Merkmale, Stufen, Beweise, Probleme

Der Urknalltheorie Es ist eine kosmologische Theorie, den Ursprung des Universums zu erklären, und diejenige, die derzeit die größte Akzeptanz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft hat. Gibt an, dass das Universum vor etwa 13 mit einer großen Explosion begann.800 Millionen Jahre, und seitdem hat es sich kontinuierlich erweitert.

Aus dieser großen Explosion entstanden die Angelegenheit, Zeit und Raum, die sich dann in Galaxien und Sternensysteme verwandelten, einschließlich unserer eigenen Milchstraße, des Sonnensystems und schließlich zu uns selbst.

Der Urknall oder große Explosion, künstlerische Konzeption

Die Theorie hatte ihren Ursprung im Jahr 1915 mit den Gleichungen der Relativitätstheorie von Albert Einstein, die unter anderem die Expansion des Universums vorhersagen, eine Tatsache, mit der sich der deutsche Wissenschaftler nie wohl gefühlt fühlte.

Der belgische Astronom George Lemaitre beim Studium jedoch. 1927 veröffentlichte Lemaitre einen Artikel, in dem er seine Vorstellungen über den Ursprung des Universums präsentierte, den er "das Originalatom" nannte.

Amerikanischer Astronom.

Die Galaxien hätten zweifellos viel näher an das, was sie heute sind, zweifellos viel näher sein müssen. Und deshalb sollte es einen Augenblick geben, dass alle Materie unglaublich komprimiert waren und einen unendlich kleinen Raum besetzten: eine Singularität.

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Merkmale der Urknalltheorie

Urknall Illustration

Der Begriff "Urknall" wurde 1940 von Physiker Fred Hoyle geprägt, der nicht mit der Idee sympathisierte, und bezeichnete sie spöttisch und nannte sie "diese große Explosion". Hoyle war überzeugt, dass das Universum stationär war.

Obwohl sein Name uns dazu bringt, über ein katastrophales Ereignis nachzudenken.

Aber es war so mächtig, dass die vier grundlegenden Wechselwirkungen der Physik in diesen ersten Momenten einheitlich waren.

Hauptpostulat der Theorie 

Das gesamte Universum befand sich ursprünglich in einem unglaublich dichten und heißen Zustand und expandierte dann plötzlich, während er langsam abgekühlt war. Diese Expansion geht bis heute andauert.

Der Urknall erklärt nicht, wie die ursprüngliche Singularität entstand, und weniger, was davor war. Was er erklärt, ist das, was in den frühen Tagen mit dem Universum passiert ist, in denen die Singularität aufgehört hat zu sein.

Wann ist es passiert 

Wissenschaftler schätzen, dass der Urknall 13 ereignete.800 Millionen Jahre und es ist nicht möglich zu wissen, was zuvor passiert ist, da zusammen mit Raum und Materie zusammen in diesem Moment geschaffen wurde.

Wo ist es passiert 

Es war keine lokalisierte Veranstaltung. Es stellt sich heraus, dass je mehr die Objekte, die wir mit den mächtigsten Teleskopen sehen. 

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Das geschah später

Nach dem Urknall stieg die Temperatur ab und bildete die subatomaren Partikel, die wir kennen: Protonen, Neutronen und Elektronen, um die Atome zu ergeben.

Während des Urknalls entstand die Schwerkraft, die Kraft der einheitlichen Anziehungskraft der Materie sowie der anderen grundlegenden Wechselwirkungen.

Die ersten gebildeten chemischen Elemente waren Wasserstoff, der einfachste von allen, und dann Helium und Lithium in einem Prozess genannt Nucleosynthese. Mit der Zeit führten immense Wolken dieser Elemente zu den ersten Galaxien.

Theoretische Grundlagen des Urknalls

Tieffeldbild des Universums, das vom Hubble -Weltraumteleskop aufgenommen wurde. Quelle: Wikimedia Commons.

Der Urknall basiert auf:

-Der Gleichungen der Relativitätstheorie Vorschläge von Einstein.

-Er Standardpartikelmodell, die die Struktur der Materie in Bezug auf die grundlegenden Partikel und die Wechselwirkungen zwischen ihnen beschreibt.

-Er kosmologisches Prinzip, Was besagt, dass das Universum homogen und isotrop ist, wenn wir es in größerem Maßstab sehen. Dies bedeutet, dass seine Eigenschaften in alle Richtungen identisch sind und die Gesetze der Physik auf jeder Seite gleich sind.

