Cómo apareció el Universo: enfoques y versiones científicas. Teorías del origen del universo y sus modelos Cómo se creó el universo

¿Cómo se convirtió en un espacio aparentemente interminable? ¿Y en qué se convertirá después de muchos millones y miles de millones de años? Estas preguntas han atormentado (y continúan atormentando) las mentes de filósofos y científicos, al parecer, desde el principio de los tiempos, dando lugar a muchas teorías interesantes y, a veces, incluso locas.

Hoy en día, la mayoría de los astrónomos y cosmólogos han llegado al acuerdo general de que el universo tal como lo conocemos fue el resultado de una gigantesca explosión que dio lugar no solo a la mayor parte de la materia, sino que fue la fuente de las leyes físicas básicas según las cuales el el cosmos que nos rodea existe. Todo esto se llama la teoría del big bang.

Los fundamentos de la teoría del Big Bang son relativamente simples. Así, en resumen, según ella, toda la materia que existió y ahora existe en el universo apareció al mismo tiempo, hace unos 13.800 millones de años. En ese momento, toda la materia existía en forma de una bola abstracta muy compacta (o punto) con densidad y temperatura infinitas. Este estado fue llamado la singularidad. De repente, la singularidad comenzó a expandirse y dio a luz al universo tal como lo conocemos.

Vale la pena señalar que la teoría del big bang es solo una de las muchas hipótesis propuestas para el origen del universo (por ejemplo, también existe la teoría de un universo estacionario), pero ha recibido el mayor reconocimiento y popularidad. No solo explica el origen de toda la materia conocida, las leyes de la física y la gran estructura del universo, sino que también describe las razones de la expansión del universo y muchos otros aspectos y fenómenos.

Cronología de eventos en la Teoría del Big Bang.

Con base en el conocimiento del estado actual del universo, los científicos especulan que todo debe haber comenzado desde un solo punto de densidad infinita y tiempo finito que comenzó a expandirse. Después de la expansión inicial, dice la teoría, el universo pasó por una fase de enfriamiento que permitió la formación de partículas subatómicas y, más tarde, de átomos simples. Nubes gigantes de estos elementos antiguos más tarde, gracias a la gravedad, comenzaron a formar estrellas y galaxias.

Todo esto, según los científicos, comenzó hace unos 13.800 millones de años, por lo que este punto de partida se considera la edad del universo. Mediante la exploración de varios principios teóricos, la realización de experimentos con aceleradores de partículas y estados de alta energía y la realización de estudios astronómicos de los rincones más lejanos del universo, los científicos han deducido y propuesto una cronología de eventos que comenzaron con el big bang y finalmente llevaron al universo a ese estado de evolución cósmica, que tiene lugar ahora.

Los científicos creen que los períodos más tempranos del nacimiento del universo, que duran de 10-43 a 10-11 segundos después del Big Bang, siguen siendo objeto de controversia y discusión. ¡Atención! Solo en el caso de que tengamos en cuenta que las leyes de la física que ahora conocemos no podían existir en ese momento, es muy difícil entender cómo se regulaban los procesos en este universo primitivo. Además, todavía no se han llevado a cabo experimentos utilizando esos posibles tipos de energías que podrían estar presentes en ese momento. Sea como fuere, muchas teorías sobre el origen del universo finalmente coinciden en que en algún momento hubo un punto de partida desde el cual comenzó todo.

La Era de la Singularidad.

También conocida como la época de Planck (o era de Planck) se considera el período más antiguo conocido en la evolución del universo. En ese momento, toda la materia estaba contenida en un solo punto de densidad y temperatura infinitas. Durante este período, según los científicos, los efectos cuánticos de la interacción gravitacional dominaron la física, y ninguna de las fuerzas físicas era igual en fuerza a la gravedad.

La era de Planck supuestamente duró de 0 a 10-43 segundos y se llama así porque su duración solo puede medirse por el tiempo de Planck. Debido a las temperaturas extremas y la densidad infinita de la materia, el estado del universo durante este período de tiempo fue extremadamente inestable. Después de eso, hubo períodos de expansión y enfriamiento, que condujeron al surgimiento de las fuerzas fundamentales de la física.

Aproximadamente en el período de 10-43 a 10-36 segundos en el universo hubo un proceso de colisión de estados de temperaturas de transición. Se cree que fue en este punto que las fuerzas fundamentales que gobiernan el universo actual comenzaron a separarse entre sí. El primer paso en esta separación fue la aparición de las fuerzas gravitatorias, las interacciones nucleares fuertes y débiles y el electromagnetismo.

Entre aproximadamente 10-36 a 10-32 segundos después del Big Bang, la temperatura del universo se volvió lo suficientemente baja (1028 K) que condujo a la separación de las fuerzas electromagnéticas (fuerza fuerte) y la fuerza nuclear débil (fuerza débil).

La era de la inflación.

Con el advenimiento de las primeras fuerzas fundamentales en el universo, comenzó la era de la inflación, que duró de 10 a 32 segundos de tiempo de Planck hasta un momento desconocido. La mayoría de los modelos cosmológicos sugieren que el universo estuvo uniformemente lleno de energía de alta densidad durante este período, y las temperaturas y presiones increíblemente altas hicieron que se expandiera y enfriara rápidamente.

Esto comenzó a los 10-37 segundos, cuando la fase de transición que provocó la separación de fuerzas fue seguida por una expansión exponencial del universo. Durante el mismo período de tiempo, el universo se encontraba en un estado de bariogénesis, cuando la temperatura era tan alta que el movimiento aleatorio de las partículas en el espacio ocurría casi a la velocidad de la luz.

En este momento, se forman pares de partículas - antipartículas e inmediatamente al chocar se destruyen, lo que se cree que condujo al dominio de la materia sobre la antimateria en el universo moderno. Después del cese de la inflación, el universo consistía en plasma de quarks-gluones y otras partículas elementales. A partir de ese momento, el universo comenzó a enfriarse, la materia comenzó a formarse y combinarse.

La era del enfriamiento.

Con la disminución de la densidad y la temperatura en el interior del universo, comenzó a producirse una disminución de la energía en cada partícula. Este estado de transición duró hasta que las fuerzas fundamentales y las partículas elementales llegaron a su forma actual. Dado que la energía de las partículas se ha reducido a valores que se pueden alcanzar hoy en día en el marco de los experimentos, la posible existencia real de este período de tiempo genera mucha menos controversia entre los científicos.

Por ejemplo, los científicos creen que 10 u 11 segundos después del Big Bang, la energía de las partículas disminuyó significativamente. Aproximadamente a los 10-6 segundos, los quarks y los gluones comenzaron a formar bariones: protones y neutrones. Los quarks comenzaron a predominar sobre los antiquarks, lo que a su vez condujo al predominio de los bariones sobre los antibariones.

Dado que la temperatura ya no era lo suficientemente alta como para crear nuevos pares protón-antiprotón (o pares neutrón-antineutrón), siguió la destrucción masiva de estas partículas, lo que condujo al resto de solo 1/1010 de los protones y neutrones originales y la desaparición completa. de sus antipartículas. Un proceso similar ocurrió alrededor de 1 segundo después del Big Bang. Sólo las "víctimas" esta vez fueron los electrones y los positrones. Después de la aniquilación masiva, los protones, neutrones y electrones restantes detuvieron su movimiento aleatorio, y la densidad de energía del universo se llenó de fotones y, en menor medida, de neutrinos.

