La grandezza e la diversità del mondo circostante possono stupire qualsiasi immaginazione. Tutti gli oggetti e gli oggetti che circondano una persona, altre persone, vari tipi di piante e animali, particelle che possono essere viste solo al microscopio, nonché ammassi stellari incomprensibili: sono tutti accomunati dal concetto di "Universo".
Le teorie sull'origine dell'Universo sono state sviluppate dall'uomo per molto tempo. Nonostante l'assenza anche del concetto iniziale di religione o scienza, nelle menti curiose degli antichi sorsero domande sui principi dell'ordine mondiale e sulla posizione di una persona nello spazio che la circonda. È difficile contare quante teorie sull'origine dell'Universo esistano oggi, alcune sono studiate da eminenti scienziati di fama mondiale, altre sono francamente fantastiche.
Cosmologia e il suo soggetto
Modernola cosmologia - la scienza della struttura e dello sviluppo dell'universo - considera la questione della sua origine come uno dei misteri più interessanti e ancora poco studiati. La natura dei processi che hanno contribuito all'emergere di stelle, galassie, sistemi solari e pianeti, il loro sviluppo, la fonte dell'emergere dell'Universo, nonché le sue dimensioni e i suoi confini: tutto questo è solo un breve elenco di questioni studiate da scienziati moderni.
La ricerca di risposte all'enigma fondamentale sulla formazione del mondo ha portato al fatto che oggi esistono varie teorie sull'origine, l'esistenza, lo sviluppo dell'Universo. L'entusiasmo degli specialisti che cercano risposte, costruiscono e testano ipotesi è giustificato, perché una teoria affidabile sulla nascita dell'Universo rivelerà a tutta l'umanità la probabilità dell'esistenza della vita in altri sistemi e pianeti.
Le teorie sull'origine dell'Universo hanno il carattere di concetti scientifici, ipotesi individuali, insegnamenti religiosi, idee filosofiche e miti. Sono tutti condizionalmente divisi in due categorie principali:
- Teorie secondo cui l'Universo è stato creato dal creatore. In altre parole, la loro essenza è che il processo di creazione dell'Universo era un'azione cosciente e spiritualizzata, una manifestazione della volontà di una mente superiore.
- Teorie sull'origine dell'Universo, costruite sulla base di fattori scientifici. I loro postulati rifiutano categoricamente sia l'esistenza di un creatore sia la possibilità di una creazione consapevole del mondo. Tali ipotesi si basano spesso su quello che viene chiamato il principio di mediocrità. Presuppongono la possibilità divita non solo sul nostro pianeta, ma anche sugli altri.
Creazionismo - la teoria della creazione del mondo da parte del Creatore
Come suggerisce il nome, il creazionismo è la teoria religiosa dell'origine dell'universo. Questa visione del mondo si basa sul concetto della creazione dell'Universo, del pianeta e dell'uomo da parte di Dio o del Creatore.
L'idea è stata dominante per molto tempo, fino alla fine del 19° secolo, quando il processo di accumulo di conoscenze in vari campi della scienza (biologia, astronomia, fisica) accelerò e si diffuse la teoria evoluzionistica. Il creazionismo è diventato una sorta di reazione dei cristiani che aderiscono a visioni conservatrici sulle scoperte fatte. L'idea dominante di sviluppo evolutivo in quel momento non fece che intensificare le contraddizioni che esistevano tra le teorie religiose e di altro tipo.
Qual è la differenza tra teorie scientifiche e religiose
Le principali differenze tra le teorie delle varie categorie risiedono principalmente nei termini usati dai loro aderenti. Quindi, nelle ipotesi scientifiche, invece del creatore - natura, e invece della creazione - origine. Insieme a questo, ci sono questioni che sono trattate in modo simile da teorie diverse o addirittura completamente duplicate.
Le teorie sull'origine dell'Universo, appartenenti a categorie opposte, datano la sua stessa apparizione in modi diversi. Ad esempio, secondo l'ipotesi più comune (la teoria del big bang), l'Universo si è formato circa 13 miliardi di anni fa.