Natürlich wissen wir, dass es Ansammlungen von Materie gibt, die durch Räume mit viel weniger Dichte getrennt sind. Aus dieser Sicht unterscheiden sich die Eigenschaften des Universums sicherlich. Aber die Skala, die das kosmologische Prinzip abdeckt.

Nach dem kosmologischen Prinzip hat das Universum weder ein Zentrum noch Kanten oder Grenzen, da bevorzugte Orte einfach nicht existieren.

Es wird dann zu dem Schluss gekommen, dass das Universum einen Ursprung in der Zeit und damit in einem endlichen Alter hat, obwohl es immer noch nicht klar ist, ob seine Erweiterung endlich oder unendlich ist.

Stadien des Universums nach der Urknalltheorie

Die Entwicklung des Universums nach dem Urknall. Quelle: Wikimedia Commons.

Wissenschaftler zeichnen drei Hauptstadien aus, die erste eines Universums Sehr originell, das zweite des ursprünglichen Universums selbst und die dritte Stufe der Strukturbildung. 

Während der ersten beiden wurde das Universum zuerst von Strahlung und dann von Materie dominiert. 

Strahlungsstufe

In dieser Zeit war Energie in Form von Photonen, Elementarpartikel ohne Masse, die das Licht ausmachen. Dank ihnen, die Paare von Materie und Antimaterie -Elektronen - Positron, die vernichtet werden, wenn sie sind, emittieren wieder Energie in Form von Photonen.

Irgendwann dominierte die Materie jedoch bei Antimaterie leicht, was später zum Auftreten der ersten subatomaren Partikel führte.

Kosmologen glauben, dass diese Phase ungefähr 700 dauerte.000 Jahre und es unterscheidet die folgenden Perioden:

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Erstphase

Beginnen Sie von 10^-43 Sekunden nach dem Urknall und verstanden:

-Planck -Ära, wenn die vier grundlegenden Wechselwirkungen - elektromagnetisch, stark nuklear, schwach und Schwerkraft - eine einzige grundlegende Kraft darstellten. 

-Die Ära der Vereinigung, die auftrat 10^-36 Sekunden später, als sich die Schwerkraft von den anderen Kräften trennt, aber die anderen in sogenannten Darm verschmolzen (Grand Unified Theory) Als das Universum expandierte und abgekühlte.

Die große Inflation

Ab 10^-36 bis zu 10^-33 Sekunden, in denen das Universum beschleunigt wurde, kühlte und verringerte seine Dichte als Folge der Expansion.

So wuchs das Universum von etwas weniger als der Spitze eines Stifts bis zur Größe mehrerer Sohlen wie unserer, alles mit hoher Geschwindigkeit.

Partikelbildung

Das Wachstum des Universums verringerte seinen Rhythmus, ohne zu stoppen, und die ersten Elementarpartikel entstanden: Protonen, Elektronen und Neutronen.

Schaffung von leichten Atomen

Nach drei Minuten kollidierten Protonen und Neutronen, um die ersten Kerne zu bilden. Dann wurden diese Kerne gefunden und die Lichtatome wurden gebildet.

Licht des Lichts

Paradoxerweise ließ die hohen Temperaturen des ursprünglichen Universums das Licht erst etwa 380 erscheinen.000 Jahre nach dem Urknall.

Aber dann hatte das Universum bereits genug abgekühlt, um die Bildung von neutralem Wasserstoff zu ermöglichen, mit dem die Photonen - Porter des Lichts - sie ohne Hindernisse in große Entfernungen bewegen konnten.

Herrschaft der Materie

Das Universum, früher wegen der hohen Dichte undurchsichtig, wurde für Strahlung und Materie transparent die Vorherrschaft.

Auf diese Weise wurden die ersten Konglomerate gebildet, dank der Wirkung der Schwerkraft und das Universum begann die aktuelle Form zu erwerben. Es ist das Stadium der Strukturbildung.

Bildung von Sternen und Galaxien

Die Schwerkraft brach gaswolken zusammen, um die ersten Sterne zu bilden, die später in Galaxien assoziiert wurden. Experten glauben, dass dies ungefähr 400 Millionen Jahre nach dem Urknall geschah.

Zeit der dunklen Materie

Die Expansion des Universums hat nicht aufgehört, im Gegenteil, es scheint beschleunigt zu haben.

