VỤ NỔ BIGBANG VÀ SỰ HÌNH THÀNH VŨ TRỤ

Vụ nổ khủng là cách các nhà thiên văn lý giải cách vũ trụ bắt đầu. Ý tưởng cho rằng vũ trụ bắt đầu chỉ là một trong những điểm duy nhất, kế tiếp mở rộng và kéo dãn dài để cách tân và phát triển lớn như lúc này — với nó vẫn sẽ kéo dài!

Lịch sử của vũ trụ bước đầu với Vụ nổ lớn. Một tỷ năm tiếp theo vụ nổ lớn, những nguyên tử hydro bị bóc ra một cách bí ẩn thành một món súp chứa các ion. Credit: grandunificationtheory.com

Vũ trụ của họ được tạo ra ra như vậy nào? Làm núm nào nó trở thành nơi dường như vô tận mà bọn họ biết ngày nay? Và điều gì sẽ xẩy ra với nó, kể từ bây giờ? Đây là những thắc mắc đã làm khó những triết gia và học mang ngay trường đoản cú đầu, với dẫn đến một số giả thuyết tương đối hoang mặt đường và thú vị. Ngày nay, sự đồng thuận giữa những nhà khoa học, thiên văn học với vũ trụ học tập là vũ trụ như chúng ta biết đã được tạo thành trong một vụ nổ lớn không chỉ là tạo ra đa phần vật hóa học mà còn tạo thành các quy chế độ vật lý bỏ ra phối vũ trụ ngày càng không ngừng mở rộng của chúng ta.

Bạn đang xem: Vụ nổ bigbang và sự hình thành vũ trụ

Đây được hotline là kim chỉ nan Vụ nổ lớn. Trong ngay sát một cố kỷ, thuật ngữ này sẽ được phổ biến bởi những học trả và phần đa người chưa phải là học tập giả. Điều này không tồn tại gì xứng đáng ngạc nhiên, vì nó là định hướng được chấp nhận nhiều duy nhất về nguồn gốc của bọn chúng ta. Nhưng đúng chuẩn nó tức là gì? Vũ trụ của họ được hình thành ra sao trong một vụ nổ lớn, vật chứng nào về điều này, và lý thuyết nói gì về hầu như dự báo dài hạn đến Vũ trụ của chúng ta?

Những điều cơ bạn dạng của kim chỉ nan này khá đối chọi giản. Tóm lại, đưa thuyết Vụ nổ bự nói rằng tất cả vật chất lúc này và vượt khứ trong Vũ trụ mọi tồn trên cùng một thời điểm, khoảng chừng 13,8 tỷ năm trước. Thời điểm này, tất cả vật chất phần nhiều bị nén chặt thành một quả cầu rất nhỏ dại với tỷ lệ vô hạn cùng nhiệt lượng cực đại gọi là Điểm kỳ dị. Điểm kỳ dị ban đầu mở rộng, và vũ trụ như bọn họ biết bắt đầu.

Mặc mặc dù đây chưa phải là định hướng hiện đại duy nhất về cách Vũ trụ ra đời – ví dụ, có định hướng Trạng thái Ổn định hoặc lý thuyết Vũ trụ dao động – nó được chấp nhận rộng rãi và phổ cập nhất. Mô hình không những giải thích nguồn gốc của toàn bộ các vật hóa học đã biết, những quy mức sử dụng vật lý và cấu tạo quy mô phệ của Vũ trụ, nó còn phân tích và lý giải cho sự giãn nở của Vũ trụ và một loạt các hiện tượng khác.

Mốc thời gian:

Làm việc trái lại so với trạng thái lúc này của Vũ trụ, những nhà kỹ thuật đã giới thiệu giả thuyết rằng nó phải xuất phát từ một điểm tốt nhất có mật độ vô hạn và thời hạn hữu hạn ban đầu giãn nở. Sau sự co và giãn ban đầu, lý thuyết cho rằng thiên hà nguội đi đủ để có thể chấp nhận được hình thành các hạt hạ nguyên tử, và các nguyên tử đơn giản và dễ dàng sau này. Những đám mây mập mạp của các nguyên tố nguyên thủy này tiếp đến kết phù hợp lại dựa vào lực hấp dẫn để tạo thành các ngôi sao sáng và thiên hà.

