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Théorie du Big Bang

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Pour la série de télévision homónima, voyez-vous The Big Bang Theory.
Fichier:Universe expansion est.png
Selon la théorie du Big Bang, le Univers s'a causé dans une singularité espaciotemporal de densité infinie mathématiqueesprit paradoxal. L'espace s'est dès lors développé, par ce que les objets astrofísicos se sont éloigné uns en ce qui concerne les autres.

En cosmología physique, la théorie du Big Bang ou théorie de la grande explosion est un modèle scientifique qui agit d'expliquer l'origine du Univers et son développement posterior à partir d'une singularité espaciotemporal. Techniquement, il se traite du concept d'expansion de l'Univers depuis une singularité primigenia, où l'expansion de celui-ci se déduit d'une collection de solutions des équations de la relativité générale, appelée modèles de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. Le terme "Big Bang" il s'utilise tellement pour se rapporter spécifiquement au moment dans lequel il s'a entamé l'expansion observable de l'Univers (quantifiée dans la loi d'Hubble), comme dans un sens un plus général pour se rapporter au paradigme cosmológico qu'explique l'origine et la évolution du même.

Sommaire

Introduction

Curieusement, est allé le astrofísico anglais Fred Hoyle, un des détracteurs de cette théorie et, à son tour, un des principaux défenseurs de la théorie de l'état stationnaire, qui a dit pour mofarse que le modèle décrit était seulement un big bang (grande explosion) pendant une discussion de la BBC en 1949. Cependant, il y a qu'avoir en compte que dans le début de l'Univers ni il a eu explosion ni il a été grande, donc en rigueur a surgi d'une «singularité» infiniment petite, suivie de l'expansion du propre espace.[1]

L'idée centrale du Big Bang est que la théorie de la relativité générale peut se combiner avec les observations de isotropía et homogénéité à grande échelle de la distribution de galaxies et les changements de position entre elles, en permettant extrapoler les conditions de l'Univers avant ou après dans le temps.

Une conséquence de tous les modèles de Big Bang est que, dans le passé, l'Univers avait une température une plus grande et majeure densité et, par tellement, les conditions de l'Univers actuel sont très différentes des conditions de l'Univers passé. À partir de ce modèle, George Gamow en 1948 a pu predecir que devrait d'y avoir évidences d'un phénomène que plus il tard serait baptisé comme radiation de fond de micro-ondes.

Brève histoire de sa génesis et développement

Pour arriver au modèle du Big Bang, beaucoup de scientifiques, avec des diverse études, sont allés en bâtissant le chemin qui porte à la génesis de cette explication. Les travaux de Alexander Friedman, de l'an 1922, et de Georges Lemaître, de 1927, ont utilisé la théorie de la relativité pour démontrer que l'univers était en mouvement soutenu. Bientôt après, en 1929, l'astronome américain Edwin Hubble (1889-1953) a découvert des galaxies au-delà de la Voie lactée qu'ils s'éloignaient de nous, comme si l'Univers il se développât constamment. En 1948, le physicien russe nacionalizado américain, George Gamow (1904-1968), a posé que l'univers s'a créé à partir d'une grande explosion (Big Bang). Récemment, génies spatiaux posts en orbite (COBE) ont réussi "écouter" les vestiges de cette gigantesque explosion primigenia.

En dépenant de la quantité de matière dans l'Univers, celui-ci peut se développer indéfiniment ou freiner son expansion lentement, jusqu'à se produire une contraction universelle. La fin de cette contraction se connaît avec un terme contraire au Big Bang: le Big Crunch ou Grand Éffondrement. Si l'Univers se trouve dans un point critique, peut se maintenir stable ad eternum.

La théorie du Big Bang s'a développé à partir d'observations et avances théoriques. Par l'intermédiaire d'observations, dans le décennie de 1910, l'astronome américain Vesto Slipher et, après il, Carl Wilhelm Wirtz, de Strasbourg, ont déterminé que la majeure part des nebulosas espirales s'éloignent du Terroir; mais ils ne sont pas arrivé à se rendre compte des implications cosmológicas de cette observation, ni non plus du fait de que les supposées nebulosas étaient en réalité galaxies extérieures à notre Voie lactée.

En plus, la théorie de Albert Einstein sur la relativité générale (deuxième décennie du siècle XX) n'admet pas des solutions estáticas (c'est-à-dire, l'Univers doit être en expansion ou en contraction), résulté qu'il même a envisagé trompé, et il a agi du corriger en agrégeant la soutenue cosmológica. Le premier en appliquer formellement la relativité à la cosmología, sans envisager la soutenue cosmológica, est allé Alexander Friedman, dont équations ils décrivent le Univers Friedman-Lemaître-Robertson-Walker, que peut se développer ou se contracter.

Entre 1927 et 1930, le père jesuita belge Georges Lemaître a obtenu indépendamment les équations Friedman-Lemaître-Robertson-Walker et a proposé, sur la base de la récession des nebulosas espirales, que le Univers s'a entamé avec la explosion d'un átomo primigenio, ce que plus se a tard dénommé "Big Bang".

En 1929, Edwin Hubble a réalisé des observations qu'ils ont servi de fondement pour vérifier la théorie de Lemaître. Hubble A essayé que les nebulosas espirales sont des galaxies et il a mesuré ses distances en remarquant les étoiles variables cefeidas en des galaxies distantes. Il a découvert que les galaxies s'éloignent quelques d'autres à vitesseest (relatives au Terroir) directement proportionnels à sa distance. Ce fait se connaît maintenant comme la loi d'Hubble (voyez-vous Edwin Hubble: Marin des nebulosas, texte écrit par Edward Christianson).

