O Big Bang e a Origem do Universo
Se, por curiosidade, pegarmos um livro de referência ou algum manual de ciência popular, certamente nos depararemos com uma das versões da teoria da origem do Universo - a chamada teoria do big bang. Resumidamente, essa teoria pode ser formulada da seguinte forma: inicialmente, toda a matéria foi comprimida em um "ponto", que tinha uma temperatura excepcionalmente alta, e então esse "ponto" explodiu com uma força tremenda. Como resultado da explosão, átomos, substâncias, planetas, estrelas, galáxias e, finalmente, vida foram gradualmente formados a partir de uma nuvem superquente de partículas subatômicas expandindo-se gradualmente em todas as direções. Ao mesmo tempo, a Expansão do Universo continua, e não se sabe por quanto tempo continuará: talvez um dia atinja seus limites.Existe outra teoria da origem do universo. Segundo ele, a origem do Universo, todo o universo, a vida e o homem é um ato criativo razoável realizado por Deus, o criador e onipotente, cuja natureza é incompreensível para a mente humana. Os materialistas "convencidos" geralmente se inclinam a ridicularizar essa teoria, mas como metade da humanidade acredita nela de uma forma ou de outra, não temos o direito de ignorá-la em silêncio.
explicando origem do universo e o homem de uma posição mecanicista, interpretando o Universo como um produto da matéria, cujo desenvolvimento está sujeito às leis objetivas da natureza, os partidários do racionalismo, via de regra, negam os fatores não físicos, principalmente quando se trata da existência de alguns tipo de mente Universal ou Cósmica, uma vez que isso é "não científico". Deve-se considerar o mesmo científico aquele que pode ser descrito com a ajuda de fórmulas matemáticas.
Um dos maiores problemas enfrentados pelos proponentes da teoria do big bang é precisamente que nenhum dos cenários que eles propõem para a origem do universo pode ser descrito matematicamente ou fisicamente. De acordo com as teorias básicas Big Bang, o estado inicial do Universo era um ponto de tamanho infinitamente pequeno com densidade infinitamente alta e temperatura infinitamente alta. No entanto, tal estado ultrapassa os limites da lógica matemática e não pode ser descrito formalmente. Então, na realidade, nada definitivo pode ser dito sobre o estado inicial do Universo, e os cálculos aqui falham. Portanto, este estado recebeu o nome de "fenômeno" entre os cientistas.Como essa barreira ainda não foi superada, nas publicações de ciência popular para o público em geral, o tema "fenômeno" costuma ser omitido por completo, e nas publicações científicas especializadas e publicações cujos autores estão tentando de alguma forma lidar com esse problema matemático, sobre o "fenômeno" são considerados cientificamente inaceitáveis. Stephen Hawking, professor de matemática da Universidade de Cambridge, e J.F.R. Ellis, professor de matemática da Universidade da Cidade do Cabo, em seu livro "The Long Scale of Space-Time Structure" afirma: além das leis conhecidas da física". Então temos que admitir que em nome da fundamentação do "fenômeno", esta pedra angular teoria do big bang, é preciso admitir a possibilidade de utilizar métodos de pesquisa que extrapolam o escopo da física moderna.
O "fenômeno", como qualquer outro ponto de partida do "começo do universo", que inclui algo que não pode ser descrito por categorias científicas, permanece uma questão em aberto. No entanto, surge a seguinte questão: de onde veio o "fenômeno" em si, como ele se formou? Afinal, o problema do "fenômeno" é apenas parte de um problema muito maior, o problema da própria fonte do estado inicial do Universo. Em outras palavras, se o Universo foi originalmente comprimido em um ponto, então o que o trouxe a esse estado? E mesmo que abandonemos o “fenômeno” que causa dificuldades teóricas, a questão ainda permanece: como o Universo se formou?