Al contrario, la teoria religiosa dell'origine dell'universo fornisce numeri completamente diversi:
- Secondo Christianfonti, l'età dell'universo creato da Dio al momento della nascita di Gesù Cristo era di 3483-6984 anni.
- L'induismo suggerisce che il nostro mondo ha circa 155 trilioni di anni.
Kant e il suo modello cosmologico
Fino al 20° secolo, la maggior parte degli scienziati riteneva che l'universo fosse infinito. Questa qualità hanno caratterizzato il tempo e lo spazio. Inoltre, secondo loro, l'Universo era statico e uniforme.
L'idea dell'infinito dell'Universo nello spazio è stata avanzata da Isaac Newton. Lo sviluppo di questa ipotesi è stato effettuato da Emmanuel Kant, che ha sviluppato la teoria secondo cui non ci sono limiti di tempo. Andando oltre, in ipotesi teoriche, Kant estese l'infinito dell'universo al numero dei possibili prodotti biologici. Questo postulato significava che nelle condizioni del mondo antico e vasto, senza fine e senza inizio, ci può essere un numero innumerevole di opzioni possibili, per cui l'apparizione di qualsiasi specie biologica è reale.
Sulla base di questa teoria della possibile origine delle forme di vita, fu successivamente sviluppata la teoria di Darwin. Le osservazioni del cielo stellato ei risultati dei calcoli degli astronomi hanno confermato il modello cosmologico di Kant.
I pensieri di Einstein
All'inizio del 20° secolo, Albert Einstein pubblicò il suo modello dell'universo. Secondo la sua teoria della relatività, due processi opposti hanno luogo simultaneamente nell'Universo: espansione e contrazione. Tuttavia, luiconcordato con l'opinione della maggior parte degli scienziati sulla stazionarietà dell'Universo, introdusse il concetto di forza repulsiva cosmica. Il suo impatto è progettato per bilanciare l'attrazione delle stelle e fermare il processo di movimento di tutti i corpi celesti al fine di mantenere la natura statica dell'Universo.
Il modello dell'Universo - secondo Einstein - ha una certa dimensione, ma non ci sono confini. Una tale combinazione è possibile solo quando lo spazio è curvo allo stesso modo in cui avviene in una sfera.
Le caratteristiche dello spazio di un tale modello sono:
- Tridimensionale.
- Chiudersi.
- Omogeneità (mancanza di centro e bordo), in cui le galassie sono distribuite uniformemente.
A. A. Friedman: L'universo si sta espandendo
Il creatore del rivoluzionario modello in espansione dell'Universo, A. A. Fridman (URSS) ha costruito la sua teoria sulla base delle equazioni che caratterizzano la teoria della relatività generale. È vero, l'opinione generalmente accettata nel mondo scientifico di quel tempo era la natura statica del nostro mondo, quindi non si prestava la dovuta attenzione al suo lavoro.
Pochi anni dopo, l'astronomo Edwin Hubble fece una scoperta che confermò le idee di Friedman. È stata scoperta la rimozione di galassie dalla vicina Via Lattea. Allo stesso tempo, il fatto che la velocità del loro movimento sia proporzionale alla distanza tra loro e la nostra galassia è diventato inconfutabile.
Questa scoperta spiega il costante "ritiro" di stelle e galassie in relazione tra loro, che porta alla conclusione suespansione dell'universo.
Infine, le conclusioni di Friedman furono riconosciute da Einstein, che in seguito menzionò i meriti dello scienziato sovietico come fondatore dell'ipotesi dell'espansione dell'Universo.
Non si può dire che ci siano contraddizioni tra questa teoria e la teoria della relatività generale, tuttavia, con l'espansione dell'Universo, deve esserci stato un impulso iniziale che ha provocato la dispersione delle stelle. Per analogia con l'esplosione, l'idea fu chiamata "Big Bang".
Stephen Hawking e il principio antropico
Il risultato dei calcoli e delle scoperte di Stephen Hawking è stata la teoria antropocentrica dell'origine dell'Universo. Il suo creatore afferma che l'esistenza di un pianeta così ben preparato per la vita umana non può essere casuale.