Selon le principe cosmológico, l'éloignement des galaxies suggérait que le Univers est en expansion. Cette idée a causé deux hypothèses opposées. La première était la théorie Big Bang de Lemaître, soutenue et développée par George Gamow. La deuxième possibilité était le modèle de la théorie de l'état stationnaire de Fred Hoyle, selon laquelle se génère nouvelle matière tandis que les galaxies s'éloignent entre soi. Dans ce modèle, le Univers est basiquement le même dans un moment donné dans le temps. Pendant beaucoup d'ans il a eu un nombre d'adeptes similaire pour chaque théorie.

Avec le passer des ans, les évidences observacionales ont soutenu la idée de que le Univers a évolué à partir d'un état dense et chaud. Depuis la découverte de la radiation de fond de micro-ondes, en 1965, celle-ci a été envisagée la meilleure théorie pour expliquer l'origine et évolution du cosmos. Avant de fins des ans soixante, beaucoup de cosmólogos pensaient que la singularité infiniment dense du temps initial dans le modèle cosmológico de Friedman était une sobreidealización, et que l'Univers se contracterait avant de commencer à se développer à nouveau. Celle-ci est la théorie de Richard Tolman d'un Univers oscilante. Dans les ans 1960, Stephen Hawking et autrui ont démontré que cette idée n'était pas faisable, et que la singularité est un composant essentiel de la gravité de Einstein. Ceci a porté à la plupart des cosmólogos à accepter la théorie du Big Bang, selon laquelle le Univers que nous remarquons s'a entamé fait un temps finito.

Pratiquement tous les travaux théoriques actuels en cosmología agissent d'élargir ou concrétiser des aspects de la théorie du Big Bang. Grande part du travail actuel en cosmología agit de comprendre comment ils s'ont formés les galaxies dans le contexte du Big Bang, comprendre ce que il est là arrivé et cotejar nouvelles observations avec la théorie fondamentale.

À la fin des ans 1990 et principes du siècle XXI, s'ont remportés des grandes avances en la cosmología du Big Bang comme résultat d'importantes progressions en telescopía, en combinaison avec des grandes quantités de données satelitales de COBE, le télescope spatial Hubble et WMAP. Ces données ont permis aux cosmólogos calculer beaucoup de de les paramètres du Big Bang jusqu'à un nouveau niveau de précision, et ont conduit à la découverte inattendue de que l'Univers est en accélération.

Description du Big Bang

Fichier:Évolution Univers WMAP.jpg
Le Univers illustré en trois dimensions spatiales et une dimension temporelle.

Michio Kaku A signalé certain paradoxe dans la dénomination big bang (grande explosion): en vrai de façon ne peut pas y avoir été grand puisqu'il s'a produit exactement avant du surgimiento du espace-temps, aurait été le même big bang ce que aurait généré les dimensions depuis une singularité; il non plus est exactement une explosion dans le sens propre du terme puisque ne s'a pas propagé en dehors de soi même.

En se basant sur mesurées de l'expansion de l'Univers en utilisant observations des supernovas type 1à, en fonction de la variation de la température en des différentes échelles dans la radiation de fond de micro-ondes et en fonction de la corrélation des galaxies, le âge de l'Univers est d'environ 13,7 ± 0,2 milliers de millions d'ans. Il est notable le fait de que trois mesures indépendantes soient consistantes, par ce que ils s'envisagent une forte évidence de l'appelé modèle de concordancia que décrit la nature détaillée de l'Univers.

L'univers dans ses premiers moments était pleine homogénea et isótropamente d'une énergie très dense et avait une température et pression concomitantes. Il s'a développé et il s'a refroidi, en éprouvant changements de phase analogues à la condensation de la vapeur ou à la congélation de l'eau,mais liés avec les particules élémentaires.

Environ 10-35 deuxièmes après la époque de Planck un changement de phase a causé que l'Univers se développât de forme exponencial pendant une période appelée inflation cósmica. Au terminer la inflation, les composants matériels de l'Univers sont resté dans la forme d'un écran à plasma de quarks-gluones, dans où toutes les parts qui le formaient étaient en mouvement en forme relativista. Avec la croissance en taille de l'Univers, la température est descendu. À certaine température, et en raison d'un changement encore inconnu dénommé bariogénesis, les quarks et les gluones s'ont combinés en bariones tels comme le protón et le neutrón, en produisant de quelque façon la asymétrie remarquée actuellement entre la matière et la antimateria. Les températures encore plus basses ont conduit à des nouveaux changements de phase, qu'ont cassé la simetría, donc leur ont donnés sa forme actuelle aux forces fondamentales de la physicienne et aux particules élémentaires. Plus tard, protones et neutrones s'ont combinés pour former les noyaus de deuterio et de helio, dans un procès appelé nucleosíntesis primordial. Au se refroidir l'Univers, la matière gradualmente a laissé de se mouvoir de forme relativista et sa densité d'énergie a commencé à dominer gravitacionalmente sur la radiation. Passés 300.000 ans, les électrons et les noyaus s'ont combinés pour former les átomos (majoritairement de hidrógeno). C'est pourquoi, la radiation se desacopló des átomos et a continué par l'espace pratiquement sans des obstacles. Celle-ci est la radiation de fond de micro-ondes.

