Caractéristiques de la théorie du Big Bang, étapes, preuves, problèmes

La la théorie du Big Bang C'est une théorie cosmologique pour expliquer l'origine de l'univers et celle qui a actuellement le plus d'acceptation de la communauté scientifique. Déclare que l'univers a commencé par une grande explosion, il y a environ 13.800 millions d'années, et depuis lors, il s'est développé en continu.

De cette grande explosion, la matière, le temps et l'espace sont nés, qui se sont ensuite transformés en galaxies et systèmes étoiles, y compris notre propre Voie lactée, le système solaire et enfin pour nous.

Le Big Bang ou la grande explosion, la conception artistique

La théorie avait son origine en 1915, avec les équations de la relativité d'Albert Einstein, qui prédisent entre autres l'expansion de l'univers, un fait avec lequel le scientifique allemand ne s'est jamais senti à l'aise.

Cependant, l'astronome belge George Lemaitre, lors de l'étude. En 1927, Lemaitre a publié un article où il a présenté ses idées sur l'origine de l'univers, qu'il a appelé "l'atome original".

Astronomie américaine.

En remontant dans le temps, les galaxies auraient sans aucun doute été beaucoup plus proche de ce qu'elles sont aujourd'hui. Et donc il aurait dû y avoir un instant que toute la matière était incroyablement comprimée, occupant un espace infiniment petit: une singularité.

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Caractéristiques de la théorie du Big Bang

Illustration du Big Bang

Le terme "big bang" a été inventé par le physicien Fred Hoyle en 1940, qui n'a pas sympathisé avec l'idée, alors il l'a référée de manière moqueuse, l'appelant "cette grande explosion". Hoyle était convaincu que l'univers était stationnaire.

Bien que son nom nous amène à réfléchir à un événement catastrophique, les physiciens et les cosmologues croient maintenant que ce n'était ni grand, ni un cataclysme dont les galaxies ont volé dans toutes les directions.

Mais c'était si puissant que les quatre interactions fondamentales de la physique ont été unifiées pendant ces premiers moments.

Postulat principal de la théorie 

L'univers entier était à l'origine dans un état incroyablement dense et chaud, puis s'est développé soudainement, tout en se refroidissant lentement. Cette expansion se poursuit aujourd'hui.

Le Big Bang n'explique pas comment la singularité originale est née, et moins ce qui était avant lui. Ce qu'il explique, c'est ce qui est arrivé à l'univers pendant les premiers jours où la singularité a cessé d'être.

Quand est-ce arrivé 

Les scientifiques estiment que le big bang s'est produit 13.800 millions d'années et il n'est pas possible de savoir ce qui s'est passé auparavant, car le temps, avec l'espace et la matière, a été créé à ce moment précis.

Là où ça c'est passé 

Ce n'était pas un événement localisé. Il s'avère que plus les objets que nous voyons avec les télescopes les plus puissants sont distants, plus nous retournons au moment où le Big Bang s'est produit, quelle que soit la direction dans laquelle vous regardez. 

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Cela s'est produit plus tard

Après le Big Bang, la température est descendue et a formé les particules subatomiques que nous connaissons: protons, neutrons et électrons, pour donner naissance aux atomes.

Pendant le Big Bang, la gravité est apparue, la force de l'attraction unificatrice de la matière, ainsi que les autres interactions fondamentales.

Les premiers éléments chimiques formés étaient l'hydrogène, le plus simple de tous, puis l'hélium et le lithium, dans un processus appelé nucléosynthèse. Avec le temps, d'immenses nuages ​​de ces éléments ont donné naissance aux premières galaxies.

Fondamentaux théoriques du Big Bang

Image du champ profond de l'univers, prise par le télescope spatial Hubble. Source: Wikimedia Commons.

Le Big Bang est basé sur:

-Le Équations de la théorie de la relativité Propositions d'Einstein.

-Il modèle de particules standard, qui décrit la structure de la matière en termes de particules fondamentales et des interactions entre elles.

