Première explosion. La théorie du Big Bang confirmée

Même les scientifiques modernes ne peuvent pas dire avec certitude ce qu’il y avait dans l’Univers avant le Big Bang. Il existe plusieurs hypothèses qui lèvent le voile du secret sur l'un des plus problèmes complexes de l'univers.

Origine du monde matériel

Jusqu'au XXe siècle, il n'y avait que deux partisans du point de vue religieux qui croyaient que le monde avait été créé par Dieu. Les scientifiques, au contraire, ont refusé de reconnaître la nature artificielle de l’Univers. Les physiciens et les astronomes étaient partisans de l'idée que l'espace a toujours existé, que le monde était statique et que tout restera comme il y a des milliards d'années.

Cependant, l'accélération progrès scientifique au tournant du siècle, les chercheurs ont eu la possibilité d'étudier les espaces extraterrestres. Certains d’entre eux ont été les premiers à tenter de répondre à la question de savoir ce qu’il y avait dans l’Univers avant le Big Bang.

Recherche Hubble

Le XXe siècle a détruit de nombreuses théories des époques passées. Dans l'espace libéré, de nouvelles hypothèses sont apparues qui expliquaient des mystères jusqu'alors incompréhensibles. Tout a commencé avec le fait que les scientifiques ont établi le fait de l'expansion de l'Univers. Cela a été réalisé par Edwin Hubble. Il a découvert que la lumière des galaxies lointaines différait de celle des amas cosmiques plus proches de la Terre. La découverte de ce modèle constitue la base de la loi de l'expansion d'Edwin Hubble.

Le Big Bang et l'origine de l'Univers ont été étudiés lorsqu'il est devenu clair que toutes les galaxies « échappent » à l'observateur, peu importe où il se trouve. Comment cela pourrait-il s’expliquer ? Puisque les galaxies bougent, cela signifie qu’elles sont poussées vers l’avant par une sorte d’énergie. De plus, les physiciens ont calculé que tous les mondes étaient autrefois situés en un seul point. En raison d’une certaine poussée, ils ont commencé à se déplacer dans toutes les directions à une vitesse inimaginable.

Ce phénomène a été appelé le « Big Bang ». Et l'origine de l'Univers a été expliquée précisément à l'aide de la théorie de cet événement ancien. Quand est-ce arrivé? Les physiciens ont déterminé la vitesse de déplacement des galaxies et en ont dérivé une formule qu’ils ont utilisée pour calculer le moment où la « poussée » initiale s’est produite. Chiffres exacts Personne n'osera le nommer, mais ce phénomène s'est produit il y a environ 15 milliards d'années.

L'émergence de la théorie du Big Bang

Le fait que toutes les galaxies soient des sources de lumière signifie que le Big Bang a libéré quantité énormeénergie. C'est elle qui a donné naissance à l'éclat même que les mondes perdent à mesure qu'ils s'éloignent de l'épicentre de ce qui s'est passé. La théorie du Big Bang a été prouvée pour la première fois par les astronomes américains Robert Wilson et Arno Penzias. Ils ont découvert un rayonnement électromagnétique cosmique de fond micro-ondes, dont la température était de trois degrés sur l'échelle Kelvin (soit -270 Celsius). Cette découverte conforte l’idée selon laquelle l’Univers était initialement extrêmement chaud.

La théorie du Big Bang a répondu à de nombreuses questions formulées au XIXe siècle. Cependant, de nouveaux sont désormais apparus. Par exemple, qu’y avait-il dans l’Univers avant le Big Bang ? Pourquoi est-elle si homogène, alors qu’avec une telle libération d’énergie, la substance devrait se disperser de manière inégale dans toutes les directions ? Les découvertes de Wilson et Arno jettent le doute sur la géométrie euclidienne classique, car il a été prouvé que l'espace a une courbure nulle.

Théorie inflationniste

Les nouvelles questions posées ont montré que théorie moderne l'origine du monde est fragmentaire et incomplète. Cependant pendant longtemps il semblait impossible d’aller au-delà de ce qui avait été découvert dans les années 60. Et seules des recherches très récentes menées par des scientifiques ont permis de formuler un nouveau principe important pour physique théorique. C'était un phénomène ultra-rapide expansion inflationniste Univers. Il a été étudié et décrit à l'aide théorie des quanta champs et théorie générale La relativité d'Einstein.

Alors, qu’y avait-il dans l’Univers avant le Big Bang ? Science moderne appelle cette période « l’inflation ». Au début, il n’y avait qu’un champ qui remplissait tout l’espace imaginaire. Cela peut être comparé à une boule de neige lancée en bas d’une colline montagne enneigée. La grosseur roulera et augmentera de taille. De la même manière, le champ, en raison de fluctuations aléatoires, a modifié sa structure en un temps inimaginable.

Lorsqu’une configuration homogène s’est formée, une réaction s’est produite. Il contient les plus grands mystères de l'Univers. Que s'est-il passé avant le Big Bang ? Un domaine inflationniste qui ne ressemblait pas du tout à l’actualité. Après la réaction, la croissance de l’Univers a commencé. Si nous continuons l'analogie avec une boule de neige, alors après la première, d'autres boules de neige ont roulé, augmentant également en taille. Le moment du Big Bang dans ce système peut être comparé au moment où un énorme bloc est tombé dans l'abîme et a finalement heurté le sol. À ce moment-là, une quantité colossale d’énergie fut libérée. Il ne peut toujours pas s'épuiser. C’est grâce à la poursuite de la réaction suite à l’explosion que notre Univers se développe aujourd’hui.

Matière et champ

L'Univers est désormais constitué d'un nombre inimaginable d'étoiles et d'autres corps cosmiques. Cet agrégat de matière dégage une énergie énorme, ce qui contredit la loi physique de conservation de l'énergie. Qu'est-ce que ça dit ? L’essence de ce principe réside dans le fait que pendant une période de temps infinie, la quantité d’énergie présente dans le système reste inchangée. Mais comment cela peut-il s’adapter à notre Univers, qui ne cesse de s’étendre ?

La théorie inflationniste a pu répondre à cette question. Il est extrêmement rare que de tels mystères de l’Univers soient résolus. Que s'est-il passé avant le Big Bang ? Champ inflationniste. Après l’émergence du monde, la matière qui nous était familière a pris sa place. Cependant, en plus de cela, il existe également dans l'Univers qui a énergie négative. Les propriétés de ces deux entités sont opposées. Cela compense l'énergie provenant des particules, des étoiles, des planètes et d'autres matières. Cette relation explique également pourquoi l’Univers ne s’est pas encore transformé en trou noir.

Lorsque le Big Bang s’est produit pour la première fois, le monde était trop petit pour que quoi que ce soit puisse s’effondrer. Aujourd’hui, avec l’expansion de l’Univers, des trous noirs locaux sont apparus dans certaines parties de celui-ci. Leur champ gravitationnel absorbe tout ce qui les entoure. Même la lumière ne peut en sortir. C’est en fait la raison pour laquelle ces trous deviennent noirs.

Expansion de l'Univers

Même si base théorique théorie de l'inflation, on ne sait toujours pas à quoi ressemblait l’Univers avant le Big Bang. L’imagination humaine ne peut pas imaginer cette image. Le fait est que le champ de l’inflation est intangible. Cela ne peut pas être expliqué par les lois habituelles de la physique.

Lorsque le Big Bang s’est produit, le champ d’inflation a commencé à s’étendre à une vitesse dépassant la vitesse de la lumière. Selon les indicateurs physiques, il n'y a rien de matériel dans l'Univers qui pourrait se déplacer plus rapidement que cet indicateur. La lumière se propage à travers le monde existant avec des chiffres incroyables. Le champ inflationniste s’est propagé avec une rapidité encore plus grande, précisément en raison de son caractère intangible.

État actuel de l'univers

La période actuelle de l’évolution de l’Univers est idéale pour l’existence de la vie. Les scientifiques ont du mal à déterminer combien de temps durera cette période. Mais si quelqu’un entreprenait de tels calculs, les chiffres qui en résulteraient ne seraient pas inférieurs à des centaines de milliards d’années. Pour un vie humaine un tel segment est si grand que même dans calcul mathématique il doit être écrit en utilisant des pouvoirs. Le présent a été bien mieux étudié que la préhistoire de l’Univers. Ce qui s’est passé avant le Big Bang ne restera de toute façon que l’objet de recherches théoriques et de calculs audacieux.

Dans le monde matériel, même le temps reste une valeur relative. Par exemple, les quasars (un type d'objet astronomique), existant à une distance de 14 milliards d'années-lumière de la Terre, sont en retard de 14 milliards d'années-lumière sur notre « maintenant » habituel. Ce décalage temporel est énorme. Il est difficile de le définir, même mathématiquement, sans parler du fait qu'il est tout simplement impossible d'imaginer clairement une telle chose avec l'aide de l'imagination humaine (même la plus ardente).

La science moderne peut théoriquement expliquer la vie entière de notre monde matériel, dès les premières fractions de secondes de son existence, alors que le Big Bang venait de se produire. Histoire complète L'univers est toujours en train de se reconstituer. Les astronomes découvrent de nouvelles faits étonnants avec des équipements de recherche modernisés et améliorés (télescopes, laboratoires, etc.).

Cependant, il existe également des phénomènes qui ne sont pas encore compris. Une telle tache blanche, par exemple, est son énergie sombre. L’essence de cette masse cachée continue d’exciter la conscience des physiciens les plus instruits et les plus avancés de notre époque. De plus, aucun point de vue unique n'a émergé sur les raisons pour lesquelles il y a encore plus de particules dans l'Univers que d'antiparticules. Plusieurs ont été formulées à ce sujet. théories fondamentales. Certains de ces modèles sont les plus populaires, mais aucun d'entre eux n'a encore été accepté par la communauté scientifique internationale comme

A l’échelle des connaissances universelles et des découvertes colossales du XXe siècle, ces écarts semblent bien insignifiants. Mais l’histoire des sciences montre avec une régularité enviable que l’explication de ces « petits » faits et phénomènes devient la base de la compréhension globale par l’humanité de la discipline dans son ensemble (en dans ce cas nous parlons de sur l'astronomie). Les générations futures de scientifiques auront donc certainement quelque chose à faire et à découvrir dans le domaine de la connaissance de la nature de l’Univers.

