Μεγάλη Έκρηξη.

Μεγάλη έκρηξη (Big Bang, Μπιγκ Μπανγκ) ονομάζεται η θεωρία σύμφωνα με την οποία το Σύμπαν δημιουργήθηκε από μια υπερβολικά πυκνή και θερμή κατάσταση, πριν από περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Η θεωρία αυτή για τη δημιουργία του σύμπαντος είναι η πιο διαδεδομένη αυτή τη στιγμή στην Επιστημονική κοινότητα. Ο όρος Big Bang χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Φρεντ Χόιλ σε μια ραδιοφωνική εκπομπή του BBC, το κείμενο της οποίας δημοσιεύτηκε το 1950. Ο Χόιλ δεν χρησιμοποίησε τον όρο για να περιγράψει μια θεωρία, αλλά για να ειρωνευτεί τη νέα ιδέα. Παρόλα αυτά ο όρος έμεινε, χάνοντας το ειρωνικό του περιεχόμενο.






Θεωρία

Εισηγητής της θεωρίας υπήρξε ο Βέλγος Αββάς και Αστρονόμος Έντουαρντ Λεμαίτρ. Ύστερα από τις διαπιστώσεις ότι:

• Οι λύσεις της Γενικής θεωρίας της σχετικότητας προέβλεπαν ως αρχή του σύμπαντος μια μαθηματική ανωμαλία

• Εφ' όσον η Εντροπία (το μέτρο της αταξίας) του σύμπαντος ολοένα και αυξάνει θα υπήρχε στιγμή στο παρελθόν με ελάχιστη Εντροπία όπου η Ύλη θα είχε τη μέγιστη δυνατή πυκνότητα.

Με βάση αυτές τις 2 παρατηρήσεις πρότεινε ως αρχή του σύμπαντος το αρχικό άτομο, όπου ολόκληρη η μάζα του σύμπαντος είναι συγκεντρωμένη σε ένα και μοναδικό σημείο και ο Χωρόχρονος δεν έχει ακόμα δημιουργηθεί. Το αρχικό άτομο εν καιρώ εξερράγη και από την Ύλη που εκτοξεύτηκε δημιουργήθηκαν γαλαξίες και τα αστέρια.

Το 1948 ο Τζώρτζ Γκάμοφ, Ρωσοαμερικάνος φυσικός, μελετώντας θεωρητικά την υπερβολικά πυκνή κατάσταση του αρχικού ατόμου συμπέρανε ότι:

• Το Ήλιο και τα άλλα ελαφρά χημικά στοιχεία πρέπει να δημιουργήθηκαν εντός τεσσάρων δευτερολέπτων.

• Μια διάχυτη ισότροπη ακτινοβολία, απομεινάρι της μεγάλης έκρηξης, θα πρέπει να είναι ακόμα και σήμερα ανιχνεύσιμη.

Διαστολή Σύμπαντος

Το γνωστό και ως φαινόμενο της μετατόπισης προς το ερυθρό (redshift), η διαπίστωση δηλαδή ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους, απόδειξη της κοινής εκκίνησης στο απώτατο παρελθόν.

Ακτινοβολία μικροκυμάτων

Το 1965 οι φυσικοί Άλλο Πενζίας (Allo Arno Penzias) και , Ρόμπερτ Γουίλσον (Robert Woodrow Wilson) παρατήρησαν μια μικρού μήκους διάχυτη ισότροπη ακτινοβολία, που ερχόταν δηλαδή ομοιόμορφα απ' όλες τις διευθύνσεις, θερμοκρασίας περίπου τριών βαθμών Κέλβιν, σαν αυτή που είχε προβλέψει ο Τζώρτζ Γκάμοφ 17 χρόνια νωρίτερα.

Κατανομή Γαλαξιών

Από την αρχή της διατύπωσης της θεωρίας της Μεγάλης έκρηξης διαπιστώθηκε ότι η πυκνότητα των γαλαξιών θα πρέπει να μειώνεται αυξανόμενης της ηλικίας του σύμπαντος. Το φαινόμενο απέδειξε ο αστροφυσικός Σερ Μάρτιν Ράιλ το 1974.