Na tentativa de contornar essa dificuldade, alguns cientistas propõem a chamada teoria do "universo pulsante". Na opinião deles, o Universo é infinito, repetidamente, encolhe até certo ponto, depois se expande para alguns limites. Tal universo não tem começo nem fim, há apenas um ciclo de expansão e um ciclo de contração. Ao mesmo tempo, os autores da hipótese afirmam que o Universo sempre existiu, aparentemente removendo completamente a questão do "começo do mundo". Mas o fato é que ninguém ainda apresentou uma explicação satisfatória do mecanismo da pulsação. Por que o Universo pulsa? Quais são as razões para isso? O físico Steven Weinberg em seu livro "Os primeiros três minutos" indica que a cada próxima pulsação no Universo, a razão entre o número de fótons e o número de nucleons deve inevitavelmente aumentar, o que leva à extinção de novas pulsações. Weinberg conclui que desta forma o número de ciclos de pulsação do Universo é finito, o que significa que em algum momento eles devem parar. Portanto, o "Universo pulsante" tem um fim e, portanto, tem um começo...
E novamente nos deparamos com o problema do início. A teoria geral da relatividade de Einstein cria problemas adicionais. O principal problema com essa teoria é que ela não considera o tempo como o conhecemos. Na teoria de Einstein, tempo e espaço são combinados em um contínuo espaço-tempo quadridimensional. É impossível para ele descrever um objeto como ocupando um determinado lugar em um determinado momento. A descrição relativista de um objeto define sua posição espacial e temporal como um todo único, estendido do início ao fim da existência do objeto. Por exemplo, uma pessoa seria retratada como um todo único ao longo de todo o caminho de seu desenvolvimento, desde o embrião até o cadáver. Tais construções são chamadas de "vermes espaço-temporais".
Mas se somos "vermes do espaço-tempo", então somos apenas uma forma comum de matéria. O fato de o homem ser um ser racional não é levado em consideração. Ao definir o homem como um "verme", a teoria da relatividade não leva em conta nossa percepção individual do passado, presente e futuro, mas considera uma série de casos separados, unidos pela existência espaço-temporal. Na verdade, sabemos que existimos apenas no hoje, enquanto o passado existe apenas em nossa memória e o futuro - em nossa imaginação. E isso significa que todos os conceitos do "começo do Universo", construídos na teoria da relatividade, não levam em conta a percepção do tempo pela consciência humana. No entanto, o próprio tempo ainda é pouco estudado.
Analisando conceitos alternativos e não mecanicistas da origem do Universo, John Gribbin em seu livro "White Gods" enfatiza que nos últimos anos tem havido uma "série de altos e baixos da imaginação criadora de pensadores, que hoje já não chamar profetas ou clarividentes." Um desses surtos criativos foi o conceito de "buracos brancos", ou quasares, que "cospem" galáxias inteiras no fluxo de matéria primária. Outra hipótese discutida na cosmologia é a ideia dos chamados túneis espaço-temporais, os chamados "canais espaciais". Essa ideia foi expressa pela primeira vez em 1962 pelo físico John Wheeler no livro "Geometrodynamics", no qual o pesquisador formulou a possibilidade de viagens intergalácticas extra-espaciais, extraordinariamente rápidas, que, se movendo na velocidade da luz, levariam milhões de anos . Algumas versões do conceito de "canais supradimensionais" consideram a possibilidade de utilizá-los para viajar ao passado e ao futuro, bem como a outros universos e dimensões.
Deus e o Big Bang
Como você pode ver, a teoria do "big bang" está sob ataque de todos os lados, o que causa um desgosto legítimo entre os cientistas ortodoxos. Ao mesmo tempo, as publicações científicas cada vez mais se deparam com o reconhecimento indireto ou direto da existência de forças sobrenaturais além do controle da ciência. Há um número crescente de cientistas, incluindo grandes matemáticos e físicos teóricos, que estão convencidos da existência de Deus ou de uma Mente superior. Esses cientistas incluem, por exemplo, os vencedores do Prêmio Nobel George Wylde e William McCree. O famoso cientista soviético, doutor em ciências, físico e matemático O.V. Tupitsyn foi o primeiro cientista russo que conseguiu provar matematicamente que o Universo, e com ele o homem, foram criados por uma Mente incomensuravelmente mais poderosa que a nossa, ou seja, por Deus.Não se pode argumentar, escreve O. V. Tupitsyn em seus Notebooks, que a vida, incluindo a vida inteligente, é sempre um processo estritamente ordenado. A vida é baseada na ordem, um sistema de leis pelas quais a matéria se move. A morte é, ao contrário, desordem, caos e, como consequência, a destruição da matéria. Nenhuma ordem é possível sem influência externa, além disso, a influência de uma pessoa razoável e proposital - o processo de destruição começa imediatamente, o que significa morte. Sem entender isso e, portanto, sem reconhecer a ideia de Deus, a ciência nunca estará destinada a descobrir a causa raiz do Universo que surgiu da pra-matéria como resultado de processos estritamente ordenados ou, como a física os chama, leis fundamentais . Fundamental - isso significa básico e imutável, sem o qual a existência do mundo seria geralmente impossível.
