Dans le monde scientifique, il est généralement admis que l'Univers est né du Big Bang. Cette théorie est basée sur le fait que l'énergie et la matière (les fondements de toutes choses) étaient auparavant dans un état de singularité. Elle, à son tour, est caractérisée par l'infinité de température, de densité et de pression. L'état de singularité lui-même défie toutes les lois de la physique connues du monde moderne. Les scientifiques pensent que l'Univers est né d'une particule microscopique qui, pour des raisons inconnues, est entrée dans un état instable dans un passé lointain et a explosé.
Le terme "Big Bang" a commencé à être utilisé depuis 1949 après la publication des travaux du scientifique F. Hoyle dans des publications scientifiques de vulgarisation. Aujourd'hui, la théorie du « modèle dynamique évolutif » est si bien développée que les physiciens peuvent décrire les processus se produisant dans l'Univers dès 10 secondes après l'explosion d'une particule microscopique qui a jeté les bases de tout.
Il existe plusieurs preuves de la théorie. L'un des principaux est le rayonnement relique, qui imprègne tout l'Univers. Selon les scientifiques modernes, il aurait pu survenir uniquement à la suite du Big Bang, en raison de l'interaction de particules microscopiques. C'est le rayonnement relique qui permet d'en apprendre davantage sur ces moments où l'Univers ressemblait à un espace flamboyant et où il n'y avait pas d'étoiles, de planètes et de la galaxie elle-même. La deuxième preuve de la naissance de tout ce qui existe depuis le Big Bang est le redshift cosmologique, qui consiste en une diminution de la fréquence de rayonnement. Cela confirme l'éloignement des étoiles, des galaxies de la Voie lactée en particulier et les unes des autres en général. Autrement dit, cela indique que l'Univers s'est élargi plus tôt et continue de le faire jusqu'à maintenant.
Une brève histoire de l'univers
- 10 -45 - 10 -37 s- expansion inflationniste
- 10 -6 s- l'émergence des quarks et des électrons
- 10 -5 s- la formation de protons et de neutrons
- 10 -4 s - 3 min- l'émergence de noyaux de deutérium, d'hélium et de lithium
- 400 mille ans- formation d'atomes
- 15 millions d'années- poursuite de l'expansion du nuage de gaz
- 1 milliard d'années- la naissance des premières étoiles et galaxies
- 10 - 15 milliards d'années- l'émergence des planètes et de la vie intelligente
- 10 14 milliards d'années- fin du processus de naissance des étoiles
- 10 37 milliards d'années- épuisement de l'énergie de toutes les étoiles
- 10 40 milliards d'années- évaporation des trous noirs et naissance des particules élémentaires
- 10 100 milliards d'années- achèvement de l'évaporation de tous les trous noirs
La théorie du Big Bang est devenue une véritable avancée scientifique. Il a permis aux scientifiques de répondre à de nombreuses questions concernant la naissance de l'univers. Mais en même temps, cette théorie a soulevé de nouveaux mystères. Le principal d'entre eux est la cause du Big Bang lui-même. La deuxième question à laquelle la science moderne n'a pas de réponse est de savoir comment l'espace et le temps sont apparus. Selon certains chercheurs, ils sont nés avec la matière, l'énergie. Autrement dit, ils sont le résultat du Big Bang. Mais ensuite, il s'avère que le temps et l'espace doivent avoir une sorte de commencement. C'est-à-dire qu'une certaine entité, existant constamment et ne dépendant pas de ses indicateurs, pourrait bien initier les processus d'instabilité dans une particule microscopique qui a donné naissance à l'Univers.
Plus les recherches se font dans ce sens, plus les interrogations se posent aux astrophysiciens. Les réponses à ces questions attendent l'humanité dans le futur.
La théorie du Big Bang est devenue un modèle cosmologique presque aussi largement accepté que la rotation de la Terre autour du Soleil. Selon la théorie, il y a environ 14 milliards d'années, des fluctuations spontanées dans le vide absolu ont conduit à l'émergence de l'univers. Quelque chose de comparable en taille à une particule subatomique agrandie à une taille inimaginable en une fraction de seconde. Mais dans cette théorie, il y a de nombreux problèmes sur lesquels les physiciens se débattent, avançant de plus en plus d'hypothèses nouvelles.
Quel est le problème avec la théorie du Big Bang
Il découle de la théorie que toutes les planètes et étoiles ont été formées à partir de la poussière dispersée dans l'espace à la suite de l'explosion. Mais ce qui l'a précédé n'est pas clair : ici notre modèle mathématique de l'espace-temps cesse de fonctionner. L'univers est né d'un état singulier initial, auquel la physique moderne ne peut s'appliquer. La théorie ne considère pas non plus les causes de l'apparition de la singularité ou la matière et l'énergie pour son apparition. On pense que la réponse à la question de l'existence et de l'origine de la singularité initiale sera donnée par la théorie de la gravité quantique.
La plupart des modèles cosmologiques prédisent que l'univers complet est beaucoup plus grand que la partie observable - une région sphérique d'un diamètre d'environ 90 milliards d'années-lumière. Nous ne voyons que cette partie de l'Univers dont la lumière a réussi à atteindre la Terre en 13,8 milliards d'années. Mais les télescopes s'améliorent, on découvre de plus en plus d'objets lointains, et jusqu'à présent il n'y a aucune raison de croire que ce processus va s'arrêter.
Depuis le Big Bang, l'univers s'étend à un rythme accéléré. L'énigme la plus difficile de la physique moderne est la question de savoir ce qui cause l'accélération. Selon l'hypothèse de travail, l'Univers contient une composante invisible appelée « énergie noire ». La théorie du Big Bang n'explique pas si l'Univers s'étendra indéfiniment, et si oui, à quoi cela conduira - à sa disparition ou à autre chose.
Bien que la mécanique newtonienne ait été supplantée par la physique relativiste, cela ne peut pas être qualifié de faux. Cependant, la perception du monde et les modèles de description de l'univers ont complètement changé. La théorie du Big Bang a prédit un certain nombre de choses qui n'étaient pas connues auparavant. Ainsi, si une autre théorie prend sa place, alors elle devrait être similaire et élargir la compréhension du monde.
Nous nous concentrerons sur les théories les plus intéressantes décrivant les modèles alternatifs du Big Bang.
L'univers est comme un mirage d'un trou noir
L'univers est né de l'effondrement d'une étoile dans un univers à quatre dimensions, pensent les scientifiques de l'Institut Perimeter pour la physique théorique. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans Scientific American. Niayesh Afshordi, Robert Mann et Razi Pourhasan disent que notre univers tridimensionnel est devenu comme un "mirage holographique" lorsqu'une étoile à quatre dimensions s'est effondrée. Contrairement à la théorie du Big Bang, selon laquelle l'Univers est issu d'un espace-temps extrêmement chaud et dense, où les lois standard de la physique ne s'appliquent pas, la nouvelle hypothèse d'un univers à quatre dimensions explique à la fois les raisons de la naissance et sa rapidité expansion.
Selon le scénario formulé par Afshordi et ses collègues, notre univers tridimensionnel est une sorte de membrane qui flotte à travers un univers encore plus vaste qui existe déjà en quatre dimensions. S'il y avait des étoiles à quatre dimensions dans cet espace à quatre dimensions, elles exploseraient également, tout comme les étoiles à trois dimensions de notre Univers. La couche interne deviendrait un trou noir et la couche externe serait éjectée dans l'espace.
Dans notre univers, les trous noirs sont entourés d'une sphère appelée l'horizon des événements. Et si dans un espace tridimensionnel cette limite est bidimensionnelle (comme une membrane), alors dans un univers à quatre dimensions, l'horizon des événements sera limité à une sphère qui existe en trois dimensions. Des simulations informatiques de l'effondrement d'une étoile à quatre dimensions ont montré que son horizon d'événements en trois dimensions s'élargirait progressivement. C'est exactement ce que nous observons, appelant la croissance d'une membrane 3D l'expansion de l'univers, pensent les astrophysiciens.
Grand gel
Une alternative au Big Bang pourrait être le Big Freeze. Une équipe de physiciens de l'Université de Melbourne, dirigée par James Kvatch, a présenté un modèle de naissance de l'univers, qui ressemble plus à un processus graduel de congélation d'énergie amorphe qu'à son éclaboussure et à son expansion dans trois directions de l'espace.
L'énergie sans forme, selon les scientifiques, s'est refroidie comme de l'eau jusqu'à la cristallisation, créant les trois dimensions spatiales et une dimension temporelle habituelles.
La théorie du Big Freeze jette un doute sur l'affirmation actuellement acceptée d'Albert Einstein sur la continuité et la fluidité de l'espace et du temps. Il est possible que l'espace ait des éléments constitutifs - des blocs de construction indivisibles, comme de minuscules atomes ou des pixels dans l'infographie. Ces blocs sont si petits qu'ils ne peuvent pas être observés, cependant, suivant la nouvelle théorie, il est possible de détecter des défauts qui devraient réfracter les flux d'autres particules. Les scientifiques ont calculé ces effets à l'aide de l'appareil mathématique, et maintenant ils vont essayer de les détecter expérimentalement.
Univers sans début ni fin
Ahmed Farag Ali de l'Université Benh en Égypte et Sauria Das de l'Université de Lethbridge au Canada ont trouvé une nouvelle solution au problème de la singularité en abandonnant le Big Bang. Ils ont apporté les idées du célèbre physicien David Bohm à l'équation de Friedmann décrivant l'expansion de l'Univers et le Big Bang. "C'est incroyable que de petits ajustements puissent potentiellement résoudre autant de problèmes", déclare Das.
Le modèle résultant combine la théorie générale de la relativité et la théorie quantique. Cela nie non seulement la singularité qui a précédé le Big Bang, mais empêche également l'univers de revenir à son état d'origine au fil du temps. D'après les données obtenues, l'Univers a une taille finie et une durée de vie infinie. En termes physiques, le modèle décrit l'Univers rempli d'un fluide quantique hypothétique, qui se compose de gravitons - des particules qui fournissent une interaction gravitationnelle.
Les scientifiques affirment également que leurs découvertes sont cohérentes avec les mesures récentes de la densité de l'univers.
Inflation chaotique sans fin
Le terme "inflation" fait référence à l'expansion rapide de l'univers, qui s'est produite de façon exponentielle dans les premiers instants après le Big Bang. En soi, la théorie de l'inflation ne réfute pas la théorie du Big Bang, mais seulement l'interprète différemment. Cette théorie résout plusieurs problèmes fondamentaux de la physique.
Selon le modèle inflationniste, peu de temps après sa naissance, l'univers s'est développé de façon exponentielle pendant une très courte période : sa taille a doublé plusieurs fois. Les scientifiques pensent qu'en 10 à -36 secondes, la taille de l'univers a augmenté d'au moins 10 à 30 à 50 fois, voire plus. À la fin de la phase d'inflation, l'Univers était rempli d'un plasma super chaud de quarks libres, de gluons, de leptons et de quanta de haute énergie.
Le concept implique qui existe dans le monde de nombreux univers isolés avec un appareil différent
Les physiciens sont arrivés à la conclusion que la logique du modèle inflationniste ne contredit pas l'idée d'une naissance multiple constante de nouveaux univers. Les fluctuations quantiques - les mêmes que celles qui ont créé notre monde - peuvent se produire dans n'importe quelle quantité, s'il existe des conditions appropriées pour cela. Il est tout à fait possible que notre univers ait émergé de la zone de fluctuation formée dans le monde prédécesseur. On peut également supposer qu'à un moment donné et quelque part dans notre univers, une fluctuation se formera qui "soufflera" un jeune univers d'un genre complètement différent. Selon ce modèle, les univers enfants peuvent bourgeonner en permanence. En même temps, il n'est pas du tout nécessaire que les mêmes lois physiques soient établies dans les nouveaux mondes. Le concept implique que dans le monde il existe de nombreux univers isolés les uns des autres avec des structures différentes.
Théorie cyclique
Paul Steinhardt, l'un des physiciens qui a jeté les bases de la cosmologie inflationnaire, a décidé de développer davantage cette théorie. Le scientifique qui dirige le Center for Theoretical Physics de Princeton, avec Neil Turok du Perimeter Institute for Theoretical Physics, a décrit une théorie alternative dans le livre Endless Universe: Beyond the Big Bang. ("Univers Infini : Au-delà du Big Bang"). Leur modèle est basé sur une généralisation de la théorie quantique des supercordes connue sous le nom de théorie M. Selon elle, le monde physique a 11 dimensions - dix spatiales et une temporelle. Des espaces de plus petites dimensions y "flottent", les soi-disant branes (abréviation de "membrane"). Notre univers n'est qu'une de ces branes.
Le modèle de Steinhardt et Turok stipule que le Big Bang s'est produit à la suite de la collision de notre brane avec une autre brane - un univers qui nous est inconnu. Dans ce scénario, les collisions se produisent indéfiniment. Selon l'hypothèse de Steinhardt et Turok, une autre brane tridimensionnelle « flotte » à côté de notre brane, séparées par une infime distance. Il se dilate, s'aplatit et se vide également, mais dans un billion d'années, les branes commenceront à converger et finiront par entrer en collision. Dans ce cas, une énorme quantité d'énergie, de particules et de rayonnement sera libérée. Ce cataclysme lancera un autre cycle d'expansion et de refroidissement de l'Univers. D'après le modèle de Steinhardt et Turok, il s'ensuit que ces cycles ont existé dans le passé et se répéteront certainement à l'avenir. Comment ces cycles ont commencé, la théorie est silencieuse.
