¿Por qué creemos en la cosmología del big bang y por qué no creemos en esta teoría?
¿Por qué lo crees? Hay muchas cosas en este mundo, lo creas o no, está ahí.
El modelo del universo del Big Bang se ha convertido desde hace mucho tiempo en el modelo universal estándar reconocido por la comunidad científica. Todos los físicos y astrónomos lo creen, pero algunas personas simplemente no lo creen.
¿Tienen estas personas nuevas teorías para reemplazarlo? ¿O hemos descubierto un error importante en esta teoría y hay alguna evidencia en contra que pueda refutarla?
No, no.
Estos grandes inmortales simplemente se basan en algún sentido común de la vida. No miran la teoría en sí ni la evidencia. Incluso después de ver la teoría y la evidencia, todavía se oponen a la derogación, como si no lo hicieran. muéstralo con descaro. La ignorancia es incómoda.
La comunicación espacio-temporal no garantiza que la cosmología del big bang sea 100% correcta, ni garantiza que esta teoría sea perfecta y no será revocada en el futuro. Solo creo en los descubrimientos y las investigaciones científicas. y hechos observacionales. Hablemos de la etapa actual.
El modelo del universo del Big Bang es hasta ahora la única teoría del nacimiento y la evolución del universo que es consistente con varias observaciones y es la juzgada de manera más lógica, y está respaldada por cada vez más evidencia.
Actualmente los astrónomos observan y estudian el universo. Casi todos los nuevos descubrimientos pueden explicarse a partir del modelo del universo del Big Bang, lo que no coincide con las expectativas de la evolución del universo. comparar con eso.
Se puede decir que la teoría general de la relatividad de Einstein es la base teórica de la cosmología del Big Bang, especialmente la teoría de campos de Einstein, que explica científicamente muchos fenómenos y procesos evolutivos en el universo. Las soluciones se han confirmado una por una.
Por ejemplo, los agujeros negros, las ondas gravitacionales, las lentes gravitacionales, la radiación de fondo de microondas, las leyes de evolución de las galaxias y las estrellas, etc. han sido confirmados mediante observaciones, lo que no solo confirma la exactitud de la teoría de Einstein relatividad, pero también se ajusta al universo del Big Bang. Sobre las expectativas.
Basándonos en un juicio lógico básico, si no crees en esta teoría, ¿en qué más puedes creer? ¿No es ésta la comprensión más básica de una persona normal con un poco de conocimientos científicos? El surgimiento de la cosmología del Big Bang.
Desde que el famoso astrónomo estadounidense Edwin Powell Hubble descubrió la ley de expansión del universo a principios del siglo pasado, los físicos y astrónomos modernos como Einstein han abandonado el modelo del universo estático y han comprendido que el universo es dinámico. tiene un principio y un fin.
Porque los físicos y los astrónomos hablan de ciencia y evidencia, si ignoran los hechos, abren los ojos y mienten, la investigación no podrá avanzar y conducirá a un callejón sin salida.
La ecuación del campo gravitacional inicial de la teoría general de la relatividad de Einstein es difícil de justificar, porque comenzó a creer en la cosmología estática. Esta comprensión ha dominado a la comunidad científica durante cientos de años, creyendo que el universo siempre ha existido. ha sido estático. De esta manera, es ilimitado, sin principio ni fin.
Einstein no pudo escapar de esta rutina.
Sin embargo, su ecuación del campo gravitacional no puede concluir que el universo es estático. Según su fórmula del campo gravitacional R?v-(1/2)Rg?v=kT?v, se debe deducir una dinámica. universo que nunca deja de cambiar.
Para que esta fórmula sea autoconsistente con el universo estático, tuvo que agregar una "constante cosmológica" a esta fórmula para mantener el resultado del universo estático. Esta fórmula se convierte en: ?g?v. R?v-(1/2)Rg?v=kT?v, ¿dónde está la constante cosmológica?
Al enterarse de que Hubble había descubierto el corrimiento al rojo de las galaxias, Einstein corrió inmediatamente al Observatorio Wilson donde Hubble trabajó para verificarlo. Observó personalmente el fenómeno del corrimiento al rojo. Después de confirmarlo, inmediatamente admitió públicamente su error. y eliminó el campo. La constante cosmológica superflua en la ecuación determina la ecuación de campo de Einstein que todos conocemos hoy:
G?v=R?v-(1/2)Rg?v=(8?G). /c^ 4)T?v
Aquí entendemos brevemente qué es el "corrimiento al rojo".