No entanto, é muito difícil para uma pessoa moderna, especialmente uma criada no ateísmo, incluir Deus no sistema de sua visão de mundo - devido à intuição pouco desenvolvida e à completa falta de um conceito de Deus. Bem, então, você tem que acreditar em Big Bang...
“No início houve uma explosão. Não a explosão que conhecemos na Terra e que parte de um certo centro e depois se espalha, capturando cada vez mais espaço, mas uma explosão que ocorreu simultaneamente em todos os lugares, preenchendo todo o espaço desde o início, com cada partícula de matéria se afastando de quaisquer outras partículas." S. Weinberg. Primeiros três minutos.
Uma visão moderna da origem do universo
De acordo com conceitos modernos, o Universo que estamos observando atualmente surgiu 13,77 ± 0,059 bilhões de anos atrás de algum estado singular inicial e vem se expandindo e esfriando continuamente desde então. Este momento é considerado o momento do nascimento do Universo e, portanto, muitas vezes é considerado o início dos tempos.
A descoberta do universo em expansão foi uma das significativas convulsões intelectuais do século 20. Agora só podemos nos perguntar que tal ideia não tenha surgido antes. Isaac Newton e outros cientistas deveriam ter percebido que o universo estatístico logo necessariamente começaria a se contrair sob a influência de forças gravitacionais. Ao mesmo tempo, a fé em um universo estático era tão grande que existia na mente dos cientistas já no início do século 20. Mesmo Einstein, desenvolvendo a teoria geral da relatividade, tinha certeza da natureza estática do mundo.
O Big Bang e a recessão das galáxias foram comprovados graças a um fenômeno como o efeito Doppler. Depois que o matemático soviético Alexander Fridman obteve uma solução geral para as equações de Einstein aplicadas à descrição de todo o Universo, descobriu-se que o Universo muda com o tempo. Os sistemas estelares não podem estar a distâncias constantes uns dos outros e devem se aproximar ou se afastar.
Disto segue-se a conclusão de que o Universo deve expandir-se ou, inversamente, contrair-se ao seu estado inicial. Em particular, Friedman previu a necessidade da existência de um "estado singular" e, portanto, a necessidade de uma razão que levasse a substância superdensa a se expandir. Ou seja, no passado distante, o Universo não era como o que observamos hoje. Anteriormente, não havia corpos ou sistemas celestes separados. O mundo era quase homogêneo, muito denso e em rápida expansão. Só muito mais tarde, as estrelas surgiram dessa substância. Esta foi a descoberta teórica de um universo em explosão.
Mais tarde, o astrônomo Edmine Hubble confirmou essa teoria estudando os espectros das galáxias. Sistemas estelares e galáxias são unidades estruturais do Universo. Eles são observados a grandes distâncias e, portanto, o estudo de seus movimentos tornou-se a base para estudar a cinemática do Universo. A velocidade de afastamento e aproximação de objetos pode ser medida usando o chamado efeito Doppler, segundo o qual o comprimento de onda de uma fonte de luz que se aproxima é menor que o de uma que se afasta. Ou seja, a cor da primeira fonte será deslocada para o final do espectro violeta e a segunda - para o vermelho.
Explorando a luz de estrelas muito distantes, os astrônomos descobriram que as linhas de seus espectros são deslocadas para a borda vermelha. Um longo estudo dos espectros das galáxias mostrou que quase todos os sistemas estelares estão se afastando de nós, e quanto mais longe, mais rápido. Esta descoberta foi um choque para muitos cientistas, que acreditavam que todas as galáxias se movem aleatoriamente, e o número de aglomerados de galáxias que se afastam e se aproximam é aproximadamente o mesmo. Mais tarde, os astrofísicos estabeleceram que não são estrelas e galáxias que se espalham, mas os próprios aglomerados de galáxias.