-Il principe cosmologique, qui indique que l'univers est homogène et isotrope, lorsque nous le voyons à plus grande échelle. Cela signifie que ses propriétés sont identiques dans toutes les directions et que les lois de la physique sont les mêmes de n'importe quel côté.

Bien sûr, nous savons qu'il y a des accumulations de matière, séparées par des espaces de beaucoup moins de densité. De ce point de vue, les propriétés de l'univers diffèrent certainement. Mais l'échelle qui couvre le principe cosmologique est beaucoup plus grande que cela.

Selon le principe cosmologique, l'univers n'a pas de centre, ni d'arêtes ou de limites, car les lieux préférentiels n'existent tout simplement pas.

Il est alors conclu que l'univers a une origine dans le temps et donc un âge fini, bien qu'il ne soit toujours pas clair si son extension est finie ou infinie.

Étapes de l'univers selon la théorie du big bang

L'évolution de l'univers selon le Big Bang. Source: Wikimedia Commons.

Scientifiques Distingu trois étapes majeures, le premier d'un univers Très original, le deuxième de l'univers primal lui-même et la troisième étape du formation de structure. 

Au cours des deux premiers, l'univers a d'abord été dominé par le rayonnement puis par la matière. 

Étape de rayonnement

Pendant cette époque, l'énergie était sous forme de photons, de particules élémentaires sans masse qui composent la lumière. Grâce à eux, les paires de matière et d'électron antimatter - positron, qui sont anéantis quand ils sont, émettant à nouveau de l'énergie sous forme de photons.

Cependant, à un moment donné, la question prédominait légèrement sur l'antimatière, ce qui a conduit plus tard à l'apparition des premières particules subatomiques.

Les cosmologues croient que cette étape a duré environ 700.000 ans, et il distingue les périodes suivantes:

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Stade initial

Commencer à partir de 10^-43 quelques secondes après que le Big Bang s'est produit et comprend:

-L'ère Planck, lorsque les quatre interactions fondamentales - électromagnétique, nucléaire forte, faible et gravité - constituaient une seule force fondamentale. 

-L'ère de l'unification, qui s'est produite 10^-36 Quelques secondes plus tard, lorsque la gravité se sépare des autres forces, mais les autres sont restées fusionnées dans ce qu'on appelle l'intestin (Grande théorie unifiée) À mesure que l'univers s'est développé et refroidi.

La grande inflation

À partir de 10^-36 jusqu'à 10^-33 quelques secondes, dans lesquelles l'univers a connu une croissance accélérée, refroidi et diminué sa densité, en conséquence de l'expansion.

C'est ainsi que l'univers est passé de quelque chose de moins que la pointe d'une épingle, à une sphère de la taille de plusieurs semelles comme la nôtre, tout à grande vitesse.

Formation de particules

La croissance de l'univers a diminué son rythme sans s'arrêter et les premières particules élémentaires ont émergé: protons, électrons et neutrons.

Création d'atomes légers

Après trois minutes, les protons et les neutrons sont entrés en collision pour former les premiers noyaux. Ensuite, ces noyaux ont été trouvés et les atomes légers ont été formés.

Apparition de la lumière

Paradoxalement, les températures élevées de l'univers d'origine n'ont pas permis à la lumière d'apparaître avant environ 380.000 ans après le Big Bang.

Mais alors l'univers avait déjà suffisamment refroidi pour permettre la formation d'hydrogène neutre, avec lequel les photons -porteurs de la lumière - ils pourraient se déplacer vers de grandes distances sans obstacles.

Domination de la matière

L'univers, autrefois opaque en raison de la haute densité, est devenu transparent aux radiations et la matière a acquis la prédominance.

De cette façon, les premiers conglomérats ont été formés, grâce à l'action de la gravité et l'univers a commencé à acquérir la forme actuelle. C'est le stade de la formation de structure.

Formation d'étoiles et de galaxies

Gravity a effondré des nuages ​​de gaz pour former les premières étoiles, qui ont ensuite été associées aux galaxies. Les experts pensent que cela s'est produit environ 400 millions d'années après le Big Bang.