La teoria di Stephen Hawking sull'origine dell'universo prevede anche la graduale evaporazione dei buchi neri, la loro perdita di energia e l'emissione di radiazioni di Hawking.
A seguito della ricerca di prove, sono state identificate e verificate più di 40 caratteristiche, la cui osservanza è necessaria per lo sviluppo della civiltà. L'astrofisico americano Hugh Ross ha stimato la probabilità di una tale coincidenza involontaria. Il risultato è stato il numero 10-53.
Il nostro universo comprende un trilione di galassie, 100 miliardi di stelle ciascuna. Secondo i calcoli degli scienziati, il numero totale di pianeti dovrebbe essere 1020. Questa cifra è di 33 ordini di grandezza inferiore a quella calcolata in precedenza. Pertanto, nessuno dei pianeti in tutte le galassie può combinare condizioni che sarebbero adatte alla formazione spontanea.vita.
La teoria del Big Bang: l'emergere dell'Universo da una particella trascurabile
Gli scienziati che sostengono la teoria del big bang condividono l'ipotesi che l'universo sia il risultato di un grand bang. Il principale postulato della teoria è l'affermazione che prima di questo evento, tutti gli elementi dell'Universo attuale erano racchiusi in una particella che aveva dimensioni microscopiche. Mentre al suo interno, gli elementi erano caratterizzati da uno stato singolare in cui non potevano essere misurati indicatori come temperatura, densità e pressione. Sono infiniti. La materia e l'energia in questo stato non sono influenzate dalle leggi della fisica.
La causa dell'esplosione, avvenuta 15 miliardi di anni fa, è chiamata l'instabilità sorta all'interno della particella. Piccoli elementi sparsi hanno segnato l'inizio del mondo che conosciamo oggi.
All'inizio, l'Universo era una nebulosa formata da minuscole particelle (più piccole di un atomo). Quindi, una volta combinati, hanno formato atomi, che sono serviti come base per le galassie stellari. Rispondere alle domande su cosa è successo prima dell'esplosione, così come su cosa l'ha causata, sono i compiti più importanti di questa teoria dell'origine dell'Universo.
La tabella descrive schematicamente le fasi della formazione dell'universo dopo il big bang.
| Lo stato dell'universo | Cronologia | Temperatura prevista |
| Espansione (inflazione) | Da 10-45a10-37 secondi | Altro1026K |
| Appaiono quark ed elettroni | 10-6 c | Più di 1013 K |
| Si formano protoni e neutroni | 10-5 c | 1012K |
| Si formano nuclei di elio, deuterio e litio | Da 10-4 da a 3 min | Da 1011 a 109 K |
| Gli atomi si sono formati | 400 mila anni | 4000 K |
| La nuvola di gas continua ad espandersi | 15 milioni di anni | 300 K |
| Nascono le prime stelle e galassie | 1 miliardo di anni | 20 K |
| Esplosioni di stelle provocano la formazione di nuclei pesanti | 3 miliardi di anni | 10 K |
| Il processo di nascita delle stelle si ferma | 10-15 miliardi di anni | 3 K |
| L'energia di tutte le stelle è esaurita | 1014 anni | 10-2 K |
| I buchi neri si esauriscono e nascono le particelle elementari | 1040 anni | -20 K |
| L'evaporazione di tutti i buchi neri termina | 10100 anni | Da 10-60 a 10-40 K |
Come risulta dai dati di cui sopra, l'Universo continua ad espandersi e raffreddarsi.
Il costante aumento della distanza tra le galassie è il postulato principale: ciò che distingue la teoria del big bang. L'emergere dell'universo in questo modo può essere confermato dalle prove trovate. Ci sono anche motivi perrifiuti.
Problemi della teoria
Dato che la teoria del big bang non è provata nella pratica, non sorprende che ci siano diverse domande a cui non è in grado di rispondere:
-
Singolarità. Questa parola denota lo stato dell'universo, compresso in un unico punto. Il problema della teoria del big bang è l'impossibilità di descrivere i processi che si verificano nella materia e nello spazio in tale stato. La legge generale della relatività non si applica qui, quindi è impossibile fare una descrizione matematica ed equazioni per la modellizzazione.
