¿Cuál es el origen del universo?
Durante mucho tiempo, la teoría de la nebulosa dominó la teoría del origen del universo. Ahora, ha sido aceptado por muchas personas que el universo se originó a partir del "Big Bang", aunque la gente todavía no lo hace. saber cuál fue la mecha que desencadenó el Big Bang Disparada por "quién". En la película de divulgación científica sobre el origen de la Tierra y el universo transmitida por CCTV, también se demostró vívidamente el escenario imaginario del Big Bang. El modelo del Big Bang ha sido generalmente aceptado por los astrónomos como una teoría sistemática para explicar el origen del universo, y ha sido citado por muchos medios y escrito en libros de texto.
Se dice que la teoría del Big Bang fue propuesta por Georgis Lemaître, un obispo católico belga al que le gustaba la física. En 1927, Georgis Lemaître se doctoró en filosofía en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. También en este año, Georgis Lemaître propuso basándose en la teoría de la relatividad de Einstein que el universo se expandía uniformemente en cualquier dirección y en todas partes. Creía que el universo se formó por la explosión de una masa primitiva que contenía toda la materia. El posterior descubrimiento de Edwin Hubble sobre la expansión del universo apoyó el modelo del Big Bang del universo. Hubble descubrió que las galaxias distantes se alejan rápidamente de la Tierra en todas direcciones en lugar de acercarse a la Tierra. Se trata de la expansión del universo que descubrió Hubble en 1929, lo que llevó a muchos científicos a pensar en la explosión inicial que habría producido suficiente energía para desencadenar la expansión del universo.
Hacia 1940, los astrofísicos comenzaron a estudiar la explosión inicial que desencadenó el Big Bang. La teoría que propusieron para ello es que la temperatura del plasma producido tras el big bang debería ser superior a la temperatura interna de cualquier estrella existente, y a medida que pasa el tiempo debería enfriarse lentamente y acercarse gradualmente a la llamada "cero absoluto", como una hoguera apagada, con calor residual aún en las cenizas. Esto se conoce como teoría de la "radiación de fondo de microondas", lo que significa que cuanto más lejos de nosotros en las profundidades del universo, mayor debería ser la temperatura de fondo del universo. Sin embargo, cuando surgió la teoría de la "radiación de fondo de microondas", los astrónomos y físicos no le prestaron mucha atención porque, en su opinión, la llamada teoría del Big Bang no era más que un juego de niños. Se valora obtener datos de primera mano. Actualmente, no existe forma de medir o confirmar la existencia de radiación de fondo de microondas.
En 1965, las cosas dieron un giro inesperado: los científicos de los Laboratorios Bell anunciaron que habían descubierto accidentalmente un "silbido" continuo proveniente de la radiación de fondo de microondas mientras desarrollaban receptores para satélites de comunicaciones. La teoría del Big Bang era ampliamente puesta en duda antes de 1965 porque no estaba probada, pero ahora finalmente hay evidencia de que existe radiación residual, posiblemente sobrante del Big Bang. Como resultado, muchos científicos de renombre se han unido al equipo de investigación del Big Bang y se ha descubierto más evidencia que respalda la teoría del Big Bang.
Dado que la radiación de fondo de microondas juega un papel particularmente importante en la teoría del Big Bang, en 1989 la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) incluso lanzó un satélite de microondas específicamente para medir este "fondo cósmico". El detector de fondo de microondas (COBE) espera detectar la radiación de fondo de microondas 500.000 años después del Big Bang, cuando el universo se enfrió lo suficiente como para que la materia comenzara a formarse e irradiar luz. COBE ha estado a la altura de las expectativas de los astrónomos. Los datos de detección por satélite confirmaron que la radiación cósmica de fondo es efectivamente isotrópica, con una temperatura cercana a los 3 Kelvin (2,276 Kelvin). Los astrónomos también descubrieron que esta radiación coincidía con el espectro esperado del cuerpo negro con una precisión sorprendente.