El llamado "corrimiento al rojo" es un efecto Doppler de la luz. El efecto Doppler se utilizó originalmente en la propagación del sonido.
Quien descubrió este efecto fue un matemático y físico austriaco llamado Christian Doppler John.
De hecho, este efecto se puede sentir en nuestras vidas. Cuando una ambulancia se dirige hacia usted desde la distancia, la sirena que escuchamos será alta y emocionante. Cuando desaparece, la sirena se vuelve baja. y calmante.
Pero la gente corriente no piensa profundamente en lo que oye y ve, pero los científicos son diferentes. Un día de 1942, Doppler pasó por un cruce de vías y un tren pasó a su lado. Sintió el cambio de tono y se dio cuenta de que debía haber algún tipo de misterio en ello, por lo que inició esta investigación.
Encontró que este cambio está relacionado con la relación entre la velocidad de movimiento del observador y la fuente de sonido y la velocidad del sonido. Cuanto mayor es la relación, más significativo es el cambio. Este cambio es que cuando la fuente de sonido está cerca, la longitud de onda se acortará y la frecuencia aumentará; cuando la fuente de sonido está lejos, la onda de sonido se alargará y la frecuencia se ralentizará;
Más tarde se le llamó "efecto Doppler".
La fórmula para calcular el efecto Doppler es:
f=(u v)/? (la fuente de sonido está cerca) o f= (u-v)/? (la fuente de sonido está cerca) muy lejos)
p>
En la fórmula, f es la frecuencia recibida (Hz), u es la velocidad de la onda (m), v es la velocidad de movimiento del observador o de la fuente de la onda (m), y ? es la longitud de onda de la fuente de onda original.
Posteriormente se descubrió que todo tipo de ondas tienen efecto Doppler, y las ondas electromagnéticas no son una excepción.
Las ondas electromagnéticas tienen longitudes de onda y frecuencias. Cuanto más larga es la longitud de onda, menor es la frecuencia y, por el contrario, cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la frecuencia y mayor es la energía.
La luz visible también es un tipo de onda electromagnética. Es una onda electromagnética con una longitud de onda de 0,38 ~ 0,76 um en el espectro electromagnético, por lo que también tiene el efecto Doppler.
El efecto Doppler de la luz es un desplazamiento al azul y un desplazamiento al rojo.
La luz visible no es el color blanco que vemos, sino que está compuesta por siete espectros de colores, a saber, rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta. Entre estos siete colores, la luz roja tiene la longitud de onda más larga, 0,64 ~ 0,76 um, y la luz violeta tiene la longitud de onda más corta, 0,38 ~ 0,44 um.
Cuando estos colores de luz se combinan entre sí, lo que vemos es luz blanca, que se convierte en luz de colores complejos. Diferentes objetos tienen diferentes tasas de absorción de luz de diferentes longitudes de onda, por lo que vemos un mundo colorido.
Cuando la luz policromática pasa a través de un prisma, ésta se dispersará y analizará el espectro de varios colores.
Se ha descubierto que cuando la fuente de luz se acerca rápidamente al observador, la onda de luz se acorta y la frecuencia aumenta, lo que indica que el espectro se mueve hacia el extremo azul; a la inversa, cuando la fuente de luz se aleja; Para el observador, la onda de luz se vuelve más larga y la frecuencia se vuelve más baja. El espectro de rendimiento se desplaza hacia el extremo rojo.
Esta es la fuente del desplazamiento espectral al azul y al desplazamiento espectral al rojo.
El fenómeno observado por Hubble es que no importa desde qué dirección se mire, la luz de las estrellas muestra un desplazamiento hacia el rojo, lo que indica que galaxias distantes en todas direcciones se están alejando rápidamente de nosotros.
Y este fenómeno de la distancia es isotrópico, y la velocidad se vuelve más rápida cuanto más se aleja, lo cual es proporcional a la distancia.
Esto muestra que el universo se ha expandido y continúa expandiéndose. Además, hay otra implicación, es decir, en momentos anteriores, el universo, las galaxias y los cuerpos celestes estaban más cerca entre sí. En los primeros tiempos, los cuerpos celestes del universo debieron estar en el mismo lugar.
Así que el descubrimiento de Hubble implica que el universo tuvo un momento de big bang, que se originó a partir de una singularidad con densidad infinita y volumen infinitesimal.
