Cum a luat naștere Universul pe care îl cunoaștem? Și cum putem explica originea sa? Fără îndoială, toate celelalte dovezi și date colectate de-a lungul anilor de către cosmologi indică posibilitatea ca totul să fi început cu un “big bang” Dar dacă există mai mult?
În 1927, astronomul belgian Georges Lemaitre a fost primul care a propus teoria unui univers în expansiune (confirmată ulterior de Edwin Hubble). El a teoretizat că un univers în expansiune ar putea fi urmărit până la un punct singular, pe care l-a numit “atomul primordial”, înapoi în timp. Acesta a pus bazele teoriei moderne a Big Bang-ului.
Ce este teoria Big Bang? O scurtă introducere
Teoria Big Bang este o explicație, bazată în principal pe modele matematice, despre cum și când a apărut Universul.
Modelul cosmologic al Universului descris în teoria Big Bang explică modul în care acesta s-a extins inițial dintr-o stare de densitate și temperatură infinite, cunoscută sub numele de singularitate primordială (sau gravitațională). Această expansiune a fost urmată de o inflație cosmică și de o scădere masivă a temperaturii. În timpul acestei faze, Universul s-a umflat cu o viteză mult mai mare decât viteza luminii (de un factor de 1026).
Ulterior, Universul a fost reîncălzit până la un punct în care particulele elementare (quarcuri, leptoni etc.), înainte ca o scădere treptată a temperaturii (și a densității) să ducă la formarea primilor protoni și neutroni.
După câteva minute de expansiune, protonii și neutronii se combină pentru a forma nucleele primordiale de hidrogen și heliu-4. Raza estimată a Universului observabil, în timpul acestei faze, a fost de 300 de ani-lumină. Primele stele și galaxii au apărut la aproximativ 400 de milioane de ani după acest eveniment.
O piesă crucială a modelului Big Bang este fondul cosmic de microunde (CMB), care reprezintă radiația electromagnetică rămasă din perioada în care Universul era la începuturile sale. CMB rămâne cea mai clară dovadă a Big Bang-ului.
În timp ce teoria rămâne larg acceptată în tot spectrul științific, câteva explicații alternative – cum ar fi Universul în stare de echilibru și inflația eternă – au câștigat atracție de-a lungul anilor.
Mai jos, am discutat șapte dintre cele mai populare alternative ale Big Bang-ului, care explică originea Universului.
7. Teoria inflației eterne
Conceptul de inflație a fost introdus de cosmologul Alan Guth în 1979 pentru a explica de ce Universul este plat, lucru care lipsea din teoria originală a Big Bang-ului.
Deși ideea de inflație a lui Guth explică Universul plat, acesta a creat un scenariu care împiedică Universul să scape de această inflație. Dacă ar fi fost cazul, reîncălzirea Universului nu ar fi avut loc și nici formarea stelelor și a galaxiilor.
Această problemă specifică a fost rezolvată de Andreas Albrecht și Paul Steinhardt în “noua lor inflație” Aceștia au susținut că inflația rapidă a Universului a avut loc doar pentru câteva secunde înainte de a înceta. Ei au demonstrat că Universul poate trece printr-o inflație rapidă și totuși să ajungă să se încălzească.
Conceptul de “inflație eternă”, sau teoria inflației haotice, a fost introdus de Andrei Linde, profesor la Universitatea Stanford. Acesta s-a bazat pe lucrările anterioare ale lui Steinhardt și Alexander Vilenkin.
Teoria susține că faza inflaționistă a Universului continuă la nesfârșit; ea nu s-a încheiat pentru Universul ca întreg. Cu alte cuvinte, inflația cosmică continuă în unele părți ale Universului și încetează în celelalte. Acest lucru conduce la un scenariu multiversal, în care spațiul este împărțit în bule. Este ca un univers în interiorul unui univers.
Într-un multivers, în universuri diferite pot funcționa legi ale naturii, ale fizicii, diferite. Astfel, în loc de un singur cosmos în expansiune, universul nostru ar putea fi un multivers inflaționist cu multe universuri mici cu proprietăți diferite.
Cu toate acestea, Paul Steinhardt consideră că teoria sa despre “noua inflație” nu duce la sau nu prezice nimic și susține că noțiunea de multivers este un “defect fatal” și nefiresc.
6. Modelul ciclic conformal
Modelul cosmologic ciclic conformal (CCC) speculează că Universul trece prin cicluri repetate de big bang și expansiuni ulterioare. Ideea generală este că “big bang-ul” nu a fost începutul Universului, ci mai degrabă o fază de tranziție. Acest model a fost dezvoltat de fizicianul teoretician și matematicianul Roger Penrose.