Cours sur le sujet " Fondements théoriques technologies progressistes"

Complété par : Larisa Mirzodzhonovna Belozerskaya, cours I

État de Moscou université ouverte, bifurquer

La cosmologie est une étude physique de l'Univers, qui comprend la théorie de tout ce qui est couvert par les observations astronomiques du monde en tant que partie de l'Univers.

La plus grande réussite cosmologie moderne est devenu un modèle d’univers en expansion, appelé théorie du Big Bang.

Selon cette théorie, tout l’espace observable est en expansion. Mais que s’est-il passé au tout début ? Toute la matière dans le Cosmos, à un moment donné, a été littéralement compressée en rien – compressée en un seul point. Il avait une densité incroyablement énorme - c'est presque impossible à imaginer, elle est exprimée par un nombre dans lequel il y a 96 zéros après un - et une température tout aussi inimaginablement élevée. Les astronomes appelaient cet état une singularité.

Pour une raison quelconque, cet équilibre étonnant a été soudainement détruit par l'action forces gravitationnelles- il est même difficile d'imaginer à quoi ils ont dû ressembler étant donné la densité infiniment énorme de la « matière première » !

Les scientifiques ont donné à ce moment le nom de « Big Bang ». L'univers a commencé à s'étendre et à se refroidir.

Il convient de noter que la question de savoir quel type de naissance de l'Univers - « chaud » ou « froid » - n'a pas été immédiatement résolue sans ambiguïté et a longtemps occupé l'esprit des astronomes. L'intérêt pour le problème était loin d'être vain - après tout, de condition physique la matière à l'instant initial dépend, par exemple, de l'âge de l'Univers. De plus, des réactions thermonucléaires peuvent se produire à des températures élevées. Ainsi, composition chimique L'Univers « chaud » doit différer de la composition de l'Univers « froid ». Et ceci, à son tour, détermine l’ampleur et le rythme du développement. corps célestes...

Pendant plusieurs décennies, les deux versions - la naissance « chaude » et « froide » de l'Univers - ont existé dans la cosmologie sur un pied d'égalité, ayant à la fois des partisans et des critiques. L'affaire restait « petite » - il fallait les confirmer par des observations.

L'astronomie moderne peut donner une réponse affirmative à la question de savoir s'il existe des preuves de l'hypothèse d'un Univers chaud et du Big Bang. En 1965, une découverte a été faite qui, selon les scientifiques, confirme directement que dans le passé la matière de l'Univers était très dense et chaude. Il s'est avéré que dans l'espace, il existe des ondes électromagnétiques nées à cette époque lointaine où il n'y avait ni étoiles, ni galaxies, ni système solaire.

La possibilité de l'existence d'un tel rayonnement a été prédite par les astronomes bien plus tôt. Au milieu des années 40. physicien américain George Gamow (1904-1968) s'est saisi des problèmes de l'émergence de l'Univers et de l'origine éléments chimiques. Les calculs effectués par Gamow et ses étudiants ont permis d'imaginer que dans l'Univers dans les premières secondes de son existence il y avait très haute température. La substance chauffée « brillait » - elle émettait des ondes électromagnétiques. Gamow a suggéré qu'ils devraient également être observés dans époque moderne sous forme d'ondes radio faibles, et a même prédit la température de ce rayonnement - environ 5-6 K.

En 1965, les scientifiques américains Arno Penzias et Robert Wilson, ingénieurs radio, ont enregistré rayonnement cosmique, qui ne pouvait être attribué à aucun alors connu source cosmique. Les astronomes sont arrivés à la conclusion que ce rayonnement, qui a une température d'environ 3 K, est une relique (du latin « vestige », d'où le nom du rayonnement - « relique ») de ces époques lointaines où l'Univers était fantastiquement chaud. Désormais, les astronomes ont pu faire un choix en faveur de la naissance « chaude » de l'Univers. A. Penzias et R. Wilson ont reçu le prix Nobel en 1978 pour la découverte du fond diffus cosmologique (tel que nom officiel rayonnement de fond cosmique à micro-ondes) à une vague de 7,35 cm.

Le Big Bang est le nom donné à l'origine de l'Univers. Dans le cadre de ce concept, on pense que l’état initial de l’Univers était un point appelé point de singularité, dans lequel toute la matière et toute l’énergie étaient concentrées. Elle a été caractérisée sans cesse haute densité matière. Les propriétés spécifiques du point de singularité sont inconnues, tout comme ce qui a précédé l'état de singularité est inconnu.