Επιτυχίες της Θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης

• Η διαστολή του σύμπαντος

• Το ποσοστό του He στο Σύμπαν

• Η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CΜΒ)

• Το παράδοξο του Olbers

• Τα ελαφρά ισότοπα



Προβλήματα της Θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης

• Το πρόβλημα του ορίζοντα

• Το πρόβλημα επιπεδότητας

• Η ανομοιογένεια της κατανομής της ύλης στο σύμπαν σε μικρή κλίμακα

• Η σύμπτωση των μεγάλων αριθμών

• Το πρόβλημα της σκοτεινής ύλης

• Η απουσία των μαγνητικών μονοπόλων

• Ασυμμετρία Ύλης & Αντιύλης

• Επιταχυνόμενη Διαστολή Σύμπαντος



Απάντηση σε αυτά τα ερωτήματα προσπάθησαν να δώσουν κάποιες άλλες θεωρίες, με κυρίαρχη αυτή του πληθωριστικού μοντέλου.



Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης έχει και πολλούς πολέμιους εκτός από υποστηρικτές που στηρίζουν διαφορετικές κοσμολογικές θεωρίες.

Ανακτήθηκε από το "http://www.astronomia.gr/wiki/index.php?title=%CE%9C%CE%B5%CE%B3%CE%AC%CE%BB%CE%B7_%CE%88%CE%BA%CF%81%CE%B7%CE%BE%CE%B7".

Κατηγορία: Κοσμολογία









Μια ευρύτερη από τη γενική σχετικότητα γεωμετρική ερμηνεία του κόσμου

.







.

Σύμφωνα με μια ερμηνεία της θεωρίας χορδών, το σύμπαν είναι ένας αφρός από φούσκες που εκτείνονται. Σε καθεμιά απ' αυτές επικρατούν διαφορετικοί φυσικοί νόμοι. Ελάχιστες επιτρέπουν τη δημιουργία πολύπλοκων δομών, όπως οι γαλαξίες και η ζωή. Ολο το ορατό σε μας σύμπαν είναι μια σχετικά μικρή περιοχή σε μια από αυτές τις φούσκες. (Το γαλάζιο είναι κι αυτό εσωτερικό μιας άλλης φούσκας, κ.ο.κ.)

.

.

Σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η βαρύτητα δημιουργείται από την ίδια τη γεωμετρία του χωρόχρονου. Γιατί να μην προσπαθήσουμε να βρούμε μια γεωμετρική ερμηνεία και των άλλων δυνάμεων (πεδίων) της φύσης, μια ερμηνεία που θα μπορούσε να εξηγήσει και τα ίδια τα υποατομικά σωματίδια (π.χ. γιατί το ηλεκτρόνιο έχει το βάρος που έχει και το φορτίο που έχει); Αυτή η αναζήτηση, άλλωστε, απασχόλησε και τον ίδιο τον Αϊνστάιν στα τελευταία 30 χρόνια της ζωής του. Τον προσέλκυσαν ιδιαίτερα οι εργασίες του Γερμανού Θ. Καλούζα και του Σουηδού Ο. Κλάιν, σύμφωνα με τις οποίες, ενώ η βαρύτητα αντανακλά το σχήμα των γνωστών τεσσάρων διαστάσεων του χωρόχρονου (τρεις διαστάσεις ο χώρος και μια ο χρόνος), ο ηλεκτρομαγνητισμός οφείλεται στη γεωμετρία μιας πέμπτης διάστασης, που είναι πολύ μικροσκοπική για να μπορεί να παρατηρηθεί απευθείας.



