Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Forţe fundamentale » Gravitația » Dovezi observaționale despre Big Bang – Legea lui Hubble și expansiunea spațiului

Dovezi observaționale despre Big Bang – Legea lui Hubble și expansiunea spațiului

“Imaginea [big bang] este prea ferm bazată pe date din fiecare zonă pentru a fi dovedită nevalidă în caracteristicile sale generale.”
Lawrence Krauss

Cele mai vechi și cele mai directe dovezi observaționale ale validității teoriei sunt expansiunea universului în conformitate cu legea lui Hubble (așa cum este indicată de deplasarea spre roșu a galaxiilor), descoperirea și măsurarea radiației cosmice de fond și cantitățile relative ale elementelor ușoare produse de nucleosinteza Big Bang. Mai multe dovezi recente includ observațiile de formare a galaxiei și evoluția și distribuția structurilor cosmice la scară largă. Acestea sunt numite uneori „cei patru patru piloni“ ai teoriei Big Bang.

Modelele precise moderne ale Big Bang fac apel la diferite fenomene fizice exotice care nu au fost observate în experimentele de laborator terestre sau încorporate în modelul standard al fizicii particulelor. Dintre aceste caracteristici, materia întunecată este în prezent supusă la cele mai active investigații de laborator. Problemele rămase includ problema halo-urilor și problema galaxiilor pitice a materie rece întunecată. Energia întunecată este, de asemenea, o zonă de interes intens pentru oamenii de știință, însă nu este clar dacă va fi posibilă detectarea directă a energiei întunecate. Inflația și bariogeneza rămân trăsături speculative ale modelelor actuale Big Bang. Sunt căutate încă explicații cantitative viabile pentru astfel de fenomene. Acestea sunt în prezent probleme nerezolvate în fizică.

Descrierea artistică a datelor de colectare prin satelit WMAP
Credit NASA 

 (Descrierea artistică a datelor de colectare prin satelit WMAP pentru a ajuta oamenii de știință să înțeleagă Big Bang-ul. Credit NASA)

Legea lui Hubble și expansiunea spațiului

Observațiile galaxiilor și quasarilor îndepărtate arată că aceste obiecte sunt deplasate spre roșu – lumina emisă de ele a fost deplasată la lungimi de undă mai lungi. Acest lucru poate fi văzut prin observarea unui spectru de frecvență al unui obiect și potrivirea modelului spectroscopic al liniilor de emisie sau al liniilor de absorbție corespunzătoare atomilor elementelor chimice care interacționează cu lumina. Aceste deplasări spre roșu sunt uniform izotropice, distribuite uniform între obiectele observate în toate direcțiile. Dacă deplasarea spre roșu este interpretată ca o deplasare Doppler, poate fi calculată viteza recesională a obiectului. Pentru unele galaxii, este posibil să se estimeze distanțele prin măsurarea distanțelor cosmice. Atunci când vitezele recesionale sunt trasate în funcție de aceste distanțe, se observă o relație liniară cunoscută sub numele de legea lui Hubble: v = H0D, unde v este viteza recesională a galaxiei sau a altui obiect îndepărtat, D este distanța comobilă față de obiect, și H0 este constanta lui Hubble, măsurată astfel încât să fie de 70,4+1,3-1,4 km/s/Mpc de sonda WMAP.

Legea lui Hubble are două explicații posibile. Fie suntem în centrul unei explozii de galaxii – care este inacceptabilă având în vedere principiul copernican – sau universul se extinde uniform peste tot. Această expansiune universală a fost prezisă din relativitatea generală de Alexander Friedmann în 1922  și Georges Lemaître în 1927, cu mult înainte de Hubble care a făcut analiza lui și observațiile în 1929, și rămâne piatra de temelie a teoriei Big Bang ca dezvoltată de Friedmann, Lemaître, Robertson și Walker.

Teoria presupune relația v = HD ca fiind valabilă în orice moment, unde D este distanța comobilă, v este viteza recesională, și v, H și D variază în timp ce universul se extinde (aici vom scrie H0 pentru a desemna “constanta” Hubble actuală). Pentru distanțe mult mai mici decât dimensiunea universului observabil, deplasarea spre roșu Hubble poate fi gândită ca deplasarea Doppler corespunzătoare vitezei de recesiune v. Cu toate acestea, deplasarea spre roșu nu este o deplasare Doppler adevărată, ci mai degrabă rezultatul expansiunii universul între momentul în care a fost emisă lumina și timpul în care a fost detectată.

Acest spațiu se află în expansiune metrică, după cum arată dovezile direct observaționale ale principiului cosmologic și ale principiului Copernican, care, împreună cu legea lui Hubble, nu au altă explicație. Deplasările spre roșu astronomice sunt extrem de izotropice și omogene, susținând principiul cosmologic că universul arată la fel în toate direcțiile, împreună cu multe alte dovezi. Dacă deplasările spre roșu ar fi fost rezultatul unei explozii dintr-un centru aflat la distanță de noi, nu ar fi atât de asemănătoare în direcții diferite.