Une chronologie approximative des événements qui ont suivi depuis le point zéro dans le temps - le début de l'expansion - est présentée ci-dessous :

Il n'existe aucune information fiable concernant les conditions et les événements survenus avant le moment de 5·10-44 secondes - la fin du premier temps quantique. À PROPOS paramètres physiques de cette époque, nous pouvons seulement dire qu'alors la température était de 1,3·1032 K et la densité de la matière était d'environ 1096 kg/m3. Les valeurs indiquées sont des limites d'application théories existantes. Elles découlent des relations entre la vitesse de la lumière, la constante gravitationnelle, les constantes de Planck et de Boltzmann et sont appelées « Planck ».

Les événements de la période de 5·10-44 à 10-36 secondes sont reflétés par le modèle « univers inflationniste», description difficile et ne pouvant être donnée dans le cadre de cette présentation. Cependant, il convient de noter que selon ce modèle, l'expansion de l'Univers s'est produite sans diminution de la concentration volumétrique d'énergie et sous pression négative du mélange primaire de matière et d'énergie, c'est-à-dire en quelque sorte la répulsion des objets matériels. les uns des autres, ce qui a provoqué l'expansion de l'Univers, qui se poursuit encore aujourd'hui.

Pour comprendre les processus qui ont eu lieu dans la période 10-36-10-4 secondes après le début de l'explosion, une connaissance approfondie de la physique des particules élémentaires est nécessaire. Pendant cette période, le rayonnement électromagnétique et particules élémentaires - différents types mésons, hypérons, protons et antiprotons, neutrons et antineutrons, neutrinos et antineutrinos, etc. existait en équilibre, c'est-à-dire leurs concentrations volumiques étaient égales. Très rôle important A cette époque, les champs d'interactions fortes puis faibles jouaient en premier.

Au cours de la période de 10-4 à 10-3 secondes, la formation de l'ensemble des particules élémentaires a eu lieu, qui, se transformant les unes en les autres, constituent désormais l'Univers entier. L’annihilation de l’écrasante majorité des particules élémentaires et antiparticules qui existaient auparavant s’est produite. C'est au cours de cette période qu'est apparue l'asymétrie des baryons, qui s'est avérée être le résultat d'un très petit excès, seulement un milliardième, du nombre de baryons par rapport aux antibaryons. Il est apparemment apparu immédiatement après l’ère de l’expansion inflationniste de l’Univers. À une température de 1011 degrés, la densité de l'Univers avait déjà diminué jusqu'à une valeur caractéristique des noyaux atomiques. Au cours de cette période, la température a diminué de moitié en millièmes de seconde. Au même moment, le rayonnement neutrino existant et désormais relique est né. Cependant, malgré sa densité importante d'au moins 400 pièces/cm3 et la possibilité d'obtenir avec son aide informations vitalesà propos de cette période de formation de l’Univers, son enregistrement n’est pas encore réalisable.

En conséquence, dans la période de 10-3 à 10-120 secondes réactions thermonucléaires Des noyaux d'hélium et un très petit nombre de noyaux de certains autres éléments chimiques légers se sont formés, et une partie importante des protons - les noyaux d'hydrogène - ne se sont pas combinés en noyaux atomiques. Ils sont tous restés immergés dans « l’océan » électrons libres et photons rayonnement électromagnétique. A partir de ce moment, un ratio s'établit dans le gaz primaire : 75-78 % d'hydrogène et 25-22 % d'hélium - en masse de ces gaz.

Entre 300 000 et 1 million d'années, la température de l'Univers est tombée entre 3 000 et 45 000 K et l'ère de la recombinaison a commencé. Des électrons auparavant libres fusionnés avec des électrons légers noyaux atomiques et des protons. Des atomes d'hydrogène, d'hélium et un certain nombre d'atomes de lithium se sont formés. La matière est devenue transparente et le rayonnement de fond cosmique micro-onde, observé jusqu’à présent, s’en est « séparé ». Toutes les caractéristiques actuellement observées du rayonnement de fond cosmique micro-ondes, par exemple les fluctuations de la température de ses flux provenant de différentes zones du monde. sphère céleste ou leur polarisation reflète une image des propriétés et de la distribution de la matière à cette époque.

Au cours des premiers milliards d'années de l'existence de l'Univers, sa température a diminué de 3 000 à 45 000 K à 300 K. En raison du fait qu'à cette période, les sources de rayonnement électromagnétique - étoiles, quasars, etc. pas encore formé dans l'Univers Le rayonnement relique s'est déjà refroidi ; cette époque est appelée « l'Âge des Ténèbres » de l'Univers.

Grand coup

Gros coup. C'est le nom de la théorie, ou plutôt d'une des théories, de l'origine ou, si l'on préfère, de la création de l'Univers. Le nom est peut-être trop frivole pour un événement aussi terrifiant et impressionnant. Particulièrement effrayant, si vous vous êtes déjà demandé très questions difficiles sur l'univers.

Par exemple, si l’Univers est tout ce qui existe, comment a-t-il commencé ? Et que s'est-il passé avant cela ? Si l’espace n’est pas infini, qu’y a-t-il au-delà ? Et où devrait réellement s’insérer ce quelque chose ? Comment comprendre le mot « infini » ?

Ces choses sont difficiles à comprendre. De plus, lorsque vous commencez à y penser, vous ressentez un sentiment étrange de quelque chose de majestueux et de terrible. Mais les questions sur l’univers sont l’une des questions les plus importantes que l’humanité s’est posée tout au long de son histoire.

Quel a été le début de l’existence de l’Univers ?

La plupart des scientifiques sont convaincus que l’existence de l’Univers a commencé avec une énorme explosion de matière survenue il y a environ 15 milliards d’années. Pendant de nombreuses années, la plupart des scientifiques ont partagé l’hypothèse selon laquelle le début de l’Univers aurait été provoqué par une grande explosion, que les scientifiques ont surnommée en plaisantant le « Big Bang ». Selon eux, toute la matière et tout l'espace, qui est aujourd'hui représenté par des milliards et des millions de galaxies et d'étoiles, s'inscrivaient il y a 15 milliards d'années dans un espace minuscule ne dépassant pas quelques mots dans cette phrase.

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Comment s’est formé l’Univers ?

Les scientifiques pensent qu'il y a 15 milliards d'années, ce petit volume a explosé en minuscules particules plus petites que les atomes, donnant ainsi naissance à l'Univers. Initialement c'était une nébuleuse de particules fines. Plus tard, lorsque ces particules se sont combinées, des atomes se sont formés. Les galaxies stellaires se sont formées à partir d'atomes. Depuis ce Big Bang, l’Univers n’a cessé de s’étendre, comme un ballon qui se gonfle.

Des doutes sur la théorie du Big Bang

Mais au cours des dernières années, les scientifiques qui étudient la structure de l’Univers ont fait plusieurs découvertes inattendues. Certains d’entre eux remettent en question la théorie du Big Bang. Que pouvez-vous faire, notre monde ne correspond pas toujours à nos idées pratiques à son sujet.

Répartition de la matière lors d'une explosion

L’un des problèmes réside dans la manière dont la matière est distribuée dans l’univers. Lorsqu'un objet explose, son contenu se disperse uniformément dans toutes les directions. En d’autres termes, si la matière avait été initialement comprimée en un petit volume puis explosée, alors la matière aurait dû être répartie uniformément dans tout l’espace de l’Univers.

La réalité est cependant très différente des idées attendues. Nous vivons dans un Univers très inégalement rempli. Lorsque l’on regarde dans l’espace, des amas individuels de matière apparaissent à distance les uns des autres. D'énormes galaxies sont dispersées ici et là espace extra-atmosphérique. Entre les galaxies, il existe d'immenses zones de vide non comblées. Pour plus haut niveau les galaxies sont regroupées en amas - amas, et ces derniers - en méga amas. Quoi qu'il en soit, les scientifiques ne sont pas encore parvenus à un accord sur la question de savoir comment et pourquoi exactement de telles structures se sont formées. De plus, un nouveau problème, encore plus grave, est récemment apparu avec tout.

La science qui étudie l'Univers dans son ensemble et la Métagalaxie en tant que partie de l'Univers est appelée cosmologie. George Gamow, physicien théoricien américain, suggère que notre Univers, c'est-à-dire Métagalaxie, née dans un état chaud avec une température d'environ 10 32 K. Gamow a appelé ce modèle "Cosmologie du Big Bang".

La perception que les gens ont du monde qui les entoure a toujours été ambiguë. Quelqu'un ne croit toujours pas à l'existence vaste univers autour de nous, certains pensent que la Terre est plate. Avant la percée scientifique du XXe siècle, il n’existait que quelques versions de l’origine du monde. Abonnés opinions religieuses croyait en l'intervention et la création divines intelligence supérieure, ceux qui n'étaient pas d'accord étaient parfois brûlés. Il y avait un autre côté qui croyait que le monde qui nous entoure, ainsi que l'Univers, est infini.

Pour beaucoup de gens, tout a changé lorsqu'Albert Einstein a prononcé un discours en 1917, présentant au grand public l'œuvre de sa vie – la Théorie générale de la relativité. Le génie du XXe siècle a relié l'espace-temps à la matière de l'espace à l'aide des équations qu'il a dérivées. En conséquence, il s’est avéré que l’Univers est fini, de taille inchangée et a la forme d’un cylindre régulier.

À l’aube de la percée technique, personne ne pouvait réfuter les propos d’Einstein, car sa théorie était trop complexe, même pour les plus grands esprits début du 20ème siècle. Puisqu'il n'y avait pas d'autres options, le modèle d'un Univers stationnaire cylindrique a été accepté par la communauté scientifique comme le modèle généralement accepté de notre monde. Cependant, elle n’a pu vivre que quelques années. Après que les physiciens aient pu se remettre de travaux scientifiques Einstein et a commencé à les démonter, parallèlement à cela, des ajustements ont commencé à être apportés à la théorie de la relativité et aux calculs spécifiques du scientifique allemand.

En 1922, un article fut soudainement publié dans la revue Izvestia Physics mathématicien russe Alexander Friedman, dans lequel il déclare qu'Einstein avait tort et que notre Univers n'est pas stationnaire. Friedman explique que les déclarations du scientifique allemand concernant l’invariabilité du rayon de courbure de l’espace sont des idées fausses, en fait, le rayon change en fonction du temps ; En conséquence, l’Univers doit s’étendre.