L'impossibilità fondamentale di ottenere una risposta alla domanda sullo stato iniziale dell'Universo scredita la teoria da proprio l'inizio. Le sue esposizioni di saggistica tendono a sorvolare o menzionare solo di sfuggita questa complessità. Tuttavia, per gli scienziati che lavorano per fornire una base matematica per la teoria del big bang, questa difficoltà è riconosciuta come un grosso ostacolo.
- Astronomia. In quest'area, la teoria del big bang si trova di fronte al fatto che non può descrivere il processo di origine delle galassie. Sulla base delle moderne versioni delle teorie, è possibile prevedere come appare una nuvola omogenea di gas. Allo stesso tempo, la sua densità dovrebbe ormai essere di circa un atomo per metro cubo. Per ottenere qualcosa in più, non si può fare a meno di regolare lo stato iniziale dell'Universo. La mancanza di informazioni e di esperienza pratica in questo settore diventa un serio ostacolo all'ulteriore modellazione.
C'è anche una discrepanza in termini di calcolola massa della nostra galassia e i dati ottenuti studiando la velocità della sua attrazione verso la galassia di Andromeda. Apparentemente, il peso della nostra galassia è dieci volte maggiore di quanto si pensasse in precedenza.
Cosmologia e fisica quantistica
Oggi non ci sono teorie cosmologiche che non si basino sulla meccanica quantistica. Dopotutto, si occupa della descrizione del comportamento delle particelle atomiche e subatomiche. La differenza tra fisica quantistica e fisica classica (spiegata da Newton) è che la seconda osserva e descrive oggetti materiali, mentre la prima assume una descrizione esclusivamente matematica dell'osservazione e della misurazione stessa. Per la fisica quantistica i valori materiali non sono oggetto di ricerca, qui l'osservatore stesso fa parte della situazione oggetto di studio.
Sulla base di queste caratteristiche, la meccanica quantistica ha difficoltà a descrivere l'Universo, perché l'osservatore fa parte dell'Universo. Tuttavia, parlando dell'emergere dell'universo, è impossibile immaginare estranei. I tentativi di sviluppare un modello senza la partecipazione di un osservatore esterno furono coronati dalla teoria quantistica dell'origine dell'Universo di J. Wheeler.
La sua essenza è che in ogni momento c'è una scissione dell'Universo e la formazione di un numero infinito di copie. Di conseguenza, ciascuno degli universi paralleli può essere osservato e gli osservatori possono vedere tutte le alternative quantistiche. Allo stesso tempo, il mondo originale e quello nuovo sono reali.
Modello di inflazione
Il compito principale che la teoria dell'inflazione intende risolvere sta diventandocercare risposte a domande lasciate inesplorate dalla teoria del big bang e dalla teoria dell'espansione. Vale a dire:
- Perché l'universo si sta espandendo?
- Cos'è il big bang?
A tal fine, la teoria inflazionistica dell'origine dell'Universo prevede l'estrapolazione dell'espansione al punto zero, la conclusione dell'intera massa dell'Universo in un punto e la formazione di un singolarità, che viene spesso definita big bang.
Ovvia è l'irrilevanza della teoria generale della relatività, che non può essere applicata in questo momento. Di conseguenza, solo metodi teorici, calcoli e deduzioni possono essere applicati per sviluppare una teoria più generale (o "nuova fisica") e risolvere il problema della singolarità cosmologica.
Nuove teorie alternative
Nonostante il successo del modello di inflazione cosmica, ci sono scienziati che si oppongono, definendolo insostenibile. Il loro argomento principale è la critica alle soluzioni proposte dalla teoria. Gli oppositori sostengono che le soluzioni risultanti lasciano mancare alcuni dettagli, in altre parole, invece di risolvere il problema dei valori iniziali, la teoria li copre solo abilmente.