Au passer le temps, quelques régions légèrement plus denses de la matière presque uniformemente distribuée ont grandi gravitacionalmente, en se faisant plus denses, en formant nuages, étoiles, galaxies et le reste des structures astronómicas qu'actuellement se remarquent. Les détails de ce procès dépennent de la quantité et type de matière qu'y a dans l'Univers. Les trois types possibles se dénomment matière obscure froide, matière obscure chaude et matière bariónica. Les meilleures mesures disponibles (remontants au WMAP) montrent que la forme la plus commune de matière dans l'univers est la matière obscure froide. Les autres deux types de matière seulement représenteraient le 20 pour cent de la matière de l'Univers.

L'Univers actuel semble être dominé par une forme mystérieuse d'énergie connue comme énergie obscure. Environ le 70 pour cent de la densité d'énergie de l'univers actuel est dans cette forme. Une des propriétés caractéristiques de ce composant de l'univers il est le fait de que il provoque que la expansion de l'univers variez d'une relation linéaire entre vitesse et distance, en faisant que le espace-temps se développe plus vite que l'attendu à des grandes distances. L'énergie obscure prise la forme d'une soutenue cosmológica dans les équations de champ d'Einstein de la relativité générale, mais les détails de cette équation d'état et sa relation avec le modèle standard de la physicienne de particules continuent à être recherchés autant dans le milieu de la physicienne théorique comme par l'intermédiaire d'observations.

Plus mystères apparaissent lorsqu'il se recherche plus près le principe, lorsque les énergies des particules étaient plus grandes ce dont maintenant se peut étudier moyennant des expériences. il n'y a pas aucun modèle physique convaincant pour le premier 10-33 seconde de l'univers, avant du changement de phase que fait partie de la théorie de la grande unification. En le "premier instant", la théorie gravitacional d'Einstein predice une singularité gravitacional en où les densités sont infinies. Pour résoudre ce paradoxe physique, faut une théorie de la gravité cuántica. La compréhension de cette période de l'histoire de l'univers figure entre les majeurs problèmes ne résolus de la physicienne.

Base théorique

Dans sa forme actuelle, la théorie du Big Bang dépend de trois suppositions:

  1. L'universalité des lois de la physiciennes, en particulière de la théorie de la relativité générale
  2. Le principe cosmológico
  3. Le principe de Copérnico

Initialement, ces trois idées ont été prises comme postulados, mais actuellement s'essaie vérifier chacune d'elles. L'universalité des lois de physicienne a été vérifiée au niveau des plus grands soutenus physiques, en portant son marge d'erreur jusqu'à l'ordre de 10-5. La isotropía de l'univers que définit le principe cosmológico a été vérifiée jusqu'à un ordre de 10-5. il actuellement s'essaie vérifier le principe de Copérnico en remarquant l'interaction entre des groupes de galaxies et le CMB par l'intermédiaire du effet Sunyaev-Zeldovich avec un niveau d'exactitude du 1 pour cent.

La théorie du Big Bang utilise le postulado de Weyl pour mesurer sans ambigüedad le temps à n'importe quel moment dans le passé à partir du l'époque de Planck. Les mesures dans ce système dépennent de coordenadas conformales, dans lesquelles les appels distances codesplazantes et les temps conformales permettent n'envisager l'expansion de l'univers pour les mesures d'espace-temps. Dans ce système de coordenadas, les objets qui se meuvent avec le flux cosmológico maintiennent toujours la même distance codesplazante, et l'horizon ou limite de l'univers se fixe par le temps codesplazante.

Vu ainsi, le Big Bang n'est pas une explosion de matière que s'éloigne pour remplir un univers vide; il est l'espace-temps celui qui s'étend.Et il est son expansion celle qui cause l'accroissement de la distance physique entre deux points fixes dans notre univers.Lorsque les objets sont liés entre ils (par exemple, par une galaxie), ne s'éloignent pas avec l'expansion de l'espace-temps, en raison de que s'assume que les lois de la physicienne qui les gouvernent sont uniformes et indépendants du espace métrico. Encore plus, l'expansion de l'univers dans les échelles actuelles locals est tellement petits que n'importe quelle dépendance des lois de la physicienne dans l'expansion ne serait pas mesurable avec les techniciennes actuelles.

Évidences

En général, ils s'envisagent trois les évidences empiriques qui soutiennent la théorie cosmológica du Big Bang. Celles-ci sont: l'expansion de l'univers que s'exprime dans la Loi d'Hubble et que se peut apprécier en le corrimiento vers le rouge des galaxies, les mesures détaillées du fond cósmico de micro-ondes, et la abondance d'éléments légers. En plus, la fonction de corrélation de la structure à grande échelle de l'Univers encaja avec la théorie du Big Bang.

Expansion exprimée dans la loi d'Hubble

Article principal: Loi d'Hubble

De l'observation de galaxies et quasarest lointains se desprende l'idée de que ces objets éprouvent un corrimiento vers le rouge, ce que veut dire que la lumière qu'ils émettent s'est proportionnellement déplacé vers des longueurs d'onde plus longues. Ceci se comprueba en prenant le spectre des objets et en comparant, après, le patron espectroscópico des lignes d'émission ou absorption correspondantes à átomos des éléments qu'interactúan avec la radiation. Dans cette analyse se peut apprécier vrai corrimiento vers le rouge, ce que s'explique par une vitesse recesional correspondante au effet Doppler dans la radiation. Au représenter ces vitesses recesionales face aux distances à l'égard des objets, se remarque qu'ils gardent une relation linéaire, connue comme Loi d'Hubble:

V=H_0 \cdot D \,

Où v est la vitesse recesional, D est la distance à l'objet et H0 est la soutenue d'Hubble, que le satellite WMAP a estimé en 71 ± 4 km/s/Mpc.