De plus, Friedman a donné ici ses hypothèses sur la manière exacte dont l’Univers pourrait s’étendre. Il y avait trois modèles au total : un Univers pulsé (l'hypothèse selon laquelle l'Univers se dilate et se contracte avec une certaine périodicité dans le temps) ; l'Univers en expansion à partir de la masse et le troisième modèle – l'expansion à partir d'un point. Puisqu'à cette époque il n'existait pas d'autres modèles, à l'exception de l'intervention divine, les physiciens ont rapidement pris note des trois modèles de Friedman et ont commencé à les développer dans leur propre direction.

Les travaux du mathématicien russe ont légèrement piqué Einstein et, la même année, il a publié un article dans lequel il exprimait ses commentaires sur les travaux de Friedmann. Dans ce document, un physicien allemand tente de prouver l'exactitude de ses calculs. Cela s'est avéré plutôt peu convaincant, et lorsque la douleur causée par le coup porté à l'estime de soi s'est un peu calmée, Einstein a publié une autre note dans la revue Izvestia Physics, dans laquelle il a déclaré :

« Dans un article précédent, j'ai critiqué le travail ci-dessus. Cependant, ma critique, comme j'en ai été convaincu par la lettre de Friedman que M. Krutkov m'a communiquée, reposait sur une erreur de calcul. Je pense que les résultats de Friedman sont corrects et apportent un nouvel éclairage».

Les scientifiques ont dû admettre que les trois modèles Friedman de l'apparition et de l'existence de notre Univers sont absolument logiques et ont droit à la vie. Tous les trois sont expliqués avec des calculs mathématiques clairs et ne laissent aucune question posée. Sauf une chose : pourquoi l’Univers commencerait-il à s’étendre ?

La théorie qui a changé le monde

Les déclarations d'Einstein et de Friedman ont amené la communauté scientifique à remettre sérieusement en question l'origine de l'Univers. Grâce à la théorie de la relativité générale, il y avait une chance de faire la lumière sur notre passé, et les physiciens n'ont pas manqué d'en profiter. L'un des scientifiques qui ont tenté de présenter un modèle de notre monde était l'astrophysicien belge Georges Lemaitre. Il est à noter que Lemaître était un prêtre catholique, mais en même temps il étudiait les mathématiques et la physique, ce qui est une véritable absurdité pour notre époque.

Georges Lemaître s'est intéressé aux équations d'Einstein et, avec leur aide, il a pu calculer que notre Univers est apparu à la suite de la désintégration d'une certaine superparticule, qui se trouvait en dehors de l'espace et du temps avant le début de la fission, ce qui peut en fait être considéré comme un explosion. Parallèlement, les physiciens notent que Lemaître fut le premier à faire la lumière sur la naissance de l'Univers.

La théorie d'un superatome explosé convenait non seulement aux scientifiques, mais aussi au clergé, très mécontent des découvertes scientifiques modernes, pour lesquelles ils devaient proposer de nouvelles interprétations de la Bible. Le Big Bang n’est pas entré en conflit significatif avec la religion ; cela a peut-être été influencé par l’éducation de Lemaître lui-même, qui a consacré sa vie non seulement à la science, mais aussi au service de Dieu.

Le 22 novembre 1951, le pape Pie XII a déclaré que la théorie du Big Bang n'était pas en conflit avec la Bible et le dogme catholique sur l'origine du monde. Le clergé orthodoxe a également déclaré qu’il considérait cette théorie de manière positive. Cette théorie a également été reçue de manière relativement neutre par les adeptes d'autres religions, certains d'entre eux ont même déclaré que dans leur écritures il y a des références au Big Bang.

Cependant, malgré le fait que la théorie du Big Bang soit à l'heure actuelle est un modèle cosmologique généralement accepté, il a conduit de nombreux scientifiques dans une impasse. D’une part, l’explosion d’une superparticule s’inscrit parfaitement dans la logique physique moderne, mais d'un autre côté, à la suite d'une telle explosion, principalement seulement métaux lourds, en particulier le fer. Mais il s'est avéré que l'Univers est principalement constitué de gaz ultra-légers - l'hydrogène et l'hélium. Quelque chose n’allait pas, alors les physiciens ont continué à travailler sur la théorie de l’origine du monde.

Au départ, le terme « Big Bang » n’existait pas. Lemaître et d’autres physiciens n’ont proposé que le nom ennuyeux de « modèle évolutif dynamique », qui a fait bâiller les étudiants. Ce n'est qu'en 1949, lors d'une de ses conférences, que l'astronome et cosmologue britannique Freud Hoyle déclara :

« Cette théorie est basée sur l’hypothèse que l’Univers est apparu au cours d’un processus unique. explosion puissante et donc il n'y a que heure de fin… Cette idée du Big Bang me semble totalement insatisfaisante..

Depuis, le terme s’est largement répandu dans les milieux scientifiques et dans la compréhension par le grand public de la structure de l’Univers.

