Pergunte a Ethan nº 49: Os desconhecidos do espaço rejeitam a teoria do Big Bang?
Não conhecemos a natureza da matéria escura ou da energia escura, que constituem 95% do nosso universo. Isso significa que a teoria do Big Bang está em dúvida?
Se sua teoria tem infinidades, é nesses lugares que deixa de descrever a realidade. Se o cosmos nasceu do Big Bang e, ao mesmo tempo, é interminável, temos que acreditar que instantaneamente se tornou infinitamente grande. E isso é um absurdo.
- Jeanne Levin
De certa forma, é um milagre que, apesar de todo o nosso conhecimento obtido por meio de pesquisas científicas, ainda encontremos perguntas para as quais não temos respostas. E toda semana você tenta me deslumbrar na minha coluna semanal com suas perguntas e sugestões. Nesta semana, um leitor de jnnance pergunta:Os cientistas têm certeza de que compreendem a evolução do universo desde o início do big bang. E eles têm certeza de que o Universo consiste de matéria escura, cuja composição é desconhecida, e que sua dinâmica é controlada pela energia escura, que também é pouco estudada (isso é uma nova força?)
E como é possível a extrapolação para o Big Bang, se é sobre a matéria? e tão pouco se sabe em poder no universo?
Essa é uma pergunta importante a ser feita toda vez que você receber novos fatos: "Nossa velha maneira de pensar agora?" Vamos descobrir.
Deve-se lembrar de onde veio a teoria do Big Bang. Historicamente, ocorreram vários eventos que lançaram as bases para o entendimento que desenvolvemos agora. Os eventos são os seguintes:
Uma teoria geral da relatividade, uma nova teoria da gravidade, foi desenvolvida e suas previsões foram confirmadas. Inicialmente, ela deveria explicar a precessão orbital de Mercúrio ao redor do Sol, mas depois previu um grande conjunto de fenômenos, e todos eles foram confirmados, incluindo a deflexão da luz de estrelas distantes pela massa, desvio para o vermelho gravitacional, dilatação do tempo devido à gravidade e a diminuição da órbita das próximas. massas e muito mais.
Verificou-se que as galáxias são objetos fora da Via Láctea. Inicialmente, eram consideradas nebulosas, regiões de formação estelar, localizadas a apenas dezenas de milhares de anos-luz de distância. Mas a combinação de velocidades muito altas, que indicavam a ausência de uma conexão gravitacional com a Via Láctea, e a diferenciação de estrelas individuais dentro delas, permitiram concluir que estão a milhões de anos-luz de distância.
Galáxias no Universo, localizadas de maneira bastante uniforme em todas as direções e distâncias, estão se afastando de nós. Ao combinar o desvio para o vermelho (velocidade de remoção) e a distância a eles (obtida pela observação de estrelas individuais), chegamos à lei de Hubble, segundo a qual, quanto mais longe uma galáxia está de nós, mais rápido ela se afasta de nós.
Combinando esses dados com a relatividade geral, descobrimos que, em vez do Universo, onde todas as galáxias se dispersam para longe de nós, como no epicentro de uma explosão, o Universo, que está se expandindo, e no qual um novo espaço constante aparece entre as galáxias, aumentando a distância entre elas. Para os interessados em detalhes técnicos, direi que todos os espaços-tempo homogêneos isotrópicos (soluções GR iguais em todas as direções e distâncias) devem conter um espaço em contração ou em expansão.
Uma das conclusões possíveis disso (embora não seja a única) é que, no passado, o Universo era mais quente e denso, e esfriaria e tornaria rarefeito ao longo do tempo. Essa é a idéia do Big Bang. Isso significa que o Universo está se expandindo, e o desvio para o vermelho é maior, quanto mais longe o objeto de nós, pois antes era mais quente e denso.Os comprimentos de onda eram mais curtos, o que significa que havia mais energia. Matéria e radiação estavam mais próximas umas das outras e as colisões não eram apenas mais fortes, mas também com mais frequência. Nesse caso, conclusões muito sérias se seguem.
1) Em termos espaciais, o Universo era uniforme. À medida que a gravidade se torna mais forte se mais massa for reunida, hoje o Universo está mais irregular do que antes. Então, uma vez que não havia superaglomerados galácticos, galáxias e até estrelas. Então, antes, não apenas a diferença na densidade de diferentes regiões não era tão forte, mas elementos pesados não existiam, porque eles são sintetizados apenas dentro de estrelas, que antes não existiam há muito tempo.