Univers
comme un ordinateur
Une autre hypothèse sur la structure de l'univers dit que notre monde entier n'est rien de plus qu'une matrice ou un programme informatique. L'idée que l'univers est un ordinateur numérique a été proposée pour la première fois par l'ingénieur allemand et pionnier de l'informatique Konrad Zuse dans son livre Calculating Space ("espace informatique"). Parmi ceux qui considéraient également l'univers comme un ordinateur géant figurent les physiciens Stephen Wolfram et Gerard "t Hooft.
Les théoriciens de la physique numérique suggèrent que l'univers est essentiellement de l'information et donc calculable. De ces hypothèses, il découle que l'Univers peut être considéré comme le résultat d'un programme informatique ou d'un dispositif informatique numérique. Cet ordinateur pourrait être, par exemple, un automate cellulaire géant ou une machine de Turing universelle.
preuves indirectes nature virtuelle de l'univers appelé principe d'incertitude en mécanique quantique
Selon la théorie, chaque objet et événement du monde physique provient du fait de poser des questions et d'enregistrer des réponses « oui » ou « non ». C'est-à-dire que derrière tout ce qui nous entoure, il y a un certain code, semblable au code binaire d'un programme informatique. Et nous sommes une sorte d'interface à travers laquelle apparaît l'accès aux données de « l'Internet universel ». Une preuve indirecte de la nature virtuelle de l'Univers s'appelle le principe d'incertitude en mécanique quantique : les particules de matière peuvent exister sous une forme instable et ne sont "fixées" dans un état spécifique que lorsqu'elles sont observées.
Un adepte de la physique numérique, John Archibald Wheeler, a écrit : « Il ne serait pas déraisonnable d'imaginer que l'information se trouve au cœur de la physique de la même manière qu'au cœur d'un ordinateur. Tout à partir du rythme. En d'autres termes, tout ce qui existe - chaque particule, chaque champ de force, même le continuum espace-temps lui-même - reçoit sa fonction, sa signification et, finalement, son existence même.
Notre corps, notre nourriture, notre maison, notre planète et l'univers sont constitués de minuscules particules. Quelles sont ces particules et comment se produisent-elles dans la nature ? Comment interagissent-ils, se combinent-ils en atomes, molécules, corps, planètes, étoiles, galaxies et, enfin, comment disparaissent-ils de l'existence ? Il existe de nombreuses hypothèses sur la formation de tout ce qui nous entoure, du plus petit atome aux plus grandes galaxies, mais l'une d'entre elles se démarque, qui est peut-être la plus fondamentale. Certes, cela soulève plus de questions que de réponses fondées. Il s'agit de la théorie du Big Bang.
Tout d'abord, quelques faits intéressants liés à cette théorie.
Première. La théorie du Big Bang a été créée par un prêtre.
Malgré le fait que la religion chrétienne adhère toujours à des canons tels que la création de tout en 7 jours, la théorie du Big Bang a été développée par un prêtre catholique qui était également astronome. Le prêtre s'appelait Georges Lemaître. Il fut le premier à soulever la question de l'origine de la structure à grande échelle observée de l'univers.
Il a mis en avant le concept du "Big Bang", le soi-disant "atome primitif", et la transformation ultérieure de ses fragments en étoiles et en galaxies. En 1927, un article de J. Lemaitre "Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant, expliquant les vitesses radiales des nébuleuses extragalactiques" est publié.
Fait intéressant, Einstein, qui a appris cette théorie, a déclaré ce qui suit : "Vos calculs sont corrects, mais votre connaissance de la physique est terrible." Malgré cela, le prêtre continua à défendre sa théorie, et déjà en 1933, Einstein céda, soulignant publiquement que l'explication de la théorie du Big Bang était l'une des plus convaincantes de toutes qu'il ait jamais entendues.
Récemment, le manuscrit d'Einstein de 1931 a été trouvé, dans lequel il esquisse une théorie alternative au Big Bang de la naissance de l'univers. Cette théorie est presque identique à celle qu'Alfred Hoyle a développée indépendamment à la fin des années 40 du siècle dernier, ignorant les travaux d'Einstein. Einstein dans la théorie du Big Bang n'était pas satisfait de l'état singulier (single, single - ed.) de la matière avant l'explosion, alors il a pensé à l'Univers en expansion infinie. En elle, la matière est apparue d'elle-même afin de maintenir sa densité, alors que l'expansion infinie de l'Univers infini se poursuivait. Einstein croyait que ce processus pouvait être décrit en utilisant la théorie de la relativité générale sans aucune modification, mais dans ses notes, il a barré certains des calculs. Le scientifique a trouvé une erreur dans son raisonnement et a laissé cette théorie, qui ne serait toujours pas confirmée par d'autres observations.
Seconde. L'écrivain de science-fiction Edgar Allan Poe a proposé quelque chose de similaire en 1848. Bien sûr, il n'était pas physicien, il ne pouvait donc pas créer une théorie étayée par des calculs. Oui, à cette époque il n'y avait pas encore d'appareil mathématique suffisant pour créer un système de calcul d'un tel modèle. Au lieu de cela, il a créé l'œuvre d'art Eureka, qui anticipe la découverte de "trous noirs" et explique le paradoxe d'Olbers. Le titre complet de l'ouvrage : "Eureka (expérience sur l'Univers matériel et spirituel)." L'auteur lui-même considérait ce livre comme "la plus grande révélation que l'humanité ait jamais entendue". (En science, le paradoxe d'Olbers est un argument simple qui nous dit que l'obscurité du ciel nocturne est en conflit avec la théorie de l'infinité de notre Univers. Le paradoxe d'Olbers a un deuxième nom - "paradoxe sombre du ciel". Cela signifie qu'à absolument n'importe quel angle de vue de la ligne de visée de la Terre se terminera immédiatement lorsqu'elle atteindra l'étoile, de la même manière que nous nous retrouvons entourés d'un "mur" d'arbres lointains dans une forêt très dense.Le paradoxe d'Olbers est considéré comme une confirmation indirecte du modèle du Big Bang pour un univers non statique). De plus, dans "Eureka", E. Poe a parlé de la "particule primitive", "absolument unique, individuelle". Le poème lui-même a été critiqué à outrance, et il a été reconnu comme infructueux d'un point de vue artistique. Cependant, les scientifiques ne comprennent toujours pas comment E. Poe a pu autant devancer la science.
Le troisième. Le nom de la théorie a été créé par hasard.
L'auteur du nom, l'astronome anglais Sir Alfred Hoyle, était un opposant à cette théorie, il croyait en la stabilité de l'existence de l'Univers et fut le premier à utiliser le nom de la théorie du Big Bang. S'exprimant à la radio en 1949, il a critiqué la théorie, qui n'avait pas de nom court et volumineux. Pour « rabaisser » la théorie du Big Bang, il a inventé le terme. Cependant, "Big Bang" est maintenant le nom officiel et généralement accepté de la théorie de l'origine de l'univers.
La théorie du Big Bang a été développée par les scientifiques A. Friedman et D. Gamow au milieu des années 60 du siècle dernier, sur la base de la théorie générale de la relativité d'Einstein. Selon leurs hypothèses, notre Univers était autrefois un caillot infinitésimal, superdense et chaud à des températures très élevées (jusqu'à des milliards de degrés). Cette formation instable a soudainement explosé. Selon des calculs théoriques, la formation de l'Univers a commencé il y a 13,5 milliards d'années dans un très petit volume d'une densité et d'une température énormes. En conséquence, l'univers a commencé à se développer rapidement.
La période d'explosion dans les sciences spatiales est appelée la singularité cosmique. Au moment de l'explosion, les particules de matière se sont dispersées dans différentes directions à une vitesse phénoménale. Le moment suivant après l'explosion, lorsque le jeune Univers a commencé à se développer, s'appelait le Big Bang.
De plus, selon la théorie, les événements se sont déroulés comme suit. Les particules incandescentes dispersées dans toutes les directions avaient une température trop élevée et ne pouvaient pas se combiner en atomes. Ce processus a commencé bien plus tard, après un million d'années, lorsque l'Univers nouvellement formé s'est refroidi à une température d'environ 40 000 C. Des éléments chimiques tels que l'hydrogène et l'hélium ont commencé à se former en premier. Au fur et à mesure que l'univers se refroidissait, d'autres éléments chimiques se formaient, plus lourds. À l'appui de cela, les partisans de la théorie citent le fait caractéristique que ce processus de formation d'éléments et d'atomes se poursuit à l'heure actuelle, dans les profondeurs de chaque étoile, y compris notre soleil. La température du cœur des étoiles est encore très élevée. Au fur et à mesure que les particules se refroidissaient, elles formaient des nuages de gaz et de poussière. En se heurtant, ils se sont collés ensemble, formant un tout unique.
Les principales forces influençant cette unification sont les forces de gravité. C'est grâce au processus d'attraction des petits objets vers les plus grands que les planètes, les étoiles et les galaxies se sont formées. L'expansion de l'univers se produit maintenant, car même maintenant, les scientifiques disent que les galaxies les plus proches s'étendent et s'éloignent de nous.
Bien plus tard (il y a 5 milliards d'années), toujours selon la théorie des scientifiques, à la suite du compactage de nuages de poussière et de gaz, notre système solaire s'est formé. L'épaississement de la nébuleuse a conduit à la formation du Soleil, de plus petites accumulations de poussière et de gaz ont formé des planètes, dont notre Terre. Un champ gravitationnel puissant retenait ces planètes naissantes, les forçant à tourner autour du Soleil, qui s'épaississait constamment, ce qui signifie qu'une pression puissante s'est produite à l'intérieur de l'étoile en formation, qui a finalement trouvé une issue, se convertissant en énergie thermique, et donc en énergie solaire. rayons, que nous pouvons regarder aujourd'hui.
Avec le refroidissement de la planète Terre, ses roches ont également fondu, ce qui, après solidification, a formé la croûte terrestre primaire.
Les gaz éjectés des entrailles de la Terre, une fois refroidis, se sont échappés dans l'espace, mais en raison de la force de gravité de la Terre, les plus lourds ont formé l'atmosphère, c'est-à-dire l'air qui nous permet de respirer. Ainsi, pendant près de 4,5 milliards d'années, les conditions d'émergence de la vie sur notre planète ont été créées.
Selon les données actuelles, notre univers a environ 13,8 milliards d'années. La taille de la partie observable de l'Univers est de 13,7 milliards d'années-lumière. La densité moyenne de sa substance constitutive est de 10-29 g / cm 3. Poids - plus de 1050 tonnes.
Cependant, tous les scientifiques n'étaient pas d'accord avec la théorie du Big Bang, n'ayant pas reçu de réponses à de nombreuses questions. Tout d'abord, comment pourrait-il y avoir un Big Bang contraire à la loi fondamentale de la nature - la loi de conservation de l'énergie ? Et aussi avec une température impensable, contraire aux lois de la thermodynamique ?
Selon D. Talantsev, «le concept de l'existence d'un chaos complet et de l'explosion qui en résulte contredit la deuxième loi de la thermodynamique, selon laquelle tous les processus spontanés naturels tendent à augmenter l'entropie (c'est-à-dire le chaos, le désordre) du système.
L'évolution en tant qu'auto-complication spontanée des systèmes naturels est complètement et sans ambiguïté interdite par la deuxième loi de la thermodynamique. Cette loi nous dit qu'à partir du chaos, l'ordre ne peut en aucun cas s'établir de lui-même. La complication spontanée de tout système naturel est impossible. Par exemple, la "soupe primordiale" ne pourrait jamais, en aucune circonstance, ni pendant des trillions et des milliards d'années, donner naissance à des corps protéiques plus hautement organisés, qui, à leur tour, ne pourraient jamais, en aucune circonstance, "évoluer" vers un tel structure hautement organisée. , en tant qu'homme.
Ainsi, ce point de vue moderne "généralement accepté" sur l'origine de l'Univers est absolument faux, car il contredit l'une des lois scientifiques fondamentales établies empiriquement - la deuxième loi de la thermodynamique.
Néanmoins, la théorie du Big Bang, soutenue par de nombreux scientifiques (A. Penzias, R. Wilson, W. De Sitter, A. Eddington, K. Wirtz, et d'autres), continue de dominer dans les milieux scientifiques. A l'appui de leur théorie, ils citent les faits suivants. Ainsi, en 1929, l'astronome américain Edwin Hubble a découvert le soi-disant décalage vers le rouge, ou, en d'autres termes, a remarqué que la lumière des galaxies lointaines est un peu plus rouge que prévu, c'est-à-dire leur rayonnement est décalé vers le côté rouge du spectre.
Même plus tôt, il a été constaté que lorsqu'un certain corps s'éloigne de nous, son rayonnement est décalé vers le côté rouge du spectre (décalage vers le rouge), et lorsqu'il s'approche au contraire de nous, son rayonnement est décalé vers le côté violet du spectre (décalage violet). Ainsi, le décalage vers le rouge découvert par Hubble a témoigné en faveur du fait que les galaxies s'éloignent de nous et les unes des autres à grande vitesse, c'est-à-dire que, étonnamment, l'Univers est actuellement en expansion, et également dans toutes les directions. Autrement dit, la position relative des objets spatiaux ne change pas, mais seules les distances entre eux changent. Tout comme la disposition des points à la surface d'un ballon ne change pas, mais les distances entre eux changent lorsqu'il est gonflé.
Mais si l'Univers est en expansion, alors la question se pose nécessairement : quelles forces communiquent la vitesse initiale aux galaxies qui s'éloignent et fournissent l'énergie nécessaire. La science moderne suggère que le Big Bang a été le point de départ et la cause de l'expansion actuelle de l'Univers.
Une autre confirmation indirecte de l'hypothèse du Big Bang est le rayonnement de fond cosmique micro-ondes découvert en 1965 (du lat. relictum - vestige) de l'Univers. C'est le rayonnement, dont les restes nous parviennent de ce temps lointain, quand il n'y avait pas encore d'étoiles ou de planètes, et la substance de l'Univers était représentée par un plasma homogène, qui avait une température colossale (environ 4000 degrés), enfermé dans une petite zone d'un rayon de 15 millions d'années-lumière.
