Home » Articole » Articole » Știință » Cosmologie » Probleme legate de teoria Big Bang: asimetria barionică, energia întunecată și materia întunecată

Probleme legate de teoria Big Bang: asimetria barionică, energia întunecată și materia întunecată

postat în: Cosmologie, Fizica 0

Ca și în cazul oricărei teorii, au apărut o serie de mistere și probleme ca rezultat al dezvoltării teoriei Big Bang. Unele dintre aceste mistere și probleme au fost rezolvate, în timp ce altele sunt încă restante. Soluțiile propuse pentru unele dintre problemele din modelul Big Bang au dezvăluit noi mistere ale lor. De exemplu, problema orizontului, problema monopolului magnetic și problema planeității sunt cel mai frecvent rezolvate cu teoria inflaționistă, dar detaliile universului inflaționist sunt încă lăsate nerezolvate, iar mulți, inclusiv unii fondatori ai teoriei, spun că nu este valabil. Ceea ce urmează este o listă a aspectelor misterioase ale teoriei Big Bang încă în curs de investigare intensă de către cosmologi și astrofizicieni.

Asimetria barionică

Nu se știe încă de ce universul are mai multă materie decât antimateria. Se presupune, în general, că atunci când universul era tânăr și foarte fierbinte, el era în echilibru statistic și conținea un număr egal de barioni și antibarioni. Cu toate acestea, observațiile sugerează că universul, inclusiv cele mai îndepărtate părți ale acestuia, este compus aproape în întregime din materie. Un proces numit bariogeneza a fost dezvoltat ca ipoteză pentru a explica asimetria. Pentru ca să apară bariogeneza, condițiile Saharov trebuie îndeplinite. Acestea necesită ca numărul barionic să nu fie conservat, simetria C și simetria CP să fie încălcate, și ca universul să se îndepărteze de echilibrul termodinamic. Toate aceste condiții apar în modelul standard, dar efectele nu sunt suficient de puternice pentru a explica asimetria barionică prezentă.

Energia întunecată

Măsurătorile relației de magnitudine a deplasării spre roșu pentru supernovele de tip Ia indică faptul că expansiunea universului s-a accelerat din momentul în care universul era la jumătatea vârstei actuale. Pentru a explica această accelerație, relativitatea generală cere ca o mare parte din energia din univers să fie compusă dintr-o componentă cu o presiune negativă mare, denumită „energie întunecată” .

Energia întunecată, deși speculativă, rezolvă numeroase probleme. Măsurătorile fundalului cosmic de microunde indică faptul că universul este foarte aproape de un spațiu plat și, prin urmare, conform relativității generale, universul trebuie să aibă aproape exact densitatea critică de masă/energie. Dar densitatea masică a universului din gruparea sa gravitațională, și se constată că are doar aproximativ 30% din densitatea critică. Deoarece teoria sugerează că energia întunecată nu se grupează în mod obișnuit, este cea mai bună explicație pentru densitatea energetică „lipsă”. Energia întunecată ajută și la explicarea a două măsuri geometrice ale curburii generale a universului, una utilizând frecvența lentilelor gravitaționale, iar cealaltă folosindu-se modelul caracteristic al structurii pe scară largă ca regulă cosmică.

Se consideră că presiunea negativă este o proprietate a energiei vidului, însă natura exactă și existența energiei întunecate rămâne una dintre marile mistere ale Big Bang-ului. Rezultatele echipei WMAP din 2008 sunt în concordanță cu un univers care constă în 73% energie întunecată, 23% materie întunecată, 4,6% materie normală și mai puțin de 1% neutrini . Conform teoriei, densitatea energetică în materie scade odată cu expansiunea universului, dar densitatea energiei întunecate rămâne constantă (sau aproape), pe măsură ce universul se extinde. Prin urmare, materia a constituit o fracțiune mai mare din energia totală a universului în trecut decât în ​​prezent, dar contribuția sa fracționară va scădea în viitorul îndepărtat, deoarece energia întunecată devine și mai dominantă.

Componenta energiei întunecate a universului a fost explicată de teoreticieni folosind o varietate de teorii concurente, incluzând constanta cosmologică a lui Einstein, dar și extinderea la forme mai exotice de chintesență sau alte scheme gravitaționale modificate. O problemă a constantei cosmologice, uneori numită „cea mai jenantă problemă din fizică”, rezultă din discrepanța aparentă dintre densitatea energetică măsurată a energiei întunecate și cea prezisă naiv din unitățile Planck .

Materia întunecată

Compoziția cosmologică
Credit: Ben Finney, Wikipedia, licența CC BY 3.0

 (Graficul arată proporția diferitelor componente ale universului – aproximativ 95% este materia întunecată și energia întunecată.)

În anii 1970 și 1980, diferite observații au arătat că nu există suficientă materie vizibilă în univers pentru a explica forța aparentă a forțelor gravitaționale din interiorul și între galaxii. Aceasta a dus la ideea că până la 90% din materia din univers este o materie întunecată care nu emite lumină sau nu interacționează cu materia normală barionică. În plus, presupunerea că universul este în cea mai mare parte materie normală a condus la predicții care erau puternic incompatibile cu observațiile. În special, astăzi universul este mult mai ”zgrunțuros” și conține mult mai puțin deuteriu decât poate fi contabilizat fără materia întunecată. În timp ce materia întunecată a fost întotdeauna controversată, se deduce din mai multe observații: anizotropiile în dispersiile de viteză a clusterului galaxiilor CMB, distribuțiile structurale pe scară largă, studiile cu lentile gravitaționale și măsurătorile de raze X ale clusterelor galaxiilor .

Indiciile indirecte pentru materia întunecată provin din influența gravitațională asupra altei materii, deoarece în laboratoare nu s-au observat particule de materie întunecată. Mulți candidați pentru fizica particulelor pentru materia întunecată au fost propuși, iar mai multe proiecte pentru a le detecta în mod direct sunt în curs de desfășurare.

În plus, există probleme restante asociate cu modelul de materie întunecată rece, care a fost favorizat în mod curent, care include problema galaxiilor pitice și problema concentrației halo-ului. Au fost propuse teorii alternative care nu necesită o cantitate mare de materie nedetectată, ci modifică legile gravitației stabilite de Newton și Einstein; totuși, nicio teorie alternativă nu a fost la fel de reușită ca și propunerea privind materia întunecată rece în explicarea tuturor observațiilor existente.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)

De la Big Bang la singularități și găuri negre
De la Big Bang la singularități și găuri negre

O călătorie fascinantă în universul fizicii și cosmologiei.

Nu a fost votat 14.32 lei35.96 lei Selectează opțiunile Acest produs are mai multe variații. Opțiunile pot fi alese în pagina produsului.
Teoria specială a relativității
Teoria specială a relativității

Conceptele fundamentale ale relativității, de la postulatele de bază până la aplicațiile lor practice și implicațiile filozofice.

Nu a fost votat 9.53 lei Selectează opțiunile Acest produs are mai multe variații. Opțiunile pot fi alese în pagina produsului.
Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 1
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1

O explorare cuprinzătoare a fizicii, combinând perspective teoretice cu fenomene din lumea reală.

Nu a fost votat 47.84 lei167.60 lei Selectează opțiunile Acest produs are mai multe variații. Opțiunile pot fi alese în pagina produsului.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *