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La Teoría del Big Bang

El Big Bang es sólo una teoría, una hipótesis basada en observaciones astronómicas de la Nube de Magallanes [NGC 265]

Piensa . Hace unos 15 mil millones de años, toda la materia del universo estaba altamente concentrada en un punto, con temperaturas extremadamente altas, y se produjo una gran explosión. Después del Big Bang, la materia comenzó a expandirse hacia afuera, formando el universo que vemos hoy. Todo el proceso del Big Bang es complejo y ahora sólo podemos describir la historia del desarrollo del universo antiguo basándonos en investigaciones teóricas. Durante estos 15 mil millones de años nacieron cúmulos de galaxias, galaxias, nuestra Vía Láctea, estrellas, sistemas solares, planetas, satélites, etc. Todos los cuerpos celestes y la materia del universo que podemos ver y que no podemos ver ahora han formado la forma actual del universo. Los seres humanos nacieron en esta evolución del universo.

La continua expansión del universo

Los científicos creen que se originó a partir de un increíble Big Bang hace 13.700 millones de años. Se trata de una explosión de energía inimaginable. La luz del borde del universo tardará entre 12 y 15 mil millones de años en llegar a la Tierra. El material emitido por el Big Bang flota en el espacio. De este material se forman enormes galaxias compuestas por muchas estrellas. Nuestro Sol es una de estas innumerables estrellas. Originalmente, la gente imaginaba que el universo dejaría de expandirse debido a la gravedad. Sin embargo, los científicos han descubierto que hay una "energía oscura" en el universo que genera una fuerza repulsiva que acelera la expansión del universo. El proceso de expansión después del big bang es una batalla entre la gravedad y la repulsión. El poder generado por la explosión es una especie de repulsión, que mantiene a los cuerpos celestes en el universo alejándose. También existe una gravitación universal entre los cuerpos celestes, lo que impedirá. los cuerpos celestes se alejen, e incluso intentar que se acerquen entre sí. El tamaño de la fuerza gravitacional está relacionado con la masa del cuerpo celeste. Por lo tanto, si el universo continuará expandiéndose después del Big Bang o si eventualmente dejará de expandirse y se encogerá y se hará más pequeño depende enteramente de la densidad de la materia en el. universo. Teóricamente hay cierta densidad crítica. Si la densidad promedio de materia en el universo es menor que la densidad crítica, el universo continuará expandiéndose, lo que se llama universo abierto, si la densidad promedio de materia es mayor que la densidad crítica, el proceso de expansión se detendrá tarde o temprano; más tarde, se producirá la contracción, lo que se llama universo cerrado. El problema parece muy sencillo, pero en realidad no lo es. La densidad crítica calculada teóricamente es 5×8^-30 g/cm3. Pero no es tan fácil determinar la densidad media de materia en el universo. Existe un vasto espacio intergaláctico entre galaxias. Si la masa de toda la materia luminosa observada hasta ahora se distribuye por todo el universo, entonces la densidad media será de sólo 2×10^-31 g/cm3, muy por debajo de la media. por encima de la densidad crítica. Sin embargo, diversas evidencias muestran que todavía existe en el universo la llamada materia oscura, y su cantidad puede exceder con creces la de materia visible, lo que genera grandes incertidumbres para la determinación de la densidad promedio. Por lo tanto, sigue siendo un tema controvertido si la densidad media del universo es realmente menor que la densidad crítica. Sin embargo, a partir de ahora, es más probable que abra el universo. Cuando las estrellas evolucionen a una etapa avanzada, arrojarán parte del material (gas) al espacio interestelar NGC 5139 Omega Centauri, y estos gases podrán usarse para formar la próxima generación de estrellas. Puede haber cada vez menos gas durante este proceso (no se ha establecido que este proceso reduzca este gas). Para que no se puedan producir más estrellas nuevas. En 10^14 años, todas las estrellas perderán su brillo y el universo se volverá más oscuro. Al mismo tiempo, las estrellas seguirán escapando de la galaxia debido a las interacciones, y la galaxia se encogerá debido a la pérdida de energía. Como resultado, se formará un agujero negro en la parte central que crecerá devorando las estrellas que pasan cerca. (De acuerdo con la ley de conservación de masa y energía, el gas que forma las estrellas no disminuye sino que se convierte en otras formas. Por lo tanto, es posible que se sigan produciendo nuevas estrellas). Después de 10^17 a 10^18 años, para una galaxia Sólo quedarán agujeros negros y algunas estrellas muertas dispersas. En este momento, los protones que componen las estrellas ya no son estables. Después de 10^32 años, el protón comienza a descomponerse en fotones y varios leptones. Después de 10^71 años, este proceso de desintegración se completa y sólo quedan en el universo fotones, leptones y algunos agujeros negros enormes.