Σε αναζήτηση ενιαιοποιητικής θεωρίας



Η έρευνα του Αϊνστάιν για μια ενιαιοποιητική θεωρία θεωρείται από πολλούς σαν αποτυχημένη. Στην πραγματικότητα ήταν πρόωρη, αφού η φυσική δεν είχε ανακαλύψει τις πυρηνικές δυνάμεις, ούτε είχε διερευνήσει τον κρίσιμο ρόλο της κβαντικής θεωρίας πεδίου στην περιγραφή των φυσικών φαινομένων, κάτι που πραγματοποιήθηκε μόλις στη δεκαετία του 1970. Η έρευνα για μια ενιαιοποιητική θεωρία είναι σήμερα στο επίκεντρο της θεωρητικής φυσικής και όπως προείδε ο Αϊνστάιν, οι γεωμετρικές έννοιες παίζουν πρωταγωνιστικό ρόλο. Η ιδέα των Καλούζα - Κλάιν ξανάρθε στην επικαιρότητα και επεκτάθηκε σαν χαρακτηριστικό της θεωρίας χορδών, που είναι ένα πλαίσιο για την ενοποίηση της κβαντομηχανικής, της γενικής σχετικότητας και της σωματιδιακής φυσικής. Τόσο στην υπόθεση των Καλούζα - Κλάιν, όσο και στη θεωρία χορδών, οι νόμοι της φύσης που διαπιστώνουμε, ελέγχονται από το σχήμα και το μέγεθος επιπρόσθετων μικροσκοπικών διαστάσεων.



Φανταστείτε ένα τμήμα του χώρου σε σχήμα ενός λεπτού σωλήνα. Από μακριά ο σωλήνας φαίνεται σαν μονοδιάστατη γραμμή, αλλά σε μεγέθυνση το κυλινδρικό του σχήμα γίνεται εμφανές. Κάθε σημείο (μηδενικής διάστασης) πάνω στη γραμμή, αποδεικνύεται ότι είναι ένας μονοδιάστατος κύκλος πάνω στο σωλήνα. Στην αρχική θεωρία Καλούζα - Κλάιν, κάθε σημείο του συνηθισμένου τρισδιάστατου χώρου είναι στην πραγματικότητα ένας μικροσκοπικός κύκλος.



Ο Καλούζα και ο Κλάιν διατύπωσαν την υπόθεση για την πέμπτη διάσταση στις αρχές του 20ού αιώνα, όταν οι επιστήμονες γνώριζαν μόνο δύο φυσικές δυνάμεις: Τον ηλεκτρομαγνητισμό και τη βαρύτητα. Και οι δύο μειώνονται αντιστρόφως ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης από την πηγή τους, έτσι ήταν πειρασμός να θεωρηθεί ότι υπάρχει κάποια συσχέτιση μεταξύ τους. Ο Καλούζα και ο Κλάιν παρατήρησαν ότι η γεωμετρική θεωρία του Αϊνστάιν για τη βαρύτητα μπορεί να γινόταν ο σύνδεσμος, αν υπήρχε μια επιπρόσθετη χωρική διάσταση, κάνοντας τον χωρόχρονο πενταδιάστατο.



Μικρή και διπλωμένη



Αυτή η ιδέα δεν είναι τόσο παράξενη όσο φαίνεται από πρώτη ματιά. Αν η επιπλέον χωρική διάσταση είναι διπλωμένη σε ένα αρκετά μικρό κύκλο, κάλλιστα μπορεί να διαφεύγει της παρατήρησης ακόμα και με τα καλύτερα μικροσκόπιά μας (δηλαδή τους ισχυρότερους επιταχυντές σωματιδίων). Αν και δεν μπορούμε να την ανιχνεύσουμε απευθείας, μια μικρή επιπλέον διάσταση θα μπορούσε να έχει σημαντικές έμμεσες επιδράσεις, ικανές να παρατηρηθούν. Η γενική σχετικότητα θα περιέγραφε τότε τη γεωμετρία ενός πενταδιάστατου χωρόχρονου. Μπορούμε να διαχωρίσουμε αυτή τη γεωμετρία σε τρία στοιχεία: Το σχήμα των τεσσάρων μεγάλων χωροχρονικών διαστάσεων, τη γωνία μεταξύ της μικρής διάστασης και των υπόλοιπων διαστάσεων και την περίμετρο της μικρής διπλωμένης διάστασης. Ο μεγάλος χωρόχρονος λειτουργεί με βάση την τυπική τετραδιάστατη γενική σχετικότητα. Σε κάθε θέση μέσα σ' αυτόν, η γωνία και η περίμετρος έχουν κάποια τιμή, όπως δύο πεδία που διατρέχουν το χωρόχρονο και έχουν συγκεκριμένες τιμές σε κάθε σημείο κάθε χρονική στιγμή. Είναι εκπληκτικό ότι το πεδίο της γωνίας αποδεικνύεται να έχει χαρακτηριστικά ίδια με εκείνα ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στον τετραδιάστατο κόσμο. Δηλαδή, οι εξισώσεις που κυβερνούν τη συμπεριφορά του είναι πανομοιότυπες με εκείνες του ηλεκτρομαγνητισμού. Η περίμετρος καθορίζει τις σχετικές δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρομαγνητικού και βαρυτικού πεδίου. Ετσι, από μια θεωρία της βαρύτητας στις πέντε διαστάσεις, παίρνουμε μια θεωρία της βαρύτητας και του ηλεκτρομαγνητισμού στις τέσσερις διαστάσεις!