D'où viennent l'hydrogène et l'hélium ?

La présence d’éléments légers a dérouté les physiciens et de nombreux adeptes de la théorie du Big Bang ont entrepris d’en trouver la source. Pendant de nombreuses années, ils n’ont pas réussi à réaliser succès particulier, jusqu'à ce qu'en 1948 le brillant scientifique George Gamow de Leningrad parvienne enfin à établir cette source. Gamow était l'un des étudiants de Friedman, il se chargea donc volontiers du développement de la théorie de son professeur.

Gamow a essayé d'imaginer la vie de l'Univers dans la direction opposée et a remonté le temps jusqu'au moment où il commençait tout juste à s'étendre. À cette époque, comme nous le savons, l'humanité avait déjà découvert les principes de la fusion thermonucléaire, de sorte que la théorie de Friedmann-Lemaître a acquis le droit à la vie. Lorsque l’Univers était très petit, il faisait très chaud, selon les lois de la physique.

Selon Gamow, juste une seconde après le Big Bang, l'espace nouvel univers rempli de particules élémentaires qui ont commencé à interagir les unes avec les autres. En conséquence, la fusion thermonucléaire de l'hélium a commencé, que le mathématicien d'Odessa Ralph Asher Alfer a pu calculer pour Gamow. Selon les calculs d'Alpher, cinq minutes seulement après le Big Bang, l'Univers était tellement rempli d'hélium que même les fervents opposants à la théorie du Big Bang devront accepter et accepter ce modèle comme le principal de la cosmologie. Grâce à ses recherches, Gamow a non seulement ouvert de nouvelles voies pour étudier l'Univers, mais a également ressuscité la théorie de Lemaître.

Malgré les stéréotypes sur les scientifiques, on ne peut nier leur romantisme. Gamow a publié ses recherches sur la théorie de l'univers superchaud au moment du Big Bang en 1948 dans son ouvrage « L'origine des éléments chimiques ». Comme collègues assistants, il a indiqué non seulement Ralph Asher Alpher, mais aussi Hans Bethe, astrophysicien américain et futur lauréat Prix ​​Nobel. Sur la couverture du livre, il s'est avéré : Alpher, Bethe, Gamow. Cela ne vous rappelle rien ?

Cependant, malgré le fait que les travaux de Lemaître aient reçu une seconde vie, les physiciens ne pouvaient toujours pas répondre aux questions les plus importantes. question passionnante: que s'est-il passé avant le Big Bang ?

Tentatives de ressusciter l'univers stationnaire d'Einstein

Tous les scientifiques n'étaient pas d'accord avec la théorie de Friedman-Lemaître, mais malgré cela, ils ont dû enseigner modèle cosmologique. Par exemple, l’astronome Fred Hoyle, qui a lui-même inventé le terme « Big Bang », croyait en réalité qu’il n’y avait pas eu d’explosion et a consacré sa vie à tenter de le prouver.
Hoyle est devenu l'un de ces scientifiques qui, à notre époque, proposent look alternatif sur monde moderne. La plupart des physiciens sont plutôt cools face aux affirmations des personnes similaires, mais cela ne les dérange pas du tout.

Pour faire honte à Gamow et à sa justification de la théorie du Big Bang, Hoyle et des personnes partageant les mêmes idées ont décidé de développer leur propre modèle de l'origine de l'Univers. Comme base, ils ont pris les propositions d'Einstein selon lesquelles l'Univers est stationnaire et ont procédé à quelques ajustements en suggérant d'autres raisons pour l'expansion de l'Univers.

Si les adeptes de la théorie de Lemaitre-Friedmann croyaient que l'Univers était né d'un seul point superdense avec un rayon infinitésimal, alors Hoyle suggérait que la matière se formait constamment à partir de points situés entre les galaxies s'éloignant les unes des autres. Dans le premier cas, l’Univers tout entier était formé d’une seule particule, avec sa nombre infiniétoiles et galaxies. Dans un autre cas, un point fournit suffisamment de substance pour produire une seule galaxie.

L’échec de la théorie de Hoyle est qu’il n’a jamais été capable d’expliquer d’où vient la substance même qui continue de créer des galaxies contenant des centaines de milliards d’étoiles. En fait, Fred Hoyle a suggéré que tout le monde croit que la structure de l’univers surgit de nulle part. Malgré le fait que de nombreux physiciens ont tenté de trouver une solution à la théorie de Hoyle, personne n'y est parvenu et après quelques décennies, cette proposition a perdu de sa pertinence.

Questions sans réponse

En fait, la théorie du Big Bang ne nous apporte pas non plus de réponses à de nombreuses questions. Par exemple, dans l'esprit personne ordinaire Nous ne pouvons pas comprendre le fait que toute la matière qui nous entoure était autrefois compressée en un seul point de singularité, dont la taille est beaucoup plus petite qu'un atome. Et comment se fait-il que cette superparticule se réchauffe à un point tel qu'une réaction d'explosion se déclenche.