Ca bază pentru modelul său, Penrose a folosit mai multe secvențe metrice FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker). El a susținut că limita conformă a unei secvențe FLRW poate fi atașată la limita altei secvențe.
Metrica FLRW este cea mai apropiată aproximare a naturii Universului și o parte a modelului Lambda-CDM. Fiecare secvență începe cu un big bang urmat de inflație și de expansiunea ulterioară.
Modelul ciclic sau oscilant, în care Universul se reiterează la nesfârșit într-un ciclu nedefinit, a intrat pentru prima dată în centrul atenției în anii 1930, când Albert Einstein a investigat ideea unui Univers “veșnic”. El a considerat că, după atingerea unui anumit punct, Universul începe să se prăbușească și se încheie cu un Big Crunch înainte de a trece prin Big Bounce.
În prezent, există patru variante diferite ale modelului ciclic al Universului, iar una dintre ele este Cosmologia ciclică conformă.
5. Mirajul găurii negre
Un studiu realizat de un grup de cercetători în 2013 a speculat că Universul nostru ar fi putut lua naștere din resturile aruncate de o stea cvadridimensională prăbușită sau de o gaură neagră.
Potrivit cosmologilor asociați cu cercetarea, una dintre limitările teoriei Big Bang-ului este aceea de a explica echilibrul de temperatură întâlnit în Univers.
În timp ce majoritatea oamenilor de știință sunt de acord că teoria inflaționistă oferă o explicație adecvată a modului în care o mică parcelă cu o temperatură uniformă s-ar extinde rapid pentru a deveni Universul pe care îl observăm astăzi, grupul a considerat-o implauzibilă din cauza naturii haotice a Big Bang-ului.
Pentru a rezolva această problemă, echipa a propus un model al cosmosului, în care Universul nostru tridimensional este o membrană și plutește în interiorul unui “univers de masă” cvadridimensional Aceștia au argumentat că, dacă “universul de masă” 4-D are stele 4-D, este probabil ca acestea să se prăbușească în găuri negre 4-D. Aceste găuri negre 4-D ar avea un orizont de evenimente 3-D (la fel cum cele 3-D au un orizont de evenimente 2-D), pe care l-au numit “hipersferă”
Citește și: 11 cele mai mari mistere nerezolvate din fizică
Atunci când echipa a simulat colapsul unei stele 4-D, a descoperit că resturile ejectate de steaua muribundă vor arunca probabil o membrană 3-D în jurul acelui orizont de evenimente 3-D. Universul nostru ar putea fi o astfel de membrană.
Modelul “găurii negre 4-D” al cosmosului explică de ce temperatura este aproape uniformă în tot Universul. De asemenea, ar putea oferi informații valoroase despre ce anume a declanșat inflația cosmică la câteva secunde după geneza sa. Cu toate acestea, o observație recentă efectuată de satelitul Planck al ESA a scos la iveală mici variații ale temperaturii fondului cosmic de microunde (CMB). Aceste citiri din satelit diferă de modelul propus cu aproximativ patru procente.
4. Teoria universului de plasmă
Grație imaginii: Luc Viatour
Înțelegerea noastră actuală a Universului este influențată în principal de gravitație, mai exact de Teoria generală a relativității a lui Einstein, prin care cosmologii explică natura Universului. În mod întâmplător, la fel ca majoritatea lucrurilor, o alternativă la gravitație a fost, de asemenea, luată în considerare de oamenii de știință de-a lungul anilor.
Cosmologia plasmei (sau teoria universului plasmatic) speculează că forțele electromagnetice și plasma joacă un rol mult mai important în Univers în locul gravitației. Deși abordarea are mai multe arome diferite, ideea de bază rămâne aceeași; fiecare corp astronomic, inclusiv soarele, steaua și galaxiile, rezultă dintr-un anumit proces electric.
Prima teorie proeminentă a universului cu plasmă a fost propusă de laureatul premiului Nobel Hannes Alfvén la sfârșitul anilor 1960. Ulterior, lui i s-a alăturat fizicianul teoretician suedez Oskar Klein pentru a dezvolta modelul Alfvén-Klein.
Modelul este construit în jurul presupunerii că Universul susține cantități egale de materie și antimaterie (nu este cazul, conform fizicii moderne a particulelor). Limitele acestor două regiuni sunt marcate de câmpuri electromagnetice cosmice. Și astfel, interacțiunile dintre cele două ar produce plasmă, pe care Alfvén a numit-o “ambiplasmă”
Conform teoriei, o astfel de plasmă ar forma secțiuni mari de materie și antimaterie în întregul Univers. Mai mult, acesta a teoretizat că locația noastră actuală în cosmos trebuie să se afle într-o secțiune în care materia este mult mai abundentă decât antimateria – rezolvând astfel problema asimetriei materie-antimaterie.
