resfriamento, que se tornou coautora da criação das partículas subatômicas e, um pouco mais tarde, dos átomos mais simples. Depois de algum tempo, enormes nuvens, compostas pelos elementos antigos originais, graças exclusivamente à gravidade, começaram a formar estrelas, que agora absolutamente qualquer pessoa pode ver todas as noites, e galáxias, onde, segundo os ufólogos, mundos paralelos podem ser localizados e altamente civilizações desenvolvidas podem ser seres alienígenas concentrados. Todo esse mecanismo, segundo os pesquisadores, começou há apenas 13,8 bilhões de anos: portanto, esse ponto de partida pode ser apontado como a idade do universo. Durante o estudo de uma grande quantidade de informações teóricas, conduzindo numerosos experimentos baseados no envolvimento de aceleradores de partículas e todos os tipos de estados de alta energia, pesquisando os cantos distantes e ocultos do espaço sideral com um telescópio, um evento cronológico foi estabelecido que começou com o Big Bang e trouxe o Universo à sua forma moderna, ou como é chamado pelos físicos e astrônomos - ao "estado de evolução cósmica".

Existe uma opinião entre os cientistas de que os períodos iniciais de formação do espaço sideral podem durar de 10 a 43 a 10 a 11 segundos a partir da explosão; No entanto, atualmente não há opinião inequívoca sobre este assunto. Deve-se ter em mente que todas as leis físicas conhecidas pela sociedade moderna no passado distante simplesmente ainda não existiam no conjunto completo conhecido pela humanidade, portanto, o próprio processo de formação do jovem Universo permanece incompreensível. Esse mistério é reforçado pelo fato de que até o presente, incluindo ele, nenhum estado desenvolvido realizou um único experimento relacionado ao estudo dos tipos de energia que existiam na época da criação do espaço sideral ilimitado. As opiniões dos especialistas concordam em apenas uma coisa: uma vez houve um ponto que se tornou um ponto de referência e tudo começou a partir dele.

Período Epocal de Formação

1. A era da singularidade (Planckiana). É considerado primário, como um período evolutivo inicial do Universo. A matéria estava concentrada em um ponto, tendo sua própria temperatura e densidade infinita. Os cientistas argumentam que esta era é típica para o domínio dos efeitos quânticos pertencentes à interação gravitacional sobre os físicos, e nem uma única força física que existia naqueles tempos distantes era idêntica em força à gravidade, ou seja, não era igual a ela. A duração da era Planck concentra-se na faixa de 0 a 10-43 segundos. Recebeu esse nome devido ao fato de que apenas o tempo de Planck poderia medir totalmente seu comprimento. Esse intervalo de tempo é considerado muito instável, o que, por sua vez, está intimamente relacionado à temperatura extrema e à densidade ilimitada da matéria. Após a época da singularidade, houve um período de expansão, e com ele um período de resfriamento, que levou à formação das principais forças físicas.

Do período de 10-43 a 10-3 segundos no espaço sem limites, um novo evento ocorre na forma de uma colisão de temperaturas de transição, que, por sua vez, é exibida em seu estado. Há uma opinião de que as forças fundamentais que agora dominam no espaço cósmico sem limites moderno, no momento começaram a se afastar rapidamente umas das outras. A consequência desse processo foi a formação de forças gravitacionais fracas, como o estado do eletromagnetismo, e ao mesmo tempo fracas, juntamente com interações nucleares fortes.

De 10-36 a 10-32 segundos do Big Bang, uma temperatura muito baixa igual a 1028K é estabelecida no Universo, este fato, por sua vez, causa a separação das forças eletromagnéticas, que ocorre no processo de forte interação com o fraco (nuclear).
2. A era da inflação. Com o aparecimento nas extensões ilimitadas do Universo das primeiras forças, chamadas pelos cientistas apenas como fundamentais, uma nova era começa, com duração de 10-32 segundos (segundo o tempo de Planck) a um tempo absolutamente desconhecido. modelos estabelecem que nesse intervalo de tempo o Universo poderia estar em estado de bariogênese - uma temperatura muito alta afeta o movimento caótico de partículas em um ambiente espacial, ocorrendo a uma velocidade incrível.

Este tempo é típico para a colisão e repulsão de antipartículas - pares de partículas em colapso. Os pesquisadores tendem a acreditar que foi então que a matéria dominou sobre seu antípoda, a antimatéria, que é hoje um traço característico do Universo, ou seja, o dominante. No final da época da inflação, o Universo foi formado com base no plasma quark-gluon e outras partículas elementares. Começou a esfriar gradualmente e a matéria, por sua vez, começou a formação e conexão ativa.
3. Época de resfriamento. A partir do momento da redução do nível de densidade e temperatura no próprio Universo, mudanças significativas começaram a ocorrer em cada partícula - sua energia começou a diminuir. Um estado desse tipo só terminou quando as partículas elementares chegaram à sua forma moderna e, com elas, as forças fundamentais. A energia das partículas começou a cair para aqueles parâmetros que hoje só podem ser obtidos em condições de laboratório, no decorrer de inúmeros experimentos e experimentos com eles. Os cientistas não duvidam por um segundo que esse intervalo de tempo existiu na história da formação do Universo. Eles observam que imediatamente após o Big Bang, a energia das partículas diminuiu gradativamente, com o que adquiriu dimensões significativas. Em 10-6 segundos, bárions na forma de prótons e nêutrons começaram a se formar a partir de glúons e quarks. Junto com isso, apareceu uma dissonância na forma da predominância de quarks sobre antiquarks, bárions sobre antibárions. Devido à diminuição da temperatura, a produção de pares próton-nêutron e, consequentemente, seus antípodas começaram a cessar, prótons e nêutrons começaram a desaparecer rapidamente e suas antipartículas deixaram de existir completamente. Um processo semelhante ocorreu novamente algum tempo depois. No entanto, desta vez a ação tocou em pósitrons e elétrons.