Durante los primeros minutos de la expansión del universo se inició un período de nucleosíntesis (la síntesis de los elementos químicos) gracias a un descenso de la temperatura a 1.000 millones de kelvins y una disminución de la densidad energética a valores aproximadamente equivalentes al aire. densidad, neutrones y protones comenzaron a mezclarse y formaron el primer isótopo estable de hidrógeno (deuterio), así como átomos de helio. Sin embargo, la mayoría de los protones en el universo permanecieron como núcleos incoherentes de átomos de hidrógeno.

Unos 379.000 años después, los electrones se combinaron con estos núcleos de hidrógeno para formar átomos (de nuevo predominantemente hidrógeno), mientras que la radiación se separaba de la materia y continuaba expandiéndose casi sin obstáculos por el espacio. Esta radiación se denomina radiación de fondo cósmico de microondas y es la fuente de luz más antigua del universo.

Con la expansión, la radiación relicta fue perdiendo densidad y energía y actualmente su temperatura es de 2.7260 0.0013 K (-270.424 C), y la densidad de energía es de 0.25 eV (o 4.005x10-14 J/m?; 400-500 Fotones/cm CMB se extiende en todas direcciones ya una distancia de unos 13.800 millones de años luz, pero la estimación de su distribución real dice que está a unos 46.000 millones de años luz del centro del universo.

La época de la estructura (época jerárquica).

Durante los siguientes miles de millones de años, regiones más densas de materia, distribuidas casi uniformemente por todo el universo, comenzaron a atraerse entre sí. Como resultado, se volvieron aún más densos, comenzaron a formarse nubes de gas, estrellas, galaxias y otras estructuras astronómicas que podemos observar en la actualidad. Este período se llama la era jerárquica. En ese momento, el universo que vemos ahora comenzó a tomar forma. La materia comenzó a fusionarse en estructuras de varios tamaños: estrellas, planetas, galaxias, cúmulos de galaxias, así como supercúmulos galácticos separados por puentes intergalácticos que contienen solo unas pocas galaxias.

Los detalles de este proceso se pueden describir según el concepto de cantidad y tipo de materia distribuida en el universo, que se representa como materia oscura fría, cálida, caliente y materia bariónica. Sin embargo, el modelo cosmológico estándar moderno del big bang es el modelo lambda - CDM, según el cual las partículas de materia oscura se mueven más lentamente que la velocidad de la luz. Se eligió porque resuelve todas las contradicciones que aparecían en otros modelos cosmológicos.

Según este modelo, la materia oscura fría representa alrededor del 23 por ciento de toda la materia/energía del universo. La proporción de materia bariónica es de alrededor del 4,6 por ciento. Lambda - CDM se refiere a la llamada constante cosmológica: una teoría propuesta por Albert Einstein que caracteriza las propiedades del vacío y muestra la relación de equilibrio entre masa y energía como una cantidad estática constante. En este caso, se asocia con la energía oscura, que sirve como acelerador de la expansión del universo y mantiene en gran medida uniformes las estructuras cosmológicas gigantes.

Predicciones a largo plazo sobre el futuro del universo.

Las hipótesis de que la evolución del universo tiene un punto de partida llevan naturalmente a los científicos a cuestionar el posible punto final de este proceso. Solo en el caso de que el universo comenzara su historia a partir de un pequeño punto con densidad infinita, que de repente comenzara a expandirse, significa esto que también se expandirá indefinidamente, o un día terminará su fuerza expansiva y comenzará el proceso inverso de contracción. , cuyo resultado final se convierte en el mismo punto infinitamente denso?

Responder a estas preguntas ha sido el objetivo principal de los cosmólogos desde el comienzo del debate sobre qué modelo cosmológico del universo es el correcto. Con la aceptación de la teoría del big bang, pero en gran parte debido a la observación de la energía oscura en la década de 1990, los científicos llegaron a un acuerdo sobre los dos escenarios más probables para la evolución del universo.

Bajo el primero, llamado "Big Crunch", el universo alcanzará su tamaño máximo y comenzará a colapsar. Este escenario será posible solo si la densidad de masa del universo se vuelve mayor que la densidad crítica misma. En otras palabras, si la densidad de la materia alcanza un cierto valor o supera este valor (1-3x10-26 kg de materia por m), el universo comenzará a encogerse.

La alternativa es otro escenario que dice que si la densidad en el universo es igual o inferior al valor de densidad crítica, entonces su expansión se ralentizará, pero nunca se detendrá por completo. Llamada la "Muerte Térmica del Universo", esta hipótesis sugiere que la expansión continuará hasta que la formación de estrellas deje de consumir gas interestelar dentro de cada una de las galaxias circundantes. Es decir, la transferencia de energía y materia de un objeto a otro se detendrá por completo. Todas las estrellas existentes en este caso se consumirán y se convertirán en enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros.

Gradualmente, los agujeros negros colisionarán con otros agujeros negros, lo que lleva a la formación de más y más grandes. La temperatura media del universo se acercará al cero absoluto. Los agujeros negros eventualmente se "evaporarán" al liberar su radiación final. Eventualmente, la entropía termodinámica en el universo será máxima. Vendrá la muerte por calor.

Las observaciones modernas que tienen en cuenta la presencia de energía oscura y su influencia en la expansión del cosmos han llevado a los científicos a concluir que, con el tiempo, más y más espacio en el universo pasará más allá de nuestro horizonte de eventos y se volverá invisible para nosotros. Los científicos aún no conocen el resultado final y lógico de esto, sin embargo, "Heat Death" bien puede ser el punto final de tales eventos.

Existen otras hipótesis sobre la distribución de la energía oscura, o mejor dicho, sus posibles tipos (por ejemplo, la energía fantasma). Según ellas, los cúmulos galácticos, las estrellas, los planetas, los átomos, los núcleos atómicos y la propia materia se desgarrarán como consecuencia de la su expansión infinita Tal escenario de evolución se llama el “Big Rip.” La razón de la muerte del universo según este escenario es la expansión misma.

Historia de la teoría del big bang.

La primera mención del Big Bang se remonta a principios del siglo XX y está asociada con las observaciones del espacio. En 1912, el astrónomo estadounidense West Slipher realizó una serie de observaciones de galaxias espirales (que inicialmente parecían ser nebulosas) y midió sus corrimientos al rojo Doppler. En casi todos los casos, las observaciones han demostrado que las galaxias espirales se están alejando de nuestra Vía Láctea.

En 1922, el destacado matemático y cosmólogo ruso Alexander Fridman derivó las llamadas ecuaciones de Friedmann a partir de las ecuaciones de la relatividad general de Einstein. A pesar del avance de la teoría de Einstein a favor de una constante cosmológica, el trabajo de Friedmann mostró que el universo se encuentra más bien en un estado de expansión.

En 1924, las mediciones de Edwin Hubble de la distancia a la nebulosa espiral más cercana mostraron que estos sistemas son, de hecho, galaxias realmente diferentes. Al mismo tiempo, el Hubble comenzó a desarrollar un conjunto de medidas para restar distancias utilizando el Telescopio Hooker de 2,5 metros en el Observatorio del Monte Wilson. En 1929, Hubble había descubierto una relación entre la distancia y la velocidad de retroceso de las galaxias, que luego se convirtió en la ley de Hubble.