Radiation cósmica de fond

Article principal: Radiation de fond de micro-ondes

thumb|250px|Image de la radiation de fond de micro-ondes Une des prédictions de la théorie du Big Bang est l'existence de la radiation cósmica de fond, radiation de fond de micro-ondes ou CMB (Cosmic microwave background). L'univers tôt, en raison de sa grande température, se serait rempli de lumière émise par ses autrui composants. Tandis que l'univers se refroidissait en raison de l'expansion, sa température serait tombé par en dessous de 3.000 K. Par dessus de cette température, les électrons et protones sont séparés, en faisant l'univers opaco à la lumière. Par en dessous des 3.000 K se forment les átomos, en permettant le pas de la lumière à travers le gaz de l'univers. Ceci est ce que il se connaît comme dissociation de photons.

La radiation dans ce moment aurait eu le spectre du corps noir et il aurait librement voyagé pendant le reste de vie de l'univers, en souffrant un corrimiento vers le rouge à la suite de l'expansion d'Hubble. Ceci fait varier le spectre du corps noir de 3.000 K à un spectre du corps noir avec une température beaucoup moindre. La radiation, vue depuis n'importe quel point de l'univers, semblera provenir de toutes les directions dans l'espace.

En 1965, Arno Penzias et Robert brut Wilson, tandis que développaient une série d'observations de diagnostic avec un récepteur de micro-ondes propriété des Laboratoires Bell, ont découvert la radiation cósmica de fond. Cela a fourni une confirmation sustancial des prédictions générales à l'égard du CMB —la radiation a résulté être isótropa et soutenue, avec un spectre du corps noir de près 3 K— et a incliné la balance vers l'hypothèse du Big Bang. Penzias Et Wilson ont reçu le Prix Nobel par sa découverte.

En 1989, la NASA il a jeté le COBE (Cosmic background Explorer) et les résultats initiaux, fournis en 1990, ont été consistants avec les prédictions générales de la théorie du Big Bang sur la CMB. Le COBE a trouvé une température résiduelle de 2.726 K, et a déterminé que le CMB était isótropo autour d'une de chaque 105 parts. Pendant le décennie des 90 s'a recherché plus extensamente l'anisotropía en le CMB moyennant un grand nombre d'expériences en terroir et, en mesurant la distance angulaire moyenne (la distance dans le ciel) des anisotropías, s'a vu que l'univers était geométricamente plan.

À des principes de 2003 s'ont faits connaître les résultats de la Sonde Wilkinson d'Anisotropías du fond de Micro-ondes (en anglais Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ou WMAP), en améliorant ceux qui jusqu'alors étaient les valeurs les plus précise de quelques paramètres cosmológicos. (Voyez-vous aussi expériences sur le fond cósmico de micro-ondes). Ce satellite aussi refutó divers modèles inflacionistas spécifiques, mais les résultats étaient soutenus avec la théorie de l'inflation en générale.

Abondance d'éléments primordiaux

Article principal: Nucleosíntesis Primordial

Il se peut calculer, en usant la théorie du Big Bang, la concentration de helio-4, helio-3, deuterio et litio-7 dans l'univers comme des proportions quant à la quantité de hidrógeno normale, H. Toutes les abondances dépennent d'un seul paramètre: la raison entre photons et bariones, que pour sa part peut se calculer indépendamment à partir de la structure détaillée de la radiation cósmica de fond. Les proportions predichas (en masse, ne volume) sont de près 0,25 pour la raison 4Ai/H, autour de 10-3 pour 2Ai/H, et autour de 10-4 pour 3Ai/H.

Ces abondances mesurées concordent, au moins environ, avec les predichas à partir d'une valeur déterminée de la raison de bariones à des photons, et s'envisage une preuve solide en faveur du Big Bang, puisque cette théorie est l'unique explication connue pour l'abondance relative d'éléments légers. En fait il n'y a pas, en dehors de la théorie du Big Bang, aucune autre raison obvia pour laquelle l'univers dût, par exemple, avoir plus ou moins helio au fur et à mesure de l'hidrógeno.

Évolution et distribution galáctica

Les observations détaillées de la morfología et structure des galaxies et cuásares fournissent une forte évidence du Big Bang. La combinaison des observations avec la théorie suggère que les premiers cuásares et galaxies s'ont formés il fait autour de mil millions d'ans après le Big Bang, et depuis ce moment se sont été en formant structures plus grandes, comme les cumuls de galaxies et les supercúmulos. Les populations d'étoiles sont allés en vieillissant et en évoluant, de sorte que les galaxies lointaines (que se remarquent ainsi qu'ils étaient dans le principe de l'univers) ils sont très différents aux galaxies proches (que se remarquent dans un état un plus récent). D'autre part, les galaxies formées il fait relativement ils peu sont très différentes aux galaxies que s'ont formés à des distances similaires mais bientôt après du Big Bang. Ces observations sont des arguments solides à l'encontre de la théorie de l'état stationnaire. Les observations de la formation estelar, la distribution de cuásares et galaxies, et les structures les plus grandes concordent avec les simulations obtenues sur la formation de la structure dans l'univers à partir du Big Bang, et sont en train d'aider à compléter détails de la théorie.

Problèmes communs

Historiquement, ils ont surgi divers problèmes dedans de la théorie du Big Bang. Quelqu'uns d'ils seulement ont intérêt historique et ils ont été évités, il déjà soit par l'intermédiaire de modifications à la théorie ou comme résultat d'observations plus précises. Autres aspects, comme le problème de la pénombre en cúspide et le problème de la galaxie naine de matière obscure froide, ne s'envisagent pas graves, étant donné que peuvent se résoudre à travers un perfeccionamiento de la théorie.