Como resultado da rápida aniquilação, as partículas interromperam seu movimento caótico e a densidade de energia relacionada ao Universo passou a ser intensamente preenchida por fótons.

Desde a expansão do espaço sem limites, o processo de desencadear a nucleossíntese foi formado. Devido à baixa temperatura e menor densidade de energia, o nêutron e o próton criaram o primeiro deutério do mundo (um isótopo do hidrogênio) por sua simbiose e também participaram diretamente da formação dos átomos de hélio. Um grande número de prótons, por sua vez, tornou-se a base para a criação de um núcleo de hidrogênio.

Após 379.000 anos, os núcleos de hidrogênio se combinarão com os elétrons, resultando no aparecimento de átomos do mesmo hidrogênio. Em um determinado momento, ocorre a separação da radiação da matéria; a partir de agora, ela preenche independentemente todo o espaço universal. Essa radiação é chamada de radiação relíquia, é considerada a fonte de luz mais antiga de todas as existentes.
4. A era da estrutura. Durante o intervalo de tempo subsequente de alguns bilhões de anos, a matéria já era capaz de se espalhar pelo universo e suas regiões mais densas começaram a se atrair ativamente, tornando-se mais densas. Como resultado dessa ação, começaram a aparecer nuvens, compostas por gases, galáxias, estrelas e outros objetos espaciais que podem ser vistos hoje. Este período é conhecido por outro nome, costuma-se chamá-lo de “era hierárquica”. Este período de tempo se deve ao fato de o Universo ter conseguido adquirir uma determinada forma. A matéria começou a se formar em várias estruturas com vários tamanhos:
- estrelas,
- galáxias,
- planetas,
- aglomerados e superaglomerados galácticos, separados uns dos outros por meio de pontes intergalácticas e incluindo várias galáxias.

Previsões para o futuro

Devido ao fato de o Universo ter seu próprio ponto de origem, os cientistas periodicamente criam hipóteses sobre o fato de que um dia também haverá um ponto que deixará de existir. Além disso, físicos e astrônomos estão interessados ​​​​na questão da expansão do Universo de apenas um ponto, eles até fazem previsões de que ele pode se expandir ainda mais. Ou ainda que ocorra o processo inverso, no espaço sem limites, por razões desconhecidas, a força expansiva pode deixar de atuar, podendo ocorrer o processo inverso, que consiste na compressão.Na década de 1990, a teoria do Big Bang foi adotado como o modelo principal para o desenvolvimento do Universo, foi quase ao mesmo tempo que foram desenvolvidos dois caminhos principais para a existência futura do espaço cósmico sem limites.

1. Grande compressão. Em um ponto, o universo pode atingir seu pico máximo na forma de um tamanho enorme, e então sua destruição começará. Tal variante de desenvolvimento só será possível se a densidade de massa do Universo for maior que sua densidade crítica.

2. Nesse caso, ocorrerá um quadro diferente de ações: a densidade será igual ou até menor que a crítica. O resultado é uma desaceleração da expansão que nunca vai parar. Essa opção foi chamada de morte térmica do universo. A expansão continuará até que as formações estelares parem de consumir ativamente o gás dentro das galáxias próximas. Nesse caso, acontecerá o seguinte: a transferência de um objeto cósmico para outro simplesmente cessará de energia e matéria. Todas as estrelas que podem ser vistas a olho nu todas as tardes e noites no céu sofrerão o mesmo triste destino: elas se tornarão nada mais que uma anã branca, um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.
Os buracos negros sempre foram um incômodo, não apenas para os cosmólogos. Os orifícios recém-formados se conectarão entre si, formando objetos semelhantes de tamanho muito maior. Enquanto isso, a temperatura média no espaço sem limites pode chegar a 0. A consequência dessa situação será a evaporação absoluta dos buracos negros, que finalmente começarão a emitir radiação Hawking para o meio ambiente. O estágio final neste caso será a morte por calor.Os cientistas modernos estão conduzindo uma grande quantidade de pesquisas sobre não apenas a existência da energia escura, mas também seu impacto direto na expansão do espaço sideral. No decorrer de suas pesquisas, eles, por sua vez, descobriram que a expansão do universo está acontecendo em um ritmo tão rápido que em breve a humanidade nem saberá o quão ilimitado o espaço ilimitado realmente é. Claro, que tipo de caminho de desenvolvimento o planeta pode seguir, as mentes dos especialistas não podem nem imaginar. Eles apenas prevêem o resultado, fundamentando sua escolha com certos critérios. No entanto, muitos dos luminares prevêem o fim do espaço sem limites como a morte por calor, considerando-o o mais provável.

Também existe uma opinião na comunidade científica de que todos os planetas, núcleos atômicos, átomos, matéria e estrelas explodirão por si mesmos em um futuro distante, o que levará a uma grande lacuna. Esta é outra versão da morte do Universo, porém, é formada na expansão.

Outras opções

Claro, a teoria do Big Bang não é a única, como foi apontado mais de uma vez acima. A humanidade ao longo de sua existência teve direito a sua própria versão da origem do Universo.