Alternative sono diverse teorie esotiche, la cui idea si basa sulla formazione dei valori iniziali prima del big bang. Le nuove teorie sull'origine dell'universo possono essere brevemente descritte come segue:
- Teoria delle stringhe. I suoi aderenti propongono, oltre alle consuete quattro dimensioni dello spazio e del tempo, di introdurre dimensioni aggiuntive. Potrebbero avere un ruoloprimi stadi dell'Universo, e al momento essere in uno stato compattato. Rispondendo alla domanda sul motivo della loro compattazione, gli scienziati offrono una risposta dicendo che la proprietà delle superstringhe è la T-dualità. Pertanto, le corde sono "avvolte" su dimensioni aggiuntive e la loro dimensione è limitata.
- Teoria della crusca. Si chiama anche M-teoria. In accordo con i suoi postulati, all'inizio della formazione dell'Universo, c'è un freddo spazio-tempo statico a cinque dimensioni. Quattro di loro (spaziali) hanno restrizioni o muri - tre brane. Il nostro spazio è uno dei muri e il secondo è nascosto. La terza tre brane si trova nello spazio quadridimensionale, è limitata da due brane di confine. La teoria considera una terza brana che si scontra con la nostra e rilascia una grande quantità di energia. Sono queste le condizioni che diventano favorevoli per l'emergere di un big bang.
Le teorie cicliche negano l'unicità del big bang, sostenendo che l'universo va da uno stato all' altro. Il problema di tali teorie è l'aumento dell'entropia, secondo la seconda legge della termodinamica. Di conseguenza, la durata dei cicli precedenti era più breve e la temperatura della sostanza era significativamente più alta rispetto al big bang. La probabilità che ciò accada è estremamente bassa
Non importa quante teorie ci siano sull'origine dell'universo, solo due di esse hanno resistito alla prova del tempo e superato il problema dell'entropia sempre crescente. Sono stati sviluppati dagli scienziati Steinhardt-Turok e Baum-Frampton.
Queste teorie relativamente nuove sull'origine dell'universo sono state avanzate negli anni '80 del secolo scorso. Hanno molti seguaci che sviluppano modelli basati su di esso, cercano prove di validità e lavorano per risolvere le incongruenze.
Teoria delle stringhe
Una delle più popolari tra le teorie sull'origine dell'universo è la teoria delle stringhe. Prima di procedere alla descrizione della sua idea, è necessario comprendere i concetti di uno dei concorrenti più vicini, il modello standard. Presuppone che la materia e le interazioni possano essere descritte come un certo insieme di particelle, diviso in diversi gruppi:
- Quark.
- Leptoni.
- Bosoni.
Queste particelle sono, infatti, i mattoni dell'universo, poiché sono così piccole che non possono essere divise in componenti.
Una caratteristica distintiva della teoria delle stringhe è l'affermazione che tali mattoni non sono particelle, ma stringhe ultramicroscopiche che vibrano. Allo stesso tempo, oscillando a frequenze diverse, le stringhe diventano analoghi di varie particelle descritte nel modello standard.
Per capire la teoria, bisogna rendersi conto che le stringhe non sono materia, sono energia. Pertanto, la teoria delle stringhe conclude che tutti gli elementi dell'universo sono fatti di energia.
Il fuoco è una buona analogia. Guardarlo dà l'impressione della sua materialità, ma non può essere toccato.
Cosmologia per gli scolari
Le teorie sull'origine dell'Universo vengono brevemente studiate nelle scuole durante le lezioni di astronomia. Per studentidescrivi le principali teorie su come si è formato il nostro mondo, cosa gli sta succedendo ora e come si svilupperà in futuro.
Lo scopo delle lezioni è quello di familiarizzare i bambini con la natura della formazione delle particelle elementari, degli elementi chimici e dei corpi celesti. Le teorie sull'origine dell'universo per i bambini si riducono a una presentazione della teoria del big bang. Gli insegnanti utilizzano materiale visivo: diapositive, tabelle, poster, illustrazioni. Il loro compito principale è risvegliare l'interesse dei bambini per il mondo che li circonda.