Il existe un petit nombre de proponentes de cosmologías ne standard que pensent qu'il n'a pas eu Big Bang. Ils affirment que les solutions aux problèmes connus du Big Bang contiennent des modifications ad hoc et ajoutés à la théorie. Les parts les plus attaquées de la théorie comprennent le concerniente à la matière obscure, la énergie obscure et la inflation cósmica. Chacune de ces caractéristiques de l'univers a été suggérée moyennant des observations de la radiation de fond de micro-ondes, la structure à grande échelle du cosmos et les supernovas de type IA, mais se trouvent dans la frontière de la physicienne moderne (voir des problèmes ne résolus de la physicienne). Si bien les effets gravitacionales de matière et énergie obscures sont bien connus de forme observacional et théorique, encore n'ont pas été incorporés au modèle standard de la physicienne de particules de forme acceptable. Ces aspects de la cosmología standard suivent sans avoir une explication appropriée, mais la plupart des astronomes et les physiciens ils acceptent que la concordancia entre la théorie du Big Bang et l'évidence observacional est tellement proche que permet établir avec certaine sécurité presque tous les aspects basiques de la théorie.

Les suivants sont quelqu'uns des problèmes et enigmas communs du Big Bang.

Le problème du deuxième principe de la termodinámica

Article principal: Deuxième principe de la termodinámica

Le problème du deuxième principe de la termodinámica résulte du fait de que de ce principe se déduit que la entropía, le désordre, augmente si il se laisse au système (le univers) suivre son propre rhumb. Une des conséquences de la entropía est l'augmentation dans la proportion entre radiation et matière donc l'univers devrait terminer dans une mort thermique, une fois que la majeure part de la matière se convertisse en des photons et ceux-ci se diluyan dans l'immensité de l'univers.

Un autre problème signalé par Roger Penrose est que l'entropía semble y avoir été anormalmente petite dans l'état initial de l'univers. Penrose Évalue la probabilité d'un état initial en environ: 10^{10^{123}}.[2] D'accord avec Penrose et autrui, la théorie cosmológica ordinaire n'explique pas pourquoi l'entropía initiale de l'univers est tellement anormalmente baisse, et propose l'hypothèse de curvatura de Weil en connexion avec elle. D'accord avec cette hypothèse une théorie cuántica de la gravité devrait donner une explication autant du pourquoi l'univers s'a entamé dans un état de curvatura de Weil nula et d'une entropía tellement basse. Bien que encore il ne s'est pas remporté une théorie de la gravité cuántica satisfaisante.

D'autre part dans la théorie standard l'état entrópico anormalmente bas, s'envisage qu'il est produit d'une "grand hasard" justifiée en base au principe antrópico. Position que Penrose et autrui envisagent filosóficamente insatisfactoria.

Le problème de l'horizon

Article principal: Problème de l'horizon

Le problème de l'horizon, aussi appelé problème de la causalité, résulte du fait de que l'information ne peut pas voyager plus rapide que la lumière, de sorte que deux régions dans l'espace séparées par une distance majeure que la vitesse de la lumière multipliée par l'âge de l'univers ils ne peuvent pas être causalmente reliées. Dans ce sens, l'isotropía remarquée de la radiation de fond de micro-ondes (CMB) résulte problématique, en raison de que la taille du horizon de particules dans ce temps correspond à une taille de près deux degrés dans le ciel. Si l'univers eût eu la même histoire d'expansion depuis l'époque de Planck, n'y aurait pas mécanisme qu'il pût faire que ces régions eussent la même température.

Cette apparente inconsistencia se résout avec la théorie inflacionista, selon laquelle un champ d'énergie escalader isótropo domine l'univers au passer un temps de Planck après de l'époque de Planck. Pendant l'inflation, l'univers souffre une expansion exponencial, et régions qui s'affectent mutuellement se développent au-delà de ses respectifs horizons. Le principe d'incertitude d'Heisenberg predice que pendant la phase inflacionista y aura fluctuations primordiales, que se simplifieront jusqu'à l'échelle cósmica. Ces fluctuations ils servent de pépite pour toute la structure actuelle de l'univers. Au passer l'inflation, l'univers se développe en suivant la loi d'Hubble, et les régions qui étaient trop loin pour s'affecter mutuellement reviennent à l'horizon. Ceci explique l'isotropía remarquée de la CMB. L'inflation predice que les fluctuations primordiales sont presque invariantes selon l'échelle et qu'ont une distribution normale ou gaussiana, ce que a été confirmé avec précision par des mesures de la CMB.

En 2003 il est apparu une autre théorie pour résoudre ce problème, la vitesse variante de la lumière de Joao Magueijo, que bien que à la longue contredit la relativité d'Einstein use son équation en comprenant la soutenue cosmológica pour résoudre le problème d'une forme très efficace qu'aussi aide à résoudre le problème de la planitud.

Le problème de la planitud

Article principal: Problème de la planitud

Le problème de la planitud (flatness en anglais) est un problème observacional que résulte des conséquences que la métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker a pour avec la geometría de l'univers. En général, s'envisage qu'ils existent trois types de geometrías possibles pour notre univers selon son curvatura: geometría hiperbólica, geometría euclidiana ou plate et geometría elíptica. Dite geometría vient déterminée par la quantité totale de densité d'énergie de l'univers (mesure moyennant le tensor de tension-énergie).

En étant ρ la densité d'énergie mesurée observacionalmente et ρc la densité critique se doit pour les différentes geometrías les relations entre les deux paramètres ont d'être celles qui suivent:

Hiperbólico --> ρ < ρc||Plat --> ρ=ρc||Elíptico --> ρ > ρc

Il s'est mesuré que dans les premiers moments de l'univers sa densité a dû être 10-15 fois (une milbillonésima part) la densité critique. N'importe quelle déviation majeure eût conduit à une mort thermique ou un Big Crunch et l'univers ne serait pas comme maintenant.