Ao mesmo tempo, a remoção de galáxias na interpretação Doppler do desvio para o vermelho não é a única evidência do Big Bang. Uma confirmação independente é a radiação cósmica de fundo do corpo negro - um fundo constante e fraco de ondas de rádio que chegam até nós do espaço de todos os lados. Em 1940, o físico Georgy Gamow apresentou uma teoria sobre o Universo quente, segundo a qual, no início da expansão do Universo, a temperatura da matéria era muito alta e caiu com a expansão. Outra conclusão da teoria foi que no Universo de hoje deveria haver radiação eletromagnética fraca remanescente de uma era de alta densidade e temperatura da matéria. À medida que o universo evoluiu, ele esfriou até que a radiação se transformou em um remanescente fraco. E hoje, a intensidade dessa radiação cósmica de fundo em micro-ondas é o que se esperaria em nosso tempo de um Big Bang visivelmente enfraquecido.
Brian Greene, em seu livro The Fabric of the Cosmos, observa que é errado pensar no Big Bang como uma teoria da origem do cosmos. O Big Bang é uma teoria que mapeia a evolução cósmica a partir de uma fração de segundo depois que algo acontece para trazer o universo à existência. Esta teoria não diz o que explodiu, a causa da singularidade, ou matéria e energia.
Como resultado do desenvolvimento da teoria do Big Bang, os cientistas identificaram o ponto onde começa a expansão do Universo observável - a singularidade cosmológica. Neste momento, a descrição matematicamente correta da geometria do espaço e do tempo é violada. O próprio termo “singularidade” pode ser chamado de característica, porque o estado inicial da matéria foi caracterizado por densidades absolutamente excepcionais de matéria e energia, tendendo ao infinito. Às vezes, a singularidade é chamada de "bola de fogo primordial" na qual nenhuma das estruturas observadas hoje, nem galáxias nem estrelas, poderia existir. Mesmo os átomos tiveram que ser separados em pedaços sob a influência de alta pressão e temperatura.
O que acontece na área da singularidade não é conhecido, mas é logicamente claro que muitas leis da teoria da relatividade e da física quântica são violadas lá.
Sabendo que a história do nosso universo começou com um certo estado singular, vale a pena perguntar o que causou sua expansão. Uma pressão enorme no início não pode causar uma alta velocidade de expansão da substância, porque devido à homogeneidade do estágio inicial, as quedas de pressão desaparecem, o que pode criar uma força que leva à expansão. Além disso, a alta pressão aumenta as forças da gravidade, retardando a expansão do espaço. No entanto, existem propriedades do vácuo que, em alguns casos, possuem densidade de energia positiva, densidade de matéria, pressão ou tensão negativa. Isso leva ao fato de que a constante cosmológica, uma quantidade que caracteriza as propriedades do vácuo, pode ser tão grande que, com sua ação gravitacional, eclipsará a gravidade da matéria física comum e levará a um "empurrão" do qual o começou a expansão do Universo. Com base no exposto, vale destacar que o processo do Big Bang não pode ser comparado com a explosão de uma granada, quando partículas e átomos nascem e se desfazem no espaço, como fragmentos e gases. Essa analogia está absolutamente errada e não explica como surgiram o espaço e o tempo. No caso da bomba, a força que separa as partículas é causada pelo gradiente de pressão no interior da matéria, enquanto no Universo a matéria é homogênea e não há gradientes de pressão. Devido ao grande valor da pressão negativa, o sinal da fonte muda e ocorre a antigravidade, o que leva à expansão do mundo. Foi isso que causou o Big Bang.
É importante entender que a expansão do espaço não afeta o tamanho dos objetos - estrelas, galáxias e nebulosas (Fig. 1).
Isso se deve às forças gravitacionais que mantêm as galáxias unidas. Se tudo se expandiu livremente, então nós mesmos, Fig. 1
nossas casas e planetas se expandiriam proporcionalmente à expansão do espaço, e não perceberíamos nenhuma diferença.