1. Em tempos muito antigos, as pessoas pensavam em que tipo de mundo viviam e existiam. Uma cosmovisão religiosa ainda não foi estabelecida e a pessoa já pensou em como o mundo funciona, que lugar ela mesma ocupa no espaço que a cerca.
Os antigos povos desenvolvidos conectaram suas vidas intimamente com dogmas religiosos. Quem, senão uma divindade, poderia criar uma árvore, um homem, um fogo? E quando ele pode fazer tudo, portanto, o mundo inteiro também é criado por algum deus.
Se fizermos uma visão geral da vida de uma das civilizações mais antigas que já viveu no território da Mesopotâmia (as terras modernas do Iraque, Irã, Síria, Turquia), podemos ver, usando o exemplo dos antagonistas do bem e o mal - Ahuramazda e Ahriman, que esses deuses, de acordo com antigas fontes escritas, são os criadores diretos do universo. Cada povo antigo associava a formação do espaço sideral à atividade de alguma divindade (na maioria das vezes a suprema) Os grandes pensadores da antiguidade tentaram entender a origem do Universo, entenderam que os deuses não tinham absolutamente nada a ver com isso. A cosmologia foi estudada por Aristóteles, que tentou provar que o universo tem sua própria evolução. No Oriente, todos conhecem o nome do médico Avicena, mas não apenas a medicina dominou sua mente inquisitiva. Avicena foi um dos primeiros pesquisadores que tentou, com a ajuda da razão e de sua própria lógica, refutar a formação divina do Universo.
2. O tempo avança inexoravelmente e com ele ocorre o rápido desenvolvimento do pensamento humano. Os pesquisadores da Idade Média (aqueles que se escondiam da Santa Inquisição) e da Nova Era, indo contra as autoridades religiosas autoritárias, provaram não apenas como é o planeta Terra, mas também estabeleceram os métodos de pesquisa astrológica e um pouco mais tarde, pesquisas astrofísicas, muitos filósofos têm suas cabeças brilhantes, entre os quais o francês René Descartes deve ser destacado. Descartes tentou usar a teoria para entender a origem dos corpos celestes, combinando todos os conhecimentos matemáticos, físicos e biológicos que essa pessoa talentosa possuía. Ele não alcançou sucesso em seu campo.
3. Até o início do século 20, as pessoas acreditavam que o Universo não tinha limites claros no espaço ou no tempo e, além disso, era estático e homogêneo, Isaac Newton ousou falar infinitamente sobre o espaço sideral. O filósofo alemão Emmanuel Kant ouviu seus argumentos e, com base no raciocínio newtoniano, apresentou sua própria teoria de que o Universo não tem tempo nem começo algum. Todos os processos que ocorreram no universo, ele atribuiu às leis da mecânica.

Kant desenvolveu sua teoria, apoiada no conhecimento da biologia. O cientista disse que na vastidão do Universo pode haver um grande número de possibilidades que dão vida a um produto biológico. Uma declaração semelhante seria mais tarde de interesse de um cientista não menos famoso - Charles Darwin.

Kant criou sua teoria com base na experiência de astrônomos, que são praticamente seus contemporâneos. Foi considerado o único verdadeiro e inabalável até o momento em que surgiu a teoria do Big Bang.

4. O autor da famosa teoria da relatividade, Albert Einstein, também não se esquivou dos problemas da criação do Universo. Em 1917, ele apresentou seu projeto ao público.Einstein também pensava que o Universo é estacionário, ele procurou provar que o espaço cósmico sem limites não deveria encolher nem expandir. No entanto, seus próprios pensamentos foram contra sua obra principal (a teoria da relatividade), segundo a qual o Universo de Einstein se expandia e se contraía ao mesmo tempo.

O cientista se apressou em estabelecer que o Universo é estático, ele justificou isso pelo fato de que a força repulsiva cósmica afeta o equilíbrio da atração das estrelas e, assim, interrompe o movimento dos corpos celestes no espaço.

Para Einstein, o Universo tinha um tamanho finito, mas ao mesmo tempo não estabelecia limites claros: isso só é possível no caso de curvatura do espaço.
5. Uma teoria separada da criação do Universo é o Criacionismo. Por sua vez, baseia-se no fato de que a humanidade e o Universo são fundados pelo criador. Claro, estamos falando de dogma cristão... Essa teoria surgiu no século 19, seus defensores argumentavam que a criação do espaço sideral foi registrada no Antigo Testamento. Naquela época, o conhecimento dos campos da biologia, física e astronomia formava uma única tendência científica. A teoria da evolução de Darwin ocupou um lugar significativo na vida da sociedade. Como resultado, a ciência foi contra a religião: o conhecimento contra o conceito divino da criação do mundo. O criacionismo tornou-se uma espécie de protesto contra a inovação. Os cristãos conservadores se opuseram às descobertas científicas.
O criacionismo era conhecido do público na forma de duas direções:

Terra jovem (literal). Deus trabalhou na criação do mundo por exatamente 6 dias, conforme indicado na Bíblia. Eles afirmam que o mundo foi criado há cerca de 6.000 anos.

Terra Velha (metafórica). Os 6 dias descritos na Bíblia nada mais são do que uma metáfora que era compreendida apenas por pessoas que viveram nos tempos antigos. Na verdade, um conceito cristão como “dia” pode não incluir as 24 horas estabelecidas, concentra-se em um período de tempo indefinido (isto é, sem limites claros e fixos), que por sua vez pode ser calculado em milhões de anos.

O criacionismo da Terra-velha aceita algumas ideias e descobertas científicas, seus seguidores concordam com a idade astrofísica dos corpos celestes, mas negam completamente a existência da teoria da evolução junto com a seleção natural, argumentando que somente Deus pode influenciar o aparecimento e o desaparecimento dos seres biológicos. espécies.

Resultado

A história da criação do Universo ao longo de toda a existência humana sofreu repetidamente mudanças ditadas por crenças religiosas ou pesquisas científicas.Hoje existe uma versão que satisfaz as mentes científicas. A teoria do Big Bang é a opção mais bem-sucedida, descrevendo com precisão exatamente como ocorreu o nascimento do espaço sem limites, em que eras ele viveu. Com base nisso, os cientistas prevêem o desenvolvimento do universo.

No entanto, como mostra a experiência anterior, nem sempre uma teoria, mesmo que seja muito popular na sociedade humana, é verdadeira. A ciência não fica parada, está em constante progresso, encontrando cada vez mais novas fontes de reabastecimento de conhecimento.

É possível que um dia outro físico, cosmólogo ou astrônomo apareça na comunidade científica, que apresente sua própria teoria da criação do Universo, que, talvez, se mostre mais correta do que a teoria do Big Bang.

Todo mundo já ouviu falar da teoria do Big Bang, que explica (pelo menos por enquanto) o nascimento do nosso universo. No entanto, nos círculos científicos sempre haverá quem queira desafiar ideias - aliás, grandes descobertas geralmente surgem disso.