La solution à ce problème vient de nouveau de la théorie inflacionaria. Pendant la période inflacionario le espaciotiempo s'a développé tellement rapide qu'a provoqué une espèce de estiramiento de l'univers en finissant avec n'importe quel curvatura résiduel que pût y avoir. Ainsi l'inflation a pu faire à l'univers plat, d'ici le nom planitud.

Âge des cumuls globulares

À intervenus des ans 90, les observations réalisées des cumuls globulares semblaient ne concondar avec la Théorie du Big Bang. Les simulations réalisées par ordinateur d'accord avec les observations des populations estelares de cumuls de galaxies ont suggéré un âge de près 15.000 millions d'ans, ce que il entrait en conflit avec l'âge de l'univers, estimée en 13.700 millions d'ans. Le problème est resté résolu à la fin de ce décennie, lorsque les nouvelles simulations réalisées, qu'ils comprenaient les effets de la perte de masse due aux vents estelares, ont indiqué que les cumuls globulares étaient beaucoup plus jeunes. Ils restent encore dans l'air quelques questions en ce qui concerne avec quelle exactitude ils se mesurent les âges des cumuls, mais il est clair que ceux-ci sont quelqu'uns des objets les plus anciens de l'univers.

Monopolos Magnétiques

L'objection des monopolos magnétiques a été proposée à la fin de la décennie de 1970. Les théories de la grande unification predicen défauts topológicos dans l'espace que se manifesteraient comme monopolos magnétiques en se trouvant dans l'espace avec une densité beaucoup majeure à la remarquée. En fait, jusqu'à maintenant, il ne s'est pas donné avec aucun monopolo. Ce problème aussi reste résolu moyennant l'inflation cósmica, étant donné que celle-ci élimine tous les points defectuosos de l'univers observable de la même forme que conduit la geometría vers sa forme plate. Il est possible que quand même puisse y avoir monopolos mais s'est calculé que à peine si y aurait un par chaque univers visible, une quantité ínfima et n'observable dans tout cas.

Matière obscure

Dans les diverses observations réalisées pendant les décennies des 70 et 80 (surtout les des courbes de roulement des galaxies) s'a montré qu'il n'y avait pas suffisante matière visible dans l'univers pour expliquer l'intensité apparente des forces gravitacionales que se donnent en et entre les galaxies. Ceci a conduit à l'idée de que jusqu'à 90% de la matière dans l'univers n'est pas matière commune ou bariónica mais matière obscure. En plus, l'assomption de que l'univers fût composé dans sa majeure part par matière commune a porté à des prédictions qu'étaient fortement inconsistentes avec les observations. En particulier, l'univers est beaucoup moins "inhomogéneo" et il contient beaucoup moins deuterio ce dont se peut envisager sans la présence de matière obscure. Alors que l'existence de la matière obscure était initialement polémique, il maintenant est une part acceptée de la cosmología standard, en raison des observations des anisotropías en le CMB, dispersion de vitesses des cumuls de galaxies, et dans les structures à grande échelle, études des lentilles gravitacionales et mesures par l'intermédiaire de rayons x des cumuls de galaxies. La matière obscure s'est uniquement détecté à travers son empreinte gravitacional; il ne s'est pas remarqué dans le laboratoire aucune particule qui se lui puisse il correspondre. Pourtant, il y a beaucoup de candidats à matière obscure en physicienne de particules (comme, par exemple, les particules lourdes et neutras d'interaction faible ou WIMP (Weak Interactive Massive Particles), et se sont en menant à terme divers projets pour la détecter.

Énergie obscure

Dans les ans 90, mesures détaillées de la densité de masse de l'univers ont révélé que celle-ci ajoutait autour de 30% de la densité critique. Puisque le univers est plat, comme indiquent les mesures du fond cósmico de micro-ondes, restait un 70% de densité d'énergie sans raconter. Ce mystère apparaît maintenant relié avec autrui: les mesures indépendantes des supernovas de type Ia ont révélé que l'expansion de l'univers éprouve une accélération de type ne linéaire, au lieu de suivre strictement la Loi d'Hubble. Pour expliquer cette accélération, la relativité générale précise que grande part de l'univers consiste à un composant énergétique avec grande pression négative. Il se croit que cette énergie obscure constitue 70% restant. Sa nature continue à être un des grands mystères du Big Bang. Les candidats possibles comprennent une soutenue cosmológica escalader et une quintaesencia. ils actuellement se sont en réalisant observations qui pourraient il aider à éclaircir ce point.

Quarks

Article principal: Quark

Il se sait que dans le moment après le Big Bang les particules élémentaires sont apparu, les quarks en dessus en les protones et les quarks en bas en les neutrones, par être de la même charge électrique, ne s'ont pas pu unir par l'interaction électromagnétique, est inutile faire appel à l'interaction nucléaire fort, donc celle-ci seulement a une portée de la taille maximale du noyau et puis parce que l'interaction électromagnétique a une portée gigantesque, aussi l'univers s'a agrandi en un seulement deuxième cent octillones de fois, en ce brevísimo lapso de temps l'interaction nucléaire fort ne pourrait pas unir la presque totalité (sinon est la totalité) des quarks. Encore il n'a pas pu y avoir été résolu ce problème.