Normalmente os cientistas combinam a teoria do Big Bang e o modelo do Universo quente, mas esses conceitos são independentes e, historicamente, também havia um conceito de um Universo inicial frio próximo ao Big Bang. Hoje, a teoria de um universo inicial quente é comprovada pela presença de radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Os astrônomos encontraram outras evidências que ligam o Big Bang ao universo inicial quente. Por cerca de um minuto após a explosão, a temperatura da jovem Mir foi mais alta do que no núcleo de qualquer estrela. O universo funcionou como um reator de fusão, mas as reações pararam quando o universo esfriou e se expandiu. Ao mesmo tempo, consistia em hidrogênio e hélio com pequenas impurezas de lítio. Os cálculos estão de acordo com as massas de hélio e hidrogênio que observamos em nosso tempo.
Por trás do mistério da singularidade cósmica, o segredo da origem do Universo ficou escondido por muito tempo, porém, na década de 1960. outros cenários da origem do Mundo começaram a surgir.
A teoria do Big Bang tornou-se um modelo cosmológico quase tão amplamente aceito quanto a rotação da Terra em torno 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 expandiu-se 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
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 do espaço-tempo para de funcionar. O universo surgiu de um estado inicial singular, 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 todo o universo é muito maior do 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 chegar à Terra em 13,8 bilhões de anos. Mas os telescópios estão melhorando, estamos descobrindo cada vez mais objetos distantes, e até agora não há razão para acreditar que esse processo vai parar.
Desde o Big Bang, o universo vem se expandindo em 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 outra coisa.
Embora a mecânica newtoniana tenha sido suplantada pela física relativista, 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 o 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 de quatro dimensões, acreditam os cientistas do Perimeter Institute for Theoretical Physics. Os resultados de sua pesquisa foram publicados na 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 este espaço quadridimensional tivesse suas próprias estrelas quadridimensionais, elas também explodiriam, assim como as tridimensionais em 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 de quatro dimensões, o horizonte de eventos será limitado a uma esfera que existe em três dimensões. Simulações de computador do colapso de uma estrela de quatro dimensões 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, segundo os cientistas, esfriou como 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 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 esses efeitos usando o aparato matemático e agora tentarão detectá-los experimentalmente.
Universo sem começo nem fim
Ahmed Farag Ali, da Universidade Benh, no Egito, e Sauria Das, da Universidade de Lethbridge, no Canadá, apresentaram uma nova solução para o problema da singularidade abandonando o Big Bang. Eles trouxeram ideias do famoso físico David Bohm para a equação de Friedmann descrevendo a expansão do Universo e o Big Bang. “É incrível que pequenos ajustes possam 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 com um fluido quântico hipotético, 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 uma 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 muitas 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 foi preenchido com 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 do nosso Universo uma flutuação se formará, o que “explodirá” o jovem Universo de um tipo completamente diferente. De acordo com este modelo, universos filhos podem brotar continuamente. Ao mesmo tempo, não é absolutamente 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 estruturas diferentes.
Teoria cíclica
Paul Steinhardt, um dos físicos que lançaram as bases da cosmologia inflacionária, decidiu desenvolver ainda mais essa teoria. O cientista que dirige o Centro de Física Teórica de 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. Espaços de dimensões menores “flutuam” nele, as chamadas branas (abreviação de "membrana"). Nosso universo é apenas uma dessas branas.
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. Nesse cenário, as colisões ocorrem indefinidamente. De acordo com a hipótese de Steinhardt e Turok, outra brana tridimensional “flutua” próxima à nossa brana, separada por uma pequena distância. Também se expande, achata e esvazia, mas em um trilhão de anos, as branas começarão a convergir e eventualmente colidirão. Nesse caso, uma enorme quantidade de energia, partículas e radiação será liberada. Este cataclismo lançará outro ciclo de expansão e resfriamento do universo. Do modelo de Steinhardt e Turok, segue-se que esses ciclos foram 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. Destes pressupostos conclui-se que o Universo pode ser considerado como o resultado de um programa de computador ou de um dispositivo de computação digital. Esse computador poderia ser, por exemplo, um autômato celular gigante ou uma máquina de Turing universal.
evidência indireta natureza virtual do universo chamado de 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 aparece o acesso aos dados da “Internet universal”. Uma prova indireta da natureza virtual do Universo é chamada de princípio da incerteza na mecânica quântica: partículas de matéria podem existir de forma instável e são “fixadas” em um estado específico apenas quando 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.