Les opposants à la théorie soulignent que les auteurs dans leurs études ne décrivent que de manière spéculative des fractions de secondes lorsque des électrons, des quarks, des neutrons et des protons sont prétendument apparus dans l'Univers ; puis minutes - lorsque les noyaux d'hydrogène, d'hélium sont apparus; des millénaires et des milliards d'années - lorsque des atomes, des corps, des étoiles, des galaxies, des planètes, etc. sont apparus, sans expliquer sur la base de quoi ils donnent de telles conclusions. Sans parler des questions, pourquoi et comment tout cela s'est-il passé ? Selon les mots de B. Russell : « De nombreux concepts semblent profonds uniquement parce qu'ils ne sont pas clairs et confus. Et chaque fois que le concept de Big Bang aboutit à une impasse, il faut y introduire, sans preuves, quelque nouvelle entité « étonnante », comme l'inexplicable inflation cosmique au début du Big Bang, au cours de laquelle, en En une petite fraction de seconde, l'Univers s'est inexplicablement rapidement étendu de plusieurs ordres de grandeur et continue de s'étendre à ce jour, et pour une raison quelconque avec une accélération.
Il y a beaucoup de questions auxquelles j'aimerais avoir des réponses. Les astronomes et physiciens modernes travaillent à la recherche de réponses. Qu'est-ce qui a conduit à la formation de l'Univers actuellement observable, au début de l'explosion ? Pourquoi l'espace est-il en trois dimensions et le temps en un ? Comment des objets stationnaires - étoiles et galaxies - ont-ils pu apparaître dans l'Univers en expansion rapide ? Que s'est-il passé avant le Big Bang ? Pourquoi l'Univers a-t-il une structure cellulaire de superamas et d'amas de galaxies ? Et pourquoi se dilate-t-il tout le temps d'une manière complètement différente de ce qu'il aurait dû faire après l'explosion ? Après tout, ce ne sont pas les étoiles ni même les galaxies individuelles qui se dispersent, mais uniquement les amas de galaxies. Alors que les étoiles et les galaxies, au contraire, sont en quelque sorte connectées les unes aux autres et forment des structures stables ? De plus, les amas de galaxies, dans quelle direction regardez-vous, se dispersent-ils à peu près à la même vitesse ? Et ne pas ralentir, mais accélérer ? Et bien d'autres questions auxquelles cette théorie ne donne pas de réponses.
L'un des physiciens les plus éminents de notre époque, Stephen Hawking, a déclaré : « Alors que la plupart des scientifiques sont trop occupés à développer de nouvelles théories décrivant ce qu'est l'univers, ils n'ont pas le temps de se demander pourquoi il l'est. Les philosophes, d'autre part, dont le travail consiste à demander pourquoi, ne peuvent pas suivre le développement des théories scientifiques. Mais si nous découvrons une théorie complète, alors avec le temps ses principes de base deviendront compréhensibles pour tout le monde, et pas seulement pour quelques spécialistes. Et alors nous tous, philosophes, scientifiques et juste des gens ordinaires, pourrons prendre part à la discussion sur la raison pour laquelle il est arrivé que nous existions et que l'Univers existe. Et si une réponse à une telle question est trouvée, ce sera un triomphe complet de l'esprit humain, car alors nous comprendrons le plan de Dieu.
Voici ce que des physiciens célèbres ont dit à propos de l'origine divine de l'Univers et de tout ce qui existe sur Terre.
Isaac Newton (1643 -1727)- Physicien, mathématicien, astronome anglais. Le fondateur de la théorie classique de la physique : « La merveilleuse structure du cosmos et son harmonie ne peuvent s'expliquer que par le fait que le cosmos a été créé selon le plan de l'Être omniscient et omnipotent. C'est mon premier et dernier mot."
Albert Einstein (1879 -1955)- l'auteur de la théorie restreinte et générale de la relativité, a introduit le concept de photon, a découvert les lois de l'effet photoélectrique, a travaillé sur les problèmes de la cosmologie et de la théorie des champs unifiés. Selon de nombreux physiciens éminents, Einstein est la figure la plus importante de l'histoire de la physique. Le lauréat du prix Nobel de physique de 1921 a déclaré : « Ma religion consiste en un sentiment d'admiration modeste pour la rationalité illimitée, se manifestant dans les moindres détails de cette image du monde, que nous ne sommes que partiellement capables de saisir et de connaître avec notre esprit. . Cette profonde confiance émotionnelle dans la plus haute harmonie logique de la structure de l'Univers est mon idée de Dieu.
Arthur Compton (1892 -1962) Physicien américain, lauréat du prix Nobel de physique en 1927 : « Pour moi, la Foi commence par la connaissance que l'Esprit Suprême a créé l'Univers et l'homme. Il ne m'est pas difficile de le croire, car le fait qu'il y ait un plan, et donc la Raison, est irréfutable. L'ordre dans l'univers, qui se déroule sous nos yeux, témoigne lui-même de la vérité de la plus grande et sublime déclaration : "Au commencement - Dieu".
Et voici les mots d'un autre scientifique dans le domaine de la physique des fusées, le Dr. Werner von Braun :"Une création aussi organisée, équilibrée et majestueuse que l'Univers ne peut être que l'incarnation du plan Divin."
Un point de vue très courant est que l'existence de Dieu ne peut pas être prouvée par des méthodes logiques rationnelles, que son existence ne peut être prise que sur la foi comme un axiome. "Béni soit celui qui croit" - il y a une telle expression. Si vous voulez - croyez, si vous voulez - ne croyez pas - c'est une affaire personnelle pour tout le monde. Quant à la science, on considère le plus souvent que son métier est d'étudier notre monde matériel, de l'étudier par des méthodes rationnelles-empiriques, et puisque Dieu est immatériel, la science n'a rien à voir avec Lui - disons, pour ainsi dire, la religion "s'engage" en Lui. En fait, ce n'est tout simplement pas vrai - c'est la science qui nous fournit la preuve la plus convaincante de l'existence de Dieu - le Créateur de tout le monde matériel qui nous entoure. Tant que les scientifiques essaieront d'expliquer les processus de la nature uniquement à partir de positions matérialistes, ils ne seront pas en mesure de trouver des solutions qui soient au moins approximativement similaires à la vérité.
A l'appui de tout ce qui a été dit, voici les mots Créateur du livre "Révélations aux gens du New Age".
"vingt. Une tentative d'étudier la cause du Big Bang démontre seulement votre incompréhension complète de la NATURE DE L'ESPACE NON-FAITE, ou plutôt, la réticence des gens de science à regarder ce Monde comme le Monde créé à la ressemblance du Divin. Espacer! Je dois dire que votre modèle ou théorie du Big Bang n'a rien à voir avec la vraie nature de l'origine des Mondes !
(Message du 14/05/10 "Perfection de l'Esprit").
"25. Si je vous dis quand et dans quelles conditions la MATERIALISATION de vous et de votre Planète a eu lieu, alors toute votre théorie du Big Bang va non seulement s'effondrer, mais se révélera également être une vaine tentative par une personne matérielle d'expliquer le Origine divine de la vie non seulement sur Terre, mais aussi dans l'Univers !
(Message du 09.10.10 "Le Mystère de l'Origine de la Vie").
"4. Ce processus naturel d'auto-amélioration contient non seulement le canon de la similitude fractale, mais aussi tous les canons de l'éternité, car s'il n'y a pas de mouvement vers l'avant, alors il n'y a pas de grand esprit créatif, et puis la loi des nombres aléatoires (l'idée d'accidents) entre en vigueur, et l'idée de Grands accidents appelée Theory The Big Bang, qui rejette, et rejette pour toujours, la présence de l'ORDRE, la présence du Mental Cosmique Supérieur et, de plus, rejette le Grand ESPOIR des gens comme étant parfaits, et surtout, rejette le sens même de l'homme en tant que réalité objective !
(Message du 19/12/13 "L'espoir se tourne vers l'intérieur").
12. Qu'est-ce qui a causé le Big Bang ?
Le paradoxe de l'émergence
Aucune des conférences sur la cosmologie que j'ai jamais lues n'était complète sans la question de savoir ce qui a causé le Big Bang ? Jusqu'à il y a quelques années, je ne connaissais pas la vraie réponse; Aujourd'hui, je crois, il est célèbre.
Essentiellement, cette question contient deux questions sous une forme voilée. Tout d'abord, nous aimerions savoir pourquoi le développement de l'univers a commencé par une explosion et ce qui a causé cette explosion en premier lieu. Mais derrière le problème purement physique se cache un autre problème plus profond de nature philosophique. Si le Big Bang marque le début de l'existence physique de l'univers, y compris l'émergence de l'espace et du temps, alors en quel sens peut-on dire que ce qui a causé cette explosion ?
Du point de vue de la physique, l'émergence soudaine de l'univers à la suite d'une explosion géante semble dans une certaine mesure paradoxale. Des quatre interactions qui régissent le monde, seule la gravité se manifeste à l'échelle cosmique et, comme le montre notre expérience, la gravité a le caractère d'attraction. Cependant, pour l'explosion qui a marqué la naissance de l'univers, il fallait apparemment une force répulsive d'une ampleur incroyable, qui pourrait déchirer le cosmos en lambeaux et provoquer son expansion, qui se poursuit à ce jour.
Cela semble étrange, car si l'univers est dominé par des forces gravitationnelles, il ne devrait pas s'étendre, mais se contracter. En effet, les forces d'attraction gravitationnelles font rétrécir les objets physiques au lieu d'exploser. Par exemple, une étoile très dense perd sa capacité à supporter son propre poids et s'effondre pour former une étoile à neutrons ou un trou noir. Le degré de compression de la matière dans le tout premier univers était beaucoup plus élevé que celui de l'étoile la plus dense ; par conséquent, la question se pose souvent de savoir pourquoi le cosmos primordial ne s'est pas effondré dans un trou noir dès le début.
La réponse habituelle à cela est que l'explosion primaire doit simplement être considérée comme la condition initiale. Cette réponse est clairement insatisfaisante et déconcertante. Bien sûr, sous l'influence de la gravité, le taux d'expansion cosmique diminuait continuellement depuis le tout début, mais au moment de la naissance, l'Univers se développait infiniment vite. L'explosion n'a été causée par aucune force - seul le développement de l'univers a commencé avec l'expansion. Si l'explosion était moins forte, la gravité empêcherait très vite l'expansion de la matière. En conséquence, l'expansion serait remplacée par la contraction, qui prendrait un caractère catastrophique et transformerait l'Univers en quelque chose de similaire à un trou noir. Mais en réalité, l'explosion s'est avérée "suffisamment importante" pour permettre à l'Univers, ayant surmonté sa propre gravité, soit de continuer à s'étendre indéfiniment grâce à la force de l'explosion primaire, soit du moins d'exister pour plusieurs milliards d'années avant de subir une compression et de disparaître dans l'oubli.
Le problème avec cette image traditionnelle est qu'elle n'explique en aucune façon le Big Bang. La propriété fondamentale de l'Univers est à nouveau simplement traitée comme une condition initiale, acceptée ad hoc(pour ce cas); en substance, il indique seulement que le Big Bang a eu lieu. On ne sait toujours pas pourquoi la force de l'explosion n'était que cela, et pas une autre. Pourquoi l'explosion n'a-t-elle pas été encore plus puissante pour que l'univers se développe beaucoup plus rapidement maintenant ? On pourrait également se demander pourquoi l'univers ne s'étend pas actuellement beaucoup plus lentement, ou ne se contracte pas du tout. Bien sûr, si l'explosion n'avait pas une force suffisante, l'univers s'effondrerait bientôt et il n'y aurait personne pour poser de telles questions. Il est cependant peu probable qu'un tel raisonnement puisse être considéré comme une explication.
Après une analyse plus approfondie, il s'avère que le paradoxe de l'origine de l'univers est en fait encore plus complexe que décrit ci-dessus. Des mesures minutieuses montrent que le taux d'expansion de l'univers est très proche de la valeur critique à laquelle l'univers est capable de vaincre sa propre gravité et de s'étendre pour toujours. Si cette vitesse était un peu moindre - et l'effondrement de l'Univers se produirait, et si elle était un peu plus - la matière cosmique se serait complètement dissipée depuis longtemps. Il est intéressant de découvrir comment exactement le taux d'expansion de l'Univers se situe dans cet intervalle très étroit entre deux catastrophes possibles. Si à l'instant correspondant à 1 s, alors que le schéma d'expansion était déjà clairement défini, le taux d'expansion s'écartait de sa valeur réelle de plus de 10^-18, cela suffirait à bouleverser complètement le délicat équilibre. Ainsi, la force de l'explosion de l'Univers avec une précision presque incroyable correspond à son interaction gravitationnelle. Le big bang, alors, n'était pas seulement une explosion lointaine - c'était une explosion d'une force très spécifique. Dans la version traditionnelle de la théorie du Big Bang, il faut accepter non seulement le fait de l'explosion elle-même, mais aussi le fait que l'explosion s'est produite de manière extrêmement fantaisiste. En d'autres termes, les conditions initiales s'avèrent extrêmement spécifiques.