No entanto, Dikke percebeu que, se esse modelo fosse real, não haveria dois tipos de estrelas - População I e População II, estrelas jovens e velhas. E eles eram. Isso significa que o Universo ao nosso redor, no entanto, se desenvolveu a partir de um estado quente e denso. Mesmo que não tenha sido o único Big Bang da história.

Incrível, certo? De repente houve várias dessas explosões? Dezenas, centenas? A ciência ainda não descobriu. Dicke sugeriu a seu colega Peebles que calculasse a temperatura necessária para os processos descritos e a provável temperatura da radiação residual em nossos dias. Os cálculos aproximados de Peebles mostraram que hoje o universo deveria estar cheio de radiação de micro-ondas com temperatura inferior a 10 K, e Roll e Wilkinson já estavam se preparando para procurar essa radiação quando o sino tocou ...

Dificuldades na tradução

Porém, aqui vale a pena se transportar para outro canto do globo - para a URSS. O mais próximo da descoberta da radiação cósmica de fundo veio (e também não terminou o trabalho!) na URSS. Tendo feito um grande trabalho ao longo de vários meses, cujo relatório foi publicado em 1964, os cientistas soviéticos juntaram, ao que parecia, todas as peças do quebra-cabeça, faltando apenas uma. Yakov Borisovich Zeldovich, um dos gigantes da ciência soviética, fez cálculos semelhantes aos feitos pela equipe de Gamow (físico soviético radicado nos Estados Unidos) e também chegou à conclusão de que o Universo deve ter começado com um aquecimento Big Bang, que deixou a radiação de fundo com uma temperatura de alguns kelvins.

Yakov Borisovich Zeldovich, -

Ele até sabia sobre o artigo de Ed Ohm no Bell System Technical Journal, que calculou aproximadamente a temperatura do CMB, mas interpretou mal as conclusões do autor. Por que os pesquisadores soviéticos não perceberam que Ohm já havia descoberto essa radiação? Devido a um erro de tradução. O artigo de Ohm afirmava que ele mediu a temperatura do céu em cerca de 3 K. Isso significava que ele havia subtraído todas as fontes possíveis de interferência de rádio e que 3 K era a temperatura do fundo restante.

Porém, por coincidência, a mesma (3 K) era a temperatura da radiação da atmosfera, correção para a qual Ohm também fez. Os especialistas soviéticos erroneamente decidiram que eram esses 3 K que Ohm havia deixado após todos os ajustes anteriores, subtraíram-nos também e ficaram sem nada.

Hoje, tais mal-entendidos seriam facilmente eliminados por correspondência eletrônica, mas no início dos anos 1960, a comunicação entre cientistas da União Soviética e dos Estados Unidos era muito difícil. Esta foi a razão para um erro tão vergonhoso.

O Prêmio Nobel que escapou

Voltemos ao dia em que o telefone tocou no laboratório de Dicke. Acontece que, ao mesmo tempo, os astrônomos Arno Penzias e Robert Wilson relataram que acidentalmente conseguiram captar um leve ruído de rádio vindo de tudo. Eles não sabiam então que outra equipe de cientistas surgiu de forma independente com a ideia da existência de tal radiação e até começou a construir um detector para procurá-la. Era a equipe de Dicke e Peebles.

Ainda mais surpreendente é o fato de que a radiação cósmica de fundo, ou, como também é chamada, relíquia, foi descrita mais de dez anos antes no quadro do modelo do surgimento do Universo como resultado do Big Bang por Georgy Gamow e seus colegas. Nenhum grupo de cientistas sabia disso.

Penzias e Wilson acidentalmente ouviram falar do trabalho dos cientistas liderados por Dicke e decidiram chamá-los para discuti-lo. Dicke ouviu Penzias com atenção e fez algumas observações. Depois de desligar, virou-se para os colegas e disse: “Pessoal, a gente pulou”.

Quase 15 anos depois, após inúmeras medições feitas em vários comprimentos de onda por vários grupos de astrônomos confirmarem que a radiação que descobriram era de fato o eco relíquia do Big Bang, que tem uma temperatura de 2,712 K, Penzias e Wilson dividiram o Prêmio Nobel por sua invenção. Embora a princípio nem quisessem escrever um artigo sobre sua descoberta, porque a consideravam insustentável e não se encaixava no modelo de Universo estacionário a que aderiram!

Diz-se que Penzias e Wilson considerariam suficiente serem mencionados como o quinto e o sexto nomes da lista, depois de Dicke, Peebles, Roll e Wilkinson. Nesse caso, o Prêmio Nobel, aparentemente, teria ido para Dicke. Mas tudo aconteceu do jeito que aconteceu.

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Os cosmólogos continuam avançando em direção ao entendimento final dos processos que criaram e moldaram o Universo.

O universo é tão grande no espaço e no tempo que durante quase toda a história da humanidade permaneceu inacessível tanto para nossos instrumentos quanto para nossas mentes. Mas tudo mudou no século 20, quando novas ideias surgiram - da teoria geral da relatividade de Einstein às modernas teorias das partículas elementares. O sucesso também foi alcançado graças a instrumentos poderosos, desde os refletores de 100 e 200 polegadas criados por George Ellery Hale (George Ellery Hale), que abriu galáxias além da Via Láctea para nós, até o Telescópio Espacial Hubble, que nos levou a era do nascimento das galáxias. Nos últimos 20 anos, o progresso acelerou. Ficou claro que a matéria escura não consiste em átomos comuns, que a energia escura existe. Idéias ousadas sobre inflação cósmica e multiplicidade de universos nasceram.