En 1927, el matemático, físico y sacerdote católico belga Georges Lemaitre llegó de forma independiente a los mismos resultados que mostraban las ecuaciones de Friedmann, y fue el primero en formular la relación entre la distancia y la velocidad de las galaxias, proponiendo la primera estimación del coeficiente de esta. relación. Lemaitre creía que en algún momento del pasado, toda la masa del universo estaba concentrada en un punto (átomo.

Estos descubrimientos y suposiciones causaron mucha controversia entre los físicos de los años 20 y 30, la mayoría de los cuales creía que el universo estaba en un estado estacionario. De acuerdo con el modelo entonces bien establecido, la nueva materia se crea junto con la expansión infinita del universo, distribuyéndose uniformemente y por igual en densidad a lo largo de toda su longitud. Entre los científicos que la apoyaron, la idea de un big bang parecía más teológica que científica. Lemaitre ha sido criticado por prejuicios basados en prejuicios religiosos.

Cabe señalar que al mismo tiempo había otras teorías. Por ejemplo, el modelo de Milne del universo y el modelo cíclico. Ambos se basaron en los postulados de la teoría general de la relatividad de Einstein y posteriormente recibieron el apoyo del propio científico. Según estos modelos, el universo existe en una corriente interminable de ciclos repetidos de expansiones y colapsos.

1. La era de la singularidad (planckiana). Se considera primario, como un período evolutivo temprano del Universo. La materia estaba concentrada en un punto, teniendo su propia temperatura y densidad infinita. Los científicos argumentan que esta era es típica del dominio de los efectos cuánticos pertenecientes a la interacción gravitatoria sobre los físicos, y ni una sola fuerza física que existió en esos tiempos distantes era idéntica en fuerza a la gravedad, es decir, no era igual a ella. La duración de la era de Planck se concentra en el rango de 0 a 10-43 segundos. Recibió tal nombre debido al hecho de que solo el tiempo de Planck podía medir completamente su longitud. Este intervalo de tiempo se considera muy inestable, lo que a su vez está estrechamente relacionado con la temperatura extrema y la densidad ilimitada de la materia. Después de la época de la singularidad, hubo un período de expansión, y con él un período de enfriamiento, que condujo a la formación de las principales fuerzas físicas.

Cómo nació el Universo. nacimiento frío

Lo que fue antes del Universo. Modelo del universo durmiente

“Quizás, antes del Big Bang, el universo era un espacio estático muy compacto que evolucionaba lentamente”, teorizan físicos como Kurt Hinterbichler, Austin Joyce y Justin Khoury.

Este Universo "pre-explosión" debería haber tenido un estado metaestable, es decir, ser estable hasta que aparezca un estado aún más estable. Por analogía, imagine un acantilado, en cuyo borde hay una roca en estado de vibración. Cualquier toque a la roca conducirá al hecho de que caerá al abismo o, lo que está más cerca de nuestro caso, habrá un Big Bang. Según algunas teorías, el Universo “pre-explosión” podría haber existido de otra forma, por ejemplo, en forma de un espacio achatado y muy denso. Como resultado, este período metaestable llegó a su fin: se expandió dramáticamente y adquirió la forma y el estado de lo que vemos ahora.

"Sin embargo, el modelo del universo durmiente también tiene sus problemas", dice Carroll.

“También supone que nuestro universo tiene un bajo nivel de entropía, y no explica por qué es así”.

Pero Hinterbichler, un físico teórico de la Universidad Case Western Reserve, no ve la baja entropía como un problema.

“Simplemente estamos buscando una explicación de la dinámica que tuvo lugar antes del Big Bang, que explica por qué vemos lo que vemos ahora. Hasta ahora, esto es lo único que nos queda”, dice Hinterbichler.

Carroll, sin embargo, cree que existe otra teoría del Universo "pre-explosión", que puede explicar el bajo nivel de entropía que existe en nuestro Universo.

Cómo apareció el universo de la nada. Cómo funciona el universo

Hablemos de cómo funciona realmente la física, según nuestros conceptos. Desde la época de Newton, el paradigma de la física fundamental no ha cambiado; incluye tres partes. El primero es el "espacio de estado": esencialmente una lista de todas las configuraciones posibles en las que podría estar el universo. El segundo es un estado específico que representa el universo en algún momento, generalmente el actual. La tercera es una cierta regla según la cual el Universo se desarrolla en el tiempo. Dame el universo para hoy y las leyes de la física me dirán qué será de él en el futuro. Esta forma de pensar no es menos cierta para la mecánica cuántica o la relatividad general o la teoría cuántica de campos que para la mecánica newtoniana o la electrodinámica maxwelliana.

La mecánica cuántica en particular es una implementación especial pero muy versátil de este esquema. (La teoría cuántica de campos es solo un ejemplo específico de la mecánica cuántica, no una nueva forma de pensar). Los estados son "funciones de onda", y el conjunto de todas las posibles funciones de onda de un sistema particular se denomina "espacio de Hilbert". Su ventaja es que limita severamente el conjunto de posibilidades (porque es un espacio vectorial: nota para expertos). Una vez que me digas su tamaño (número de dimensiones), definirás completamente tu espacio de Hilbert. Esto es drásticamente diferente de la mecánica clásica, donde el espacio de estados puede volverse extremadamente complejo. Y luego hay una máquina - "Hamiltoniana" - que indica exactamente cómo pasar de un estado a otro con el tiempo. Repito que no hay muchas variedades de hamiltonianos; es suficiente escribir una cierta lista de cantidades (valores propios de energía: aclaración para ustedes, expertos molestos).

Cómo apareció la vida en la Tierra. La vida en la tierra

La vida usando una química diferente a la nuestra podría ocurrir más de una vez en la Tierra. Tal vez. Y si encontramos evidencia de tal proceso, significa que hay una alta probabilidad de que la vida surja en muchos lugares del universo independientemente unos de otros, tal como surgió la vida en la Tierra. Pero, por otro lado, imagina cómo nos sentiríamos si eventualmente descubriéramos vida en otro planeta, quizás orbitando una estrella distante, y resulta que tiene una química idéntica y quizás incluso una estructura de ADN idéntica a la nuestra.

Las posibilidades de que la vida en la Tierra surgiera de forma completamente espontánea y por casualidad parecen muy pequeñas. Las posibilidades de que ocurra exactamente la misma vida en otro lugar son increíblemente pequeñas y prácticamente nulas. Pero hay posibles respuestas a estas preguntas, que los astrónomos ingleses Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe esbozaron en su inusual libro, escrito en 1979 - Life cloud.

Dada la posibilidad extremadamente improbable de que la vida en la Tierra apareciera por sí sola, los autores ofrecen una explicación diferente. Se basa en el hecho de que la aparición de la vida se produjo en algún lugar del espacio y luego se extendió por todo el universo a través de la panspermia. La vida microscópica atrapada en los escombros de las colisiones cósmicas puede viajar inactiva durante largos períodos de tiempo. Después de eso, cuando llegue a su destino, donde comenzará a desarrollarse nuevamente. Por lo tanto, toda la vida en el Universo, incluida la vida en la Tierra, es en realidad una y la misma vida.