Big Bang. Este é o nome da teoria, ou melhor, uma das teorias, da origem ou, se preferir, da criação do Universo. O nome, talvez, seja muito frívolo para um evento tão assustador e inspirador. Especialmente intimidante se você já se fez perguntas muito difíceis sobre o universo.
Por exemplo, se o universo é tudo o que é, como ele começou? E o que aconteceu antes disso? Se o espaço não é infinito, então o que está além dele? E em que exatamente esse algo deve ser colocado? Como você pode entender a palavra "infinito"?
Essas coisas são difíceis de entender. Além disso, quando você começa a pensar sobre isso, você tem uma sensação estranha de algo majestoso - terrível. Mas as perguntas sobre o universo são uma das perguntas mais importantes que a humanidade se fez ao longo de sua história.
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Qual foi o início da existência do universo?
A maioria dos cientistas está convencida de que o início da existência do universo foi estabelecido por uma grandiosa grande explosão de matéria que ocorreu cerca de 15 bilhões de anos atrás. Por muitos anos, a maioria dos cientistas compartilhou a hipótese de que o início do universo foi marcado por uma enorme explosão, que os cientistas apelidaram de "Big Bang". Na opinião deles, toda a matéria e todo o espaço, que agora é representado por bilhões e milhões de galáxias e estrelas, há 15 bilhões de anos cabem em um espaço minúsculo, não maior do que algumas palavras nesta frase.
Como o universo foi formado?
Os cientistas acreditam que há 15 bilhões de anos, esse pequeno volume explodiu em minúsculas partículas menores que os átomos, dando origem à existência do universo. Inicialmente, era uma nebulosa de pequenas partículas. Mais tarde, quando essas partículas foram combinadas, os átomos foram formados. Galáxias estelares foram formadas a partir de átomos. Desde aquele Big Bang, o universo continuou a se expandir como um balão inflando.
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Dúvidas sobre a Teoria do Big Bang
Mas nos últimos anos, os cientistas que estudam a estrutura do universo fizeram algumas descobertas inesperadas. Alguns deles questionam a teoria do Big Bang. O que você pode fazer, nosso mundo nem sempre corresponde às nossas ideias confortáveis sobre ele.
Distribuição de matéria durante uma explosão
Um problema é a maneira pela qual a matéria é distribuída por todo o universo. Quando um objeto explode, seu conteúdo se espalha uniformemente em todas as direções. Em outras palavras, se a matéria foi inicialmente comprimida em um pequeno volume e depois explodiu, então a matéria deveria ter sido distribuída uniformemente pelo espaço do Universo.
A realidade, no entanto, é muito diferente das representações esperadas. Vivemos em um universo muito desigualmente preenchido. Ao olhar para o espaço, aglomerados separados de matéria aparecem distantes uns dos outros. Enormes galáxias estão espalhadas aqui e ali no espaço sideral. Entre
Mesmo os cientistas modernos não podem dizer exatamente o que havia no Universo antes do Big Bang. São várias as hipóteses que levantam o véu do sigilo sobre uma das questões mais complexas do universo.
Origem do mundo material
Antes do século 20, havia apenas dois. Os crentes religiosos acreditavam que o mundo foi criado por Deus. Os cientistas, ao contrário, se recusaram a reconhecer o universo feito pelo homem. Físicos e astrônomos eram partidários da ideia de que o cosmos sempre existiu, o mundo era estático e tudo permanecerá igual a bilhões de anos atrás.
No entanto, o progresso científico acelerado na virada do século levou ao fato de que os pesquisadores têm a oportunidade de estudar extensões extraterrestres. Alguns deles foram os primeiros a tentar responder à questão do que havia no Universo antes do Big Bang.