Cem anos atrás, o universo era mais simples: eterno e imutável, consistindo de uma única galáxia contendo vários milhões de estrelas visíveis. A imagem moderna é muito mais complexa e muito mais rica. O cosmos surgiu há 13,7 bilhões de anos como resultado do Big Bang. Uma fração de segundo após o início, o Universo era uma mistura quente e disforme de partículas elementares - quarks e léptons. À medida que a expansão e o resfriamento avançavam, foram surgindo estruturas passo a passo: nêutrons e prótons, núcleos atômicos, átomos, estrelas, galáxias, aglomerados de galáxias e, finalmente, superaglomerados. A parte observável do universo agora contém 100 bilhões de galáxias, cada uma com cerca de 100 bilhões de estrelas e provavelmente o mesmo número de planetas. As próprias galáxias são impedidas de se expandir pela gravidade da misteriosa matéria escura. E o Universo continua a se expandir e até o faz com aceleração sob a influência da energia escura - uma forma de energia ainda mais misteriosa, cuja força gravitacional não atrai, mas repele.

O tema principal da nossa história sobre o Universo é a evolução da primitiva "sopa" de quarks para a crescente complexidade das galáxias, estrelas, planetas e da vida observada hoje. Essas estruturas apareceram uma após a outra ao longo de bilhões de anos, obedecendo às leis básicas da física. Viajando no tempo para a época de origem, os cosmólogos primeiro se movem através da história detalhada do Universo de volta ao primeiro microssegundo, depois para $ 10^(–34)$ s desde o início (há ideias claras sobre esse tempo, mas há ainda não há confirmação clara deles) e, finalmente, até o momento do nascimento (sobre o qual até agora há apenas suposições). Embora ainda não entendamos completamente como o universo nasceu, já temos hipóteses surpreendentes, como a noção de um universo múltiplo que inclui um número infinito de subuniversos desconectados.

DISPOSIÇÕES PRINCIPAIS

• Nosso universo começou com um Big Bang quente há 13,7 bilhões de anos e vem se expandindo e esfriando desde então. Ele evoluiu de uma mistura informe de partículas elementares para o moderno cosmos altamente estruturado.
• O primeiro microssegundo foi um período decisivo quando a matéria começou a dominar a antimatéria, a estrutura das futuras galáxias e seus aglomerados nasceu e a matéria escura surgiu - uma substância desconhecida que mantém essa estrutura.
• O futuro do universo é determinado pela energia escura, uma forma desconhecida de energia que está causando a aceleração da expansão cosmológica que começou há vários bilhões de anos.

universo em expansão

Em 1924, usando o telescópio Hooker de 100 polegadas no Mount Wilson Observatory, Edwin Hubble descobriu que as nebulosas difusas, que permaneceram misteriosas por vários séculos, eram galáxias como a nossa. Assim, o Hubble aumentou nossa compreensão do Universo em 100 bilhões de vezes! Alguns anos depois, ele provou que as galáxias se afastam umas das outras, obedecendo a um padrão matemático hoje conhecido como lei de Hubble: quanto mais distante uma galáxia está, mais rápido ela se move. É a partir dessa lei que o Big Bang ocorreu há 13,7 bilhões de anos.

EXPANSÃO DE ESPAÇO
A evolução do Universo ocorre como resultado da expansão do espaço. À medida que o espaço se expande como a concha de um balão, as galáxias se afastam umas das outras e as ondas de luz se alongam (coram).

Dentro da estrutura da relatividade geral, a lei de Hubble é interpretada da seguinte forma: o próprio espaço está se expandindo e as galáxias se movem com ele (fig. acima). A luz também é esticada, passando por um desvio para o vermelho, o que significa perda de energia, de modo que o Universo esfria à medida que se expande. A expansão cósmica ajuda a entender como o Universo moderno foi formado. Se você correr mentalmente para o passado, o Universo ficará mais denso, mais quente, mais incomum e mais simples. Aproximando-nos do início, estamos em contato com os mecanismos mais profundos da natureza, usando um acelerador mais poderoso do que qualquer outro construído na Terra - o próprio Big Bang.

Olhando para o espaço através de um telescópio, os astrônomos literalmente caem no passado - e quanto maior o telescópio, mais fundo seu olhar penetra. A luz vinda de galáxias distantes nos mostra épocas antigas, e seu desvio para o vermelho mostra o quanto o Universo se expandiu ao longo do tempo. O desvio para o vermelho atualmente observado é de cerca de oito, o que significa que esta luz foi emitida quando o tamanho do Universo era nove vezes menor do que hoje, e a idade é de apenas algumas centenas de milhões de anos. Instrumentos como o Telescópio Espacial Hubble e os telescópios Keck de 10 metros em Mauna Kea facilmente nos levam de volta à era da formação de galáxias como a nossa, vários bilhões de anos após o Big Bang. A luz de eras anteriores é tão desviada para o vermelho que os astrônomos são forçados a aceitá-la nas bandas de infravermelho e rádio. Telescópios em construção, como o James Webb Infrared Space Telescope de 6,5 m e o Atacama Large Millimeter Array (ALMA), uma rede de 64 radiotelescópios no norte do Chile, nos levarão de volta ao nascimento das primeiras estrelas e galáxias.

Simulações de computador mostram que essas estrelas e galáxias apareceram quando a idade do Universo era de cerca de 100 milhões de anos. Antes disso, o universo passou por um período chamado idade das trevas, quando estava escuro como breu. O espaço foi preenchido com uma massa disforme de cinco partes de matéria escura e uma parte de hidrogênio com hélio, que foi rarefeito à medida que o Universo se expandia. A matéria era ligeiramente heterogênea em densidade, e a gravidade agia como um amplificador dessas heterogeneidades: as regiões mais densas se expandiam mais lentamente do que as menos densas. Na época de 100 Ma, as regiões mais densas não apenas desaceleraram sua expansão, mas também começaram a se contrair. Cada uma dessas zonas continha cerca de 1 milhão de massas solares de matéria; eles se tornaram os primeiros objetos ligados gravitacionalmente no espaço.