Vídeo Cómo apareció el Universo

Cómo apareció el universo de la nada. nacimiento frío

Sin embargo, los caminos hacia tal unificación pueden ser considerados a nivel cualitativo, y aquí aparecen perspectivas muy interesantes. Uno de ellos fue considerado por el famoso cosmólogo, profesor de la Universidad de Arizona Lawrence Krauss en su libro recientemente publicado "A Universe From Nothing" ("El universo de la nada"). Su hipótesis parece fantástica, pero no contradice las leyes establecidas de la física.

Se cree que nuestro universo emergió de un estado inicial muy caliente con una temperatura de alrededor de 1032 kelvins. Sin embargo, también es posible imaginar el nacimiento frío de los universos a partir del vacío puro, más precisamente, a partir de sus fluctuaciones cuánticas. Es bien sabido que tales fluctuaciones dan lugar a una gran variedad de partículas virtuales que literalmente surgieron de la no existencia y luego desaparecieron sin dejar rastro. Según Krauss, las fluctuaciones del vacío son en principio capaces de dar lugar a protouniversos igualmente efímeros, que, bajo ciertas condiciones, pasan de un estado virtual a uno real.

La cuestión de cómo apareció el universo siempre ha preocupado a la gente. Esto no es de extrañar, porque todo el mundo quiere saber sus orígenes. Científicos, sacerdotes y escritores han estado luchando con esta pregunta durante varios milenios. Esta pregunta excita las mentes no solo de los especialistas, sino también de todas las personas comunes. Sin embargo, debe decirse de inmediato que no hay una respuesta del cien por cien a la pregunta de cómo apareció el Universo. Solo hay una teoría que es apoyada por la mayoría de los científicos.

Aquí lo analizaremos.

Dado que todo lo que rodea al hombre tiene un comienzo, no es de extrañar que desde la antigüedad el hombre haya estado tratando de encontrar el comienzo del universo. Para una persona de la Edad Media, la respuesta a esta pregunta era bastante simple: Dios creó el Universo. Sin embargo, con el desarrollo de la ciencia, los científicos comenzaron a cuestionar no solo la cuestión de Dios, sino en general que el universo tuvo un comienzo.

En 1929, gracias al astrónomo estadounidense Hubble, los científicos volvieron a la cuestión de las raíces del universo. El hecho es que Hubble demostró que las galaxias que componen el Universo están en constante movimiento. Además del movimiento, también pueden aumentar, lo que significa que el Universo también aumenta. Y si crece, resulta que hubo una vez una etapa de inicio de este crecimiento. Y esto significa que el universo tiene un comienzo.

Un poco más tarde, el astrónomo británico Hoyle presentó una hipótesis sensacional: el Universo surgió en el momento del Big Bang. Su teoría pasó a la historia con ese nombre. La esencia de la idea de Hoyle es simple y compleja al mismo tiempo. Él creía que una vez hubo una etapa que se llama el estado de la singularidad cósmica, es decir, el tiempo se mantuvo en cero y la densidad y la temperatura eran iguales al infinito. Y en un momento hubo una explosión, como resultado de lo cual se rompió la singularidad y, por lo tanto, la densidad y la temperatura cambiaron, comenzó el crecimiento de la materia, lo que significa que el tiempo comenzó a contar. Más tarde, el propio Hoyle calificó su teoría de poco convincente, pero esto no impidió que se convirtiera en la hipótesis más popular sobre el origen del universo.

¿Cuándo sucedió lo que Hoyle llamó el Big Bang? Los científicos han hecho muchos cálculos, como resultado, la mayoría estuvo de acuerdo en la cifra de 13.500 millones de años. Fue entonces cuando el Universo comenzó a aparecer de la nada, en tan solo una fracción de segundo el Universo adquirió un tamaño más pequeño que un átomo y se inició el proceso de crecimiento. La gravedad jugó un papel clave. Lo más interesante es que si fuera un poco más fuerte, entonces no habría surgido nada, como máximo un agujero negro. Y si la gravedad fuera un poco más débil, entonces no surgiría nada en absoluto.
Unos segundos después de la explosión, la temperatura del universo disminuyó levemente, lo que impulsó la creación de materia y antimateria. Como resultado, los átomos comenzaron a aparecer. Así el universo dejó de ser monótono. En algún lugar había más átomos, en algún lugar menos. En algunas partes hacía calor, en otras la temperatura era más baja. Los átomos comenzaron a chocar entre sí, formando compuestos, luego nuevas sustancias y luego cuerpos. Algunos de los objetos tenían una gran energía interna. Estas eran las estrellas. Comenzaron a acumular a su alrededor (debido a la fuerza de la gravedad) otros cuerpos, a los que llamamos planetas. Así surgieron los sistemas, uno de los cuales es nuestro sistema solar.

Big Bang. Modelar problemas y su resolución.

El problema de la gran escala e isotropía del Universo puede resolverse debido a que durante la etapa de inflación, la expansión se produjo a un ritmo inusualmente alto. De esto se sigue que todo el espacio del Universo observable es el resultado de una región causalmente conectada de la era anterior a la inflacionaria.
Resolviendo el problema de un universo plano. Esto es posible porque en la etapa de inflación hay un aumento en el radio de curvatura del espacio. Este valor es tal que permite que los parámetros de densidad modernos tengan un valor cercano al crítico.
La expansión inflacionaria conduce a la aparición de fluctuaciones de densidad con cierta amplitud y forma de espectro. Esto hace posible que estas oscilaciones (fluctuaciones) se desarrollen en la estructura actual del Universo, manteniendo la homogeneidad y la isotropía a gran escala. Esta es la solución al problema de la estructura a gran escala del universo.

La principal desventaja del modelo inflacionario puede considerarse su dependencia de teorías que aún no han sido probadas y no están completamente desarrolladas.

Por ejemplo, el modelo se basa en la teoría del campo unificado, que todavía es solo una hipótesis. No se puede probar experimentalmente en el laboratorio. Otro inconveniente del modelo es la incomprensibilidad de la procedencia de la materia sobrecalentada y en expansión. Aquí se consideran tres posibilidades:

La teoría estándar del Big Bang asume que la inflación comenzó en una etapa muy temprana de la evolución del universo. Pero entonces el problema de la singularidad no se resuelve.
La segunda posibilidad es el surgimiento del Universo del caos. Diferentes partes tenían diferentes temperaturas, por lo que en algunos lugares había compresión y en otros, expansión. La inflación debe haber ocurrido en una región del universo que estaba sobrecalentada y en expansión. Pero no está claro de dónde provino el caos primario.
La tercera opción es una forma mecánica cuántica, a través de la cual surgió un montón de materia sobrecalentada y en expansión. De hecho, el universo surgió de la nada.

Una de las principales preguntas que no salen de la conciencia humana siempre ha sido y es la pregunta: “¿cómo apareció el Universo?”. Por supuesto, no hay una respuesta inequívoca a esta pregunta, y es poco probable que se reciba en un futuro cercano, sin embargo, la ciencia está trabajando en esta dirección y formando un cierto modelo teórico del origen de nuestro Universo.

En primer lugar, debemos considerar las principales propiedades del Universo, que deben describirse en el marco del modelo cosmológico.