Le futur d'accord avec la théorie du Big Bang

Avant des observations de l'énergie obscure, les cosmólogos ont envisagé deux possibles plateaus pour le futur de l'univers. Si la densité de masse de l'Univers se trouve sur la densité critique, alors l'Univers obtiendrait une taille maximale et il après commencerait à se bloquer. Celui-ci se ferait plus dense et plus chaud à nouveau, en terminant dans un état similaire à l'état en lequel a commencé dans un procès appelé Big Crunch. D'autre part, si la densité en l'Univers est égale ou mineur à la densité critique, l'expansion diminuerait sa vitesse, mais il ne s'arrêterait jamais. La formation d'étoiles cesserait tandis que l'Univers en croissance se ferait moins dense chaque fois. Le promedio de la température de l'univers pourrait se rapprocher asintóticamente au zéro absolu (0 K ou -273,15 °C). Les trous noirs s'evaporarían sous l'effet de la radiation d'Hawking. La entropía de l'univers s'accroîtrait jusqu'au point en qu'aucune forme d'énergie pourrait être extraite d'il, un plateau connu comme mort thermique. Encore plus, si il existe la décomposition du protón, procès par lequel un protón déclinerait à des particules moins massives en émettant radiation dans le procès, alors tout l'hidrógeno, la forme predominante du matière bariónica dans l'univers actuel, disparaîtrait à très de long terme, en laissant seulement radiation.

Les observations modernes de l'expansion accélérée impliquent que chaque fois une majeure part du univers visible dans l'actualité restera au-delà de notre horizon d'événements et en dehors de contact. Il se méconnaît quel il serait le résultat de cet événement. Le modèle Lambda-CMD de l'univers contient énergie obscure dans la forme d'une soutenue cosmológica (de quelque façon similaire à celle que avait compris Einstein dans sa première version des équations de champ). Cette théorie suggère que seulement les systèmes maintenus gravitacionalmente, comme les galaxies, se maintiendraient ensemble, et ils aussi seraient des sujets à la mort thermique à mesure que l'univers se refroidît et il développât. Autres explications de l'énergie obscure-appelées théories de l'énergie fantôme suggèrent que les cumuls de galaxies et enfin les galaxies mêmes se desgarrarán par l'éternelle expansion de l'univers, en l'appelé Big Rip.

Voyez-vous aussi: Destination dernière de l'univers

Physicienne spéculative au-delà du Big Bang

Malgré le fait que le modèle du Big Bang se trouve bien établi en la cosmología, est probable que se refine dans le futur. Il s'a très peu de connaissance sur l'univers plus tôt, pendant lequel se postula qu'est arrivé l'inflation. il aussi est possible qu'en cette teoria existez des portions de l'Univers bien au-delà ce dont est observable en principe. Dans la théorie de l'inflation, ceci est une condition requise: L'expansion exponencial a poussé des grandes régions de l'espace au-delà de notre horizon observable. Peut être possible déduire qu'est-ce que il est arrivé lorsque nous ayons un meilleur entendement de la physicienne à des grandes énergies. Les spéculations faites à ce sujet, par le générale impliquent des théories de gravité cuántica.

Quelques propositions sont:

  • inflation chaotique
  • cosmología de branas en comprenant le modèle ekpirótico en lequel le Big Bang est le résultat d'une collision entre membranas.
  • Un univers oscilante en lequel l'état primitivo dense et chaud de l'univers tôt dérive du Big Crunch d'un univers similaire au à nous. L'univers a pu y avoir traversé un nombre infini de big bangs et big crunchs. Le cyclique, une extension du modèle ekpirótico, est une variation moderne de cette possibilité.
  • Modèles qui comprennent le condition de contour d'Hartle-Hawking en laquelle totalité de l'espace-temps est finito. Quelques possibilités sont compatibles cualitativamente unes avec autrui. En chacune ils se trouvent des impliquées hypothèses encore ne testeadas.

Interprétations philosophiques et religieuses

il Existe un grand nombre d'interprétations sur la théorie du Big Bang que sont complètement spéculatives ou extra-scientifiques. Quelques de ces idées agissent d'expliquer la cause même du Big Bang (première cause), et ont été critiquées par quelques filósofos naturalistes par être seulement nouvelles versions de la création. Quelques personnes croient que la théorie du Big Bang trinque support à des anciennes approches de la création, comme par exemple celui qui se trouve en le Génesis (voir creacionismo), tandis qu'autrui croient que toutes les théories du Big Bang sont inconsistentes avec les mêmes.

Le Big Bang comme théorie scientifique ne se trouve pas associé avec aucune religion. Tandis que quelques interprétations fondamentalistes des religions entrent en conflit avec l'histoire de l'univers postulada par la théorie du Big Bang, la plupart des interprétations ils sont libérale. À suite suit une liste de diverse interprétations religieuses de la théorie du Big Bang (que sont dans une certaine mesure incompatibles avec la propre description scientifique du même):