Le taux d'expansion de l'univers n'est qu'un des nombreux mystères cosmiques apparents. L'autre est liée à l'image de l'expansion de l'Univers dans l'espace. Selon les observations modernes. L'univers, à grande échelle, est extrêmement homogène en ce qui concerne la répartition de la matière et de l'énergie. La structure globale du cosmos est presque la même vue de la Terre et d'une galaxie lointaine. Les galaxies sont dispersées dans l'espace avec la même densité moyenne, et de chaque point l'Univers se ressemble dans toutes les directions. Le rayonnement thermique primaire qui remplit l'Univers tombe sur la Terre, ayant la même température dans toutes les directions avec une précision d'au moins 10-4. Ce rayonnement parcourt l'espace pendant des milliards d'années-lumière pour arriver jusqu'à nous et porte l'empreinte de tout écart d'homogénéité qu'il rencontre.
L'homogénéité à grande échelle de l'univers persiste à mesure que l'univers s'étend. Il s'ensuit que l'expansion se produit de manière uniforme et isotrope avec un très haut degré de précision. Cela signifie que le taux d'expansion de l'univers est non seulement le même dans toutes les directions, mais aussi constant dans différentes régions. Si l'Univers s'étendait plus rapidement dans une direction que dans les autres, cela conduirait à une diminution de la température du rayonnement thermique de fond dans cette direction et modifierait l'image du mouvement des galaxies visibles depuis la Terre. Ainsi, l'évolution de l'Univers n'a pas seulement commencé par une explosion d'une force strictement définie - l'explosion était clairement "organisée", c'est-à-dire s'est produite simultanément, avec exactement la même force en tous points et dans toutes les directions.
Il est extrêmement improbable qu'une telle éruption simultanée et coordonnée puisse se produire de manière purement spontanée, et ce doute est renforcé dans la théorie traditionnelle du Big Bang par le fait que différentes régions du cosmos primordial n'ont aucune relation causale les unes avec les autres. Le fait est que, selon la théorie de la relativité, aucun effet physique ne peut se propager plus vite que la lumière. Par conséquent, différentes régions de l'espace ne peuvent être causalement liées les unes aux autres qu'après un certain laps de temps. Par exemple, 1 s après l'explosion, la lumière peut parcourir une distance d'au plus une seconde lumière, ce qui correspond à 300 000 km. Les régions de l'Univers, séparées par une grande distance, après 1s ne s'influenceront pas encore. Mais à ce moment, la région de l'Univers que nous avons observée occupait déjà un espace d'au moins 10^14 km de diamètre. Par conséquent, l'univers se composait d'environ 10 ^ 27 régions causalement indépendantes, dont chacune, néanmoins, s'est développée exactement au même rythme. Aujourd'hui encore, en observant le rayonnement cosmique thermique provenant des côtés opposés du ciel étoilé, nous enregistrons exactement les mêmes empreintes "d'empreintes digitales" de régions de l'Univers séparées par d'énormes distances : ces distances s'avèrent être plus de 90 fois supérieures à la distance qui la lumière pouvait voyager à partir du moment où le rayonnement thermique était émis .
Comment expliquer une cohérence aussi remarquable de différentes régions de l'espace, qui, évidemment, n'ont jamais été reliées les unes aux autres ? Comment ce comportement similaire est-il arrivé ? Dans la réponse traditionnelle, il y a encore une référence à des conditions initiales particulières. L'exceptionnelle homogénéité des propriétés de l'explosion primaire est simplement considérée comme un fait : c'est ainsi que l'Univers est né.
L'homogénéité à grande échelle de l'univers est encore plus surprenante si l'on considère que l'univers n'est en aucun cas homogène à petite échelle. L'existence de galaxies individuelles et d'amas de galaxies indique un écart par rapport à la stricte homogénéité, et cet écart, de plus, est partout le même en échelle et en magnitude. Comme la gravité tend à augmenter toute accumulation initiale de matière, le degré d'hétérogénéité nécessaire à la formation des galaxies était bien moindre à l'époque du Big Bang qu'il ne l'est aujourd'hui. Cependant, dans la phase initiale du Big Bang, une légère inhomogénéité devrait encore être présente, sinon les galaxies ne se seraient jamais formées. Dans l'ancienne théorie du Big Bang, ces inhomogénéités étaient également attribuées très tôt à des « conditions initiales ». Ainsi, nous avons dû croire que le développement de l'univers n'a pas commencé à partir d'un idéal tout à fait, mais à partir d'un état très inhabituel.
Tout ce qui précède peut être résumé comme suit : si la seule force dans l'univers est l'attraction gravitationnelle, alors le Big Bang doit être interprété comme "envoyé par Dieu", c'est-à-dire sans cause, avec des conditions initiales données. De plus, il se caractérise par une constance étonnante ; pour arriver à la structure existante, l'univers devait se développer correctement dès le début. C'est le paradoxe de l'origine de l'univers.
Recherche d'antigravité
Le paradoxe de l'origine de l'univers n'a été résolu que ces dernières années ; cependant, l'idée principale de la solution remonte à une histoire lointaine, à une époque où ni la théorie de l'expansion ni la théorie du Big Bang n'existaient encore. Même Newton a compris à quel point le problème est la stabilité de l'univers. Comment les étoiles maintiennent-elles leur position dans l'espace sans support ? La nature universelle de l'attraction gravitationnelle aurait dû conduire à la constriction des étoiles en amas proches les uns des autres.
Pour éviter cette absurdité, Newton a eu recours à un raisonnement très curieux. Si l'univers devait s'effondrer sous sa propre gravité, chaque étoile « tomberait » vers le centre de l'amas d'étoiles. Supposons cependant que l'univers soit infini et que les étoiles soient réparties en moyenne uniformément sur l'espace infini. Dans ce cas, il n'y aurait pas du tout de centre commun, vers lequel toutes les étoiles pourraient tomber, car dans l'Univers infini toutes les régions sont identiques. Toute étoile serait affectée par l'attraction gravitationnelle de tous ses voisins, mais en raison de la moyenne de ces influences dans diverses directions, il n'y aurait pas de force résultante tendant à déplacer cette étoile vers une certaine position par rapport à l'ensemble des étoiles.
Lorsque, 200 ans après Newton, Einstein a créé une nouvelle théorie de la gravité, il a également été intrigué par le problème de savoir comment l'univers parvient à éviter l'effondrement. Son premier ouvrage sur la cosmologie a été publié avant que Hubble ne découvre l'expansion de l'univers ; ainsi Einstein, comme Newton, a supposé que l'univers est statique. Cependant, Einstein a essayé de résoudre le problème de la stabilité de l'univers d'une manière beaucoup plus directe. Il croyait que pour empêcher l'effondrement de l'univers sous l'influence de sa propre gravité, il devait y avoir une autre force cosmique qui pourrait résister à la gravité. Cette force doit être une force de répulsion plutôt qu'une force d'attraction pour compenser l'attraction gravitationnelle. En ce sens, une telle force pourrait être qualifiée "d'anti-gravitationnelle", bien qu'il soit plus correct de parler de force de répulsion cosmique. Einstein dans ce cas n'a pas simplement inventé arbitrairement cette force. Il a montré qu'un terme supplémentaire peut être introduit dans ses équations du champ gravitationnel, ce qui conduit à l'apparition d'une force aux propriétés souhaitées.
Malgré le fait que l'idée d'une force répulsive s'opposant à la force de gravité est assez simple et naturelle en soi, en réalité les propriétés d'une telle force s'avèrent assez inhabituelles. Bien sûr, aucune force de ce type n'a été observée sur Terre, et aucun indice n'a été trouvé depuis plusieurs siècles sur l'existence de l'astronomie planétaire. De toute évidence, si la force de répulsion cosmique existe, elle ne devrait avoir aucun effet notable à de petites distances, mais sa magnitude augmente considérablement à des échelles astronomiques. Un tel comportement contredit toute expérience antérieure dans l'étude de la nature des forces : elles sont généralement intenses à de petites distances et s'affaiblissent à mesure que la distance augmente. Ainsi, les interactions électromagnétiques et gravitationnelles décroissent continûment selon la loi du carré inverse. Néanmoins, dans la théorie d'Einstein, une force aux propriétés aussi inhabituelles est naturellement apparue.
Il ne faut pas considérer la force de répulsion cosmique introduite par Einstein comme la cinquième interaction dans la nature. C'est juste une manifestation bizarre de la gravité elle-même. Il est facile de montrer que les effets de la répulsion cosmique peuvent être attribués à la gravité ordinaire, si un milieu aux propriétés inhabituelles est choisi comme source du champ gravitationnel. Un milieu matériel ordinaire (par exemple, un gaz) exerce une pression, tandis que le milieu hypothétique discuté ici devrait avoir négatif pression ou tension. Afin d'imaginer plus clairement de quoi nous parlons, imaginons que nous ayons réussi à remplir un récipient avec une telle substance cosmique. Alors, contrairement au gaz ordinaire, le milieu spatial hypothétique n'exercera pas de pression sur les parois du vaisseau, mais aura tendance à les attirer dans le vaisseau.
Ainsi, nous pouvons considérer la répulsion cosmique comme une sorte d'addition à la gravité ou comme un phénomène dû à la gravité ordinaire inhérente à un milieu gazeux invisible qui remplit tout l'espace et a une pression négative. Il n'y a pas de contradiction dans le fait que, d'une part, la pression négative, pour ainsi dire, aspire les parois du vaisseau, et, d'autre part, ce milieu hypothétique repousse les galaxies et ne les attire pas. Après tout, la répulsion est due à la gravité du milieu, et en aucun cas à une action mécanique. Dans tous les cas, les forces mécaniques ne sont pas créées par la pression elle-même, mais par la différence de pression, mais on suppose que le milieu hypothétique remplit tout l'espace. Il ne peut pas être limité par les parois du vaisseau, et un observateur situé dans cet environnement ne le percevrait pas du tout comme une substance tangible. L'espace aurait l'air et se sentirait complètement vide.
Malgré ces caractéristiques étonnantes du milieu hypothétique, Einstein a dit un jour qu'il avait construit un modèle satisfaisant de l'Univers, dans lequel un équilibre est maintenu entre l'attraction gravitationnelle et la répulsion cosmique découverte par lui. À l'aide de calculs simples, Einstein a estimé l'ampleur de la force de répulsion cosmique nécessaire pour équilibrer la gravité dans l'univers. Il a pu confirmer que la répulsion doit être si faible dans le système solaire (et même à l'échelle de la galaxie) qu'elle ne peut pas être détectée expérimentalement. Pendant un moment, il a semblé que le mystère séculaire avait été brillamment résolu.
Cependant, la situation a alors empiré. Tout d'abord, le problème de la stabilité de l'équilibre s'est posé. L'idée de base d'Einstein était basée sur un équilibre strict entre les forces attractives et répulsives. Mais, comme dans de nombreux autres cas d'équilibre strict, des détails subtils sont également apparus ici. Si, par exemple, l'univers statique d'Einstein devait s'étendre un peu, alors l'attraction gravitationnelle (s'affaiblissant avec la distance) diminuerait quelque peu, tandis que la force de répulsion cosmique (augmentant avec la distance) augmenterait légèrement. Cela conduirait à un déséquilibre en faveur des forces répulsives, ce qui provoquerait une nouvelle expansion illimitée de l'Univers sous l'influence d'une répulsion conquérante. Si, au contraire, l'univers statique d'Einstein se contractait légèrement, alors la force gravitationnelle augmenterait et la force de répulsion cosmique diminuerait, ce qui conduirait à un déséquilibre en faveur des forces d'attraction et, par conséquent, à une contraction toujours plus rapide, et finalement à l'effondrement qu'Einstein pensait avoir évité. Ainsi, au moindre écart, le strict équilibre serait rompu, et une catastrophe cosmique serait inévitable.
Plus tard, en 1927, Hubble découvrit la récession des galaxies (c'est-à-dire l'expansion de l'univers), qui rendit le problème de l'équilibre dénué de sens. Il est devenu clair que l'univers n'est pas menacé de compression et d'effondrement, puisqu'il se développe. Si Einstein n'avait pas été distrait par la recherche de la force de répulsion cosmique, il en serait certainement arrivé théoriquement à cette conclusion, prédisant ainsi l'expansion de l'Univers une bonne dizaine d'années avant que les astronomes ne parviennent à le découvrir. Une telle prédiction entrerait sans aucun doute dans l'histoire des sciences comme l'une des plus remarquables (une telle prédiction a été faite sur la base de l'équation d'Einstein en 1922-1923 par le professeur A. A. Fridman de l'Université de Petrograd). En fin de compte, Einstein a dû renoncer avec regret à la répulsion cosmique, qu'il a ensuite considérée comme "la plus grande erreur de sa vie". Cependant, l'histoire ne s'est pas arrêtée là.
Einstein a inventé la répulsion cosmique pour résoudre le problème inexistant d'un univers statique. Mais, comme c'est toujours le cas, un génie sorti de la bouteille ne peut pas être refoulé. L'idée que la dynamique de l'univers, peut-être due à la confrontation entre les forces d'attraction et de répulsion, a continué à vivre. Et bien que les observations astronomiques n'aient fourni aucune preuve de l'existence de la répulsion cosmique, elles n'ont pas non plus pu prouver son absence - elle pourrait simplement être trop faible pour se manifester.
Les équations du champ gravitationnel d'Einstein, bien qu'elles admettent la présence d'une force répulsive, n'imposent pas de restrictions sur son amplitude. Instruit par une expérience amère, Einstein avait raison de postuler que la magnitude de cette force est strictement égale à zéro, éliminant ainsi complètement la répulsion. Cependant, ce n'était nullement nécessaire. Certains scientifiques ont jugé nécessaire de conserver la répulsion dans les équations, bien que cela ne soit plus nécessaire du point de vue du problème initial. Ces scientifiques pensaient qu'en l'absence de preuves appropriées, il n'y avait aucune raison de croire que la force répulsive était nulle.