A parte principal de sua massa era matéria escura, que, segundo seu nome, não é capaz de emitir ou absorver luz. Portanto, formou nuvens muito extensas. Por outro lado, o hidrogênio e o hélio, ao emitirem luz, perdiam energia e se contraíam em direção ao centro de cada nuvem. No final, encolheram tanto que viraram estrelas. Esses primeiros objetos eram muito mais massivos do que os modernos - centenas de massas solares. Tendo vivido uma vida muito curta, eles explodiram, jogando os primeiros elementos pesados ​​​​no espaço. Alguns bilhões de anos depois, essas nuvens com massas de milhões de massas solares sob a influência da gravidade se agruparam nas primeiras galáxias.

A radiação das primeiras nuvens de hidrogênio, que sofreram um forte desvio para o vermelho devido à expansão, pode ser detectada usando enormes matrizes de antenas de rádio com uma área total de recepção de cerca de um quilômetro quadrado. Quando esses radiotelescópios forem construídos, saber-se-á como a primeira geração de estrelas e galáxias ionizou o hidrogênio e assim encerrou a era escura. (ver: Loeb A. Dark Ages of the Universe // VMN, No. 3, 2007).

Um brilho fraco de um começo quente

Atrás da era escura, há um brilho do Big Bang quente em um desvio para o vermelho de 1100. Essa radiação inicialmente visível (vermelho-laranja), devido ao desvio para o vermelho, tornou-se nem mesmo infravermelha, mas micro-ondas. Olhando para trás naquela época, vemos apenas uma parede de radiação de micro-ondas preenchendo todo o céu - a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, descoberta em 1964 por Arno Penzias e Robert Wilson. Este é um reflexo fraco do Universo, que estava em sua infância de 380 mil anos, na era da formação dos átomos. Antes disso, era uma mistura quase homogênea de núcleos atômicos, elétrons e fótons. Quando o Universo esfriou a uma temperatura de cerca de 3000 K, núcleos e elétrons começaram a se combinar em átomos. Os fótons deixaram de ser espalhados por elétrons e passaram a se mover livremente pelo espaço, demonstrando como era o Universo muito antes do nascimento de estrelas e galáxias.

Em 1992, o satélite Cosmic Background Explorer (COBE) da NASA descobriu que a intensidade dessa radiação varia ligeiramente - cerca de 0,001%, indicando uma leve heterogeneidade na distribuição da matéria. O grau de heterogeneidade primária acabou sendo suficiente para que pequenas compactações se tornassem uma "semente" para futuras galáxias e seus aglomerados, que posteriormente cresceram sob a influência da gravidade. A distribuição das não homogeneidades da radiação de fundo no céu atesta as propriedades importantes do Universo: sua densidade e composição médias e os primeiros estágios de sua evolução. O estudo cuidadoso dessas heterogeneidades nos disse muito sobre o universo.

A RADIAÇÃO CÓSMICA DE FUNDO DE MICROONDAS é uma imagem do Universo em sua infância de 380 mil anos. Variações fracas na intensidade dessa radiação (marcadas em cores) servem como uma pedra de Roseta cósmica, dando a chave para os mistérios do Universo - sua idade, densidade, composição e geometria..

O ULTRA DEEP FIELD do HUBBLE, a imagem espacial mais sensível já obtida, captura mais de 1.000 galáxias em um estágio inicial de sua formação.

Voltando deste ponto ao início da evolução do Universo, veremos como o plasma primário se torna cada vez mais quente e denso. Até a idade de cerca de 100 mil anos, a densidade de energia da radiação era maior que a da matéria, o que impedia a fragmentação da matéria. E naquele momento começou o aglomerado gravitacional de todas as estruturas observadas agora no Universo. Ainda mais perto do início, quando a idade do Universo era inferior a um segundo, não havia núcleos atômicos, mas apenas seus constituintes - prótons e nêutrons. Os núcleos surgiram quando o universo tinha alguns segundos de idade, e a temperatura e a densidade tornaram-se adequadas para reações nucleares. Nesta nucleossíntese do Big Bang nasceram apenas elementos químicos leves: muito hélio (cerca de 25% em massa de todos os átomos do Universo) e um pouco de lítio, deutério e hélio-3. O restante do plasma (cerca de 75%) permaneceu na forma de prótons, que acabaram se tornando átomos de hidrogênio. Todos os outros elementos da Tabela Periódica nasceram bilhões de anos depois nas profundezas das estrelas e durante suas explosões.

O UNIVERSO é feito principalmente de energia escura e matéria escura; a natureza de ambos é desconhecida. A matéria comum, da qual são formadas estrelas, planetas e gás interestelar, é apenas uma pequena fração.

A teoria da nucleossíntese prevê com precisão o conteúdo de elementos e isótopos medidos nos objetos mais antigos do Universo - nas estrelas mais antigas e nas nuvens de gás com alto desvio para o vermelho. A abundância de deutério, que é muito sensível à densidade média dos átomos no universo, desempenha um papel especial: seu valor medido mostra que a matéria comum é (4,5 ± 0,1)% da densidade total de energia. O resto é matéria escura e energia escura. Isso concorda exatamente com os dados de composição obtidos da análise de radiação de fundo. Esse alinhamento é uma grande conquista. Afinal, são duas medições completamente diferentes: a primeira é baseada na física nuclear e se refere ao Universo com 1 s de idade, e a segunda - na física atômica e nas propriedades do Universo com 380 mil anos. Sua consistência é um teste importante não apenas para nossos modelos de evolução cósmica, mas para toda a física moderna.

Respostas na sopa de quark

Antes da idade de um microssegundo, não havia nem prótons e nêutrons; O universo era como uma sopa dos elementos básicos da natureza: quarks, léptons e portadores de força (fótons, bósons W e Z e glúons). Temos certeza de que essa "sopa de quarks" realmente existiu, pois as condições físicas daquela época são reproduzidas em experimentos com aceleradores de partículas. (ver: Riorden M., Seitz W. Os primeiros microssegundos // VMN, nº 8, 2006).