El modelo debe tener en cuenta las distancias observadas entre los objetos, así como la velocidad y dirección de su movimiento. Dichos cálculos se basan en la ley de Hubble: cz = H0D, donde z es el corrimiento al rojo de un objeto, D es la distancia a este objeto, c es la velocidad de la luz.
La edad del Universo en el modelo debe exceder la edad de los objetos más antiguos del mundo.
El modelo debe tener en cuenta la abundancia inicial de elementos.
El modelo debe tener en cuenta la estructura a gran escala observada del Universo.
El modelo debe tener en cuenta el fondo relicto observado.

Consideremos brevemente la teoría generalmente aceptada sobre el origen y la evolución temprana del Universo, que es apoyada por la mayoría de los científicos. Hoy, la teoría del Big Bang se refiere a la combinación del modelo de universo caliente con el Big Bang. Y, aunque estos conceptos existieron primero de forma independiente, como resultado de su combinación, fue posible explicar la composición química inicial del Universo, así como la presencia de radiación cósmica de fondo de microondas.

Según esta teoría, el Universo surgió hace unos 13.770 millones de años a partir de un objeto denso calentado, un estado singular que es difícil de describir en el marco de la física moderna. El problema de la singularidad cosmológica, entre otras cosas, es que al describirla, la mayoría de las cantidades físicas, como la densidad y la temperatura, tienden a infinito. Al mismo tiempo, se sabe que a una densidad infinita, la entropía (una medida del caos) debería tender a cero, lo que de ninguna manera es compatible con una temperatura infinita.

Evolución del Universo

Los primeros 10 a -43 segundos después del Big Bang se llaman la etapa del caos cuántico. La naturaleza del universo en esta etapa de la existencia no puede describirse dentro del marco de la física que conocemos. Hay una desintegración de un solo espacio-tiempo continuo en cuantos.

El momento de Planck es el momento del final del caos cuántico, que cae en 10 en -43 segundos. En ese momento, los parámetros del Universo eran iguales a los valores de Planck, como la temperatura de Planck (alrededor de 1032 K). En la época de la era de Planck, las cuatro interacciones fundamentales (débil, fuerte, electromagnética y gravitacional) se combinaron en una sola interacción. No es posible considerar el momento de Planck como un cierto período largo, ya que la física moderna no trabaja con parámetros menores que los de Planck.
etapa de la inflación. La siguiente etapa en la historia del universo fue la etapa inflacionaria. En el primer momento de la inflación, la interacción gravitatoria se separó de un solo campo supersimétrico (que antes incluía los campos de interacciones fundamentales). Durante este período, la materia tiene una presión negativa, lo que provoca un aumento exponencial de la energía cinética del Universo. En pocas palabras, durante este período, el Universo comenzó a hincharse muy rápidamente y, hacia el final, la energía de los campos físicos se convierte en la energía de las partículas ordinarias. Al final de esta etapa, la temperatura de la sustancia y la radiación aumentan significativamente. Junto con el final de la etapa de inflación, también emerge una fuerte interacción. También en este momento surge la asimetría bariónica del Universo.

[La asimetría bariónica del Universo es un fenómeno observado del predominio de la materia sobre la antimateria en el Universo]

La etapa de dominancia de la radiación. La siguiente etapa en el desarrollo del Universo, que incluye varias etapas. En esta etapa, la temperatura del Universo comienza a disminuir, se forman quarks, luego hadrones y leptones. En la era de la nucleosíntesis, se produce la formación de elementos químicos iniciales, se sintetiza helio. Sin embargo, la radiación todavía domina la materia.
La era del dominio de la materia. Después de 10.000 años, la energía de la materia supera gradualmente a la energía de la radiación y se produce su separación. La sustancia empieza a dominar sobre la radiación, aparece un fondo relicto. Además, la separación de la materia con radiación aumentó significativamente las heterogeneidades iniciales en la distribución de la materia, como resultado de lo cual comenzaron a formarse galaxias y supergalaxias. Las Leyes del Universo llegaron a la forma en que las observamos hoy.

La imagen de arriba se compone de varias teorías fundamentales y da una idea general de la formación del Universo en las primeras etapas de su existencia.

¿De dónde vino el universo?

Si el Universo se originó a partir de una singularidad cosmológica, entonces, ¿de dónde vino la singularidad? Todavía no es posible dar una respuesta exacta a esta pregunta. Consideremos algunos modelos cosmológicos que afectan el "nacimiento del Universo".

Estos modelos se basan en la afirmación de que el Universo siempre ha existido y con el tiempo su estado solo cambia, pasando de la expansión a la contracción y viceversa.

Modelo de Steinhardt-Turok. Este modelo se basa en la teoría de cuerdas (teoría M), ya que utiliza un objeto como una "brana".

[El salvado (de la membrana) en la teoría de cuerdas (teoría M) es un objeto físico multidimensional fundamental hipotético de una dimensión menor que la dimensión del espacio en el que se encuentra]

Según este modelo, el Universo visible se encuentra dentro de una tribrana, que periódicamente, cada pocos billones de años, choca con otra tribrana, lo que provoca una especie de Big Bang. Además, nuestra triple brana comienza a alejarse de la otra y expandirse. En algún momento, la proporción de energía oscura tiene prioridad y aumenta la tasa de expansión de las tres branas. La colosal expansión dispersa la materia y la radiación hasta tal punto que el mundo se vuelve casi homogéneo y vacío. Eventualmente, las tres branas chocan nuevamente, haciendo que la nuestra regrese a la fase inicial de su ciclo, recreando nuestro "Universo".

La teoría de Loris Baum y Paul Frampton también afirma que el universo es cíclico. Según su teoría, después del Big Bang, este último se expandirá debido a la energía oscura hasta que se acerque al momento de la "desintegración" del propio espacio-tiempo: el Big Rip. Como sabes, en un "sistema cerrado, la entropía no disminuye" (la segunda ley de la termodinámica). De esta afirmación se deduce que el Universo no puede volver a su estado original, ya que durante tal proceso la entropía debe disminuir. Sin embargo, este problema se resuelve en el marco de esta teoría. Según la teoría de Baum y Frampton, en un momento antes del Big Rip, el Universo se fragmenta en muchos "trapos", cada uno de los cuales tiene un valor de entropía bastante pequeño. Al experimentar una serie de transiciones de fase, estos "parches" del Universo anterior dan lugar a la materia y se desarrollan de manera similar al Universo original. Estos nuevos mundos no interactúan entre sí, ya que se separan a una velocidad superior a la de la luz. Así, los científicos también evitaron la singularidad cosmológica, que inicia el nacimiento del Universo según la mayoría de las teorías cosmológicas. Es decir, en el momento del final de su ciclo, el Universo se fragmenta en muchos otros mundos que no interactúan, que se convertirán en nuevos universos.
Cosmología cíclica conforme: el modelo cíclico de Roger Penrose y Vahagn Gurzadyan. Según este modelo, el Universo puede pasar a un nuevo ciclo sin violar la segunda ley de la termodinámica. Esta teoría se basa en la suposición de que los agujeros negros destruyen la información absorbida, lo que de alguna manera "legítimamente" reduce la entropía del universo. Luego, cada ciclo de existencia del Universo comienza con la semejanza del Big Bang y termina con una singularidad.