La "cosmología del Big Bang" que actualmente influye en los círculos académicos fue propuesta por el matemático belga Lemaître en 1927. Creía que la materia del universo original se concentraba en un "huevo cósmico" superatómico y explotaba en un Big Bang sin precedentes. dividido en innumerables fragmentos, formando el universo actual. En 1948, el físico ruso-estadounidense Gamow y otros describieron en detalle cómo el universo evolucionó desde una singularidad densa y caliente después de una gran explosión hace 15 mil millones de años a través de una serie de elementos para finalmente formar estrellas y galaxias Imagen de todo el proceso de evolución de expansión. . Pero hay muchos aspectos confusos en esta teoría. El universo macroscópico está relativamente extendido infinitamente. La hipótesis de la "Cosmología del Big Bang" de que el universo era sólo un punto en el principio y que estaba rodeado por un espacio en blanco, es decir, que el universo, cuyo alcance los humanos aún no han podido determinar y no pueden Calcular la masa, estaba comprimida en un espacio muy pequeño, es sólo una conjetura. Además, considerando la relación proporcional entre energía y masa, ¿de dónde viene la energía para que un pequeño punto explote repentinamente en un vasto universo sin motivo alguno? El hombre determina que la revolución de la Tierra alrededor del Sol es la medida estándar para medir el tiempo: el año. Sin embargo, todos los cuerpos celestes del universo se mueven a diferentes velocidades. En el universo no existe un estándar para medir el tiempo. Por ejemplo, los conceptos de este, oeste, norte y sur en la Tierra no tienen significado en el universo. Dado que el concepto de año no existe para el universo, ¿cómo puede la cosmología del Big Bang utilizar el concepto de año para calcular la edad exacta del universo? En 1929, el astrónomo estadounidense Hubble propuso la ley de Hubble de que el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias es proporcional a la distancia entre las galaxias y dedujo la teoría de la expansión del universo según la cual las galaxias se están alejando unas de otras. La ley de Hubble simplemente establece que cuanto más lejos está una galaxia de la Tierra, más rápido se mueve: el desplazamiento hacia el rojo de la galaxia es directamente proporcional a la distancia de la galaxia. Pero no logró descubrir otro punto muy importante: el corrimiento al rojo de la galaxia también es directamente proporcional a la masa de la galaxia. La distancia entre las galaxias en el universo es muy, muy grande, y la propagación de la luz se irá debilitando gradualmente debido a la absorción y obstrucción por la materia espacial. Las galaxias que se mueven más rápido son galaxias con mayor masa. Cuanto mayor es la masa, más fuerte es la radiación de energía. Por lo tanto, las galaxias con corrimientos al rojo extremadamente grandes que observamos son, por supuesto, galaxias extremadamente masivas. Esta es la razón por la que las galaxias distantes llamadas "cuásares" tienen enormes corrimientos al rojo debido a su enorme masa. Además, aquellas galaxias con masa pequeña y radiación de energía débil (a excepción de algunas galaxias muy cercanas a la Vía Láctea, como las Nubes de Magallanes Grande y Pequeña) son difíciles de observar, por lo que la mayoría de las galaxias que vemos ahora son rojas. cambiado. Dado que las estrellas de la Vía Láctea están cerca de la Tierra, se pueden ver estrellas grandes y pequeñas, por lo que el corrimiento al rojo y al púrpura de las estrellas son aproximadamente iguales. Otra razón por la que las galaxias tienen más desplazamientos hacia el rojo y menos desplazamientos hacia el púrpura es que las estructuras materiales del universo se mueven en una trayectoria circular alrededor de un centro dentro de un cierto rango, en lugar de irradiar desde un centro hacia los alrededores como se describe en la cosmología del Big Bang. movimiento lineal. Por lo tanto, el rango de galaxias desplazadas hacia el púrpura vistas desde la Tierra es muy estrecho y el número es muy pequeño. Sólo pueden ser aquellas que se mueven en la misma dirección que la Vía Láctea. El frente es más pequeño que la Vía Láctea y la parte trasera. más grande que la Vía Láctea. Sólo con el desarrollo de instrumentos de observación astronómica de mayor resolución en el futuro podremos ver más galaxias desplazadas hacia el púrpura. Cuando la distribución de la materia en el universo se desequilibra, la estructura material local continuará expandiéndose y contrayéndose, pero el equilibrio relativo de la estructura general del universo no cambiará. Basarse simplemente en los cambios en la distancia entre algunas (pero no todas) las galaxias visibles y la Tierra, tal como se observan desde la perspectiva de la Tierra, no puede explicar si el universo en su conjunto se está expandiendo o contrayendo. Al igual que el fenómeno de las mareas de los océanos de la Tierra, que suben y bajan constantemente debido a la fuerza gravitacional, no significa que la cantidad total de agua de mar esté aumentando o disminuyendo. En 1994, Friedman y otros del Instituto Carnegie de Estados Unidos utilizaron el método de estimación de la tasa de expansión del universo para calcular la edad del universo y obtuvieron un valor de cálculo de edad de 8 a 12 mil millones de años. Sin embargo, según el análisis de los espectros estelares, las estrellas más antiguas del universo tienen entre 14 y 16 mil millones de años. La edad de las estrellas es mayor que la edad del universo. La radiación de fondo de microondas detectada por los ingenieros estadounidenses Penzias y Wilson en 1964 se debió al efecto de la transferencia de energía entre diversos materiales a lo largo del universo. La radiación material en el universo existe todo el tiempo, y el valor de temperatura de 3K o 5K es solo un estándar de medición diseñado por los humanos según su propio criterio.