Os cosmólogos esperam estudar essa era não com a ajuda de telescópios grandes e de visão aguçada, mas com base nas ideias profundas da física de partículas elementares. A criação do Modelo Padrão da física de partículas há 30 anos levou a hipóteses ousadas, incluindo a teoria das cordas, que tenta unificar partículas e forças aparentemente não relacionadas. Por sua vez, essas novas ideias encontraram aplicações na cosmologia, tornando-se tão importantes quanto a ideia original de um Big Bang quente. Eles apontaram para uma conexão profunda e inesperada entre o micromundo e o grande universo. Talvez em breve tenhamos respostas para três questões-chave: qual é a natureza da matéria escura, qual é a razão da assimetria entre matéria e antimatéria e como surgiu a sopa irregular de quarks.

Aparentemente, a matéria escura nasceu na era da sopa primordial de quarks. A natureza da matéria escura ainda não está clara, mas sua existência não é duvidosa. Nossa Galáxia e todas as outras galáxias e seus aglomerados são mantidos juntos pela gravidade da matéria escura invisível. Seja o que for, deve interagir fracamente com a matéria comum, caso contrário, de alguma forma se manifestaria além da gravidade. Tentativas de descrever por uma teoria unificada todas as forças e partículas observadas na natureza levam à previsão de partículas estáveis ​​ou de vida longa nas quais a matéria escura poderia consistir. Essas partículas podem ser uma relíquia da era da sopa de quarks e interagir muito fracamente com os átomos. Um candidato é o neutralino, o mais leve de uma classe recentemente prevista de cópias massivas de partículas conhecidas. O neutralino deve ter uma massa entre 100 e 1000 massas de prótons, ou seja, deve ser produzido em experimentos no Grande Colisor de Hádrons do CERN, perto de Genebra. Além disso, tentando capturar essas partículas do espaço (ou os produtos de sua interação), os físicos criaram detectores ultrassensíveis no subsolo e também os lançaram em balões e satélites.

O segundo candidato é o áxion, uma partícula ultraleve com massa cerca de um trilhão de vezes menor que a de um elétron. Sua existência é indicada por diferenças sutis previstas pelo Modelo Padrão no comportamento dos quarks. As tentativas de registrar um áxion são baseadas no fato de que, em um campo magnético muito forte, ele pode se transformar em um fóton. Tanto o neutralino quanto o axion têm uma propriedade importante: os físicos chamam essas partículas de "frias". Embora nasçam em temperaturas muito altas, eles se movem lentamente e, portanto, facilmente se agrupam em galáxias.

Talvez outro segredo esteja na era da sopa primordial de quarks: por que o Universo agora contém apenas matéria e quase nenhuma antimatéria. Os físicos acreditam que no início o Universo tinha uma quantidade igual deles, mas em algum momento houve um pequeno excesso de matéria - cerca de um quark extra para cada bilhão de antiquarks. Devido a esse desequilíbrio na aniquilação de quarks com antiquarks durante a expansão e resfriamento do Universo, quarks suficientes foram preservados. Há mais de 40 anos, experimentos com aceleradores mostraram que as leis da física são ligeiramente favoráveis ​​à matéria; é essa pequena preferência na interação de partículas em um estágio muito inicial que levou à criação de um excesso de quarks.

A própria sopa de quarks provavelmente se originou muito cedo - cerca de $ 10^(-34)$ s após o Big Bang, em uma explosão de expansão cósmica conhecida como inflação. A razão para esse aumento foi a energia de um novo campo semelhante a um campo eletromagnético e chamado inflaton. É a inflação que deveria explicar propriedades fundamentais do cosmos como sua uniformidade geral e pequenas flutuações de densidade que deram origem às galáxias e outras estruturas do Universo. Quando o inflaton se desfez, ele transferiu sua energia para quarks e outras partículas, criando assim o calor do Big Bang e a própria sopa de quarks.

A teoria da inflação demonstra uma conexão profunda entre os quarks e o cosmos: as flutuações quânticas do inflaton que existiam no nível subatômico cresceram para tamanhos astrofísicos devido à rápida expansão e se tornaram o germe de todas as estruturas observadas hoje. Em outras palavras, a imagem da radiação de fundo em micro-ondas no céu é uma imagem gigantesca do mundo subatômico. As propriedades observadas dessa radiação são consistentes com a previsão teórica, provando que a inflação ou algo semelhante realmente aconteceu no início da história do universo.

Nascimento do Universo

Quando os cosmólogos tentam ir ainda mais longe e entender o início do universo, seus julgamentos tornam-se menos seguros. Durante um século, a teoria geral da relatividade de Einstein foi a base para estudar a evolução do universo. Mas não concorda com outro pilar da física moderna - a teoria quântica, então a tarefa mais importante é combiná-los entre si. Somente com essa teoria unificada poderemos avançar para os primeiros momentos da evolução do Universo, para a chamada era de Planck com uma idade de $ 10^(–43)$ s, quando o próprio espaço-tempo foi formado .

Versões experimentais de uma teoria unificada nos oferecem imagens surpreendentes dos primeiros momentos. Por exemplo, a teoria das cordas prevê a existência de dimensões extras do espaço e, possivelmente, a existência de outros universos neste superespaço. O que chamamos de Big Bang pode ter sido nosso universo colidindo com outro (ver: Veneziano G. O mito do início dos tempos // VMN, nº 8, 2004). Combinar a teoria das cordas com a teoria da inflação leva talvez à ideia mais ambiciosa - à ideia de um universo múltiplo (multiverso), consistindo em um número infinito de partes não relacionadas, cada uma com suas próprias leis físicas (ver: R. Busso, J. Polchinski. String Theory Landscape // VMN, No. 12, 2004).

A ideia de um universo múltiplo ainda está em desenvolvimento e visa dois grandes problemas teóricos. Primeiro, a partir das equações que descrevem a inflação, segue-se que, se ela ocorreu uma vez, o processo ocorrerá repetidamente, gerando um número infinito de áreas "inchadas". Eles são tão grandes que não podem se comunicar uns com os outros e, portanto, não se influenciam. Em segundo lugar, a teoria das cordas indica que essas regiões têm diferentes parâmetros físicos, como o número de dimensões espaciais e famílias de partículas estáveis.