Otros modelos para el origen del universo

Entre otras hipótesis que explican la aparición del Universo visible, las dos siguientes son las más populares:

Teoría de la inflación caótica - Teoría de Andrey Linde. Según esta teoría, existe un campo escalar que no es uniforme en todo su volumen. Es decir, en diferentes regiones del universo, el campo escalar tiene un significado diferente. Entonces, en las áreas donde el campo es débil, no pasa nada, mientras que las áreas con un campo fuerte comienzan a expandirse (inflación) debido a su energía, formando así nuevos universos. Tal escenario implica la existencia de muchos mundos que no surgieron simultáneamente y tienen su propio conjunto de partículas elementales y, en consecuencia, las leyes de la naturaleza.
La teoría de Lee Smolin sugiere que el Big Bang no es el comienzo de la existencia del Universo, sino solo una transición de fase entre sus dos estados. Dado que antes del Big Bang el Universo existía en forma de una singularidad cosmológica, de naturaleza cercana a la singularidad de un agujero negro, Smolin sugiere que el Universo podría haber surgido de un agujero negro.

También hay modelos en los que los universos surgen continuamente, brotan de sus padres y encuentran su propio lugar. Al mismo tiempo, no es en absoluto necesario que se establezcan las mismas leyes físicas en tales mundos. Todos estos mundos están "incrustados" en un solo continuo espacio-tiempo, pero están tan separados que no sienten la presencia del otro de ninguna manera. En general, el concepto de inflación permite -¡obliga más!- a considerar que en el gigantesco megacosmos existen muchos universos aislados unos de otros con arreglos diferentes.

A pesar de que los modelos cíclicos y otros responden a una serie de preguntas que la teoría del Big Bang no puede responder, incluido el problema de la singularidad cosmológica. Sin embargo, junto con la teoría inflacionaria, el Big Bang explica más completamente el origen del Universo y también converge con muchas observaciones.

Hoy en día, los investigadores continúan estudiando intensamente posibles escenarios para el origen del Universo, sin embargo, para dar una respuesta irrefutable a la pregunta "¿Cómo apareció el Universo?" - es poco probable que tenga éxito en un futuro próximo. Hay dos razones para esto: la prueba directa de las teorías cosmológicas es prácticamente imposible, solo indirecta; incluso en teoría, no hay forma de obtener información precisa sobre el mundo antes del Big Bang. Por estas dos razones, los científicos solo pueden presentar hipótesis y construir modelos cosmológicos que describan con mayor precisión la naturaleza del Universo que observamos.

Es difícil imaginar una época 13.700 millones de años antes de hoy, cuando todo el universo era una singularidad. De acuerdo con la teoría del Big Bang, uno de los principales contendientes por el papel de explicar de dónde proviene el Universo y toda la materia en el espacio, todo se comprimió en un punto más pequeño que una partícula subatómica. Pero si aún es aceptable, piense en esto: ¿qué sucedió antes de que ocurriera el Big Bang?

Esta cuestión de la cosmología moderna se remonta al siglo IV d.C. Hace 1600 años, el teólogo Agustín el Beato trató de comprender la naturaleza de Dios antes de la creación del universo. ¿Y sabes lo que se le ocurrió? El tiempo fue parte de la creación de Dios y simplemente no hubo un "antes".

Uno de los mejores físicos del siglo XX, Albert Einstein, llegó a casi las mismas conclusiones en el desarrollo de su teoría de la relatividad. Basta con prestar atención a la influencia de la masa en el tiempo. La masa gigante del planeta distorsiona el tiempo, haciendo que fluya más lentamente para una persona en la superficie que para un astronauta en órbita. La diferencia es demasiado pequeña para ser obvia, pero de hecho, una persona parada cerca de una piedra grande envejece más lentamente que una parada en un campo. Pero para volverse más joven por un segundo, tomará mil millones de años. La singularidad antes del big bang tenía toda la masa del universo, lo que, de hecho, detuvo el tiempo.

Según la teoría de la relatividad de Einstein, el tiempo nació exactamente en el momento en que la singularidad comenzó a expandirse y fue más allá del infinito comprimido. Décadas después de la muerte de Einstein, el desarrollo de la física cuántica y una serie de nuevas teorías han renovado el debate sobre la naturaleza del universo antes del Big Bang. Echemos un vistazo.

Branas, ciclos y otras ideas
“Y Dios escupió, se fue y cerró la puerta,
Estábamos detrás de él, y no hay más puertas.
A. Nepomniachtchi

¿Qué pasa si nuestro Universo es descendiente de otro Universo más antiguo? Algunos astrofísicos creen que un CMB sobrante del big bang, el fondo cósmico de microondas, ayudará a arrojar luz sobre esta historia.

Los astrónomos registraron por primera vez el CMB en 1965, y dio lugar a ciertos problemas en la teoría del big bang, problemas que hicieron que los científicos brevemente (hasta 1981) confundieran y dedujeran la teoría inflacionaria. Según esta teoría, en los primeros momentos de su existencia, el universo comenzó a expandirse con extrema rapidez. La teoría también explica la temperatura y la densidad de las fluctuaciones de la radiación reliquia y sugiere que estas fluctuaciones deberían ser las mismas.

Pero, como resultó, no. Estudios recientes han dejado en claro que el universo en realidad es unilateral, con más fluctuaciones en algunas áreas que en otras. Algunos cosmólogos creen que esta observación confirma que nuestro universo tuvo una "madre" (!)

En la teoría de la inflación caótica, esta idea cobra impulso: el progreso interminable de las burbujas inflacionarias crea una gran cantidad de universos, y cada uno de ellos crea aún más burbujas inflacionarias en una gran cantidad de Multiversos.

Sin embargo, existen modelos que intentan explicar la formación de la singularidad antes del big bang. Si piensas en los agujeros negros como botes de basura gigantes, son los principales candidatos para la contracción inicial, por lo que nuestro universo en expansión podría muy bien ser un agujero blanco: la salida de un agujero negro, y cada agujero negro en nuestro universo podría contener un universo separado dentro de sí mismo. .

Otros científicos creen que la formación de una singularidad se basa en un ciclo llamado "big bang", como resultado del cual el universo en expansión eventualmente colapsa sobre sí mismo, creando otra singularidad, que, nuevamente, crea otro big bang. Este proceso será eterno, y todas las singularidades y todos los colapsos no representarán otra cosa que una transición a otra fase de la existencia del Universo.

La última explicación que veremos utiliza la idea de un universo cíclico generado por la teoría de cuerdas. Sugiere que surgen nuevos flujos de materia y energía cada trillón de años cuando chocan dos membranas o branas que se encuentran más allá de nuestras dimensiones.

¿Qué pasó antes del Big Bang? La pregunta sigue abierta. Tal vez nada Tal vez un universo diferente, o una versión diferente del nuestro. Tal vez un océano de Universos, cada uno de los cuales tiene su propio conjunto de leyes y constantes que dictan la naturaleza de la realidad física.

