Il teoria del Big Bang È una teoria cosmologica per spiegare l'origine dell'universo e quella che attualmente ha più accettazione nella comunità scientifica. Afferma che l'universo è iniziato con un big bang, circa 13,8 miliardi di anni fa, e da allora è in continua espansione..
Da questa grande esplosione derivarono materia, tempo e spazio, che in seguito divennero galassie e sistemi stellari, inclusa la nostra Via Lattea, il sistema solare e infine noi stessi..
La teoria ebbe origine nel 1915, con le equazioni della relatività di Albert Einstein, che tra l'altro predicono l'espansione dell'universo, un fatto con il quale lo scienziato tedesco non era mai a suo agio..
Tuttavia, l'astronomo belga George Lemaitre, studiando la relatività, ha suggerito che se l'espansione fosse vera, ovviamente l'universo deve avere un punto di partenza. Nel 1927 Lemaitre pubblicò un articolo in cui presentava le sue idee sull'origine dell'universo, che chiamò "l'atomo primordiale".
L'astronomo americano Edwin Hubble ha promosso la nuova teoria, confermando nel 1929 che le galassie si stanno allontanando l'una dall'altra e anche da noi.
Tornando indietro nel tempo, le galassie dovevano essere sicuramente molto più vicine di quanto non lo siano oggi. E quindi deve esserci stato un istante in cui tutta la materia era incredibilmente compressa, occupando uno spazio infinitamente piccolo: una singolarità.
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Il termine "big bang" fu coniato dal fisico Fred Hoyle nel 1940, che non era in sintonia con l'idea, quindi lo fece riferimento in modo derisorio, chiamandolo "quel big bang". Hoyle era convinto che l'universo fosse stazionario.
Sebbene il suo nome ci induca a pensare a qualche evento catastrofico, fisici e cosmologi ora credono che non sia stato né grande né un cataclisma da cui le galassie volavano in tutte le direzioni..
Ma era così potente che le quattro interazioni fondamentali della fisica furono unificate durante quei primi momenti.
L'intero universo era originariamente in uno stato incredibilmente caldo e denso, e poi si espanse improvvisamente mentre si raffreddava lentamente. Quell'espansione continua ancora oggi.
Il big bang non spiega come sia nata la singolarità originaria, tanto meno ciò che esisteva prima di essa. Ciò che spiega è ciò che accadde all'universo durante i primi giorni in cui la singolarità cessò di essere..
Gli scienziati stimano che il big bang sia avvenuto 13,8 miliardi di anni fa e non è possibile sapere cosa sia successo prima, poiché il tempo, insieme allo spazio e alla materia, sono stati creati in quel preciso momento.
Non è stato un evento localizzato. Si scopre che più sono distanti gli oggetti che vediamo con i telescopi più potenti, più torniamo indietro al momento in cui si è verificato il big bang, indipendentemente dalla direzione in cui lo guardiamo..
Dopo il big bang, la temperatura è scesa e si sono formate le particelle subatomiche che conosciamo: protoni, neutroni ed elettroni, per dare origine agli atomi.
Durante il big bang è emersa la gravità, la forza unificante di attrazione della materia, così come le altre interazioni fondamentali.
I primi elementi chimici formati furono l'idrogeno, il più semplice di tutti, e poi l'elio e il litio, in un processo chiamato nucleosintesi. Nel tempo, enormi nubi di questi elementi hanno dato origine alle prime galassie.
Il big bang si basa su:
-Il equazioni della teoria della relatività proposto da Einstein.
-Il modello standard delle particelle, che descrive la struttura della materia in termini di particelle fondamentali e le interazioni tra loro.
-Il principio cosmologico, che afferma che l'universo è omogeneo e isotropo, quando lo vediamo su scala più ampia. Ciò significa che le sue proprietà sono identiche in tutte le direzioni e le leggi della fisica sono le stesse ovunque..
Naturalmente sappiamo che ci sono accumuli di materia, separati da spazi di densità molto inferiore. Da quel punto di vista, le proprietà dell'universo certamente differiscono. Ma la scala racchiusa dal principio cosmologico è molto più grande di quella..
Secondo il principio cosmologico, l'universo non ha un centro, né ha confini o limiti, perché semplicemente non esistono luoghi preferenziali..
Si conclude quindi che l'universo ha un'origine nel tempo e quindi un'età finita, sebbene non sia ancora chiaro se la sua estensione sia finita o infinita..
Gli scienziati distinguono tre fasi principali, la prima di un universo molto primordiale, il secondo dell'universo primordiale vero e proprio e il terzo lo stadio del formazione della struttura.
Durante i primi due, l'universo è stato dominato prima dalla radiazione e poi dalla materia.
Durante questa era, l'energia era sotto forma di fotoni, particelle elementari prive di massa che costituiscono la luce. Grazie a loro si sono create le coppie elettrone-positrone di materia e antimateria, che si annichiliscono quando si incontrano, emettendo nuovamente energia sotto forma di fotoni..
Tuttavia, a un certo punto la materia ha predominato leggermente sull'antimateria, che in seguito ha portato alla comparsa delle prime particelle subatomiche..
