Características da teoria do Big Bang, estágios, evidências, problemas

O Teoria do Big Bang É uma teoria cosmológica explicar a origem do universo e a que atualmente tem mais aceitação na comunidade científica. Afirma que o universo começou com uma grande explosão, cerca de 13 atrás.800 milhões de anos e, desde então, está se expandindo continuamente.

A partir dessa grande explosão, surgiu o assunto, o tempo e o espaço, que depois se transformaram em galáxias e sistemas estelares, incluindo nossa própria Via Láctea, o sistema solar e, finalmente, para nós mesmos.

O big bang ou grande explosão, concepção artística

A teoria teve sua origem em 1915, com as equações da relatividade de Albert Einstein, que, entre outras coisas, prevêem a expansão do universo, um fato com o qual o cientista alemão nunca se sentiu confortável.

No entanto, o astrônomo belga George Lemaitre, quando estudar. Em 1927, Lemaitre publicou um artigo em que apresentou suas idéias sobre a origem do universo, que ele chamou de "o átomo original".

Astronom americano.

Voltando no tempo, as galáxias deveriam, sem dúvida, estarem muito mais próximas do que são hoje. E, portanto, deveria ter havido um instante de que toda a matéria estava incrivelmente comprimida, ocupando um espaço infinitamente pequeno: uma singularidade.

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Características da teoria do Big Bang

Ilustração do Big Bang

O termo "big bang" foi cunhado pelo físico Fred Hoyle em 1940, que não simpatizou com a idéia, então ele se referiu a ela zombando dela, chamando -a de "aquela grande explosão". Hoyle estava convencido de que o universo estava estacionário.

Embora seu nome nos leve a pensar em um evento catastrófico, físicos e cosmologistas agora acreditam que não era ótimo, nem um cataclismo do qual as galáxias voaram em todas as direções.

Mas era tão poderoso que as quatro interações fundamentais da física foram unificadas durante esses primeiros momentos.

Principal postulado da teoria 

Todo o universo estava originalmente em um estado incrivelmente denso e quente e depois se expandiu de repente, enquanto esfriou lentamente. Essa expansão continua hoje.

O Big Bang não explica como a singularidade original surgiu e menos o que era antes dele. O que ele explica é o que aconteceu com o universo durante os primeiros dias em que a singularidade deixou de ser.

Quando aconteceu 

Os cientistas estimam que o Big Bang aconteceu 13.800 milhões de anos e não é possível saber o que aconteceu antes, desde o tempo, juntamente com o espaço e a matéria, foram criados nesse momento preciso.

Onde aconteceu 

Não foi um evento localizado. Acontece que quanto mais distantes os objetos vemos com os telescópios mais poderosos, mais voltamos no tempo em que ocorreu o big bang, independentemente da direção em que você olha. 

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Isso aconteceu mais tarde

Após o Big Bang, a temperatura desceu e formou as partículas subatômicas que conhecemos: prótons, nêutrons e elétrons, para dar origem aos átomos.

Durante o Big Bang, a gravidade surgiu, a força da atração unificadora da matéria, bem como as outras interações fundamentais.

Os primeiros elementos químicos formados foram o hidrogênio, o mais simples de todos, e depois hélio e lítio, em um processo chamado nucleossíntese. Com tempo, nuvens imensas desses elementos deram origem às primeiras galáxias.

Fundamentos teóricos do Big Bang

Imagem de campo profundo do universo, tirado pelo telescópio espacial Hubble. Fonte: Wikimedia Commons.

O Big Bang é baseado em:

-As Equações da teoria da relatividade Propostas de Einstein.

-Ele Modelo de partícula padrão, que descreve a estrutura da matéria em termos de partículas fundamentais e as interações entre elas.

-Ele princípio cosmológico, que afirma que o universo é homogêneo e isotrópico, quando o vemos em uma escala maior. Isso significa que suas propriedades são idênticas em todas as direções e as leis da física são as mesmas de qualquer lado.

É claro que sabemos que há acumulações de matéria, separadas por espaços de muito menos densidade. Desse ponto de vista, as propriedades do universo certamente diferem. Mas a escala que cobre o princípio cosmológico é muito maior que isso.

De acordo com o princípio cosmológico, o universo não tem um centro, nem bordas ou limites, porque lugares preferenciais simplesmente não existem.

Conclui -se então que o universo tem uma origem no tempo e, portanto, uma idade finita, embora ainda não esteja claro se sua extensão é finita ou infinita.

Estágios do universo de acordo com a teoria do Big Bang

A evolução do universo de acordo com o big bang. Fonte: Wikimedia Commons.

Cientistas distinguem três estágios principais, o primeiro de um universo Muito original, o segundo universo primordial e o terceiro estágio do formação de estrutura. 

Durante os dois primeiros, o universo foi dominado pela radiação e depois pela matéria. 

Estágio de radiação

Durante essa época, a energia estava na forma de fótons, partículas elementares sem massa que compõem a luz. Graças a eles, os pares de matéria e elétron antimatéria - Positron, que são aniquilados quando estão, emitindo novamente energia na forma de fótons.

No entanto, em algum momento, o assunto predominou um pouco em antimatéria, o que mais tarde levou ao aparecimento das primeiras partículas subatômicas.

Os cosmologistas acreditam que este estágio durou cerca de 700.000 anos e distingue os seguintes períodos:

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Estado inicial

Comece de 10^-43 Segundos após o Big Bang ocorreu e entende:

-Era de Planck, quando as quatro interações fundamentais - eletromagnético, forte nuclear, fraco e gravidade - constituíam uma única força fundamental. 