Algunas personas pueden decir, ¿podría el origen del universo ser una bola más grande o un universo pequeño? Según la teoría de campos de Einstein, esto es imposible. Porque una vez que un objeto se contrae dentro de su propio radio de Schwarzschild, inevitablemente colapsará en una singularidad.
Este tema se ha introducido en muchos artículos sobre comunicación espacio-temporal, por lo que no lo discutiremos aquí.
El universo entero se está expandiendo y la cosmología del Big Bang comienza a tomar forma.
Después de que se anunció el descubrimiento de Hubble, la teoría de la expansión cósmica y la teoría del Big Bang comenzaron a tomar forma, convirtiéndose gradualmente en la teoría principal de la astronomía, y la cosmología del Big Bang se convirtió en la teoría estándar principal reconocida por los científicos. comunidad.
A través del estudio del fenómeno del corrimiento al rojo de las galaxias, Hubble descubrió que la velocidad de recesión radial de las galaxias extragalácticas es proporcional a la distancia, creando así la ley de Hubble.
La ley de Hubble también se llama efecto Hubble y su expresión es: v=Hd
En la fórmula, v es la velocidad de recesión, unidad: kilómetros/segundo (km/s ) ; H es la constante de Hubble, en unidades: kilómetros por segundo a megaparsecs (km/s a Mpc) d es la distancia desde el observador, en unidades de megaparsecs (Mpc).
Un parsec (pc) equivale aproximadamente a 3,26 años luz (ly) y Mpc equivale a 3,26 millones de ly.
La llamada constante de Hubble es la velocidad a la que una galaxia se aleja de nosotros a una distancia de 3,26 millones de años luz. Con estos datos se puede calcular la tasa de expansión del universo basándose en la ley de Hubble.
Durante más de diez años, los científicos han estado intentando medir una constante de Hubble precisa.
Los datos de detección internacionalmente conocidos incluyen:
El valor medido por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales utilizando el Observatorio Chandra Ray de la NASA en 2006 fue de 77 (km/s)/Mpc, aproximadamente. 15;
En 2009, la NASA calculó el valor basándose en la supernova de la lejana galaxia la en 74,2?3,6(km/s)/Mpc;
En 2013, la Agencia Europea La Agencia Espacial utilizó el satélite Planck. El valor calculado es 67,80?0,77(km/s)/Mpc;
En 2019, los científicos alemanes utilizaron lentes gravitacionales para calcular un valor de 82,4(km/s)/Mpc.
Estos datos de detección y cálculo tienen sus propios méritos, pero no son completamente consistentes o incluso están muy separados, lo que indica que algunas teorías o métodos de observación aún están abiertos a cuestionamiento.
No privilegiamos una cosa sobre otra, sino que tomamos un valor medio. La constante cosmológica es 75,1km/s/Mpc.
Basándose en la ley de Hubble, la constante de Hubble obtenida y algunos cálculos completos de datos de observación, los científicos creen que el universo nació hace entre 13 y 14 mil millones de años. La opinión más comúnmente aceptada es hace 13,82 mil millones de años. El radio teórico del universo observable es de 46,5 mil millones de años luz.
Según la ley de Hubble, cuando conectamos los datos, podemos obtener que la velocidad de expansión del universo es:
v=Hd=75.1x (46500000000ly/3260000ly )=75.1x13281=1072491km/ s
En otras palabras, en el borde más lejano del universo observable, la velocidad de las galaxias que salen de nosotros es de 1,07 millones de km/s, que es más de tres veces la velocidad de luz.
A medida que continúan la exploración y el descubrimiento, la evidencia del modelo del universo del Big Bang se vuelve cada vez más abundante.
Esta evidencia incluye:
La abundancia de elementos en el universo es la esperada.
El modelo del universo del Big Bang describe todo el proceso de evolución del universo desde el momento en que comenzó el Big Bang hace 13.800 millones de años, a partir de la época de Planck (10-^44s).
El espacio y el tiempo del universo surgieron de la energía pura del Big Bang, y luego aparecieron cuatro fuerzas básicas. Bajo una temperatura y densidad extremadamente altas, se enfrió gradualmente, y no fue hasta 380.000 años después. que aparecieron los átomos neutros y la luz. Sólo entonces podremos desacoplarnos.
Al principio, el universo sólo tenía elementos hidrógeno y helio, y muy pocos litio y otros elementos más ligeros. Con la formación de estrellas, reacciones de fusión nuclear y explosiones de supernovas, aparecieron y aumentaron gradualmente elementos pesados.