Jetzt glauben Wissenschaftler, dass es ein anderes Thema als das Thema gibt, das wir sehen können, genannt Dunkle Materie, das ist für diese beschleunigte Erweiterung verantwortlich.

Beweis

WMAP -Satellitenillustration Nehmen Sie Daten, um den Urknall zu verstehen

Strahlung Kosmischer Hintergrund

Der Urknall ist heute sogar beobachtet, obwohl die Zeit durch die Strahlung, die von den fernen Orten im Universum stammt. 

Der kosmische Mikrowellenstrahlungshintergrund (Kosmischer Mikrowellenhintergrund) Es wurde Mitte der 60er Jahre des 20. Jahrhunderts von zwei Forschern von Bell Laboratories entdeckt: Arno Penzias und Robert Wilson.

Es ist das Leuchten, das den Urknall zurückgelassen hat, etwas, auf das die Theorie bereits im Voraus hingewiesen hatte, aber das konnte erst dann erkannt werden, bis Penzias und Wilson experimente.

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Hubble-Leitre-Gesetz

1929 sagte Edwin Hubble, dass das Universum expandiert und acht Jahre lang dafür verantwortlich war, die erforderlichen Daten zu sammeln, um sie im Monte Wilson Observatory in Kalifornien zu testen.

Auf diese Weise sprach er das folgende Gesetz aus, in dem die Geschwindigkeit v Damit bewegen sich die Galaxien von uns weg, es ist proportional zur Entfernung R, Sein H Die Hubble -Konstante:

v = hr

Wobei H = 22 x 10^-3 m/(Sterño -Licht). Diese einfache Form des Gesetzes ist gültig, wenn es um Galaxien geht, die nicht zu weit entfernt sind.

Einheitliche Verteilung der entfernten Galaxien

Das Hubble -Weltraumteleskop bestätigt, dass entfernte Galaxien homogen verteilt sind, gemäß dem kosmologischen Prinzip.

Scheinbare Größe der entfernten Galaxien

Je größer die rote Verschiebung, desto mehr scheinbare Größe einer entfernten Galaxie, was bedeutet, dass die Wellenlänge seines Lichts während der Reise durch ein expandierendes Universum verlängert wird.

Probleme und kritisch

In der Theorie gibt es viele Punkte, die dunkel bleiben, zum Beispiel wissen Wissenschaftler immer noch nicht, was die große Inflation ausgelöst hat.

Auf der anderen Seite sind viele Experten nicht mit der Tatsache zufrieden, dass es vor dem Urknall keine Zeit, Materie oder Raum gab, da einige der Meinung sind, dass die Zeit immer existiert hat.

Natürlich deuten kosmologische Theorien auf große Phänomene hin und werden dank neuer Entdeckungen perfektioniert oder verworfen. Wissenschaftler hoffen, Diskrepanzen als Folgendes zu begleichen:

Entropieproblem

Die Entropie war in den ersten Momenten des Universums ungewöhnlich niedrig und Kosmologen erklären die Zunahme der Entropie nicht auf aktuelle Werte.

Horizontproblem

Dieses Problem bezieht sich darauf. 

Planitätsproblem

Es wird angenommen, dass wir in einem flachen Universum leben, aber die Urknalltheorie bietet keinen physischen Mechanismus, der den Grund zufriedenstellend erklärt.

Magnetische Monopolprobleme

Die Theorie von Big Bang sagt die Existenz magnetischer Monopole voraus, aber bisher wurden sie nicht gefunden. Jedes Mal, wenn wir versuchen, wenn ein Magnet geschnitten ist, werden kleinere Magnete immer mit Nord- und Südpolen erhalten, und trennen Sie niemals Magnetpolen (Monopole).

Andere Bedenken hinsichtlich der Theorie sind: Woher stammt Singularität aus? Und wie dominiert die Angelegenheit über dem Antimaterie?? O wie und warum die große Inflation passiert ist? Es ist noch ein langer Weg vor uns.

Verweise

1. Carroll, b. Eine Einführung in die moderne Astrophysik. 2. Auflage. Pearson.
2. Falcón, n. Kritische Überprüfung des Urknalls. Erholt von: ResearchGate.Netz.
3. Samen, m. 2011. Grundlagen der Astronomie. 11. Ed. Cengage Lernen.
4. Serway, r., Jewett, J. 2019. Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 2. 10. Ed. Cengage Lernen.
5. Wikipedia. Mikrowellenhintergrundstrahlung. Geborgen von: ist.Wikipedia.Org.