Tất cả điều này bắt đầu khoảng 13,8 tỷ năm trước, và cho nên được xem là tuổi của vũ trụ. Thông qua vấn đề kiểm tra các nguyên tắc lý thuyết, các thí nghiệm liên quan đến máy gia tốc hạt cùng trạng thái năng lượng cao, cùng các phân tích thiên văn quan liền kề vũ trụ sâu, các nhà kỹ thuật đã xây đắp dòng thời gian của các sự kiện bắt đầu với Vụ nổ lớn và dẫn mang lại trạng thái tiến hóa vũ trụ hiện nay. .

Tuy nhiên, thời gian nhanh nhất của thiên hà – kéo dãn dài từ khoảng 10-43 đến 10-11 giây sau Vụ nổ lớn – là công ty đề của đa số suy đoán. Cho rằng các định mức sử dụng vật lý như bọn họ biết quan yếu tồn trên vào thời gian này, rất cạnh tranh để hiểu được cách mà Vũ trụ có thể được điều hành. Hơn nữa, các thí nghiệm hoàn toàn có thể tạo ra những loại năng lượng liên quan tiền vẫn không được tiến hành. Tuy nhiên, nhiều giả thuyết phổ biến về phần lớn gì đã xảy ra trong thời điểm thuở đầu này trong thời gian, nhiều giả thuyết tương xứng với nhau.

Điểm kỳ dị:

Còn được call là Kỷ nguyên Planck (hay Kỷ nguyên Planck), đấy là thời kỳ sớm nhất được nghe biết của Vũ trụ. Lúc này, tất cả vật chất đầy đủ được cô đặc lại trên một điểm duy nhất có mật độ vô hạn với nhiệt lượng cực lớn. Trong thời kỳ này, fan ta tin rằng những hiệu ứng lượng tử của lực lôi kéo đã đưa ra phối những tương tác trang bị lý và không tồn tại lực lượng vật hóa học nào không giống có sức mạnh tương đương với lực hấp dẫn.

Khoảng thời gian Planck này kéo dãn dài từ điểm 0 cho khoảng 10-43 giây, và được lấy tên như vậy do nó chỉ rất có thể được đo bằng thời hạn Planck. Do nhiệt độ và tỷ lệ vật hóa học cực lớn, tâm lý của vũ trụ rất không ổn định. Do đó, nó bắt đầu nở ra và nguội đi, dẫn đến sự biểu thị của những lực cơ phiên bản của thứ lý.

Từ khoảng tầm 10 -43 giây và 10 -36 , vũ trụ bước đầu vượt qua các nhiệt độ chuyển tiếp. Tại đây, các lực lượng cơ phiên bản chi phối Vũ trụ được hiểu đã ban đầu tách khỏi nhau. Bước trước tiên trong quy trình này là lực hấp dẫn bóc ra ngoài lực đo, tính tự lực phân tử nhân bạo dạn và yếu và lực năng lượng điện từ.

Sau đó, tự 10 -36 đến 10 -32 giây sau Vụ nổ lớn, ánh nắng mặt trời của vũ trụ đủ thấp (10 28 K) để những lực điện từ (lực mạnh) với lực hạt nhân yếu đuối (tương tác yếu) có thể tách rời. Cũng như, chế tạo thành nhị lực lượng riêng biệt.

Kỷ nguyên lân phát:

Với việc tạo ra các lực cơ bạn dạng đầu tiên của vũ trụ, Kỷ nguyên mức lạm phát bắt đầu, kéo dài từ 10 -32 giây trong thời gian Planck đến 1 thời điểm không xác định. Hầu không còn các quy mô vũ trụ cho rằng Vũ trụ trên thời điểm này được phủ đầy một cách đồng bộ với tỷ lệ năng lượng cao, và ánh sáng và áp suất cực kì cao vẫn dẫn mang đến sự giãn nở và nguội đi nhanh chóng.

Điều này ban đầu ở 10 -37 giây, nơi mà sự đưa pha gây nên sự phân bóc các lực cũng dẫn mang lại một quá trình mà vũ trụ phát triển theo cấp cho số nhân. Cũng tại thời điểm này, quá trình sinh baryogenesis xảy ra, đề cập mang lại một sự kiện đưa định trong các số đó nhiệt độ cao đến mức hoạt động ngẫu nhiên của các hạt xẩy ra với tốc độ tương đối tính.