Il n'était pas difficile de retracer les conséquences de la conservation de la force répulsive dans le scénario d'un univers en expansion. Dans les premiers stades de développement, lorsque l'Univers est encore dans un état comprimé, la répulsion peut être négligée. Au cours de cette phase, l'attraction gravitationnelle a ralenti le taux d'expansion, de la même manière que la gravité terrestre ralentit une fusée tirée verticalement vers le haut. Si l'on admet sans explication que l'évolution de l'Univers a commencé par une expansion rapide, alors la gravité devrait constamment réduire le taux d'expansion à la valeur observée à l'heure actuelle. Au fil du temps, à mesure que la matière se dissipe, l'interaction gravitationnelle s'affaiblit. Au contraire, la répulsion cosmique augmente à mesure que les galaxies continuent de s'éloigner les unes des autres. En fin de compte, la répulsion l'emportera sur l'attraction gravitationnelle et le taux d'expansion de l'Univers recommencera à augmenter. De cela, nous pouvons conclure que l'univers est dominé par la répulsion cosmique, et l'expansion se poursuivra pour toujours.
Les astronomes ont montré que ce comportement inhabituel de l'univers, lorsque l'expansion ralentit puis accélère à nouveau, devrait se refléter dans le mouvement observé des galaxies. Mais les observations astronomiques les plus minutieuses n'ont révélé aucune preuve convaincante d'un tel comportement, bien que l'affirmation contraire soit faite de temps à autre.
Il est intéressant de noter que l'astronome néerlandais Willem de Sitter a avancé l'idée d'un univers en expansion dès 1916 - de nombreuses années avant que Hubble ne découvre expérimentalement ce phénomène. De Sitter a fait valoir que si la matière ordinaire est retirée de l'univers, l'attraction gravitationnelle disparaîtra et les forces répulsives régneront en maître dans l'espace. Cela entraînera l'expansion de l'univers - à l'époque, c'était une idée novatrice.
Puisque l'observateur est incapable de percevoir l'étrange milieu gazeux invisible à pression négative, il lui apparaîtra simplement que l'espace vide est en expansion. L'expansion a pu être détectée en suspendant des corps d'essai à divers endroits et en observant leur distance les uns des autres. La notion d'expansion de l'espace vide était considérée à l'époque comme une sorte de curiosité, même si, comme nous le verrons, c'est précisément cela qui s'est révélé prophétique.
Alors quelle conclusion peut-on tirer de cette histoire ? Le fait que les astronomes ne détectent pas la répulsion cosmique ne peut pas encore servir de preuve logique de son absence dans la nature. Il est tout à fait possible qu'il soit tout simplement trop faible pour être détecté par des instruments modernes. La précision de l'observation est toujours limitée, et donc seule la limite supérieure de cette force peut être estimée. On pourrait objecter à cela que, d'un point de vue esthétique, les lois de la nature paraîtraient plus simples en l'absence de répulsion cosmique. De telles discussions ont traîné pendant de nombreuses années, sans aboutir à des résultats définitifs, jusqu'à ce que soudain le problème soit considéré sous un angle complètement nouveau, ce qui lui a donné une pertinence inattendue.
Inflation : expliquer le Big Bang
Dans les sections précédentes, nous avons dit que s'il y a une force de répulsion cosmique, alors elle doit être très faible, si faible qu'elle n'a pas d'effet significatif sur le Big Bang. Cependant, cette conclusion est basée sur l'hypothèse que l'amplitude de la répulsion ne change pas avec le temps. A l'époque d'Einstein, cette opinion était partagée par tous les scientifiques, puisque la répulsion cosmique a été introduite dans la théorie "faite par l'homme". Il n'est jamais venu à l'esprit de personne que la répulsion cosmique puisse être appelé d'autres processus physiques qui surviennent à mesure que l'univers s'étend. Si une telle possibilité était prévue, alors la cosmologie pourrait s'avérer différente. En particulier, le scénario de l'évolution de l'Univers n'est pas exclu, en supposant que dans les conditions extrêmes des premiers stades de l'évolution, la répulsion cosmique l'emporte sur la gravité pendant un certain instant, provoquant l'explosion de l'Univers, après quoi son rôle se réduit pratiquement à zéro.
Ce tableau général ressort des travaux récents sur le comportement de la matière et des forces aux tout premiers stades du développement de l'univers. Il est devenu clair que la répulsion cosmique géante est le résultat inévitable de la superpuissance. Ainsi, "l'anti-gravité" qu'Einstein a fait passer par la porte est revenue par la fenêtre !
La clé pour comprendre la nouvelle découverte de la répulsion cosmique est donnée par la nature du vide quantique. Nous avons vu comment une telle répulsion peut être due à un milieu invisible inhabituel, indiscernable de l'espace vide, mais avec une pression négative. Aujourd'hui, les physiciens pensent que ce sont les propriétés du vide quantique.
Au chapitre 7, il a été noté que le vide devait être considéré comme une sorte "d'enzyme" d'activité quantique, grouillant de particules virtuelles et saturé d'interactions complexes. Il est très important de comprendre que le vide joue un rôle décisif dans le cadre de la description quantique. Ce que nous appelons particules ne sont que des perturbations rares, comme des "bulles" à la surface de toute une mer d'activité.
À la fin des années 1970, il est devenu évident que l'unification des quatre interactions nécessitait une révision complète des idées sur la nature physique du vide. La théorie suppose que l'énergie du vide ne se manifeste en aucun cas sans ambiguïté. En termes simples, le vide peut être excité et se trouver dans l'un des nombreux états avec des énergies très différentes, tout comme un atome peut être excité en allant à des niveaux d'énergie plus élevés. Ces états propres du vide - si nous pouvions les observer - auraient exactement la même apparence, bien qu'ils aient des propriétés complètement différentes.
Tout d'abord, l'énergie contenue dans le vide circule en grande quantité d'un état à un autre. Dans les grandes théories unifiées, par exemple, la différence entre les énergies de vide les plus basses et les plus élevées est incroyablement grande. Pour avoir une idée de l'échelle gigantesque de ces quantités, estimons l'énergie dégagée par le Soleil sur toute la période de son existence (environ 5 milliards d'années). Imaginez que toute cette quantité colossale d'énergie émise par le Soleil soit contenue dans une région de l'espace plus petite que la taille du système solaire. Les densités d'énergie atteintes dans ce cas sont proches des densités d'énergie correspondant à l'état de vide dans HWO.
Outre des différences d'énergie étonnantes, des différences de pression tout aussi gigantesques correspondent à différents états de vide. Mais c'est là que réside le "truc": toutes ces pressions - négatif. Le vide quantique se comporte exactement comme l'hypothétique milieu répulsif cosmique mentionné précédemment, mais cette fois les valeurs numériques de la pression sont si grandes que la répulsion est 10 ^ 120 fois supérieure à la force dont Einstein avait besoin pour maintenir l'équilibre dans un univers statique .
La voie est maintenant ouverte pour expliquer le Big Bang. Supposons que l'Univers était au début dans un état excité de vide, que l'on appelle un "faux" vide. Dans cet état, il y avait une répulsion cosmique dans l'Univers d'une telle ampleur qu'elle aurait provoqué l'expansion effrénée et rapide de l'Univers. Essentiellement, dans cette phase, l'Univers correspondrait au modèle de de Sitter discuté dans la section précédente. La différence, cependant, est que dans de Sitter, l'univers se développe tranquillement sur des échelles de temps astronomiques, tandis que la "phase de Sitter" dans l'évolution de l'univers hors du "faux" vide quantique est en fait loin d'être calme. Le volume d'espace occupé par l'Univers devrait dans ce cas doubler toutes les 10^-34 s (ou un intervalle de temps du même ordre).
Une telle super-expansion de l'Univers a un certain nombre de traits caractéristiques : toutes les distances augmentent selon une loi exponentielle (nous avons déjà rencontré la notion d'exposant au chapitre 4). Cela signifie que toutes les 10^-34 s, toutes les zones de l'univers doublent leur taille, puis ce processus de doublement se poursuit de façon exponentielle. Ce type d'extension, envisagé pour la première fois en 1980. Alan Guth du MIT (Massachusetts Institute of Technology, USA), a été appelé par lui "l'inflation". À la suite d'une expansion extrêmement rapide et en accélération continue, il s'avérerait très bientôt que toutes les parties de l'univers s'envoleraient, comme dans une explosion. Et c'est le Big Bang !
Cependant, d'une manière ou d'une autre, mais la phase d'inflation doit s'arrêter. Comme dans tous les systèmes quantiques excités, le "faux" vide est instable et a tendance à se désintégrer. Lorsque la décomposition se produit, la répulsion disparaît. Ceci, à son tour, conduit à la cessation de l'inflation et à la transition de l'univers vers la puissance de l'attraction gravitationnelle habituelle. Bien sûr, dans ce cas, l'Univers continuerait à s'étendre en raison de l'impulsion initiale acquise pendant la période d'inflation, mais le taux d'expansion diminuerait régulièrement. Ainsi, la seule trace qui subsiste à ce jour de la répulsion cosmique est un ralentissement progressif de l'expansion de l'Univers.
Selon le "scénario inflationniste", l'Univers a commencé son existence à partir d'un état de vide, dépourvu de matière et de rayonnement. Mais, même s'ils étaient présents dès le début, leurs traces seraient rapidement perdues en raison du taux d'expansion énorme de la phase d'inflation. Dans la période de temps extrêmement courte correspondant à cette phase, la région de l'espace occupée par l'ensemble de l'Univers observable aujourd'hui est passée d'un milliardième de la taille d'un proton à plusieurs centimètres. La densité de toute substance existante à l'origine deviendrait en fait égale à zéro.
Ainsi, à la fin de la phase d'inflation, l'univers était vide et froid. Cependant, lorsque l'inflation s'est tarie, l'univers est soudainement devenu extrêmement "chaud". Cette bouffée de chaleur qui a illuminé le cosmos est due aux énormes réserves d'énergie contenues dans le "faux" vide. Lorsque l'état de vide s'est effondré, son énergie a été libérée sous forme de rayonnement, qui a instantanément chauffé l'Univers à environ 10 ^ 27 K, ce qui est suffisant pour que les processus dans le GUT aient lieu. A partir de ce moment, l'Univers a évolué selon la théorie standard du Big Bang "chaud". Grâce à l'énergie thermique, la matière et l'antimatière sont apparues, puis l'Univers a commencé à se refroidir, et tous ses éléments observés aujourd'hui ont progressivement commencé à "geler".
Donc le problème difficile est qu'est-ce qui a causé le Big Bang ? - réussi à résoudre en utilisant la théorie de l'inflation; l'espace vide explosa spontanément sous la répulsion inhérente au vide quantique. Cependant, le mystère demeure toujours. L'énergie colossale de l'explosion primaire, qui est entrée dans la formation de la matière et du rayonnement existant dans l'Univers, devait bien venir de quelque part ! Nous ne pourrons pas expliquer l'existence de l'univers tant que nous n'aurons pas trouvé la source d'énergie primaire.
démarrage de l'espace
Anglais amorcer au sens littéral, cela signifie "laçage", au sens figuré, cela signifie l'auto-cohérence, l'absence de hiérarchie dans le système des particules élémentaires.
L'univers est né dans le processus d'une gigantesque explosion d'énergie. On en trouve encore des traces - il s'agit du rayonnement thermique de fond et de la matière cosmique (en particulier, les atomes qui composent les étoiles et les planètes), qui emmagasine une certaine énergie sous forme de "masse". Des traces de cette énergie se manifestent également dans le recul des galaxies et dans l'activité violente des objets astronomiques. L'énergie primaire "a commencé le printemps" de l'Univers émergent et continue de le mettre en mouvement à ce jour.
D'où vient cette énergie qui a insufflé la vie à notre Univers ? Selon la théorie de l'inflation, c'est l'énergie de l'espace vide, autrement dit, le vide quantique. Cependant, une telle réponse peut-elle pleinement nous satisfaire ? Il est naturel de se demander comment le vide a acquis de l'énergie.
En général, en demandant d'où vient l'énergie, nous faisons essentiellement une hypothèse importante sur la nature de cette énergie. L'une des lois fondamentales de la physique est loi de conservation de l'énergie, selon laquelle diverses formes d'énergie peuvent changer et passer les unes dans les autres, mais la quantité totale d'énergie reste inchangée.
Il n'est pas difficile de donner des exemples dans lesquels le fonctionnement de cette loi peut être vérifié. Supposons que nous ayons un moteur et une alimentation en carburant, et que le moteur soit utilisé pour entraîner un générateur électrique, qui à son tour alimente le réchauffeur. Lors de la combustion d'un combustible, l'énergie chimique qui y est stockée est convertie en énergie mécanique, puis électrique et enfin en chaleur. Ou supposons qu'un moteur est utilisé pour soulever une charge au sommet d'une tour, après quoi la charge tombe librement ; en touchant le sol, exactement la même quantité d'énergie thermique est libérée que dans l'exemple avec un radiateur. Le fait est que, peu importe comment l'énergie est transférée ou comment sa forme change, elle ne peut évidemment pas être créée ou détruite. Les ingénieurs utilisent cette loi dans la pratique quotidienne.
Si l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, alors comment l'énergie primaire apparaît-elle ? N'est-il pas juste injecté au premier instant (sorte de nouvelle condition initiale acceptée par ad hoc) ? Si oui, pourquoi l'univers contient-il cette quantité d'énergie et pas une autre quantité ? Il y a environ 10^68 J (joules) d'énergie dans l'Univers observable - pourquoi pas, disons, 10^99 ou 10^10000 ou tout autre nombre ?
La théorie de l'inflation offre une explication scientifique possible à cette énigme. Selon cette théorie. L'Univers avait initialement une énergie qui était en fait égale à zéro, et dans les 10 ^ 32 premières secondes, il a réussi à donner vie à la gigantesque quantité d'énergie. La clé pour comprendre ce miracle réside dans le fait remarquable que la loi de conservation de l'énergie au sens usuel n'est pas applicableà l'univers en expansion.