En 1992, un mapa estelar de todo el cielo basado en datos recopilados por COBE también confirmó otra predicción: el material formado por el gas enfriado después del Big Bang eventualmente se acumulará en grupos para formar galaxias. Esto también es consistente con la teoría de que las fluctuaciones cuánticas microscópicas en el universo primitivo deben alterar la distribución uniforme de la materia. Metafóricamente hablando, el universo es como una olla de caldo ligeramente grumoso con un poco de caldo espesado; como todos sabemos, cuando se vierte almidón en la olla sin removerlo completamente, inevitablemente aparecerán grumos, incluso si son muy pocos. parece destacar. El físico estadounidense Hans Bethe señaló en 1939 que en las estrellas se pueden sintetizar elementos pesados. Estos elementos son los componentes de las estrellas y de nuestros cuerpos, pero sólo representan el 2% de la masa de todo el universo. El resto está compuesto por un 75% de hidrógeno, un 23% de helio y una pequeña cantidad de litio. Estos elementos ligeros se formaron durante el Big Bang. Los elementos pesados "fundidos" en el "horno" de la estrella eventualmente serán arrojados al universo, y son estos elementos pesados los que se convierten en las "semillas" para la condensación de la materia sólida en el universo. Las estrellas más antiguas retienen muy pocos elementos ligeros porque cuanto más viejas son, más tiempo llevan expulsando material al espacio.
La distribución de los elementos en el universo se denomina "abundancia de elementos cósmicos", lo que concuerda con la teoría del Big Bang.
A estas alturas parece que se puede concluir que la teoría del Big Bang es correcta. Después de una extensa verificación por parte de los científicos, esta teoría se considera sostenible. Sin embargo, si bien la mayoría de los astrónomos aceptan la teoría del Big Bang, también son conscientes de algunas dudas en la teoría del Big Bang, algunas de las cuales ponen en peligro la exactitud de la teoría del Big Bang en sí.
Por ejemplo, Fred Hoyle es el principal oponente de la teoría del Big Bang. En 1948, Fred Hoyle, Herman Bundy y Thomas Gold propusieron una teoría llamada "estado estacionario". Según la teoría de la cosmogénesis del "estado estacionario", la edad real del universo es mucho más antigua de lo que sabemos, y el universo parece haber existido siempre y existirá para siempre. Las galaxias nacerán, crecerán y morirán una tras otra, y seguirán naciendo nuevas galaxias de las cenizas de galaxias muertas, pero la masa total del universo permanecerá conservada. De esta manera, incluso las galaxias más antiguas que pueden ser observadas por los humanos en la Tierra son en realidad bastante jóvenes a mayor escala.
Sin embargo, la teoría de Hoyle en sí no es perfecta. Por ejemplo, utilizó una constante cosmológica modificada. La constante cosmológica es un factor matemático introducido por Einstein en su teoría de la relatividad para demostrar que el universo no cambia. Ya en 1929, Edwin Hubble descubrió en sus investigaciones que los espectros de las galaxias distantes se movían hacia el extremo rojo, lo que se denominó "corrimiento al rojo". Por lo tanto, concluyó que las galaxias se mueven a grandes velocidades a medida que el universo se expande. otros rápidamente. Esto demuestra que el universo no es estático y que la constante cosmológica de Einstein no es necesaria. Incluso Einstein consideró la introducción de la constante cosmológica como el mayor error que cometió en su vida.
La constante cosmológica es rechazada por la mayoría de los físicos. Después del descubrimiento de la radiación de fondo de microondas en 1965, la teoría del estado estacionario de Hoyle pareció ser eliminada. Pero Hoyle no está de acuerdo. Él cree que puede haber algunos problemas menores en su teoría, pero la teoría del Big Bang tiene problemas mayores. De hecho, la teoría del Big Bang también ha encontrado nuevos problemas. Un problema del que los físicos son muy conscientes es que el universo primitivo no se ajustaba a las leyes de la física que prevalecen ahora. Al menos 500.000 años después del Big Bang, el universo no se había enfriado lo suficiente como para que se formara materia y se liberara luz. Los teóricos del Big Bang tienen que asumir que el universo inicial era una singularidad. Hoyle y sus seguidores denunciaron este punto de vista, burlándose: "En lugar de encontrar algo que estropee la teoría del Big Bang, también se podría dudar de la validez de la teoría misma".
1990 En 2001, Hoyle comenzó a hacer algún nuevo progreso. Uno de sus seguidores, el astrónomo estadounidense Holden Arp del Instituto Tecnológico Max Planck de Alemania, señaló que muchas observaciones de corrimiento al rojo no coincidían con sus distancias reales. Ésta es una cuestión muy seria. Si el corrimiento al rojo no es un indicador fiable de la tasa de expansión del universo, esto supondrá un golpe fatal a la teoría del Big Bang. Quizás las galaxias no se estaban separando tan rápidamente y el Big Bang no sería necesario para explicar las fuerzas que impulsaban su movimiento. Arp fue más allá en 1991 y dijo: "Esto revela un gran secreto, es decir, estos cuerpos celestes decisivos han sido deliberadamente ignorados y el debate ha sido suprimido".