Masas estelares... Nuestra ciencia está confundida ya la vez fascinada por estos cuerpos colosales que se comportan como átomos, pero cuya construcción nos confunde con su enorme y (¿sólo aparentemente?) complejidad asistemática. Quizás, con el tiempo, se revele algún orden o periodicidad en la estructura de las estrellas, tanto en composición como en ubicación. (NA Sadovsky)

Levantemos la cabeza a la noche estrellada. En algún lugar, detrás de un velo azul oscuro, todo comenzó. Y todo empezó, como siempre, de la nada. Pero empezaremos por el Big Bang, como llaman los americanos al Big Bang que se produjo en el universo hace 15.000 millones de años. Cómo era el Universo antes de eso, ni siquiera podemos adivinarlo.

Tenemos tiempo. Incluso si el reloj se rompe en toda la Tierra, el Sol saldrá y se pondrá, contando los días soleados, todavía se formarán anillos anuales en los árboles, etc. El tiempo no se detendrá. Ahora imagina que no hay tiempo. El tiempo no se ha detenido. Simplemente no existe. Tampoco hay espacio. No hay sustancia. Hay un supercoágulo de materia con una densidad colosal. Toda la materia futura del mundo, todo lo que luego se convertirá en estrellas, planetas, todo se comprime en un punto con una temperatura infinitamente alta. Así "comenzó" el universo. En el momento de este evento, el espacio y el tiempo fueron creados.

No tiene sentido preguntar qué pasó antes del Big Bang. Es como preguntar qué hay al norte del Polo Norte o al sur del Polo Sur. La pregunta "¿Dónde sucedió esto?" puede responderse con una sola palabra: "en todas partes". Efectivamente, el Universo en ese momento no era un punto aislado en otro espacio. Era todo este punto y sus dimensiones en ese momento eran muy pequeñas, cercanas al tamaño de un electrón. Tal punto solo se puede ver con un microscopio electrónico potente. Pero la masa es desproporcionadamente grande: ni 100, ni 1000, ni siquiera 1,000,000 de toneladas, mucho más. Más que la masa de la Tierra, el Sol, cien mil billones (100.000.000.000.000) de veces la masa de toda nuestra Galaxia. Y no hay tan pocas en él: ¡150 mil millones de estrellas que pesan tanto como el Sol y más!

Entonces este punto "explotó" con gran fuerza, y una enorme nube, formada por partículas elementales, comenzó a crecer y expandirse en todas direcciones. Cada partícula era pesada, vivió una vida corta pero tormentosa. La primera etapa de la formación del Universo se llama hadrónica, y duró solo una fracción de segundo, ¡una diezmilésima parte (0.0001 s)! La tasa de expansión del Universo excedió la velocidad de la luz en el vacío y se acercó a 300 000 000 m/s (300 000 km/s). Compare: la velocidad inicial de una bala disparada desde un rifle de asalto Kalashnikov es de 715 m / s, que es menos de un kilómetro por segundo, la primera velocidad espacial es de 8 km / s. Aproximadamente con la misma velocidad la nave espacial se mueve en órbita.

En los primeros momentos de su existencia, el universo era muy caliente, mucho más caliente que el interior de la estrella más caliente. A temperaturas superiores a los 10 mil millones de grados, y esta era la temperatura del Universo, no puede existir ninguna sustancia. Sí, todavía no ha estado allí. Casi toda la energía del Universo existía en forma de radiación electromagnética (fotones), es decir, el Universo "brilló", para ser más precisos, era en sí mismo una luz brillante e interminable.

Los hadrones son las partículas elementales más pesadas. Pero ahora ha llegado el momento de las partículas más ligeras: los leptones. La segunda etapa ha comenzado.

Como sabes, las partículas no se quedan quietas, sino que se mueven, chocan, desaparecen, cambian. Como resultado de tales “danzas”, surgen partículas y antipartículas. No pueden existir juntos. Aquí pereciendo - quién quién. Por casualidad, el número de partículas resultó ser ligeramente mayor que el número de antipartículas. Las partículas "sobrevivieron" y ahora todo el mundo está construido a partir de ellas.

¿Qué pasaría si ganaran las antipartículas? Los científicos responden: nada especial, el mundo seguiría siendo el mismo, solo la estructura de los átomos cambiaría ligeramente. En "nuestros" átomos: un núcleo con carga positiva y uno o más electrones con carga negativa en las capas. Y sería al revés. Y un electrón se llamaría positrón... Hace mucho tiempo que los científicos han aprendido a producir antipartículas en el laboratorio, pero la antimateria no se encuentra en estado libre en la Tierra.

En 10 segundos, el Universo "saltó" la segunda etapa (lepton) con sus reacciones termonucleares. Ya se ha esbozado la composición de la sustancia de que consistirá el mundo. Aparecieron átomos de hidrógeno y, más tarde, núcleos de helio. En un día, el Universo perdió su súper densidad. Al final del primer día, su densidad era 100 veces menor que la densidad del aire ordinario.

Y ahí terminó el mundo de las altas velocidades. La tercera era, la era de la radiación, duró un millón de años. Aunque esto no es mucho en comparación con la vida multimillonaria del Universo, pero si se compara con un comienzo rápido que dura solo unos segundos, entonces sí, mucho. Esa era recuerda la radiación reliquia encontrada hasta ahora en el espacio. Reliquia es la radiación de un cuerpo completamente negro a una temperatura de 2,7 K. Sí, sí, no te sorprendas, un cuerpo completamente negro también puede “irradiar”. Imagina una bola hueca. Supongamos que empezamos a calentarlo. ¿Qué está pasando dentro? Nuestra bola está vacía. El "calor" dentro de tal cavidad son ondas electromagnéticas que corren entre las paredes internas. Si el cuerpo se calienta a 6000 °C, las ondas estarán principalmente en la parte visible del espectro. Nuestra bola puede llamarse "cuerpo negro", ya que la radiación no atraviesa sus paredes, y es "negra" para un observador externo, aunque se calienta por dentro. A diferentes temperaturas de un cuerpo negro, la radiación también es diferente. A 6000 °C, es verde visible; a aproximadamente un millón de Kelvin, son rayos X. A una temperatura cercana al cero absoluto (-273 ° C) - microondas. Lo que está pasando en el universo. La radiación reliquia en este caso es el recuerdo de la tercera etapa en el desarrollo del universo: la era de la radiación.

La era de la radiación terminó con la formación de la materia, luego comenzó otra era en la que vivimos. Esta es la Era de la Materia. Nacen cuásares, galaxias, estrellas, sistemas planetarios, todo lo que ahora estamos observando desde la Tierra.

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El modelo debe tener en cuenta las distancias observadas entre los objetos, así como la velocidad y dirección de su movimiento. Dichos cálculos se basan en la ley de Hubble: cz =H0D, Dónde z- corrimiento al rojo del objeto, D- distancia a este objeto, C es la velocidad de la luz.
La edad del Universo en el modelo debe exceder la edad de los objetos más antiguos del mundo.
El modelo debe tener en cuenta la abundancia inicial de elementos.
El modelo debe tener en cuenta lo observable.
El modelo debe tener en cuenta el fondo relicto observado.

Consideremos brevemente la teoría generalmente aceptada sobre el origen y la evolución temprana del Universo, que es apoyada por la mayoría de los científicos. Hoy, la teoría del Big Bang se refiere a la combinación del modelo de universo caliente con el Big Bang. Y aunque estos conceptos existieron primero independientemente uno del otro, como resultado de su combinación, fue posible explicar la composición química inicial del Universo, así como la presencia de radiación cósmica de fondo de microondas.