Kết quả là, các cặp hạt – phản hạt của tất cả các loại tiếp tục được tạo nên và bị hủy diệt trong những vụ va chạm, được biết dẫn mang đến vật hóa học chiếm ưu cầm hơn bội phản vật hóa học trong vũ trụ hiện nay nay. Sau khi lạm phát kinh tế dừng lại, vũ trụ bao gồm plasma quark-gluon, tương tự như tất cả những hạt cơ bản khác. Từ thời đặc điểm đó trở đi, Vũ trụ bắt đầu nguội đi cùng vật chất phối hợp lại cùng hình thành.

Kỷ nguyên có tác dụng mát:

Khi vũ trụ thường xuyên giảm về mật độ và sức nóng độ, tích điện của mỗi hạt bước đầu giảm và quy trình chuyển trộn tiếp tục cho tới khi các lực cơ bản của đồ dùng lý và những hạt cơ bản thay đổi thành dạng lúc này của chúng. Vì năng lượng của các hạt sẽ sút xuống những giá trị rất có thể thu được bằng các thí nghiệm thiết bị lý hạt, nên giai đoạn này trở đi vẫn ít bị suy luận hơn.

Ví dụ, các nhà khoa học có niềm tin rằng khoảng 10-11 giây sau vụ nổ Big Bang, năng lượng của các hạt giảm đáng kể. Vào khoảng 10-6 giây, quark và gluon kết phù hợp với nhau để sinh sản thành baryon như proton với neutron, với sự dư thừa nhỏ của quark so với phản quark dẫn tới sự dư thừa nhỏ của baryon so với phòng thể.

Vì ánh sáng không đầy đủ cao để tạo ra các cặp proton-phản proton new (hoặc cặp neutron-anitneutron), sự bài trừ hàng loạt ngay lập tức sau đó, chỉ để lại 1/10 proton và neutron thuở đầu và không có phản hạt nào của chúng. Một quy trình tương từ đã xẩy ra vào khoảng tầm 1 giây sau Vụ nổ lớn so với các electron và positron. Sau phần lớn sự bài trừ này, những proton, neutron và electron sót lại không còn vận động tương đối tính nữa và tỷ lệ năng lượng của dải ngân hà bị đưa ra phối bởi những photon – và ở tầm mức độ thấp rộng là neutrino.

Một vài ba phút sau khi mở rộng, giai đoạn được gọi là sự tổng đúng theo hạt nhân của Vụ nổ lớn cũng bắt đầu. Nhờ sức nóng độ giảm đi 1 tỷ kelvin và mật độ năng lượng giảm xuống khoảng tương đương với không khí, neutron cùng proton ban đầu kết đúng theo để sản xuất thành deuterium thứ nhất của dải ngân hà (một đồng vị bất biến của Hydro) và những nguyên tử heli. Tuy nhiên, phần nhiều các proton của thiên hà vẫn chưa kết hợp thành hạt nhân hydro.

Xem thêm: Kích Thước Các Hành Tinh Nào Lớn Nhất Trong Hệ Mặt Trời ? Hành Tinh Nào Lớn Nhất Trong Hệ Mặt Trời

Sau khoảng 379.000 năm, những electron kết hợp với những phân tử nhân này để tạo nên thành nguyên tử (một lần nữa, đa số là hydro), trong những khi bức xạ tách bóc khỏi vật chất và thường xuyên mở rộng lớn trong ko gian, đa phần không bị cản trở. Bức xạ này hiện theo thông tin được biết là thứ làm cho Nền Vi sóng vũ trụ (CMB), mà thời nay là ánh sáng lâu đời nhất trong Vũ trụ.

Khi CMB mở rộng, nó mất dần mật độ và năng lượng, và hiện được mong tính có nhiệt độ là 2,7260 ± 0,0013 K (-270,424 ° C / -454,763 ° F) và tỷ lệ năng lượng là 0,25 eV / cm 3 (hoặc 4,005 × 10 -14 J / m 3 ; 400–500 photon / cm 3 ). CMB rất có thể được nhìn thấy ở phần đa hướng ở khoảng cách khoảng 13,8 tỷ năm ánh sáng, nhưng mong tính về khoảng cách thực của chính nó thì nó bí quyết tâm Vũ trụ khoảng chừng 46 tỷ năm ánh sáng.