O conceito de um universo múltiplo nos permite dar uma nova olhada em dois dos problemas científicos mais difíceis: o que aconteceu antes do Big Bang e por que as leis da física são do jeito que são? (A pergunta de Einstein: "Deus teve escolha?" era uma dessas leis.) Um universo múltiplo torna sem sentido perguntar o que aconteceu antes do Big Bang, porque houve um número infinito de big bangs, cada um gerando sua própria explosão de inflação. A pergunta de Einstein também não faz sentido: em um número infinito de universos, todas as variantes possíveis das leis da física são realizadas, então as leis que regem nosso universo não são algo especial.

Os cosmólogos são ambivalentes sobre a ideia de um universo múltiplo. Se realmente não houver conexão entre os subuniversos individuais, não seremos capazes de verificar sua existência; na verdade, eles estão fora do conhecimento científico. Parte de mim quer gritar: “Por favor, não mais do que um universo!” Mas, por outro lado, a ideia de um universo múltiplo resolve uma série de problemas fundamentais. Se estiver correto, então a expansão Hubble do Universo em apenas 100 bilhões de vezes e a expulsão copernicana da Terra do centro do Universo no século XVI. parecerá apenas um pequeno acréscimo à nossa consciência de nosso lugar no espaço.

NO ESCURO

O elemento mais importante da compreensão moderna do Universo e seu maior mistério é a energia escura, uma forma de energia recentemente descoberta e profundamente misteriosa que causa a aceleração da expansão cósmica. A energia escura assumiu o controle da matéria há alguns bilhões de anos. Antes disso, a expansão era retardada pela atração gravitacional da matéria, e a gravidade era capaz de criar estruturas que variavam de galáxias a superaglomerados. Agora, devido à influência da energia escura, estruturas maiores que superaglomerados não podem se formar. E se a energia escura tivesse vencido ainda mais cedo - digamos, quando o universo tinha apenas 100 milhões de anos - então a formação de estruturas teria parado antes do surgimento das galáxias e não estaríamos aqui.

Os cosmólogos ainda têm uma ideia muito vaga do que seja essa energia escura. Para que a expansão acelere, é necessária uma força repulsiva. A teoria geral da relatividade de Einstein indica que a atração gravitacional da forma elástica última de energia pode de fato causar repulsão. A energia quântica preenchendo o espaço vazio faz exatamente isso. Mas o problema é que as estimativas teóricas da densidade de energia quântica não concordam com os requisitos das observações; na verdade, eles os superam em muitas ordens de grandeza. Outra possibilidade é que a aceleração cósmica pode não ser controlada por uma nova forma de energia, mas por algo que imita essa energia, digamos, a falácia da relatividade geral ou a influência de dimensões espaciais invisíveis. (Veja: Cross L., Turner M. Enigma cósmico // VMN, No. 12, 2004).

Se o Universo continuar a acelerar no ritmo atual, em 30 bilhões de anos todos os sinais do Big Bang desaparecerão. (Veja: Cross L., Scherrer R. O fim da cosmologia virá? // VMN, nº 6, 2008). Todas as galáxias próximas, exceto algumas, experimentarão um desvio para o vermelho tão grande que se tornarão invisíveis. A temperatura da radiação cósmica de fundo cairá abaixo da sensibilidade dos instrumentos. Ao fazer isso, o universo se tornará semelhante ao que os astrônomos imaginaram há 100 anos, antes que seus instrumentos fossem poderosos o suficiente para ver o universo como o conhecemos hoje.

A cosmologia moderna essencialmente nos humilha. Somos formados por prótons, nêutrons e elétrons, que juntos constituem apenas 4,5% do universo; existimos apenas graças às conexões mais sutis entre o menor e o maior. As leis da microfísica garantiram o domínio da matéria sobre a antimatéria, o surgimento de flutuações que se tornaram a semente das galáxias, o preenchimento do espaço com partículas de matéria escura, que forneceu a infraestrutura gravitacional que permitiu a formação das galáxias antes que a energia escura assumisse o controle e a expansão começou a acelerar (inserção superior). Ao mesmo tempo, a cosmologia é inerentemente arrogante. A ideia de que podemos entender algo em um oceano tão vasto de espaço e tempo como nosso universo parece absurda à primeira vista. Esta estranha mistura de humildade e autoconfiança nos permitiu avançar muito na compreensão da estrutura do Universo moderno e sua evolução ao longo do século passado. Estou otimista sobre o progresso nos próximos anos e tenho certeza de que estamos vivendo na idade de ouro da cosmologia.

Se houvesse ainda mais energia escura no universo, ela permaneceria quase sem forma (à esquerda), sem as grandes estruturas que vemos (à direita).

Tradução: V. G. surdin

LITERATURA ADICIONAL

• O Universo Primitivo. Edward W. Kolb e Michael S. Turner. Westview Press, 1994.
• O Universo Inflacionário. Alan Guth. Básico, 1998.
• Quarks e o Cosmos. Michael S. Turner em Science, vol. 315, páginas 59–61; 5 de janeiro de 2007
• Dark Tnergy e o Universo em Aceleração. Joshua Frieman, Michael S. Turner e Dragan Huterer em Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics, vol. 46, páginas 385–432; 2008. Disponível online: arxiv.org.
• Cherepashchuk A.M., Chernin A.D. Horizontes do Universo. Novosibirsk: Izd. SO RAN, 2005.

Michael S. Turner foi pioneiro na unificação da física de partículas, astrofísica e cosmologia e assumiu o trabalho da Academia Nacional neste novo campo de pesquisa no início desta década. Ele é professor no Kavli Foundation Institute for Cosmological Physics na Universidade de Chicago. De 2003 a 2006, chefiou o Departamento de Ciências Físicas e Matemáticas da National Science Foundation. Seus prêmios incluem o Prêmio Warner da American Astronomical Society, o Prêmio Lilienfeld da American Physical Society e o Prêmio Klopsteg da Associação Americana de Professores de Física.