Los elementos del universo todavía están dominados por el hidrógeno y el helio, mientras que otros elementos representan sólo alrededor del 1%. La abundancia de estos elementos coincide básicamente con las expectativas del modelo del universo del Big Bang.
Descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas.
En 1948, Gamow, el creador de la cosmología del Big Bang, propuso la teoría del Big Bang caliente del universo. Creía que todavía estamos bañados por la radiación residual del universo primitivo de alta temperatura, con. una temperatura de 6K.
En 1964, dos jóvenes ingenieros, Penzias y Wilson, descubrieron un ruido inexplicable con la misma intensidad isotrópica mientras depuraban su extraña antena de bocina de gran tamaño.
Después de su perseverancia, finalmente descubrieron que se trataba de la radiación cósmica de fondo de microondas predicha por Gamow, las brasas del Big Bang. Otras mediciones y cálculos mostraron que la temperatura de esta radiación era de 2,7 K.
Esta es la famosa radiación de fondo cósmica de microondas 3K. Es uno de los cuatro descubrimientos más importantes en astronomía en la década de 1960. Es otro descubrimiento astronómico importante después del descubrimiento del corrimiento al rojo de Hubble. La teoría del Big Bang del universo. ¡Otra importante evidencia directa!
Basado en este descubrimiento, Penzias y Wilson ganaron el Premio Nobel de Física en 1978. El discurso de premiación que se les entregó señaló: Este descubrimiento nos permite obtener información sobre los procesos cósmicos que ocurrieron hace mucho tiempo cuando se creó el universo.
Se descubrieron las ondas gravitacionales primitivas.
Las ondas gravitacionales primitivas son una predicción de la teoría general de la relatividad de Einstein publicada en 1916. Creía que el big bang al comienzo del universo produciría fluctuaciones en el espacio y el tiempo a medida que el universo se expandiera y evolucionara. Estas fluctuaciones se debilitarán, pero las reverberaciones de este Big Bang de la Creación todavía existen hoy.
Durante 100 años, los científicos han estado intentando encontrar este tipo de ondas gravitacionales, pero han pasado décadas y no han podido hacerlo.
Tras el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas, los científicos estadounidenses utilizaron el telescopio BICEP2 en el Polo Sur para observar los fotones que eran los restos del Big Bang que llenaron el universo. Los cálculos demostraron que la gravedad original. Las ondas actuaron sobre estos fotones. Se producirá un modo B de polarización especial, y este modo B será la "huella única" de la onda gravitacional original.
La observación de esta "huella" supone el descubrimiento de las ondas gravitacionales primordiales.
Con un objetivo claro en mente, los investigadores finalmente observaron este tipo de onda gravitacional en la Antártida: una señal de polarización en modo B que era más fuerte de lo esperado. Después de más de tres años de investigación, se eliminaron otras posibles interferencias. , y finalmente el 17 de marzo de 2014 se anunció que se habían descubierto por primera vez pruebas de la existencia de ondas gravitacionales primordiales.
Este descubrimiento es varios años anterior al descubrimiento en 2016 de las ondas gravitacionales causadas por la colisión de un agujero negro a 1.300 millones de años luz de distancia.
El descubrimiento de las ondas gravitacionales primordiales es una prueba importante de la cosmología del Big Bang.
Se puede decir que la evidencia del modelo del universo del big bang es cada vez más abundante.
Han pasado 100 años desde que Hubble descubrió el corrimiento al rojo de las galaxias y se propuso como conjetura científica la cosmología del Big Bang.
Cada vez surgen más pruebas y casi ninguna evidencia en contra puede refutar esta teoría.
Entonces, ¿qué teorías sobre la comunicación espacio-temporal no creemos en esta teoría?
Aunque esta teoría todavía tiene mucha evidencia que necesita ser compensada y aún no es perfecta, ya es la teoría del modelo universal más convincente en la comunidad astronómica, no hay dos.
Entonces, ¿por qué la gente que no cree en esta teoría no la cree? ¿Existe una teoría mejor sobre el nacimiento y la evolución del universo que podamos compartir? En otras palabras, ¿existe alguna evidencia y lógica matemática que pueda refutar la cosmología del Big Bang?
Soy un escritor de divulgación científica que sólo cree en la ciencia y la evidencia. Nunca me adhiero obstinadamente a un determinado punto de vista. Siempre que pueda dar razones válidas, por supuesto estoy dispuesto a cambiar mi punto de vista. de vista y aprender y aceptar nuevos conocimientos y teorías. Lo considero uno de los placeres de la vida.
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