Sobre la teoría del Big Bang, una no verificable pero La nueva idea más importante es la expansión repentina y violenta, propuesta por Alan Guth en 1981. Él cree que en el primer "segundo" después del Big Bang, el universo se expandió repentinamente y la tasa de expansión fue mucho mayor que la tasa de expansión actual del universo. Era como si una cosa del tamaño de la cabeza de un alfiler se expandiera repentinamente. Objeto pequeño en un período de tiempo muy corto. Del tamaño de una naranja o una pelota de softbol. Esto es matemáticamente increíble: el volumen de crecimiento es 10 elevado a la potencia 50, que es un 1 seguido de 50 ceros. Después de esta repentina explosión, el universo se desaceleró y comenzó a expandirse a lo que ahora se considera un ritmo normal.
La aparición de la teoría de la inflación disipó los nubarrones sobre la teoría del Big Bang, por lo que se hizo muy popular. Resolvió muchos problemas, uno de los cuales tenía que ver con un universo plano. Los físicos creen que el universo es abierto, lo que significa que se expandirá para siempre a lo largo de una determinada superficie curva, o cerrado, lo que significa que la gravedad eventualmente lo atraerá hacia atrás, lo que tal vez termine en una especie de átomo primordial que produjo el Big Bang. Sin embargo, no hay información observable que demuestre si el universo está abierto o cerrado. Hay varios indicios de que la situación real parece estar equilibrada entre estas dos posibilidades.
Esta situación se describe como un universo plano porque la curvatura promedio del espacio-tiempo es cero y es una órbita plana.
La teoría de la inflación de Alan Guth señala: No siempre describas la inflación como la punta de una aguja que se convierte en una naranja, imagina la inflación como si se inflara un globo. Cuanto más se expande el globo, más plano. será su superficie. Debido a que el universo explotó en un instante, en realidad provocó un efecto de aplanamiento. Su teoría predice que esta rápida expansión debe crear muchas "burbujas" individuales cuyas paredes deberían ser obvias, pero en realidad no lo son. Finalmente, Guth publicó su teoría, con la esperanza de que otros cosmólogos de todo el mundo estuvieran lo suficientemente interesados en resolver el problema. El físico ruso Andrei Linde fue el primero en dar la respuesta, y otros le siguieron. Demostró matemáticamente que las "burbujas" (más tarde rebautizadas como "regiones") podían crearse de forma independiente. Es más, nuestro universo conocido sólo ocupa mil millones o incluso una billonésima parte de una "región". Las burbujas están tan separadas que nunca podríamos detectarlas. Al igual que la inflación, la teoría del campo de burbujas goza de un apoyo entusiasta entre la mayoría de los cosmólogos, incluido Stephen Hawking. Aunque la teoría del dominio de la burbuja no puede verificarse, resuelve algunos problemas de la teoría de la inflación que tampoco son verificables: la teoría de la inflación no sólo explica la planitud del universo, sino que también supera algunas deficiencias de la teoría del big bang, incluidas las diversas distribuciones de Materia en el universo. Homotropismo: el momento de inflación actúa como una batidora cósmica. Para algunos críticos, como Holden Arp y Fred Hoyle, esto estaba lejos de ser satisfactorio, por muy matemáticamente elegante que fuera la teoría que encajaba tan perfectamente con la teoría. Pero, después de todo, los críticos son minoría. Aunque cada vez más físicos tienen dificultades para aceptar todos los aspectos de la teoría del Big Bang y la teoría de la inflación, están dispuestos a cuestionar algunas cuestiones menores en lugar de ridiculizar toda la teoría.
Actualmente, la teoría del Big Bang se ha convertido en la mejor teoría para explicar el origen de nuestro universo. Cabe destacar que no nos olvidamos de las otras "zonas" que siempre están fuera de nuestro campo de visión. El desarrollo de tecnologías de detección cósmica profunda, como el telescopio Hubble, y la tecnología informática de alta velocidad han hecho que nuestra visión sea más amplia y profunda. A medida que los experimentos de física cuántica profundizan en el extraño mundo de las partículas subatómicas, el conocimiento que adquiere la gente parece seguir respaldando la teoría del Big Bang. Algunos, incluido Stephen Hawking, son optimistas en cuanto a que tal vez nos estemos acercando a comprender el universo entero y que el surgimiento de una gran teoría unificada puede no estar muy lejos. Por último, debemos recordar a todos que incluso entre los partidarios de la teoría del Big Bang también hay quienes dudan. Nuestra comprensión del universo es todavía sólo el comienzo, y tal vez nunca resolvamos el misterio de la formación del universo mientras existan los humanos.
Así que, aunque la teoría del Big Bang ha sido llamada teoría estándar, todavía no es una verdad.