Pesquisa do Hubble
O século 20 destruiu muitas teorias de eras passadas. Novas hipóteses surgiram no local vago, explicando segredos até então incompreensíveis. Tudo começou com o fato de que os cientistas estabeleceram o fato da expansão do universo. Foi feito por Edwin Hubble. Ele descobriu que as galáxias distantes diferem em sua luz daqueles aglomerados cósmicos que estavam mais próximos da Terra. A descoberta dessa regularidade formou a base da lei de expansão de Edwin Hubble.
O big bang e a origem do universo foram estudados quando ficou claro que todas as galáxias “fugiam” do observador, não importa onde ele estivesse. Como isso poderia ser explicado? Como as galáxias estão se movendo, isso significa que algum tipo de energia as está empurrando para frente. Além disso, os físicos calcularam que todos os mundos já estiveram no mesmo ponto. Devido a algum tipo de empurrão, eles começaram a se mover em todas as direções com uma velocidade inimaginável.
Esse fenômeno é chamado de Big Bang. E a origem do universo foi explicada precisamente com a ajuda da teoria sobre esse evento de longa data. Quando isso aconteceu? Os físicos determinaram a velocidade de movimento das galáxias e derivaram uma fórmula pela qual calcularam quando ocorreu o "choque" inicial. Ninguém pode nomear números exatos, mas aproximadamente esse fenômeno ocorreu cerca de 15 bilhões de anos atrás.
O surgimento da teoria do Big Bang
O fato de todas as galáxias serem fontes de luz significa que uma enorme quantidade de energia foi liberada durante o Big Bang. Foi ela quem deu origem ao próprio brilho que os mundos perdem no curso de sua distância do epicentro do que aconteceu. A Teoria do Big Bang foi comprovada pela primeira vez pelos astrônomos americanos Robert Wilson e Arno Penzias. Eles detectaram um fundo de microondas cósmico eletromagnético cuja temperatura era de três graus Kelvin (ou seja, -270 Celsius). Essa descoberta apoiou a ideia de que o universo era extremamente quente no início.
A teoria do Big Bang respondeu a muitas das questões colocadas no século XIX. No entanto, agora há novos. Por exemplo, o que havia no Universo antes do Big Bang? Por que é tão homogênea, enquanto com uma liberação tão grande de energia, a substância deve se espalhar de forma desigual em todas as direções? As descobertas de Wilson e Arno puseram em causa a geometria euclidiana clássica, pois ficou provado que o espaço tem curvatura zero.
teoria inflacionária
As novas questões colocadas mostraram que a teoria moderna da origem do mundo é fragmentária e incompleta. No entanto, por muito tempo parecia que seria impossível ir além do aberto nos anos 60. E apenas pesquisas muito recentes feitas por cientistas tornaram possível formular um novo princípio importante para a física teórica. Foi um fenômeno de expansão inflacionária super rápida do Universo. Foi estudado e descrito usando a teoria quântica de campos e a teoria geral da relatividade de Einstein.
Então, como era o universo antes do Big Bang? A ciência moderna chama esse período de "inflação". No início, havia apenas um campo que preenchia todo o espaço imaginário. Pode ser comparado a uma bola de neve jogada na encosta de uma montanha nevada. O caroço vai rolar para baixo e aumentar de tamanho. Da mesma forma, o campo, devido a flutuações aleatórias, mudou sua estrutura em um tempo inimaginável.
Quando uma configuração homogênea foi formada, ocorreu uma reação. Ele contém os maiores mistérios do universo. O que aconteceu antes do Big Bang? Um campo inflacionário que não parecia em nada com assunto atual. Após a reação, o crescimento do universo começou. Se continuarmos a analogia com uma bola de neve, depois da primeira, outras bolas de neve rolaram, também aumentando de tamanho. O momento do Big Bang neste sistema pode ser comparado ao segundo quando uma enorme pedra caiu no abismo e finalmente colidiu com a Terra. Naquele momento, uma enorme quantidade de energia foi liberada. Ela ainda não consegue superar. É devido à continuação da reação da explosão que nosso Universo está crescendo hoje.
Matéria e campo
Agora o Universo consiste em um número inimaginável de estrelas e outros corpos cósmicos. Esta coleção de matéria exala uma tremenda energia, o que contradiz a lei física da conservação da energia. O que ele diz? A essência desse princípio se resume ao fato de que, por um tempo infinito, a quantidade de energia no sistema permanece inalterada. Mas como isso pode ser combinado com o nosso universo, que continua a se expandir?