Según esta teoría, el Universo surgió hace unos 13.770 millones de años a partir de un objeto denso calentado, lo que es difícil de describir en el marco de la física moderna. El problema de la singularidad cosmológica, entre otras cosas, es que al describirla, la mayoría de las cantidades físicas, como la densidad y la temperatura, tienden a infinito. Al mismo tiempo, se sabe que a una densidad infinita (la medida del caos) debería tender a cero, lo que no es compatible en modo alguno con una temperatura infinita.

- Los primeros 10 -43 segundos después del Big Bang se llaman la etapa del caos cuántico. La naturaleza del universo en esta etapa de la existencia no puede describirse dentro del marco de la física que conocemos. Hay una desintegración de un solo espacio-tiempo continuo en cuantos.

El momento de Planck es el momento del final del caos cuántico, que cae en 10 -43 segundos. En ese momento, los parámetros del Universo eran iguales, como la temperatura de Planck (alrededor de 10 32 K). En la época de la era de Planck, las cuatro interacciones fundamentales (débil, fuerte, electromagnética y gravitacional) se combinaron en una sola interacción. No es posible considerar el momento de Planck como un cierto período largo, ya que la física moderna no trabaja con parámetros menores que los de Planck.
Escenario. La siguiente etapa en la historia del universo fue la etapa inflacionaria. En el primer momento de la inflación, la interacción gravitatoria se separó de un solo campo supersimétrico (que antes incluía los campos de interacciones fundamentales). Durante este período, la materia tiene una presión negativa, lo que provoca un aumento exponencial de la energía cinética del Universo. En pocas palabras, durante este período, el Universo comenzó a hincharse muy rápidamente y, hacia el final, la energía de los campos físicos se convierte en la energía de las partículas ordinarias. Al final de esta etapa, la temperatura de la sustancia y la radiación aumentan significativamente. Junto con el final de la etapa de inflación, también emerge una fuerte interacción. También en este momento surge.
La etapa de dominancia de la radiación. La siguiente etapa en el desarrollo del Universo, que incluye varias etapas. En esta etapa, la temperatura del Universo comienza a disminuir, se forman quarks, luego hadrones y leptones. En la era de la nucleosíntesis, se produce la formación de elementos químicos iniciales, se sintetiza helio. Sin embargo, la radiación todavía domina la materia.
La era del dominio de la materia. Después de 10.000 años, la energía de la materia supera gradualmente a la energía de la radiación y se produce su separación. La sustancia empieza a dominar sobre la radiación, aparece un fondo relicto. Además, la separación de la materia con radiación aumentó significativamente las heterogeneidades iniciales en la distribución de la materia, como resultado de lo cual comenzaron a formarse galaxias y supergalaxias. Las Leyes del Universo llegaron a la forma en que las observamos hoy.

La imagen de arriba se compone de varias teorías fundamentales y da una idea general de la formación del Universo en las primeras etapas de su existencia.

¿De dónde vino el universo?

Modelos cíclicos

Estos modelos se basan en la afirmación de que el Universo siempre ha existido y, con el tiempo, su estado solo cambia, pasando de la expansión a la contracción, y viceversa.

Modelo de Steinhardt-Turok. Este modelo se basa en la teoría de cuerdas (teoría M), ya que utiliza un objeto como una "brana". Según este modelo, el Universo visible se encuentra dentro de una 3-brana, que periódicamente, cada pocos billones de años, choca con otra 3-brana, lo que provoca una especie de Big Bang. Además, nuestra brana 3 comienza a alejarse de la otra y expandirse. En algún momento, la proporción de energía oscura tiene prioridad y aumenta la tasa de expansión de las 3 branas. La colosal expansión dispersa la materia y la radiación hasta tal punto que el mundo se vuelve casi homogéneo y vacío. Eventualmente las 3-branas chocan nuevamente, haciendo que la nuestra regrese a la fase inicial de su ciclo, recreando nuestro "Universo".

La teoría de Loris Baum y Paul Frampton también afirma que el universo es cíclico. Según su teoría, después del Big Bang, este último se expandirá debido a la energía oscura hasta que se acerque al momento de la "desintegración" del propio espacio-tiempo: el Big Rip. Como sabes, en un "sistema cerrado, la entropía no disminuye" (la segunda ley de la termodinámica). De esta afirmación se deduce que el Universo no puede volver a su estado original, ya que durante tal proceso la entropía debe disminuir. Sin embargo, este problema se resuelve en el marco de esta teoría. Según la teoría de Baum y Frampton, en un momento antes del Big Rip, el Universo se fragmenta en muchos "trapos", cada uno de los cuales tiene un valor de entropía bastante pequeño. Al experimentar una serie de transiciones de fase, estos "parches" del Universo anterior dan lugar a la materia y se desarrollan de manera similar al Universo original. Estos nuevos mundos no interactúan entre sí, ya que se separan a una velocidad superior a la de la luz. Así, los científicos también evitaron la singularidad cosmológica, que inicia el nacimiento del Universo según la mayoría de las teorías cosmológicas. Es decir, en el momento del final de su ciclo, el Universo se fragmenta en muchos otros mundos que no interactúan, que se convertirán en nuevos universos.
Cosmología cíclica conforme: modelo cíclico de Roger Penrose y Vahagn Gurzadyan. Según este modelo, el Universo puede pasar a un nuevo ciclo sin violar la segunda ley de la termodinámica. Esta teoría se basa en la suposición de que los agujeros negros destruyen la información absorbida, lo que de alguna manera "legítimamente" reduce la entropía del universo. Luego, cada ciclo de existencia del Universo comienza con la semejanza del Big Bang y termina con una singularidad.

Otros modelos para el origen del universo

Entre otras hipótesis que explican la aparición del Universo visible, las dos siguientes son las más populares:

La teoría caótica de la inflación es la teoría de Andrey Linde. Según esta teoría, existe un campo escalar que no es uniforme en todo su volumen. Es decir, en diferentes regiones del universo, el campo escalar tiene un significado diferente. Entonces, en las áreas donde el campo es débil, no pasa nada, mientras que las áreas con un campo fuerte comienzan a expandirse (inflación) debido a su energía, formando así nuevos universos. Tal escenario implica la existencia de muchos mundos que no surgieron simultáneamente y tienen su propio conjunto de partículas elementales y, en consecuencia, las leyes de la naturaleza.
La teoría de Lee Smolin sugiere que el Big Bang no es el comienzo de la existencia del Universo, sino solo una transición de fase entre sus dos estados. Dado que antes del Big Bang el Universo existía en forma de una singularidad cosmológica, de naturaleza cercana a la singularidad de un agujero negro, Smolin sugiere que el Universo podría haber surgido de un agujero negro.

Resultados

Hoy en día, los investigadores continúan estudiando intensamente posibles escenarios para el origen del Universo, sin embargo, para dar una respuesta irrefutable a la pregunta "¿Cómo apareció el Universo?" - es poco probable que suceda en un futuro próximo. Hay dos razones para esto: la prueba directa de las teorías cosmológicas es prácticamente imposible, solo indirecta; incluso en teoría, no hay forma de obtener información precisa sobre el mundo antes del Big Bang. Por estas dos razones, los científicos solo pueden presentar hipótesis y construir modelos cosmológicos que describan con mayor precisión la naturaleza del Universo que observamos.