  • En la Bible chrétienne ils apparaissent deux versículos que parleraient du big bang et le big crunch: «Il est assis sur le cercle du terroir, dont moradores sont comme langostas; il étend les ciels comme un rideau, les déploie comme une boutique pour morar» (Isaías 40.22). «Et toute l'armée des ciels se dissoudra, et s'enrollarán les ciels comme un livre; et il tombera tout son armée comme se tombe la feuille de la parra, et comme se tombe la de l'higuera» (Isaías 34.4).
  • La Église Catholique Romana a accepté le Big Bang comme une description de l'origine de l'Univers. Il s'est suggéré que la théorie du Big Bang est compatible avec les voies de saint Tomás d'Aquino, en spécial avec la première d'elles sur le mouvement, ainsi qu'avec la cinquième.
  • Quelques étudiants du Kabbalah, le deísmo et autres fes n'antropomórficas, concordent avec la théorie du Big Bang, en la reliant par exemple avec la théorie de la "retracción divine" (tzimtzum) comme est expliqué par le juif Moisés Maimonide.
  • Quelques musulmans modernes ils croient que le Coran il fait un parallèle avec le Big Bang dans son récit sur la création: «ils Ne voient pas les ne croyants que les ciels et le Terroir ont été uni dans une seule unité de création, avant que nous les séparassions de force? Nous avons créé tous les êtres vivientes à partir de l'eau» (chapitre 21, versículo 30). Le Coran il aussi semble décrire un univers en expansion: «nous avons bâti le ciel avec pouvoir, et nous le sommes en développant» (52.47).
  • Quelques branches teístas du hinduismo, tels comme les traditions vishnuistas, conçoivent une théorie de la création avec des exemples narrés dans le troisième chant du Bhagavata Purana (principalement, dans les chapitres 10 et 26), où se décrit un état primordial il se développe tandis que le Grand Vishnú remarque, en se transformant dans l'état actif de la somme totale de la matière (prakriti).
  • Le bouddhisme possède un conception de l'univers en lequel n'y a pas un événement de création. Pourtant, il ne semble pas être que la théorie du Big Bang entrât en conflit avec la même, puisqu'ils existent des formes d'obtenir un univers éternel selon le paradigme. Vrai nombre de populaires filósofos Zen ont été très intéressés, en particulier, par le concept du univers oscilante.

Voyez-vous aussi

Référence

  1. ↑ Michio Kaku, L'Univers d'Einstein, p. 109.
  2. ↑ R. Penrose, 1996, p.309

Bibliografía

  • WEINBERG, STEVEN, Les trois premières minutes de l'univers, Alliance, Madrid (1999). ISBN 978-84-206-6730-0.

Introductions techniques

  • S. Dodelson, Modern Cosmology, Academic Press (2003). Released slightly before the WMAP results, this is the most modern introductory textbook.
  • Et. W. Kolb and M. S. Turner, The Early Universe, Addison-Wesley (1990). This is the classic reference for cosmologists.
  • P. J. Et. Peebles, Principles of Physical Cosmology, Princeton University Press (1993). Peebles' book As à strong historical focus.

Sources de première main

  • G. Lemaître, "Un Univers homogène de masse soutenu et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale donnes nébuleuses extragalactiques" (À homogeneous Universe of constant mass and growing radius accounting for the radial velocity of extragalactic nebulae), Annals of the Scientific Society of Brussels 47À (1927):41—Général Relativity implies the universe as to be expanding. Einstein brushed him Off in the same year. Lemaître'S remarquez was translated in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 91 (1931): 483–490.
  • G. Lemaître, Nature 128 (1931) suppl.: 704, with À reference to the primeval atom.
  • R. À. Alpher, H. À. Bethe, G. Gamow, "The Origin of Chemical Elements, "Physical Review 73 (1948), 803. The Sous-called αβγ paper, in which Alpher and Gamow suggested that the light elements were created by protons capturing neutrons in the hot, donnez-vous early universe. Bethe'S name was added for symmetry.
  • G. Gamow, "The Origin of Elements and the Separation of Galaxies," Physical Review 74 (1948), 505. These two 1948 papers of Gamow laid the foundation for our present understanding of big-bang nucleosynthesis.
  • G. Gamow, Nature 162 (1948), 680.
  • R. À. Alpher, "À Neutron-Capture Theory of the Formation and Relative Abundance of the Elements," Physical Review 74 (1948), 1737.
  • R. À. Alpher and R. Herman, "On the Relative Abundance of the Elements," Physical Review 74 (1948), 1577. This paper contains the first estimate of the present temperature of the universe.
  • R. À. Alpher, R. Herman, and G. Gamow Nature 162 (1948), 774.
  • À. À. Penzias and R. W. Wilson, "À Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s," Astrophysical Journal 142 (1965), 419. The paper describing the discovery of the cosmic microwave background.
  • R. H. Dicke, P. J. Et. Peebles, P. G. Roll and D. T. Wilkinson, "Cosmic Black-Body Radiation," Astrophysical Journal 142 (1965), 414. The theoretical interpretation of Penzias and Wilson's discovery.
  • À. D. Sakharov, "Violation of CP invariance, C asymmetry and baryon asymmetry of the universe," Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 5, 32 (1967), translated in JETP Lett. 5, 24 (1967).
  • R. À. Alpher and R. Herman, "Reflections on early work on 'big bang' cosmology" Physics Today Aug 1988 24–34. À review article.

Religion et philosophie

  • Jean-Marc Rouvière, Brèves méditations sud la création du monde, Ed. L'Harmattan, Paris, 2006.
  • Leeming, David Adams, and Margaret Adams Leeming, À Dictionary of Creation Myths. Oxford University Press (1995), ISBN 0-19-510275-4.
  • Pie XII (1952), "Modern Science and the Existence of God," The Catholic Mind 49:182–192.

Articles de recherche

La plupart des articles scientifiques sur cosmología sont disponibles comme preimpresos en [1]. ils généralement sont très techniques, mais quelques fois ont une introduction claire en anglais. Les archives les plus remarquables, que couvrent des expériences et théorie ils sont les les archives de astrofísica, où se mettent à disposition articles étroitement basées sur observations, et les archives de relativité générale et cosmología cuántica, lequel couvre terrain plus spéculatif. Les articles d'intérêt pour les cosmólogos aussi apparaissent avec fréquence dans les archives sur Phénomènes de grande énergie et sur théorie de grande énergie.

Tu raccordes externes

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