Măsurătorile efectelor radiației cosmice de fundal a microundelor asupra dinamicii sistemelor astrofizice îndepărtate în anul 2000 au dovedit principiul copernican, că, la scară cosmologică, Pământul nu este într-o poziție centrală . Radiația din Big Bang a fost evident mai caldă la începuturi în univers. Răcirea uniformă a fundalului cosmic cu microunde (CMB) de-a lungul a miliarde de ani este explicabilă numai dacă universul se confruntă cu o expansiune metrică și exclude posibilitatea că suntem aproape de centrul unic al unei explozii.

Radiația fundalului cosmic cu microunde

Big Bang
Credit: NASA/WMAP Science Team

 (Imaginea WMAP de 9 ani a radiației CMB (2012). Radiația este izotropă la aproximativ o parte din 100.000. Credit: NASA / WMAP Science Team)

În 1964, Arno Penzias și Robert Wilson au descoperit CMB, un semnal omnidirecțional în banda cu microunde. Descoperirea a oferit o confirmare substanțială a previziunilor Big Bang de către Alpher, Herman și Gamow în jurul anului 1950. În anii 1970, radiația s-a dovedit a fi aproximativ compatibilă cu un spectru de corp negru în toate direcțiile; acest spectru a fost redistribuit de expansiunea universului și astăzi corespunde la aproximativ 2,725 K. Aceasta a determinat echilibrul dovezilor în favoarea modelului Big Bang, iar Penzias și Wilson au primit un premiu Nobel în 1978.

Curba corpului negru prezisă de teoria big bang și cea observată în fundalul microundelor (Spectrul CMB măsurat de instrumentul FIRAS pe satelitul COBE este cel mai precis măsurat spectru al corpului negru în natură. Punctele de date și barele de eroare de pe acest grafic sunt obturate de curba teoretică. Credit: Quantum Doughnut)

Suprafața ultimei împrăștieri corespunzătoare emisiei CMB are loc la scurt timp după recombinare, perioada când hidrogenul neutru devine stabil. Înainte de aceasta, universul cuprindea o mare de plasmă fierbinte fotoni-barioni , în care fotonii au fost rapid împrăștiați din particulele încărcate libere. În vârstă de aproximativ 372 ± 14 kyr, calea medie liberă pentru un foton devine suficient de lungă pentru a ajunge în ziua de azi și universul să devină transparent.

În anul 1989, NASA a lansat satelitul Cosmic Background Explorer (COBE), care a făcut două progrese majore: în 1990, măsurătorile spectrului de înaltă precizie au arătat că spectrul de frecvență CMB este un corp negru aproape perfect, fără deviații la un nivel de 1 parte în 104, și a măsurat o temperatură reziduală de 2,726 K (măsurătorile mai recente au revizuit această valoare ușor până la 2,7255 K); apoi în 1992, alte măsurători COBE au descoperit fluctuații minuscule (anisotropii) la temperatura CMB de-a lungul cerului, la un nivel de aproximativ o parte din 105. John C. Mather și George Smoot au primit Premiul Nobel pentru Fizică din 2006 pentru rolul lor de lideri în cazul acestor rezultate.

În decursul următorului deceniu, anizotropiile CMB au fost investigate în continuare printr-un număr mare de experimente la sol și balon. În anii 2000-2001, mai multe experimente, mai ales BOOMERanG, au constatat că forma universului este aproape plană spațială prin măsurarea dimensiunii unghiulare tipice (dimensiunea de pe cer) a anizotropiilor

La începutul anului 2003, primele rezultate ale Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) au fost publicate, producând ceea ce erau la momentul respectiv cele mai exacte valori pentru unii dintre parametrii cosmologici. Rezultatele au respins câteva modele specifice de inflație cosmică, dar sunt în concordanță cu teoria inflației în general. Sonda spațială Planck a fost lansată în mai 2009. Alte experimente CMB la sol și balon sunt în desfășurare.

Include texte traduse si adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu

Big Data: Modele de afaceri - Securitatea megadatelor
Big Data: Modele de afaceri – Securitatea megadatelor

Termenul megadate (Big Data, date masive) este adesea folosit în mod vag pentru a desemna paleta de algoritmi, tehnologii și sisteme utilizate pentru colectarea datelor de volum și varietate fără precedent și extragerea de valoare din acestea prin calculul masiv … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $3,99$5,99 Selectează opțiunile
Electricitate și magnetism - Electromagnetism fenomenologic
Electricitate și magnetism – Electromagnetism fenomenologic

O introducere în lumea electricității și a magnetismului, explicată în principal fenomenologic, cu ajutorul unui aparat matematic minimal, și cu exemple și aplicații din viața reală. O prezentare compactă, clară și precisă a unui domeniu care reprezintă o parte importantă … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4,99$7,99 Selectează opțiunile
Teste de inteligență, probleme de logică, puzzle și amuzamente matematice - Volumul 1
Teste de inteligență, probleme de logică, puzzle și amuzamente matematice – Volumul 1

de Henry Ernest Dudeney O culegere de puzzle-uri, amuzamente, paradoxuri și teste de inteligență prezentate de un maestru al ingeniozității matematice. Primele amuzamente matematice au apărut din momentul în care omul a reușit pentru prima dată să-și numere cele zece … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4,99$9,21 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.