Γεωμετρική οπτική των φυσικών νόμων



Η πιθανότητα επιπλέον διαστάσεων έχει αρχίσει να παίζει σημαντικό ρόλο στην ενοποίηση της γενικής σχετικότητας με την κβαντομηχανική. Στη θεωρία χορδών, μια από τις κυρίαρχες προσεγγίσεις σ' αυτή την ενοποίηση είναι ότι τα σωματίδια αποτελούν στην πραγματικότητα μονοδιάστατα αντικείμενα, ότι είναι μικροί ταλαντωνόμενοι βρόχοι ή νήματα. Το τυπικό μέγεθος μιας χορδής είναι κοντά στο μήκος του Πλανκ, δηλαδή μικρότερο από ένα δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του μεγέθους του πυρήνα του ατόμου. Κατά συνέπεια, η χορδή μοιάζει με σημείο σε οποιαδήποτε μεγέθυνση, που η διακριτική της ικανότητα απέχει από το μήκος του Πλανκ.



Για να είναι μαθηματικά συνεπής η θεωρία χορδών, μια χορδή πρέπει να πάλλεται σε 10 χωροχρονικές διαστάσεις, που σημαίνει ότι υπάρχουν 6 ακόμα κρυφές διαστάσεις, πέρα από τις τέσσερις που γνωρίζουμε. Μαζί με τις χορδές, μέσα στο χωροχρόνο μπορεί να υπάρχουν και φύλλα, επιφάνειες που οι θεωρητικοί ονομάζουν βράνες (από το μεμβράνες) με διαφορετικό αριθμό διαστάσεων. Στην αρχική θεωρία Καλούζα - Κλάιν, τα σωματίδια απλώνονται σαν επίχρισμα πάνω στην πρόσθετη διάσταση. Αντίθετα, οι χορδές μπορούν να περιοριστούν, ώστε να βρίσκονται πάνω σε μία βράνη. Αν και η θεωρία χορδών φαίνεται πιο πολύπλοκη από τη θεωρία Καλούζα - Κλάιν, η μαθηματική υποδομή της είναι πιο συμπαγής και πλήρης. Η κεντρική ιδέα των Καλούζα - Κλάιν παραμένει: Οι φυσικοί νόμοι που παρατηρούμε, εξαρτώνται από τη γεωμετρία των κρυμμένων πρόσθετων διαστάσεων.



Θεωρία για τα πάντα;