Temps de la matière noire

L'expansion de l'univers ne s'est pas arrêtée, au contraire, il semble avoir accéléré.

Maintenant, les scientifiques croient qu'il y a un sujet différent du sujet que nous pouvons voir, appelé matière noire, qui est responsable de cette expansion accélérée.

Preuve

Illustration de satellite WMAP prenant des données pour comprendre le Big Bang

Radiation Cosmic Background

Le Big Bang est même observable aujourd'hui, malgré le temps écoulé, à travers le rayonnement qui vient des endroits les plus éloignés de l'univers. 

Le fond de rayonnement micro-ondes cosmique (Fond micro-ondes cosmique) Il a été découvert au milieu des années 60 du XXe siècle, par deux chercheurs de Bell Laboratories: Arno Penzias et Robert Wilson.

C'est la lueur qui a laissé le Big Bang, quelque chose que la théorie avait déjà signalé à l'avance, mais qui n'a pas pu être détecté avant les expériences de Penzias et Wilson.

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Loi de Hubble-Leite

En 1929, Edwin Hubble a déclaré que l'univers se développe et pendant huit ans, il a été responsable de la collecte des données nécessaires pour les tester à l'Observatoire de Monte Wilson, en Californie,.

Il a ainsi énoncé la loi suivante, dans laquelle la vitesse V Avec cela, les galaxies s'éloignent de nous, elle est proportionnelle à la distance R, être H La constante Hubble:

v = hr

Où h = 22 x 10^-3 m / (lumière sterño). Cette forme simple de la loi est valable en ce qui concerne les galaxies pas trop éloignées.

Distribution uniforme des galaxies éloignées

Le télescope spatial Hubble confirme que les galaxies lointaines sont distribuées de manière homogène, conformément au principe cosmologique.

Maîtrise apparente des galaxies éloignées

Plus le déplacement rouge est grand, plus l'ampleur apparente d'une galaxie éloignée, ce qui signifie que la longueur d'onde de sa lumière est étendue pendant le voyage à travers un univers en expansion.

Problèmes et critiques

Dans la théorie, il y a de nombreux points qui restent sombres, par exemple les scientifiques ne savent toujours pas ce que la grande inflation a déclenché.

D'un autre côté, de nombreux experts ne sont pas satisfaits du fait qu'avant le Big Bang, il n'y avait pas de temps, de matière ou d'espace, car certains pensent que le temps a toujours existé.

Bien sûr, les théories cosmologiques indiquent des phénomènes à grande échelle et sont perfectionnés ou rejetés grâce à de nouvelles découvertes. Les scientifiques espèrent régler les écarts comme les suivants:

Problème d'entropie

L'entropie était anormalement faible au cours des premiers instants de l'univers et les cosmologues ne parviennent pas à expliquer l'augmentation de l'entropie aux niveaux actuels.

Problème d'horizon

Ce problème fait référence au fait que la vitesse de la lumière est finie et que rien ne se déplace plus vite qu'elle, cependant, les régions qui pendant le Big Bang ne pouvaient pas être en contact à cause de leur séparation, il s'avère qu'ils étaient en équilibre thermique. 

Problème

On pense que nous vivons dans un univers plat, mais la théorie du Big Bang n'offre pas de mécanisme physique qui explique de manière satisfaisante la raison.

Problèmes de monopole magnétique

La théorie de Big Bang prédit l'existence de monopoles magnétiques, mais jusqu'à présent, ils n'ont pas été retrouvés. Chaque fois que nous essayons, lorsqu'un aimant est sectionné, les plus petits aimants sont toujours obtenus avec des pôles nord et sud, jamais séparés des poteaux magnétiques (monopoles).

D'autres préoccupations concernant la théorie sont: d'où proviennent la singularité de? Et comment la question a-t-elle prédominée au-dessus de l'antimatière? O comment et pourquoi la grande inflation s'est produite? Il y a encore un long chemin à parcourir.

Les références

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