I cosmologi ritengono che questa fase sia durata circa 700.000 anni, e in essa si distinguono i seguenti periodi:
Inizia da 10-43 secondi dopo che si è verificato il big bang e include:
-L'era di Planck, quando le quattro interazioni fondamentali - elettromagnetica, nucleare forte, nucleare debole e gravità - costituivano un'unica forza fondamentale.
-L'era dell'unificazione, avvenuta 10-36 secondi dopo, quando la gravità è separata dalle altre forze, ma le altre sono rimaste fuse in quello che viene chiamato GUT (grande teoria unificata) mentre l'universo si espandeva e si raffreddava.
Dal 10-36 fino a 10-33 secondi, in cui l'universo ha subito una crescita accelerata, si è raffreddato e la sua densità è diminuita rapidamente, come conseguenza dell'espansione.
È così che l'universo è cresciuto da qualcosa di meno della punta di uno spillo, a una sfera delle dimensioni di diversi soli come il nostro, tutti a grande velocità.
La crescita dell'universo rallenta senza sosta e sono emerse le prime particelle elementari: protoni, elettroni e neutroni..
Dopo tre minuti, protoni e neutroni si sono scontrati per formare i primi nuclei. Quindi questi nuclei si sono incontrati e si sono formati gli atomi di luce.
Paradossalmente, le alte temperature dell'universo primordiale non permisero alla luce di apparire fino a circa 380.000 anni dopo il big bang..
Ma poi l'universo si era già raffreddato abbastanza da permettere la formazione di idrogeno neutro, con il quale i fotoni - portatori di luce - potevano spostarsi a grandi distanze senza ostacoli.
L'universo, precedentemente opaco a causa della sua alta densità, divenne trasparente alla radiazione e la materia divenne predominante.
In questo modo si formarono i primi conglomerati, grazie all'azione della gravità e l'universo iniziò ad acquisire la sua forma attuale. È lo stadio della formazione delle strutture.
La gravità ha fatto collassare le nubi di gas per formare le prime stelle, che in seguito si sono associate alle galassie. Gli esperti ritengono che ciò sia accaduto circa 400 milioni di anni dopo il big bang..
L'espansione dell'universo non si è fermata, anzi sembra aver subito un'accelerazione.
Ora gli scienziati credono che ci sia una questione diversa da quella che possiamo vedere, chiamata materia oscura, responsabile di questa espansione accelerata.
Il big bang è ancora oggi osservabile, nonostante il tempo trascorso, attraverso la radiazione che proviene dai luoghi più lontani dell'universo..
Lo sfondo della radiazione cosmica a microonde (sfondo cosmico a microonde) è stato scoperto a metà degli anni '60 da due ricercatori dei Bell Laboratories: Arno Penzias e Robert Wilson.
È il bagliore che il big bang ha lasciato, qualcosa che la teoria aveva già sottolineato in anticipo, ma che non era stato rilevato fino agli esperimenti di Penzias e Wilson..
Nel 1929 Edwin Hubble affermò che l'universo si sta espandendo e per otto anni fu incaricato di raccogliere i dati necessari per dimostrarlo all'Osservatorio di Mount Wilson, in California..
In questo modo ha enunciato la seguente legge, in cui la velocità v con cui le galassie si stanno allontanando da noi, è proporzionale alla distanza R, essere H Costante di Hubble:
v = HR
Dove H = 22 x 10-3 m / (anno luce). Questa semplice forma della legge è valida quando si tratta di galassie non troppo lontane..
Il telescopio spaziale Hubble conferma che le galassie lontane sono distribuite in modo omogeneo, secondo il principio cosmologico.
Maggiore è lo spostamento verso il rosso, maggiore è la magnitudine apparente di una galassia lontana, il che significa che la lunghezza d'onda della sua luce si allunga mentre viaggia attraverso un universo in espansione..
In teoria ci sono molti punti che rimangono oscuri, ad esempio gli scienziati ancora non sanno cosa abbia innescato la grande inflazione.
D'altra parte, molti esperti non sono soddisfatti del fatto che prima del big bang il tempo, la materia e lo spazio non esistessero, poiché alcuni pensano che il tempo sia sempre esistito.
Naturalmente, le teorie cosmologiche puntano a fenomeni su larga scala e vengono raffinate o scartate grazie a nuove scoperte. Gli scienziati sperano di risolvere discrepanze come le seguenti:
L'entropia era anormalmente bassa durante i primi momenti dell'universo ei cosmologi non sono in grado di spiegare l'aumento dell'entropia ai livelli attuali..
Questo problema si riferisce al fatto che la velocità della luce è finita e nulla viaggia più veloce di essa, tuttavia, regioni che durante il big bang non potevano essere in contatto a causa della loro separazione, si scopre che erano in equilibrio termico..
Si ritiene che viviamo in un universo piatto, tuttavia la teoria del big bang non offre un meccanismo fisico che spieghi in modo soddisfacente il motivo.
La teoria del big bang prevede l'esistenza di monopoli magnetici, ma finora non sono stati trovati. Ogni volta che proviamo, sezionando un magnete, otteniamo sempre magneti più piccoli con poli nord e sud, mai poli magnetici separati (monopoli).
Altre preoccupazioni sulla teoria sono: da dove ha avuto origine la singolarità? E come ha fatto la materia a predominare sull'antimateria? O come e perché si è verificata la grande inflazione? C'è ancora molta strada da fare.
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