Aproximadamente otro millón de años después, el universo se enfrió aún más, comenzaron a formarse átomos y la radiación que llenaba el universo se extendió libremente por el espacio. Esta radiación se llama radiación cósmica de fondo de microondas y ha sido confirmada por observaciones. Además de materia primordial y radiación, la teoría del Big Bang predice que el universo debería estar ahora lleno de neutrinos, que son partículas elementales sin masa ni carga. Ahora los científicos están trabajando arduamente para encontrar esta sustancia. El modelo del Big Bang puede explicar uniformemente los siguientes hechos observacionales: (a) La teoría sostiene que todas las estrellas se crearon después de que la temperatura bajó, por lo que la edad de cualquier cuerpo celeste debería ser más corta que el período desde la caída de la temperatura hasta hoy, es decir , debería tener menos de 20 mil millones de años. Las mediciones de las edades de varios cuerpos celestes lo demuestran. (b) Se observa que los objetos extragalácticos tienen un desplazamiento sistemático hacia el rojo de las líneas espectrales, y el desplazamiento hacia el rojo es aproximadamente proporcional a la distancia. Si se explica por el efecto Doppler, entonces el corrimiento al rojo es un reflejo de la expansión del universo. (c) En varios cuerpos celestes, la abundancia de helio es bastante grande y la mayoría de ellos son 30. El mecanismo de las reacciones nucleares estelares no basta para explicar por qué hay tanto helio. Según la teoría del Big Bang, la temperatura inicial era muy alta y la eficiencia de producción de helio también era muy alta, lo que puede explicar este hecho. (d) Con base en la tasa de expansión del universo y la abundancia de helio, la temperatura del universo en cada período histórico se puede calcular específicamente. Según la teoría del Big Bang, el universo nació de un punto muy pequeño hace 13.700 millones de años. De ahí nacieron el tiempo y el espacio, la masa y la energía, y pequeñas partículas de materia se juntaron en grandes cúmulos de materia, formando finalmente galaxias. estrellas y planetas, etc. Antes del Big Bang, no había materia, ni energía, ni siquiera vida en el universo. Sin embargo, la teoría del Big Bang no puede responder cómo era el universo actual antes del Big Bang, o ¿cuál fue la razón del Big Bang? Según la teoría del Big Bang, el universo no tuvo principio. Es simplemente un proceso cíclico, el proceso de creación, destrucción y recreación del universo. Esto es sólo una hipótesis, no una teoría perfecta.