Ωστόσο, η θεωρία χορδών δεν έχει φτάσει ακόμα στο επίπεδο ανάπτυξης που θα της έδινε έναν ακριβή και στέρεο μαθηματικό φορμαλισμό, που θα βασίζεται σε κάποια ευκολονόητη φυσική αρχή, όπως συμβαίνει στην περίπτωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Πολλά από τα συμπεράσματά της, αλλά και από τα συστατικά της στοιχεία ίσως αποδειχτούν εντελώς λαθεμένα και ίσως και η ίδια η θεωρία να εγκαταλειφθεί. Δεν παύει, όμως, να είναι η θεωρία στην οποία πολλοί από τους καλύτερους ερευνητές αφιέρωσαν πολύ από το χρόνο τους τις τελευταίες δεκαετίες, προσπαθώντας να πετύχουν να εκπληρώσουν το όνειρο του Αϊνστάιν: Να ενοποιήσουν όλα τα θεμελιώδη συστατικά στοιχεία της φύσης (που γνωρίζουμε), σε μια «θεωρία για τα πάντα». Ακόμα κι αν αυτό κάποτε επιτευχθεί, είναι βέβαιο, ότι θα έχουμε απλώς ανακαλύψει ένα ακόμα επίπεδο πολυπλοκότητας της φυσικής πραγματικότητας. Μιας πραγματικότητας που ο πλούτος της δε θα πάψει να μας εκπλήσσει ποτέ. Η ίδια η θεωρία χορδών, με βάση ορισμένες παραδοχές, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το σύμπαν στο οποίο ζούμε, ίσως είναι ένα μόνο από μια απειρία «συμπάντων», που το καθένα έχει τους δικούς του φυσικούς νόμους...



Επιμέλεια: Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ

Πηγή: «Scientific American»

.

• Η Θεωρία των Υπερχορδών αποτελεί ένα ιδιαίτερα εξελιγμένο μαθηματικό μοντέλο φτιαγμένο έτσι ώστε να περιγράφει τον τρόπο λειτουργίας του μικρόκοσμου, του μακρόκοσμου, του χώρου, του χρόνου, όλων των στοιχειωδών σωματιδίων, αλλά και όλων των φυσικών δυνάμεων. Ο τρόπος που βλέπει τον Κόσμο τούτη η θεωρία είναι συνθετικός. Για παράδειγμα, μια από τις βασικές προσπάθειες των επιστημόνων που εργάζονται πάνω στη θεωρία αυτή είναι η ενοποίηση των τεσσάρων θεμελιωδών φυσικών δυνάμεων (ηλεκτρομαγνητικής, βαρυτικής, πυρηνικής και ασθενούς) σε μία και μόνο Δύναμη της οποίας αυτές οι τέσσερις θα αποτελούν συγκεκριμένες εκφράσεις κάτω από κατάλληλες συνθήκες. Η προοπτική αυτή είναι συγκλονιστική και αποτέλεσε το όνειρο του Άλμπερτ Αϊνστάιν αλλά και αποτελεί το όνειρο κάθε φυσικού επιστήμονα στις μέρες μας. Και αυτό διότι υπόσχεται ότι θα μπορεί ο Κόσμος να γίνεται αντιληπτός όχι αποσπασματικά αλλά στο σύνολό του. Έτσι θα εισέλθουμε στο άδυτο της φύσης, στην επικράτεια των αιτιών από όπου θα μπορούμε να παρατηρούμε, να ερμηνεύουμε και να κατανοούμε τον Φυσικό Κόσμο ως αποτέλεσμα αυτών των αιτιών. Με άλλα λόγια η αντίληψη του Κόσμου μέσα από τη Θεωρία των Υπερχορδών προσφέρει ουσιαστικά ένα νέο είδος συνείδησης που ανυψώνεται πάνω από τον κόσμο των φαινομένων και γι’ αυτό θεωρείται ότι θα μπορεί να ερμηνεύει τα πάντα μέσα στον κόσμο των φαινομένων. Αυτός ήταν σε γενικές γραμμές ο λόγος που οι φυσικοί αναγνωρίζοντας αυτές τις εξαιρετικές προοπτικές χαρακτηρίζουν πλέον τη Θεωρία των Υπερχορδών ως την επερχόμενη Θεωρία των Πάντων, μέσα στην οποία θα βρίσκει ερμηνεία όλος ο Κόσμος... περισσότερα εδώ

Σύνδεσμοι:

• Η Θεωρία των Πάντων - Το όνειρο του Einstein

• Θεωρία Μ-χορδών

• Η κλίμακα του Plank και η θεωρία των υπερχορδών

• Οι θεωρίες χορδής - Πως άρχισε η ιστορία με τις χορδές

• ΤΟ ΒΗΜΑ: Θα έχουμε ποτέ μια «θεωρία των πάντων»;

• Όταν η επιστήμη αφουγκράζεται τη μουσική του κόσμου