En fait, nous avons déjà rencontré un fait semblable. L'expansion cosmologique entraîne une diminution de la température de l'Univers : en conséquence, l'énergie du rayonnement thermique, si importante dans la phase primaire, s'épuise et la température chute à des valeurs proches du zéro absolu. Où est passée toute cette énergie thermique ? Dans un sens, il a été utilisé par l'univers pour s'étendre et a fourni une pression pour compléter la force du Big Bang. Lorsqu'un liquide ordinaire se dilate, sa pression vers l'extérieur fonctionne en utilisant l'énergie du liquide. Lorsqu'un gaz ordinaire se dilate, son énergie interne est dépensée pour effectuer un travail. Contrairement à cela, la répulsion cosmique est similaire au comportement d'un milieu avec négatif pression. Lorsqu'un tel milieu se dilate, son énergie ne diminue pas, mais augmente. C'est exactement ce qui s'est passé pendant la période d'inflation, lorsque la répulsion cosmique a provoqué une expansion rapide de l'Univers. Tout au long de cette période, l'énergie totale du vide a continué d'augmenter jusqu'à ce qu'à la fin de la période d'inflation, elle atteigne une valeur énorme. Une fois la période d'inflation terminée, toute l'énergie stockée a été libérée en une seule explosion géante, donnant naissance à de la chaleur et de la matière à l'échelle du Big Bang. À partir de ce moment, l'expansion habituelle avec une pression positive a commencé, de sorte que l'énergie a recommencé à diminuer.
L'émergence de l'énergie primaire est marquée par une sorte de magie. Le vide, doté d'une mystérieuse pression négative, est doté, apparemment, de possibilités absolument incroyables. D'une part, il crée une gigantesque force répulsive qui assure son expansion toujours plus rapide, et d'autre part, l'expansion elle-même force une augmentation de l'énergie du vide. Le vide, par essence, se nourrit d'énergie en quantités énormes. Il a une instabilité interne qui assure une expansion continue et une production d'énergie illimitée. Et seule la désintégration quantique d'un faux vide met une limite à cette "extravagance cosmique".
Le vide sert la nature comme une cruche d'énergie magique et sans fond. En principe, il n'y a pas de limite à la quantité d'énergie qui pourrait être libérée lors d'une expansion inflationniste. Cette affirmation marque une révolution dans la pensée traditionnelle avec son séculaire « rien ne naîtra de rien » (ce dicton date au moins de l'ère parménide, c'est-à-dire du Ve siècle av. J.-C.). L'idée de la possibilité d'une "création" à partir de rien, jusqu'à récemment, relevait entièrement de la compétence des religions. En particulier, les chrétiens ont longtemps cru que Dieu a créé le monde à partir de rien, mais l'idée de la possibilité de l'émergence spontanée de toute matière et énergie à la suite de processus purement physiques était considérée par les scientifiques comme absolument inacceptable il y a une douzaine d'années. .
Ceux qui ne peuvent pas accepter en interne tout le concept de l'émergence de "quelque chose" à partir de "rien" ont la possibilité de regarder différemment l'émergence de l'énergie lors de l'expansion de l'Univers. Puisque la gravité ordinaire a le caractère d'attraction, afin d'éloigner des parties de matière les unes des autres, il est nécessaire de faire un travail pour vaincre la gravité agissant entre ces parties. Cela signifie que l'énergie gravitationnelle du système des corps est négative ; lorsque de nouveaux corps sont ajoutés au système, de l'énergie est libérée et, par conséquent, l'énergie gravitationnelle devient "encore plus négative". Si nous appliquons ce raisonnement à l'Univers au stade de l'inflation, alors c'est l'apparition de chaleur et de matière, pour ainsi dire, qui « compense » l'énergie gravitationnelle négative des masses formées. Dans ce cas, l'énergie totale de l'Univers dans son ensemble est égale à zéro et aucune nouvelle énergie n'apparaît du tout ! Une telle vision du processus de "création du monde" est certes séduisante, mais elle ne doit tout de même pas être prise trop au sérieux, car en général le statut du concept d'énergie par rapport à la gravité s'avère douteux.
Tout ce qui est dit ici sur le vide rappelle beaucoup l'histoire préférée des physiciens à propos d'un garçon qui, tombé dans un marécage, s'en est tiré par ses propres lacets. L'univers qui se crée lui-même ressemble à ce garçon - il s'en tire aussi par ses propres "lacets" (ce processus est désigné par le terme "bootstrap"). En effet, de par sa propre nature physique, l'Univers excite en lui-même toute l'énergie nécessaire à la « création » et à la « renaissance » de la matière, et initie également l'explosion qui la génère. C'est le bootstrap spatial ; c'est à son incroyable pouvoir que nous devons notre existence.
Les progrès de la théorie de l'inflation
Après que Guth ait avancé l'idée fondamentale que l'univers a subi une première période d'expansion extrêmement rapide, il est devenu clair qu'un tel scénario pourrait magnifiquement expliquer de nombreuses caractéristiques de la cosmologie du Big Bang qui étaient auparavant considérées comme allant de soi.
Dans l'une des sections précédentes, nous avons rencontré les paradoxes d'un très haut degré d'organisation et de coordination de l'explosion primaire. L'un des grands exemples de ceci est la force de l'explosion, qui s'est avérée être exactement "adaptée" à la magnitude de la gravité cosmique, à la suite de quoi le taux d'expansion de l'Univers à notre époque est très proche du valeur limite séparant compression (effondrement) et expansion rapide. Le test décisif du scénario inflationniste est précisément de savoir s'il prévoit un Big Bang d'une force aussi précisément définie. Il s'avère qu'en raison de l'expansion exponentielle dans la phase d'inflation (qui est sa propriété la plus caractéristique), la force de l'explosion assure automatiquement strictement la possibilité de surmonter la propre gravité de l'Univers. L'inflation peut conduire exactement au taux d'expansion observé dans la réalité.
Un autre "grand mystère" concerne l'homogénéité de l'univers à grande échelle. Il est également immédiatement résolu sur la base de la théorie de l'inflation. Toute inhomogénéité initiale dans la structure de l'univers doit absolument être gommée par une augmentation grandiose de sa taille, tout comme les rides d'un ballon dégonflé se lissent lorsqu'il est gonflé. Et à la suite d'une augmentation de la taille des régions spatiales d'environ 10 ^ 50 fois, toute perturbation initiale devient insignifiante.
Cependant, il serait faux de parler de Achevée homogénéité. Pour rendre possible l'émergence de galaxies et d'amas de galaxies modernes, la structure de l'univers primitif devait avoir une certaine "grosseté". Initialement, les astronomes espéraient que l'existence des galaxies pourrait s'expliquer par l'accumulation de matière sous l'influence de l'attraction gravitationnelle après le Big Bang. Un nuage de gaz doit se contracter sous sa propre gravité, puis se briser en fragments plus petits, et ceux-ci, à leur tour, en encore plus petits, et ainsi de suite. Il est possible que la distribution de gaz résultant du Big Bang ait été complètement homogène, mais en raison de processus purement aléatoires, un épaississement et une raréfaction sont apparus ici et là en raison de processus purement aléatoires. La gravité a encore renforcé ces fluctuations, entraînant la croissance de zones de condensation et l'absorption de matière supplémentaire par celles-ci. Puis ces régions se sont contractées et successivement désintégrées, et les plus petits amas se sont transformés en étoiles. Au final, une hiérarchie de structures est apparue : les étoiles unies en groupes, celles-ci en galaxies et plus loin en amas de galaxies.
Malheureusement, s'il n'y avait pas d'inhomogénéités dans le gaz dès le début, un tel mécanisme d'émergence de galaxies aurait fonctionné dans un temps bien plus long que l'âge de l'Univers. Le fait est que les processus de condensation et de fragmentation ont concurrencé l'expansion de l'Univers, qui s'est accompagnée d'une diffusion de gaz. Dans la version originale de la théorie du Big Bang, on supposait que les "germes" des galaxies existaient initialement dans la structure de l'Univers à son origine. De plus, ces inhomogénéités initiales devaient avoir des dimensions bien définies : pas trop petites, sinon elles ne se seraient jamais formées, mais pas trop grandes, sinon les régions de haute densité s'effondreraient tout simplement, se transformant en énormes trous noirs. En même temps, il est totalement incompréhensible que les galaxies aient exactement de telles tailles ou qu'un tel nombre de galaxies soit inclus dans l'amas.
Le scénario inflationniste fournit une explication plus cohérente de la structure galactique. L'idée principale est assez simple. L'inflation est due au fait que l'état quantique de l'Univers est un état instable de faux vide. Finalement, cet état de vide se décompose et son énergie excédentaire est convertie en chaleur et en matière. A ce moment, la répulsion cosmique disparaît - et l'inflation s'arrête. Cependant, la désintégration d'un faux vide ne se produit pas strictement simultanément dans tout l'espace. Comme dans tout processus quantique, les taux de décroissance du faux vide fluctuent. Dans certaines régions de l'univers, la désintégration se produit un peu plus rapidement que dans d'autres. Dans ces zones, l'inflation s'arrêtera plus tôt. Par conséquent, les inhomogénéités sont également conservées dans l'état final. Il est possible que ces inhomogénéités aient pu servir de « germes » (centres) de contraction gravitationnelle et, au final, aient conduit à la formation de galaxies et de leurs amas. La modélisation mathématique du mécanisme des fluctuations a cependant été réalisée avec un succès très limité. En règle générale, l'effet s'avère trop important et les inhomogénéités calculées sont trop importantes. Certes, des modèles trop grossiers ont été utilisés et peut-être qu'une approche plus subtile aurait été plus efficace. Bien que la théorie soit loin d'être complète, elle décrit au moins la nature du mécanisme qui pourrait conduire à la formation de galaxies sans avoir besoin de conditions initiales particulières.
Dans la version de Guth du scénario inflationniste, le faux vide se transforme d'abord en un "vrai" ou état de vide d'énergie la plus basse, que nous identifions à l'espace vide. La nature de ce changement est assez similaire à une transition de phase (par exemple, d'un gaz à un liquide). Dans ce cas, dans un faux vide, des bulles d'un vrai vide se formeraient au hasard, qui, en se dilatant à la vitesse de la lumière, captureraient toutes les grandes surfaces de l'espace. Pour que le faux vide existe assez longtemps pour que l'inflation fasse son travail "miraculeux", ces deux états doivent être séparés par une barrière d'énergie à travers laquelle le "tunnel quantique" du système doit se produire, de la même manière que cela se produit avec les électrons (voir chap.) . Cependant, ce modèle a un sérieux inconvénient : toute l'énergie libérée par le faux vide est concentrée dans les parois de la bulle et il n'y a pas de mécanisme pour sa redistribution dans toute la bulle. Au fur et à mesure que les bulles se heurtaient et fusionnaient, l'énergie finirait par s'accumuler dans les couches mélangées au hasard. En conséquence, l'univers contiendrait de très fortes inhomogénéités, et tout le travail d'inflation pour créer une uniformité à grande échelle s'effondrerait.
Avec une nouvelle amélioration du scénario inflationniste, ces difficultés ont été surmontées. La nouvelle théorie manque de tunnel entre deux états de vide; au lieu de cela, les paramètres sont choisis de manière à ce que la décroissance du faux vide soit très lente, et ainsi l'univers a suffisamment de temps pour se gonfler. Lorsque la désintégration est terminée, la fausse énergie du vide est libérée dans tout le volume de la "bulle", qui chauffe rapidement jusqu'à 10 ^ 27 K. On suppose que tout l'univers observable est contenu dans une telle bulle. Ainsi, à des échelles ultra-larges, l'univers peut être très irrégulier, mais la région accessible à notre observation (et même des parties beaucoup plus grandes de l'univers) se situe dans une zone complètement homogène.
Il est curieux que Guth ait initialement développé sa théorie inflationniste pour résoudre un problème cosmologique complètement différent - l'absence de monopôles magnétiques dans la nature. Comme le montre le chapitre 9, la théorie standard du Big Bang prédit que dans la phase primaire de l'évolution de l'Univers, les monopôles devraient apparaître en excès. Ils peuvent être accompagnés de leurs homologues unidimensionnels et bidimensionnels - des objets étranges qui ont le caractère de "ficelle" et de "feuille". Le problème était de débarrasser l'univers de ces objets "indésirables". L'inflation résout automatiquement le problème des monopôles et d'autres problèmes similaires, puisque l'expansion géante de l'espace réduit effectivement leur densité à zéro.
Bien que le scénario inflationniste n'ait été que partiellement élaboré et plausible, sans plus, il a permis de formuler un certain nombre d'idées qui promettent de changer irrévocablement la face de la cosmologie. Maintenant, nous pouvons non seulement offrir une explication de la cause du Big Bang, mais aussi commencer à comprendre pourquoi il était si "grand" et pourquoi il a pris un tel caractère. Nous pouvons maintenant commencer à résoudre la question de savoir comment l'homogénéité à grande échelle de l'Univers est apparue et, avec elle, les inhomogénéités observées à plus petite échelle (par exemple, les galaxies). L'explosion primordiale qui a créé ce que nous appelons l'univers n'est plus un mystère au-delà de la science physique.
Univers se créant
Et pourtant, malgré l'énorme succès de la théorie inflationniste pour expliquer l'origine de l'univers, le mystère demeure. Comment l'univers s'est-il initialement retrouvé dans un état de faux vide ? Que s'est-il passé avant l'inflation ?