Argumentos a favor del Big Bang

Aunque la teoría del Big Bang no está madura, sigue siendo la teoría dominante sobre la formación del universo. La clave es que actualmente existe cierta evidencia. para apoyar la teoría del Big Bang, la más tradicional La evidencia es la siguiente: (a) Desplazamiento hacia el rojo Desde cualquier dirección de la Tierra, las galaxias distantes se están alejando de nosotros. Por lo tanto, se puede deducir que el universo se está expandiendo. Cuanto más lejos están las galaxias de nosotros, más rápido se alejan. (b) Ley de Hubble La Ley de Hubble es una relación definida sobre la velocidad y la distancia entre galaxias que se alejan unas de otras. Todavía explica el movimiento y la expansión del universo. V=H×D Donde, V (Km/seg) es la velocidad de distancia; H (Km/seg/Mpc) es la constante de Hubble, que es 50 D (Mpc) es la distancia de la galaxia. 1Mpc=3,26 millones de años luz. (c) La abundancia de hidrógeno y helio. El modelo predice que el hidrógeno representa el 25% y el helio el 75%, lo que ha sido confirmado por experimentos. (d) Abundancia de oligoelementos: para estos oligoelementos, la abundancia predicha en el modelo es la misma que la medida. (e) Radiación cósmica de fondo de 3K. Según la teoría del Big Bang, el universo se enfrió debido a la expansión. Las brasas de radiación producidas en ese momento todavía deberían existir en el universo actual. En 1965, se midió la radiación de fondo cósmica. (f) La falta de homogeneidad de la radiación de fondo demuestra que el estado inicial del universo no era uniforme, razón por la cual se produjeron el universo actual y las galaxias y cúmulos de estrellas actuales. g) Nuevas pruebas de la teoría del Big Bang En la revista británica Nature de diciembre de 2000, los científicos dijeron que habían descubierto nuevas pruebas que podrían utilizarse para confirmar la teoría del Big Bang. Durante mucho tiempo ha existido la teoría de que el universo era originalmente un punto con una masa extremadamente grande, un volumen pequeño y una temperatura extremadamente alta. Luego, este punto explotó y, a medida que el volumen se expandió, la temperatura continuó disminuyendo. Hasta el día de hoy, todavía quedan rayos cósmicos en el universo llamados "radiación cósmica de fondo" que permanecen desde los primeros días del Big Bang. Los científicos analizaron la luz absorbida por una nube de gas distante de un quásar hace miles de millones de años y descubrieron que, de hecho, era más caliente que el universo actual. Descubrieron que la temperatura de fondo era de aproximadamente -263,89 grados Celsius, que es más alta que la temperatura cósmica medida actualmente de -273,33 grados Celsius.