Citiți: S-ar putea forma viața în universul bidimensional?
3. Teoria înghețului lent
Grație imaginii: NASA
Zeci de ani de modelări matematice și cercetări au condus cosmologii la concluzia că Universul nostru a pornit dintr-un singur punct de densitate și temperatură infinită, numit singularitate. Expansiunea ulterioară a cosmosului i-a permis acestuia să se răcească, ceea ce a dus la formarea galaxiilor, stelelor și a altor obiecte astronomice.
Cu toate acestea, după cum știm, modelul standard al Big Bang-ului nu a rămas necontestat, iar o astfel de teorie provocatoare a fost propusă de Christof Wetterich, profesor la Universitatea Heidelberg din Germania.
Wetterich a susținut că Universul pe care îl cunoaștem astăzi ar fi putut începe de fapt ca fiind rece și rarefiat, trezindu-se dintr-un lung îngheț. Cu timpul, particulele fundamentale din Universul timpuriu au devenit mai grele, în timp ce constanta gravitațională a scăzut.
Mai mult, el a explicat că, dacă masele particulelor au crescut, radiațiile din Universul timpuriu ar putea face ca spațiul să pară mai fierbinte și să se îndepărteze unele de altele, chiar dacă nu era cazul.
Citește: Toate faptele interesante despre găurile negre și găurile albe
Ideea de bază a modelului cosmic Slow Freeze al lui Wetterich este că Universul nu are început și nici viitor. În loc de un Big Bang fierbinte, teoria pledează pentru un Univers rece și cu evoluție lentă. Potrivit lui Wetterich, teoria explică fluctuațiile de densitate din Universul timpuriu (fluctuațiile primordiale) și de ce cosmosul nostru actual este dominat de energia întunecată.
2. Cosmologia hindusă
Religia și știința au fost cei mai buni dușmani cel puțin de pe vremea lui Copernic și Galileo. Poate că nu există loc pentru știință atunci când vorbim despre religie și viceversa. Cu toate acestea, există o religie ale cărei convingeri cosmologice se potrivesc bine cu modelul actual al Universului.
Teoriile creației din mitologia hindusă sunt considerate pe scară largă ca fiind una dintre cele mai vechi și mai semnificative dintre toate celelalte omologii religioase. De-a lungul anilor, fizicieni și cosmologi proeminenți, inclusiv Carl Sagan și Niels Bohr, au admirat credințele cosmologice hinduse pentru similitudinea strânsă cu liniile temporale din modelul cosmologic standard al Universului.
Potrivit mitologiei hinduse, Universul urmează un model ciclic infinit. Aceasta înseamnă că Universul nostru actual va fi înlocuit de un număr infinit de universuri. Fiecare iterație a Universului este împărțită în două faze, “Kalpa” (sau ziua lui Brahma) și “pralaya” (noaptea lui Brahma), iar fiecare are o durată de 4,32 miliarde de ani. Potrivit mitologiei hinduse, vârsta Universului (8,64 miliarde de ani) este mai mare decât vârsta estimată în prezent a sistemului solar.
1. Universul în stare stabilă
Modelul Steady-State afirmă că Universul observabil rămâne același în orice loc și în orice moment. În Univers, care este în continuă expansiune, materia este creată în mod continuu pentru a umple spațiul.
Conform acestui model, galaxiile și alte corpuri astronomice mari din apropierea noastră ar trebui să aibă un aspect similar cu cele aflate la mare distanță. Cu toate acestea, Big Bang-ul ne spune că galaxiile îndepărtate ar trebui să pară mai tinere decât cele aflate în imediata apropiere (atunci când sunt observate de pe Pământ), deoarece lumina are nevoie de mult mai mult timp pentru a ajunge la noi.
Ideea de stare de echilibru a fost propusă pentru prima dată în 1948 de către cosmologii Hermann Bondi, Fred Hoyle și Thomas Gold. Ea a fost derivată din principiul cosmologic perfect, care afirmă la rândul său că Universul este același, indiferent de locul în care te uiți, și va fi întotdeauna la fel.
Citește și: 5 moduri îngrozitoare de a distruge Universul
Teoria Steady-State a căpătat o largă popularitate la începutul și mijlocul secolului XX. Cu toate acestea, în anii 1960, a fost în mare parte respinsă de comunitatea științifică în favoarea Big Bang-ului după descoperirea fondului cosmic de microunde.