Kỷ nguyên cấu trúc:

Trong vài tỷ năm tiếp theo đó, những vùng đặc hơn một chút ít của vật hóa học phân bố gần như là đồng phần nhiều của Vũ trụ ban đầu trở nên hấp dẫn lẫn nhau. Do đó, bọn chúng ngày càng chen chúc hơn, sinh sản thành các đám mây khí, những ngôi sao, các ngoài trái đất và các cấu tạo thiên văn không giống mà chúng ta thường xuyên quan giáp ngày nay.

Đây là mẫu được điện thoại tư vấn là Kỷ nguyên Cấu trúc, vì chính trong thời hạn này nhưng mà Vũ trụ hiện tại đại bắt đầu hình thành. Điều này bao gồm các đồ chất thấy được được phân bổ trong các cấu tạo có kích thước khác nhau, tự các ngôi sao và trái đất đến các thiên hà, các cụm thiên hà và những siêu cụm – nơi tập trung vật hóa học – được phân làn bởi các vịnh mập mạp chứa không nhiều thiên hà.

Các chi tiết của quá trình này phụ thuộc vào vào con số và các loại vật hóa học trong vũ trụ, với vật chất về tối lạnh , đồ vật chất tối ấm, vật dụng chất về tối nóng và vật chất baryonic là tư loại được gợi ý. Tuy nhiên, mô hình Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), trong các số ấy các hạt vật hóa học tối di chuyển chậm rì rì so với tốc độ ánh sáng, được xem như là mô hình tiêu chuẩn chỉnh của vũ trụ học tập Big Bang, vì nó tương xứng nhất với dữ liệu hiện có. .

Trong quy mô này, vật chất tối lạnh được ước tính chiếm khoảng tầm 23% vật chất / tích điện của vũ trụ, trong khi vật chất baryonic chiếm khoảng 4,6%. Lambda đề cập mang đến Hằng số vũ trụ, một lý thuyết ban đầu do Albert Einstein lời khuyên nhằm cố gắng chỉ ra rằng sự cân đối của khối lượng-năng lượng trong vũ trụ là tĩnh. Trong trường thích hợp này, nó được link với tích điện tối, được dùng để làm đẩy cấp tốc sự co và giãn của vũ trụ và giữ cho cấu tạo quy mô bự của nó phần lớn đồng nhất.

Dự đoán dài hạn:

Giả thuyết rằng Vũ trụ tất cả một điểm ban đầu đương nhiên sẽ làm nảy sinh câu hỏi về một điểm cuối có thể xảy ra. Nếu Vũ trụ ban đầu như một điểm bé dại có mật độ vô hạn bước đầu giãn nở, thì điều đó có nghĩa là nó vẫn tiếp tục giãn nở vô thời hạn? Hay một ngày nào đó nó sẽ cạn kiệt lực lượng và bước đầu rút lui vào trong cho đến khi đa số vật hóa học vỡ vụn quay trở lại thành một quả bóng nhỏ?

Trả lời thắc mắc này vẫn là trung tâm chính của các nhà ngoài hành tinh học kể từ khi cuộc tranh biện về quy mô Vũ trụ như thế nào là chính xác bắt đầu. Với việc đồng ý Lý thuyết Vụ nổ lớn, nhưng trước khi quan sát năng lượng tối vào trong thời hạn 1990, các nhà thiên hà học đang đi đến thống nhất về nhị kịch bản là kết quả có khả năng xảy ra nhất đối với Vũ trụ của chúng ta.

Trong kịch phiên bản đầu tiên, hay được call là kịch bạn dạng “Vụ nổ lớn”, vũ trụ vẫn đạt đến kích cỡ tối đa và sau đó bắt đầu tự sụp đổ. Điều này đã chỉ hoàn toàn có thể thực hiện được ví như mật độ cân nặng của Vũ trụ lớn hơn mật độ tới hạn. Nói cách khác, chừng nào tỷ lệ vật hóa học vẫn bởi hoặc bên trên một giá bán trị nhất mực (1-3 × 10 -26 kg vật chất trên m 3 ), thì Vũ trụ sau cùng sẽ co lại.