Une description scientifique cohérente et tout à fait satisfaisante de l'origine de l'univers devrait expliquer comment l'espace lui-même (plus précisément, l'espace-temps) est apparu, qui a ensuite subi une inflation. Certains scientifiques sont prêts à admettre que l'espace existe toujours, d'autres estiment que cette question dépasse généralement le cadre de la démarche scientifique. Et seuls quelques-uns prétendent plus et sont convaincus qu'il est tout à fait légitime de se demander comment l'espace en général (et un faux vide en particulier) pourrait littéralement surgir du « rien » à la suite de processus physiques qui, en principe, peuvent être étudiée.
Comme indiqué, nous n'avons que récemment remis en question la croyance persistante selon laquelle "rien ne vient de rien". Le bootstrap cosmique est proche du concept théologique de la création du monde à partir de rien (Ex nihilo). Sans aucun doute, dans le monde qui nous entoure, l'existence de certains objets est généralement due à la présence d'autres objets. Ainsi, la Terre est née de la nébuleuse protosolaire, qui, à son tour, des gaz galactiques, etc. S'il nous arrivait de voir un objet qui apparaissait soudainement « à partir de rien », nous le percevrions apparemment comme un miracle ; par exemple, cela nous surprendrait si nous trouvions soudainement beaucoup de pièces de monnaie, de couteaux ou de bonbons dans un coffre-fort vide et verrouillé. Dans la vie de tous les jours, nous sommes habitués à être conscients que tout vient de quelque part ou de quelque chose.
Cependant, tout n'est pas si évident lorsqu'il s'agit de choses moins spécifiques. De quoi, par exemple, un tableau émerge-t-il ? Bien sûr, cela nécessite un pinceau, des peintures et une toile, mais ce ne sont que des outils. La manière dont un tableau est peint - le choix de la forme, de la couleur, de la texture, de la composition - ne naît pas avec des pinceaux et des peintures. C'est le résultat de l'imagination créatrice de l'artiste.
D'où viennent les pensées et les idées ? Les pensées, sans aucun doute, sont réelles et, apparemment, nécessitent toujours la participation du cerveau. Mais le cerveau ne fournit que la réalisation des pensées, et n'en est pas la cause. Par lui-même, le cerveau ne génère pas plus de pensées que, par exemple, un ordinateur - des calculs. Les pensées peuvent être causées par d'autres pensées, mais cela ne révèle pas la nature de la pensée elle-même. Certaines pensées peuvent naître, des sensations ; la pensée donne naissance à la mémoire. Cependant, la plupart des artistes considèrent leur travail comme le résultat de inattendu inspiration. Si cela est vrai, alors la création d'un tableau - ou du moins la naissance de son idée - n'est qu'un exemple de la naissance de quelque chose à partir de rien.
Et pourtant, peut-on considérer que les objets physiques et même l'Univers dans son ensemble surgissent de rien ? Cette hypothèse audacieuse est sérieusement discutée, par exemple, dans les institutions scientifiques de la côte est des États-Unis, où de nombreux physiciens théoriciens et cosmologistes développent un appareil mathématique qui aiderait à découvrir la possibilité de créer quelque chose à partir de rien. Ce cercle d'élite comprend Alan Guth du MIT, Sydney Coleman de l'Université Harvard, Alex Vilenkin de l'Université Tufts, Ed Tyon et Heinz Pagels de New York. Ils croient tous que dans un sens ou dans un autre "rien n'est instable" et que l'univers physique a spontanément "émergé du néant", gouverné uniquement par les lois de la physique. "De telles idées sont purement spéculatives", admet Guth, "mais à un certain niveau, elles peuvent être correctes ... On dit parfois qu'il n'y a pas de repas gratuit, mais l'Univers, apparemment, est juste un tel" déjeuner gratuit.
Dans toutes ces hypothèses, le comportement quantique joue un rôle clé. Comme nous l'avons dit au chapitre 2, la principale caractéristique du comportement quantique est la perte d'une relation causale stricte. En physique classique, l'exposition de la mécanique suivait le strict respect de la causalité. Tous les détails du mouvement de chaque particule étaient strictement prédéterminés par les lois du mouvement. On croyait que le mouvement est continu et strictement déterminé par les forces en action. Les lois du mouvement incarnaient littéralement la relation entre la cause et l'effet. L'univers était considéré comme un gigantesque mécanisme d'horlogerie, dont le comportement est strictement régulé par ce qui se passe en ce moment. C'est la croyance en une causalité aussi complète et absolument stricte qui a poussé Pierre Laplace à soutenir qu'un calculateur surpuissant est capable, en principe, de prédire, sur la base des lois de la mécanique, à la fois l'histoire et le destin des univers. Selon ce point de vue, l'univers est condamné à suivre son chemin prescrit pour toujours.
La physique quantique a détruit le schéma laplacien méthodique mais stérile. Les physiciens sont devenus convaincus qu'au niveau atomique, la matière et son mouvement sont incertains et imprévisibles. Les particules peuvent se comporter de manière "folle", comme si elles résistaient à des mouvements strictement prescrits, apparaissant soudainement dans les endroits les plus inattendus sans raison apparente, et apparaissant et disparaissant parfois "sans avertissement".
Le monde quantique n'est pas complètement exempt de causalité, mais il se manifeste plutôt de manière indécise et ambiguë. Par exemple, si un atome est dans un état excité à la suite d'une collision avec un autre atome, il revient généralement rapidement à l'état avec la plus faible énergie, émettant un photon dans le processus. L'apparition d'un photon est, bien entendu, une conséquence du fait que l'atome est préalablement passé dans un état excité. On peut dire avec certitude que c'est l'excitation qui a conduit à l'apparition du photon, et en ce sens la relation de cause à effet est préservée. Cependant, le véritable moment d'apparition d'un photon est imprévisible : un atome peut l'émettre à tout moment. Les physiciens sont capables de calculer le temps probable, ou moyen, d'apparition d'un photon, mais dans un cas donné, il est impossible de prédire le moment où cet événement se produira. Apparemment, pour caractériser une telle situation, il convient de dire que l'excitation d'un atome ne conduit pas tant à l'apparition d'un photon qu'à le "pousser" vers lui.
Ainsi, le micromonde quantique n'est pas empêtré dans un réseau dense de relations causales, mais "écoute" néanmoins de nombreuses commandes et suggestions discrètes. Dans l'ancien schéma newtonien, la force, pour ainsi dire, se tournait vers l'objet avec une commande sans réponse : "Move !". En physique quantique, la relation entre la force et l'objet est basée sur une invitation plutôt que sur une commande.
Pourquoi trouvons-nous l'idée de la naissance soudaine d'un objet « à partir de rien » si inacceptable du tout ? Qu'est-ce qui nous fait alors penser à des miracles et à des phénomènes surnaturels ? Peut-être tout l'intérêt réside-t-il uniquement dans le caractère inhabituel de tels événements : dans la vie de tous les jours, nous ne rencontrons jamais l'apparence déraisonnable d'objets. Quand, par exemple, un magicien sort un lapin d'un chapeau, nous savons que nous nous trompons.
Supposons que nous vivons réellement dans un monde où des objets apparaissent apparemment "de nulle part" de temps en temps, sans raison, et, de plus, de manière totalement imprévisible. Une fois habitués à de tels phénomènes, nous cesserions d'en être surpris. La naissance spontanée serait perçue comme l'un des caprices de la nature. Peut-être que dans un tel monde, nous n'aurions plus à forcer notre crédulité pour imaginer l'émergence soudaine de tout l'univers physique à partir du néant.
Ce monde imaginaire n'est pas si différent du monde réel. Si nous pouvions percevoir directement le comportement des atomes par nos sens (et non par l'intermédiaire d'instruments spéciaux), nous devrions souvent observer des objets apparaître et disparaître sans raisons clairement définies.
Le phénomène le plus proche de la "naissance à partir de rien" se produit dans un champ électrique suffisamment fort. À une valeur critique de l'intensité du champ, les électrons et les positrons commencent à apparaître "à partir de rien" de manière complètement aléatoire. Les calculs montrent que près de la surface du noyau d'uranium, l'intensité du champ électrique est suffisamment proche de la limite au-delà de laquelle cet effet se produit. S'il y avait des noyaux atomiques contenant 200 protons (il y en a 92 dans le noyau de l'uranium), alors la naissance spontanée d'électrons et de positrons se produirait. Malheureusement, un noyau avec un si grand nombre de protons semble devenir extrêmement instable, mais ce n'est pas tout à fait certain.
La production spontanée d'électrons et de positrons dans un fort champ électrique peut être considérée comme un type particulier de radioactivité, lorsque la désintégration subit l'espace vide, le vide. Nous avons déjà parlé du passage d'un état de vide à un autre à la suite d'une désintégration. Dans ce cas, le vide se désintègre, se transformant en un état dans lequel des particules sont présentes.
Bien que la désintégration de l'espace provoquée par un champ électrique soit difficile à comprendre, un processus similaire sous l'influence de la gravité pourrait bien se produire dans la nature. Près de la surface des trous noirs, la gravité est si forte que le vide regorge de particules nées en permanence. Il s'agit du fameux rayonnement de trou noir découvert par Stephen Hawking. En fin de compte, c'est la gravité qui est responsable de la naissance de ce rayonnement, mais on ne peut pas dire que cela se produise "au vieux sens newtonien": on ne peut pas dire qu'une particule particulière doive apparaître à un certain endroit à un moment particulier dans le temps. sous l'action des forces gravitationnelles. En tout cas, puisque la gravité n'est qu'une courbure de l'espace-temps, on peut dire que l'espace-temps provoque la naissance de la matière.
L'émergence spontanée de la matière à partir de l'espace vide est souvent appelée la naissance "à partir de rien", qui est proche dans l'esprit de la naissance. Ex nihilo dans la doctrine chrétienne. Cependant, pour un physicien, l'espace vide n'est pas "rien" du tout, mais une partie essentielle de l'Univers physique. Si nous voulons toujours répondre à la question de savoir comment l'univers est né, alors il ne suffit pas de supposer que l'espace vide existait depuis le tout début. Il faut expliquer d'où vient cet espace. pensé à la naissance l'espace lui-même Cela peut sembler étrange, mais dans un sens, cela se produit tout le temps autour de nous. L'expansion de l'univers n'est rien d'autre que le « gonflement » continu de l'espace. Chaque jour, la région de l'univers accessible à nos télescopes augmente de 10 ^ 18 années-lumière cubes. D'où vient cet espace ? L'analogie du caoutchouc est utile ici. Si l'élastique est retiré, il « grossit ». L'espace ressemble à la superélasticité en ce sens qu'à notre connaissance, il peut s'étirer indéfiniment sans se déchirer.
L'étirement et la courbure de l'espace ressemblent à la déformation d'un corps élastique en ce que le "mouvement" de l'espace se produit selon les lois de la mécanique exactement de la même manière que le mouvement de la matière ordinaire. Dans ce cas, ce sont les lois de la gravité. La théorie quantique s'applique aussi bien à la matière qu'à l'espace et au temps. Dans les chapitres précédents, nous avons dit que la gravité quantique est considérée comme une étape nécessaire dans la recherche de la superpuissance. A cet égard, une curieuse possibilité se présente ; si, selon la théorie quantique, des particules de matière peuvent surgir « à partir de rien », alors, par rapport à la gravité, ne décrira-t-elle pas l'émergence « à partir de rien » et de l'espace ? Si cela se produit, alors la naissance de l'Univers il y a 18 milliards d'années n'est-elle pas un exemple d'un tel processus ?
Repas gratuit?
L'idée principale de la cosmologie quantique est l'application de la théorie quantique à l'univers dans son ensemble : à l'espace-temps et à la matière ; les théoriciens prennent cette idée particulièrement au sérieux. À première vue, il y a là une contradiction : la physique quantique traite des plus petits systèmes, tandis que la cosmologie traite des plus grands. Cependant, l'univers était autrefois également limité à une très petite taille, et les effets quantiques étaient donc extrêmement importants à l'époque. Les résultats des calculs indiquent que les lois quantiques devraient être prises en compte à l'ère GUT (10^-32 s), et à l'ère Planck (10^-43 s) elles devraient probablement jouer un rôle décisif. Selon certains théoriciens (par exemple, Vilenkin), entre ces deux époques, il y a eu un moment où l'Univers est apparu. Selon Sydney Coleman, nous avons fait un saut quantique du Rien au Temps. Apparemment, l'espace-temps est une relique de cette époque. Le saut quantique dont parle Coleman peut être considéré comme une sorte de "processus de tunnel". Nous avons noté que dans la version originale de la théorie de l'inflation, le faux état de vide devait traverser la barrière énergétique jusqu'au véritable état de vide. Cependant, dans le cas de l'émergence spontanée de l'univers quantique "à partir de rien", notre intuition atteint la limite de ses capacités. Une extrémité du tunnel représente l'univers physique dans l'espace et le temps, qui y parvient par effet tunnel quantique "à partir de rien". Par conséquent, l'autre bout du tunnel est ce très rien ! Peut-être serait-il préférable de dire que le tunnel n'a qu'une extrémité et que l'autre "n'existe tout simplement pas".
La principale difficulté de ces tentatives d'explication de l'origine de l'Univers réside dans la description du processus de sa naissance à partir d'un état de faux vide. Si l'espace-temps nouvellement émergé était dans un état de véritable vide, alors l'inflation ne pourrait jamais se produire. Le big bang serait réduit à une faible rafale, et l'espace-temps cesserait d'exister à nouveau un instant plus tard - il serait détruit par les processus quantiques mêmes grâce auxquels il est apparu à l'origine. Si l'Univers ne s'était pas retrouvé dans un état de faux vide, il ne se serait jamais engagé dans le bootstrap cosmique et n'aurait pas matérialisé son existence illusoire. Peut-être que le faux état de vide est favorisé en raison de ses conditions extrêmes. Par exemple, si l'univers commençait à une température initiale suffisamment élevée puis se refroidissait, il pourrait même « s'échouer » dans un faux vide, mais jusqu'à présent de nombreuses questions techniques de ce type restent non résolues.