Jusqu'au milieu du XXe siècle, la théorie de l'expansion de l'Univers n'a jamais été confirmée expérimentalement et n'était donc pas répandue dans le monde. établissements d'enseignement. Tout a changé en 1964, lorsque deux astrophysiciens américains, Arno Penzias et Robert Wilson, ont décidé d'étudier les signaux radio provenant du ciel étoilé.

En analysant le rayonnement des corps célestes, à savoir Cassiopée A (l'une des sources d'émission radio les plus puissantes du ciel étoilé), les scientifiques ont remarqué des bruits parasites qui interféraient constamment avec l'enregistrement précis des données de rayonnement. Partout où ils pointaient leur antenne, quelle que soit l’heure de la journée à laquelle ils commençaient leurs recherches, ce bruit caractéristique et constant les suivait toujours. En colère avant dans une certaine mesure, Penzias et Wilson ont décidé d'étudier la source de ce bruit et ont fait de manière inattendue une découverte qui a changé le monde. Ils ont découvert des radiations reliques, qui sont un écho de ce même Big Bang.

Notre Univers se refroidit beaucoup plus lentement qu'une tasse de thé chaud, et le CMB suggère que la matière qui nous entoure était autrefois très chaude et qu'elle se refroidit maintenant à mesure que l'Univers s'étend. Ainsi, toutes les théories liées à univers froid, ont été laissés pour compte et la théorie du Big Bang a finalement été adoptée.

Dans ses écrits, Georgy Gamow supposait que dans l'espace, il serait possible de détecter les photons qui existent depuis le Big Bang, il suffisait d'un processus plus avancé ; équipement technique. Le rayonnement relique a confirmé toutes ses hypothèses concernant l'existence de l'Univers. Il a également été possible d'établir que l'âge de notre Univers est d'environ 14 milliards d'années.

Comme toujours, quand preuve pratique n'importe quelle théorie, une multitude surgit immédiatement opinions alternatives. Certains physiciens ont ridiculisé la découverte du rayonnement cosmique de fond micro-ondes en la qualifiant de preuve du Big Bang. Bien que Penzias et Wilson soient devenus lauréats du prix Nobel pour leur découverte historique, nombreux étaient ceux qui n’étaient pas d’accord avec leurs recherches.

Les principaux arguments en faveur de l'échec de l'expansion de l'Univers étaient les incohérences et erreurs logiques. Par exemple, l'explosion a également accéléré toutes les galaxies de l'espace, mais au lieu de s'éloigner de nous, la galaxie d'Andromède se rapproche lentement mais sûrement de nous. Voie lactée. Les scientifiques suggèrent que ces deux galaxies entreront en collision dans seulement 4 milliards d’années. Malheureusement, l’humanité est encore trop jeune pour répondre à cette question et à d’autres.

Théorie de l'équilibre

Les physiciens suggèrent aujourd'hui divers modèles existence de l'Univers. Beaucoup d’entre eux ne supportent même pas de simples critiques, tandis que d’autres ont droit à la vie.

À la fin du XXe siècle, l'astrophysicien américain Edward Tryon et son collègue australien Warren Kerry ont proposé une théorie fondamentale. nouveau modèle Univers, et je l'ai fait indépendamment les uns des autres. Les scientifiques ont basé leurs recherches sur l’hypothèse que tout dans l’Univers est équilibré. La masse détruit l'énergie et vice versa. Ce principe a fini par être appelé le principe Univers zéro. Au sein de cet Univers, la nouvelle matière apparaît aux points de singularité entre les galaxies, où l'attraction et la répulsion de la matière s'équilibrent.

La théorie de l'Univers Zéro n'a pas été réduite en miettes car après un certain temps, les scientifiques ont pu découvrir l'existence matière noire- une substance mystérieuse qui représente près de 27% de notre Univers. Un autre 68,3 % de l’Univers est constitué d’énergie sombre plus mystérieuse et plus mystérieuse.

Grâce à effets gravitationnels énergie sombre et on lui attribue l’accélération de l’expansion de l’univers. À propos, la présence d'énergie noire dans l'espace a été prédite par Einstein lui-même, qui a vu que quelque chose dans ses équations ne convergeait pas ; l'Univers ne pouvait pas être rendu stationnaire. Par conséquent, il a introduit la constante cosmologique dans les équations - le terme Lambda, pour lequel il s'est ensuite reproché et détesté à plusieurs reprises.

Il se trouve que l’espace théoriquement vide de l’Univers est néanmoins rempli d’un champ spécial, qui met en œuvre le modèle d’Einstein. Dans un esprit sobre et selon la logique de l'époque, l'existence d'un tel champ était tout simplement impossible, mais en réalité, le physicien allemand ne savait tout simplement pas comment décrire l'énergie noire.

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Nous ne saurons peut-être jamais comment et d’où est né notre Univers. Il sera encore plus difficile d’établir ce qui s’est passé avant son existence. Les gens ont tendance à craindre ce qu’ils ne peuvent pas expliquer, il est donc possible que jusqu’à la fin des temps l’humanité croie, entre autres choses, influence divine pour créer le monde qui nous entoure.