2) Uma vez que estava quente o suficiente para que os átomos não pudessem se formar nele. Colisões fortes o suficiente e freqüentes entre fótons e átomos retiram elétrons de suas órbitas. Extrapolando para o passado, podemos concluir que, a princípio, era impossível formar um átomo estável para que ele não fosse imediatamente ionizado por nenhum fóton.
3) Uma vez que estava tão quente que nem o núcleo atômico pôde se formar. E, embora as forças nucleares sejam cerca de seis ordens de magnitude maiores que as atômicas, o Universo era originalmente tão quente e denso e, portanto, houve um tempo em que era um mar de prótons, nêutrons e elétrons. Então, o resfriamento passou por uma fase em que prótons e nêutrons podiam ser combinados. Isso deveria ter levado ao aparecimento de uma certa quantidade de elementos leves e isótopos - deutério, hélio-3, hélio-4 e lítio-7. Seu número e proporções são determinados pela proporção de bárions (prótons e nêutrons) em fótons no universo.Se você tem matéria comum (prótons, nêutrons, elétrons) e radiação, e a teoria do Big Bang está correta, podemos ver evidências das três conclusões. Especificamente, haverá um brilho residual da radiação dos estágios iniciais do Universo - quase perfeitamente isotrópico e homogêneo, e apenas alguns graus mais quente que o zero absoluto.
Nuvens de gás antigo também estarão presentes, onde as estrelas não se formaram desde o Big Bang. E devemos ser capazes de determinar o número de elementos e isótopos desde os estágios iniciais do desenvolvimento.
E, finalmente, devemos ver flutuações no brilho residual, embora insignificantes.
Além disso, devemos ver a evolução na estrutura e composição química do Universo, onde as regiões mais antigas e mais próximas são compostas por aglomerados maiores e possuem maior densidade de elementos pesados.Não aceitaríamos a teoria do Big Bang se não observássemos todos esses fenômenos - mas os estamos observando. Nenhuma outra teoria pode prever essas coisas ou argumentar com a teoria do Big Bang.
Voltemos à questão principal: o Big Bang não previu energia escura ou matéria escura. Existe algum problema com isso?Tudo o que descrevi acima seria verdadeiro, independentemente do que mais possa ser encontrado no universo. A única coisa que altera a presença de energia escura e matéria escura é o seguinte:
A matéria escura afeta alguns dos detalhes da formação da estrutura. Em particular, uma vez que se aglomera como a matéria, mas não interage através de colisões consigo mesma, nem com a matéria comum, nem com a radiação - sua presença altera o tamanho e o número de galáxias pequenas, galáxias grandes e como eles estão agrupados. Também afeta o espectro de flutuação da radiação cósmica de microondas.
Mas mesmo quando há cinco vezes mais matéria escura do que o normal, o resto da história não muda.A energia escura afeta a velocidade da expansão cósmica mais próxima do momento atual na vida do universo. Eles começaram a adivinhar sua existência em 1933, mas não é de surpreender que essa idéia não tenha sido levada a sério até os anos 90: são necessárias medições muito precisas de distâncias da ordem de dez bilhões de anos-luz para apenas começar a ver sua influência no desenvolvimento do Universo.
Portanto, embora a matéria escura e a energia escura constituam uma grande proporção do conteúdo energético do Universo - a matéria escura ocupa 26%, a energia escura - 69% - elas não representam dificuldades para a teoria do Big Bang.Em princípio, no Universo, pode haver qualquer coisa ou coisa de uma só vez na lista a seguir (ordenada da mais alta pressão positiva para a menos negativa):- radiação sob a forma de partículas sem massa
- neutrino
- (, , )
- ( )
- , , « »
Temos radiação, neutrinos e matéria, e isso é conhecido há quase cem anos. E o resto? Parece ser matéria escura e uma constante cosmológica na forma de uma forma especial de energia escura. Provavelmente nada mais.É claro que você pode vê-lo do ponto de vista do “Big Bang não previu isso”, mas o Big Bang não é a resposta final na história do Universo, mas apenas parte da história.
Sempre haverá algo que ainda não sabemos, então a inflação cósmica, a matéria escura e a energia escura não são um problema para o Big Bang - elas apenas nos mostram as limitações dessa teoria e nos contam a história completa do universo.Source: https://habr.com/ru/post/pt394611/
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