Mais quelle que soit la réalité de ces problèmes fondamentaux, l'univers doit d'une manière ou d'une autre voir le jour, et la physique quantique est le seul domaine de la science dans lequel il est logique de parler d'un événement se produisant sans raison apparente. Si nous parlons d'espace-temps, alors de toute façon cela n'a pas de sens de parler de causalité au sens habituel. Habituellement, le concept de causalité est étroitement lié au concept de temps, et donc toute considération sur les processus d'émergence du temps ou sa «sortie de la non-existence» doit être basée sur une idée plus large de causalité.
Si l'espace est vraiment à dix dimensions, alors la théorie considère que les dix dimensions sont tout à fait égales dans les premiers stades. Il est intéressant d'associer le phénomène d'inflation à la compactification spontanée (pliage) de sept dimensions sur dix. Selon ce scénario, le « moteur » de l'inflation est un sous-produit d'interactions qui se manifestent à travers des dimensions supplémentaires de l'espace. De plus, l'espace à dix dimensions pourrait naturellement évoluer de telle manière que lors de l'inflation, trois dimensions spatiales croissent fortement au détriment des sept autres, qui, au contraire, se rétrécissent, deviennent invisibles ? Ainsi, la microbulle quantique de l'espace à dix dimensions est comprimée et, de ce fait, trois dimensions sont gonflées, formant l'Univers: les sept dimensions restantes restent captives du microcosme, d'où elles n'apparaissent qu'indirectement - sous la forme de interactions. Cette théorie semble très séduisante.
Malgré le fait que les théoriciens ont encore beaucoup de travail à faire pour étudier la nature de l'Univers très ancien, il est déjà possible de donner un aperçu général des événements qui ont conduit l'Univers à devenir observable aujourd'hui. Au tout début, l'Univers a spontanément surgi "de rien". Grâce à la capacité de l'énergie quantique à servir comme une sorte d'enzyme, les bulles du vide pouvaient gonfler à un rythme toujours plus rapide, créant d'énormes réserves d'énergie grâce au bootstrap. Ce faux vide, rempli d'énergie auto-générée, s'est avéré instable et a commencé à se désintégrer, libérant de l'énergie sous forme de chaleur, de sorte que chaque bulle était remplie de matière cracheuse de feu (boule de feu). L'inflation (inflation) des bulles s'est arrêtée, mais le Big Bang a commencé. Sur "l'horloge" de l'Univers à ce moment-là, il était 10^-32 s.
D'une telle boule de feu, toute matière et tous les objets physiques sont nés. Au fur et à mesure que le matériau spatial se refroidissait, il subissait des transitions de phase successives. À chacune des transitions, de plus en plus de structures différentes ont été «gelées» à partir du matériau primaire informe. Une à une, les interactions se sont séparées les unes des autres. Petit à petit, les objets que nous appelons maintenant particules subatomiques ont acquis leurs caractéristiques actuelles. Au fur et à mesure que la composition de la "soupe cosmique" devenait de plus en plus compliquée, les irrégularités à grande échelle laissées par l'inflation se sont transformées en galaxies. Au cours du processus de formation ultérieure de structures et de séparation de divers types de matière, l'Univers a de plus en plus acquis des formes familières; le plasma chaud s'est condensé en atomes, formant des étoiles, des planètes et, finalement, la vie. Ainsi l'Univers s'est "réalisé" lui-même.
Substance, énergie, espace, temps, interactions, champs, ordre et structure - tous ces concepts, empruntés au "tarif du créateur", font office de caractéristiques intégrales de l'univers. La nouvelle physique ouvre la possibilité alléchante d'une explication scientifique de l'origine de toutes ces choses. Nous n'avons plus besoin de les saisir spécifiquement "manuellement" dès le début. Nous pouvons voir comment toutes les propriétés fondamentales du monde physique peuvent apparaître automatiquement en conséquence des lois de la physique, sans avoir à supposer l'existence de conditions initiales très spécifiques. La nouvelle cosmologie affirme que l'état initial du cosmos ne joue aucun rôle, puisque toutes les informations le concernant ont été effacées lors de l'inflation. L'Univers que nous observons ne porte que les empreintes de ces processus physiques qui ont eu lieu depuis le début de l'inflation.
Pendant des milliers d'années, l'humanité a cru que "rien ne naîtra de rien". Aujourd'hui, on peut dire que tout est parti de rien. Vous n'avez pas à "payer" pour l'Univers - c'est absolument un "repas gratuit".
Le Big Bang appartient à la catégorie des théories qui tentent de retracer complètement l'histoire de la naissance de l'Univers, de déterminer les processus initiaux, actuels et finaux de sa vie.
Y avait-il quelque chose avant que l'univers n'apparaisse ? Cette question fondamentale, presque métaphysique, est posée par les scientifiques à ce jour. L'émergence et l'évolution de l'univers ont toujours été et restent l'objet de débats houleux, d'hypothèses incroyables et de théories mutuellement exclusives. Les principales versions de l'origine de tout ce qui nous entoure, selon l'interprétation de l'église, étaient censées être une intervention divine, et le monde scientifique a soutenu l'hypothèse d'Aristote sur la nature statique de l'univers. Ce dernier modèle a été suivi par Newton, qui a défendu l'infinité et la constance de l'Univers, et par Kant, qui a développé cette théorie dans ses écrits. En 1929, l'astronome et cosmologiste américain Edwin Hubble a radicalement changé la façon dont les scientifiques voient le monde.
Il a non seulement découvert la présence de nombreuses galaxies, mais aussi l'expansion de l'Univers - une augmentation isotrope continue de la taille de l'espace extra-atmosphérique, qui a commencé au moment du Big Bang.
A qui doit-on la découverte du Big Bang ?
Les travaux d'Albert Einstein sur la théorie de la relativité et ses équations gravitationnelles ont permis à de Sitter de créer un modèle cosmologique de l'univers. D'autres recherches ont été liées à ce modèle. En 1923, Weyl suggéra que la matière placée dans l'espace extra-atmosphérique devait se dilater. Le travail du mathématicien et physicien exceptionnel A. A. Fridman est d'une grande importance dans le développement de cette théorie. En 1922, il a permis l'expansion de l'Univers et a tiré des conclusions raisonnables selon lesquelles le début de toute matière était en un point infiniment dense, et le développement de tout a été donné par le Big Bang. En 1929, Hubble a publié ses articles expliquant la subordination de la vitesse radiale à la distance, plus tard ce travail est devenu connu sous le nom de "loi de Hubble".
G. A. Gamov, s'appuyant sur la théorie du Big Bang de Friedman, a développé l'idée d'une température élevée de la substance initiale. Il a également suggéré la présence de rayonnement cosmique, qui n'a pas disparu avec l'expansion et le refroidissement du monde. Le scientifique a fait des calculs préliminaires de la température possible du rayonnement résiduel. La valeur qu'il supposait était de l'ordre de 1 à 10 K. En 1950, Gamow fit des calculs plus précis et annonça le résultat à 3 K. En 1964, des radioastronomes américains, améliorant l'antenne en éliminant tous les signaux possibles, déterminèrent les paramètres du rayonnement cosmique. Sa température s'est avérée être de 3 K. Cette information est devenue la confirmation la plus importante du travail de Gamow et de l'existence d'un rayonnement de fond cosmique micro-ondes. Des mesures ultérieures du fond cosmique, effectuées dans l'espace, ont finalement prouvé l'exactitude des calculs du scientifique. Vous pouvez vous familiariser avec la carte de rayonnement relictuelle sur.
Idées modernes sur la théorie du Big Bang : comment est-ce arrivé ?
La théorie du Big Bang est devenue l'un des modèles qui expliquent de manière exhaustive l'émergence et le développement de l'Univers que nous connaissons. Selon la version largement acceptée aujourd'hui, il y avait à l'origine une singularité cosmologique - un état avec une densité et une température infinies. Les physiciens ont développé une justification théorique de la naissance de l'Univers à partir d'un point qui avait un degré extraordinaire de densité et de température. Après l'émergence du Big Bang, l'espace et la matière du Cosmos ont entamé un processus continu d'expansion et de refroidissement stable. Selon des études récentes, le début de l'univers a été posé il y a au moins 13,7 milliards d'années.
Périodes de départ dans la formation de l'Univers
Le premier moment, dont la reconstruction est permise par les théories physiques, est l'époque de Planck, dont la formation est devenue possible 10-43 secondes après le Big Bang. La température de la matière a atteint 10*32 K, et sa masse volumique était de 10*93 g/cm3. Durant cette période, la gravité a gagné en indépendance, se séparant des interactions fondamentales. L'expansion incessante et la baisse de température ont provoqué une transition de phase des particules élémentaires.
La période suivante, caractérisée par une expansion exponentielle de l'Univers, a duré encore 10 à 35 secondes. Cela s'appelait "l'inflation cosmique". Il y a eu une expansion brutale, plusieurs fois plus importante que d'habitude. Cette période a donné une réponse à la question, pourquoi la température à différents points de l'Univers est-elle la même ? Après le Big Bang, la matière ne s'est pas immédiatement dispersée dans l'Univers, pendant encore 10 à 35 secondes, elle était assez compacte et un équilibre thermique s'y est établi, qui n'a pas été perturbé lors de l'expansion inflationniste. La période a fourni le matériau de base, le plasma quark-gluon, qui a été utilisé pour former des protons et des neutrons. Ce processus a eu lieu après une nouvelle baisse de température, on l'appelle "baryogénèse". L'origine de la matière s'est accompagnée de l'apparition simultanée d'antimatière. Deux substances antagonistes s'annihilent, devenant rayonnement, mais le nombre de particules ordinaires prévaut, ce qui permet à l'univers de surgir.
La transition de phase suivante, qui s'est produite après la baisse de température, a conduit à l'émergence de particules élémentaires que nous connaissons. L'ère de la « nucléosynthèse » qui suivit fut marquée par l'union des protons en isotopes légers. Les premiers noyaux formés avaient une courte durée de vie, ils se désintégraient lors d'inévitables collisions avec d'autres particules. Des éléments plus stables sont apparus déjà trois minutes après la création du monde.
La prochaine étape importante a été la domination de la gravité sur les autres forces disponibles. 380 000 ans après le Big Bang, l'atome d'hydrogène est apparu. L'augmentation de l'influence de la gravité a marqué la fin de la période initiale de formation de l'Univers et a donné lieu au processus d'émergence des premiers systèmes stellaires.
Même après presque 14 milliards d'années, le fond cosmique des micro-ondes demeure. Son existence en combinaison avec le décalage vers le rouge est donnée comme argument à l'appui de la validité de la théorie du Big Bang.
Singularité cosmologique
Si, en utilisant la théorie de la relativité générale et le fait de l'expansion continue de l'Univers, nous revenons au début des temps, alors les dimensions de l'univers seront égales à zéro. Le moment initial ou la science ne peuvent pas décrire avec précision à l'aide de connaissances physiques. Les équations appliquées ne conviennent pas à un si petit objet. Il faut une symbiose qui puisse combiner la mécanique quantique et la relativité générale, mais, malheureusement, elle n'a pas encore été créée.
Evolution de l'Univers : que l'attend-il dans le futur ?
Les scientifiques envisagent deux scénarios possibles : l'expansion de l'univers ne se terminera jamais, ou il atteindra un point critique et le processus inverse commencera - la compression. Ce choix fondamental dépend de la valeur de la densité moyenne de la substance dans sa composition. Si la valeur calculée est inférieure à la valeur critique, la prévision est favorable, si elle est supérieure, alors le monde reviendra à un état singulier. Les scientifiques ne connaissent pas actuellement la valeur exacte du paramètre décrit, de sorte que la question de l'avenir de l'univers est en suspens.
La relation de la religion à la théorie du Big Bang
Les principales religions de l'humanité : le catholicisme, l'orthodoxie, l'islam, soutiennent à leur manière ce modèle de création du monde. Les représentants libéraux de ces confessions religieuses sont d'accord avec la théorie de l'émergence de l'univers à la suite d'une interférence inexplicable, définie comme le Big Bang.
Le nom mondialement connu de la théorie - "Big Bang" - a été involontairement présenté par l'adversaire de la version de l'expansion de l'Univers par Hoyle. Il considérait une telle idée "complètement insatisfaisante". Après la publication de ses conférences thématiques, le terme intéressant a été immédiatement repris par le public.
Les causes du Big Bang ne sont pas connues avec certitude. Selon l'une des nombreuses versions, détenue par A. Yu. Glushko, la substance originale comprimée en un point était un hyper-trou noir, et l'explosion a été causée par le contact de deux de ces objets constitués de particules et d'antiparticules. Lors de l'annihilation, la matière a partiellement survécu et a donné naissance à notre Univers.
Les ingénieurs Penzias et Wilson, qui ont découvert le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes, ont reçu le prix Nobel de physique.
Les relevés de température du CMB étaient initialement très élevés. Après plusieurs millions d'années, ce paramètre s'est avéré être dans les limites qui assurent l'origine de la vie. Mais à cette époque, seul un petit nombre de planètes avaient réussi à se former.
Les observations et les recherches astronomiques aident à trouver des réponses aux questions les plus importantes pour l'humanité : "Comment tout est apparu et qu'est-ce qui nous attend dans le futur ?". Malgré le fait que tous les problèmes n'ont pas été résolus et que la cause profonde de l'émergence de l'Univers n'a pas d'explication stricte et harmonieuse, la théorie du Big Bang a trouvé un nombre suffisant de confirmations qui en font le modèle principal et acceptable pour l'émergence de l'univers.