-A era da unificação, que ocorreu 10^-36 Segundos depois, quando a gravidade se separa das outras forças, mas os outros permaneceram se fundidos no que é chamado de intestino (Grande teoria unificada) À medida que o universo se expandiu e resfriou.

A grande inflação

De 10^-36 até 10^-33 segundos, nos quais o universo experimentou crescimento acelerado, resfriou e diminuiu sua densidade, como conseqüência da expansão.

É assim que o universo cresceu de algo menos que a ponta de um alfinete, para uma esfera do tamanho de várias solas como a nossa, tudo em alta velocidade.

Formação de partículas

O crescimento do universo diminuiu seu ritmo sem parar e as primeiras partículas elementares surgiram: prótons, elétrons e nêutrons.

Criação de átomos de luz

Após três minutos, prótons e nêutrons colidiram para formar os primeiros núcleos. Então esses núcleos foram encontrados e os átomos de luz foram formados.

Aparência de luz

Paradoxalmente, as altas temperaturas do universo original não permitiram que a luz aparecesse até cerca de 380.000 anos após o Big Bang.

Mas então o universo já havia esfriado o suficiente para permitir a formação de hidrogênio neutro, com o qual os fótons - portadores da luz - eles poderiam se mover para grandes distâncias sem obstáculos.

Dominação da matéria

O universo, anteriormente opaco por causa da alta densidade, tornou -se transparente à radiação e matéria adquiriu a predominância.

Dessa maneira, os primeiros conglomerados foram formados, graças à ação da gravidade e o universo começou a adquirir a forma atual. É o estágio de formação de estrutura.

Formação de estrelas e galáxias

Gravity desabou nuvens de gás para formar as primeiras estrelas, que foram posteriormente associadas às galáxias. Especialistas acreditam que isso aconteceu cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang.

Tempo da matéria escura

A expansão do universo não parou, pelo contrário, parece ter acelerado.

Agora, os cientistas acreditam que há um assunto diferente ao assunto que podemos ver, chamado matéria escura, que é responsável por essa expansão acelerada.

Evidência

Ilustração de satélite do WMAP pegando dados para entender o big bang

Fundo cósmico de radiação

O Big Bang é até observável hoje, apesar do tempo decorrido, através da radiação que vem dos lugares mais distantes do universo. 

O fundo de radiação de microondas cósmico (Fundo cósmico de microondas) Foi descoberto em meados dos 60 anos do século XX, por dois pesquisadores da Bell Laboratories: Arno Penzias e Robert Wilson.

É o brilho que deixou para trás o Big Bang, algo que a teoria já havia apontado com antecedência, mas isso não pôde ser detectado até que as experiências de Penzias e Wilson.

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Lei de Hubble-Leitre

Em 1929, Edwin Hubble disse que o universo se expande e, por oito anos, ele foi responsável por coletar os dados necessários para testá -los no Observatório Monte Wilson, Califórnia.

Dessa forma, ele enunciou a seguinte lei, na qual a velocidade v Com isso as galáxias se afastam de nós, é proporcional à distância R, ser H A constante Hubble:

v = hr

Onde h = 22 x 10^-3 M/(Luz Sterño). Esta forma simples da lei é válida quando se trata de galáxias não muito distantes.

Distribuição uniforme de galáxias distantes

O telescópio espacial de Hubble confirma que galáxias distantes são distribuídas homogeneamente, de acordo com o princípio cosmológico.

Magnitude aparente de galáxias distantes

Quanto maior o deslocamento vermelho, mais a magnitude aparente de uma galáxia distante, o que significa que o comprimento de onda de sua luz é estendido durante a viagem por um universo em expansão.

Problemas e críticos

Na teoria, existem muitos pontos que permanecem escuros, por exemplo, os cientistas ainda não sabem o que a grande inflação desencadeou.

Por outro.

Obviamente, as teorias cosmológicas apontam para fenômenos em grande escala e são aperfeiçoados ou descartados graças a novas descobertas. Os cientistas esperam resolver discrepâncias como as seguintes:

Problema de entropia

A entropia foi anormalmente baixa durante os primeiros momentos do universo e os cosmologistas não explicam o aumento da entropia aos níveis de corrente.

Problema do horizonte

Esse problema refere -se ao fato de que a velocidade da luz é finita e nada viaja mais rápido que ela, no entanto, regiões que durante o Big Bang não puderam estar em contato por causa de sua separação, acontece que eles estavam em equilíbrio térmico. 

Problema de planidade

Acredita -se que vivemos em um universo plano, no entanto, a teoria do Big Bang não oferece um mecanismo físico que explica satisfatoriamente o motivo.

Problemas de monopólio magnético

A teoria de Big Bang prevê a existência de monopoles magnéticos, mas até agora eles não foram encontrados. Toda vez que tentamos, quando um ímã é seccionado, ímãs menores são sempre obtidos com pólos norte e sul, nunca separam pólos magnéticos (monopóis).

Outras preocupações sobre a teoria são: De onde se originaram a singularidade? E como o assunto predominou acima do antimatérias? O Como e por que a grande inflação aconteceu? Há ainda um longo caminho a percorrer.

Referências

1. Carroll, b. Uma introdução à astrofísica moderna. 2º. Edição. Pearson.
2. Falcón, n. Revisão crítica do big bang. Recuperado de: ResearchGate.líquido.
3. Sementes, m. 2011. Fundamentos de astronomia. 11º. Ed. Cengage Learning.
4. Serway, r., Jewett, J. 2019. Física para Ciência e Engenharia. Volume 2. 10º. Ed. Cengage Learning.
5. Wikipedia. Radiação de fundo de microondas. Recuperado de: é.Wikipedia.org.