A teoria inflacionária foi capaz de responder a essa pergunta. É extremamente raro que tais mistérios do universo sejam resolvidos. O que aconteceu antes do Big Bang? campo de inflação. Após o surgimento do mundo, a matéria familiar para nós veio em seu lugar. No entanto, além disso, no Universo também existe a energia negativa. As propriedades dessas duas entidades são opostas. É assim que a energia proveniente de partículas, estrelas, planetas e outras matérias é compensada. Essa relação também explica por que o universo ainda não se transformou em um buraco negro.
Quando o Big Bang aconteceu pela primeira vez, o mundo era pequeno demais para qualquer coisa entrar em colapso. Agora, quando o Universo se expandiu, buracos negros locais apareceram em algumas de suas partes. Seu campo gravitacional absorve tudo ao seu redor. Nem mesmo a luz pode escapar dele. Na verdade, por causa disso, esses buracos ficam pretos.
Expansão do universo
Mesmo apesar da fundamentação teórica da teoria inflacionária, ainda não está claro como era o Universo antes do Big Bang. A imaginação humana não pode imaginar esta imagem. O fato é que o campo inflacionário é intangível. Não pode ser explicado pelas leis usuais da física.
Quando o Big Bang aconteceu, o campo inflacionário começou a se expandir a uma taxa que excedeu a velocidade da luz. De acordo com indicadores físicos, não há nada material no Universo que possa se mover mais rápido do que esse indicador. A luz se espalha pelo mundo existente com números exorbitantes. O campo inflacionário se espalhou com velocidade ainda maior, justamente por sua natureza imaterial.
O estado atual do universo
O período atual da evolução do Universo é o mais adequado para a existência de vida. Os cientistas acham difícil determinar quanto tempo esse período de tempo durará. Mas se alguém fizesse tais cálculos, então os números resultantes não seriam inferiores a centenas de bilhões de anos. Para uma vida humana, esse segmento é tão grande que, mesmo em cálculos matemáticos, deve ser escrito usando graus. O presente foi estudado muito melhor do que a pré-história do universo. O que aconteceu antes do Big Bang, em todo caso, permanecerá apenas objeto de pesquisas teóricas e cálculos ousados.
No mundo material, até o tempo permanece uma quantidade relativa. Por exemplo, quasares (um tipo de objetos astronômicos) que existem a uma distância de 14 bilhões de anos-luz da Terra ficam atrás do nosso “agora” habitual nesses mesmos 14 bilhões de anos-luz. Esse intervalo de tempo é enorme. É difícil defini-lo mesmo matematicamente, para não mencionar o fato de que é simplesmente impossível imaginar claramente tal coisa com a ajuda da imaginação humana (mesmo a mais ardente).
A ciência moderna pode teoricamente explicar a si mesma toda a vida do nosso mundo material, começando nas primeiras frações de segundos de sua existência, quando o Big Bang acabou de ocorrer. A história completa do universo ainda está sendo completada. Os astrônomos descobrem novos fatos surpreendentes com a ajuda de equipamentos de pesquisa modernizados e aprimorados (telescópios, laboratórios, etc.).
No entanto, ainda não existem fenômenos compreendidos. Essa mancha branca, por exemplo, é sua energia escura. A essência dessa massa oculta continua a excitar as mentes dos físicos mais instruídos e avançados de nosso tempo. Além disso, nunca houve um ponto de vista unificado sobre as razões pelas quais ainda existem mais partículas no Universo do que antipartículas. Várias teorias fundamentais foram formuladas sobre este assunto. Alguns desses modelos são os mais populares, mas nenhum deles ainda foi aceito pela comunidade científica internacional como
Na escala do conhecimento universal e das colossais descobertas do século 20, essas lacunas parecem bastante insignificantes. Mas a história da ciência mostra com regularidade invejável que a explicação de tais "pequenos" fatos e fenômenos se torna a base de toda a ideia da humanidade sobre a disciplina como um todo (neste caso, estamos falando de astronomia). Portanto, as futuras gerações de cientistas certamente terão algo a fazer e algo a descobrir no campo da compreensão da natureza do Universo.