Ngoài ra, nếu tỷ lệ trong vũ trụ bằng hoặc thấp hơn mật độ tới hạn, thì sự giãn nở sẽ trì trệ dần nhưng không khi nào dừng lại. Trong kịch bạn dạng này, được gọi là “Big Freeze”, Vũ trụ đã tiếp tục cho tới khi sự xuất hiện sao cuối cùng dứt với bài toán tiêu thụ tất cả khí giữa các vì sao trong mỗi thiên hà. Trong lúc đó, toàn bộ các ngôi sao hiện gồm sẽ cháy không còn và phát triển thành sao lùn trắng, sao neutron và lỗ đen.

Dần dần, các vụ va va giữa các lỗ đen này đã dẫn đến khối lượng tích tụ thành các lỗ black ngày càng bự hơn. Nhiệt độ mức độ vừa phải của vũ trụ sẽ đạt cho độ không tuyệt đối, và những lỗ black sẽ bốc hơi sau khi phát ra phản xạ Hawking sau cùng của chúng. Cuối cùng, entropy của vũ trụ đã tăng lên đến mức nhưng mà không một dạng năng lượng có tổ chức nào hoàn toàn có thể được triết xuất từ ​​nó (một kịch phiên bản được gọi là “cái chết bởi vì nhiệt”).

Các quan gần kề hiện đại, bao hàm sự lâu dài của năng lượng tối và ảnh hưởng của nó đối với sự giãn nở của vũ trụ, vẫn dẫn đến kết luận rằng ngày càng các vũ trụ hiện hoàn toàn có thể nhìn thấy vẫn vượt ra bên ngoài chân trời sự khiếu nại của họ (tức là CMB, rìa của những gì chúng ta cũng có thể nhìn thấy) với trở cần vô hình đối với chúng tôi. Kết quả ở đầu cuối của vấn đề này hiện vẫn không được biết, tuy nhiên “cái chết vày nhiệt” cũng được coi là điểm kết thúc có thể xảy ra trong kịch bản này.

Các lý giải khác về năng lượng tối, được gọi là triết lý năng lượng ma, mang lại rằng sau cùng các cụm thiên hà, những ngôi sao, hành tinh, nguyên tử, hạt nhân và bạn dạng thân vật dụng chất sẽ ảnh hưởng xé toạc vày sự không ngừng mở rộng ngày càng tăng. Kịch phiên bản này được hotline là “Big Rip”, trong số đó sự không ngừng mở rộng của Vũ trụ sau cuối sẽ là việc hoàn tác của nó.

Lịch sử của triết lý Vụ nổ lớn:

Những lốt hiệu sớm nhất về Vụ nổ lớn xẩy ra là kết quả của những cuộc quan tiền sát không gian sâu được tiến hành vào thời điểm đầu thế kỷ 20. Năm 1912, đơn vị thiên văn học tín đồ Mỹ Vesto Slipher đã thực hiện một loạt các quan liền kề các dải ngân hà xoắn ốc (được cho rằng tinh vân) cùng đo Doppler Redshift của chúng. Trong hầu hết mọi trường hợp, các thiên hà xoắn ốc được quan tiếp giáp thấy đang dịch chuyển ra khỏi ngoài trái đất của chúng ta.

Năm 1922, bên vũ trụ học tín đồ Nga Alexander Friedmann đã phát triển cái được hotline là phương trình Friedmann, được suy ra từ những phương trình của Einstein cho thuyết kha khá rộng. Trái ngược với vấn đề Einstein ủng hộ vào thời điểm này với Hằng số vũ trụ học của mình, công trình xây dựng của Friedmann cho biết thêm vũ trụ có chức năng đang ở trạng thái giãn nở.

Năm 1924, phép đo của Edwin Hubble về khoảng cách lớn mang đến tinh vân xoắn ốc gần nhất cho biết rằng những hệ thống này thực sự là các ngoài trái đất khác. Đồng thời, Hubble bước đầu phát triển một loạt những chỉ số khoảng tầm cách bằng cách sử dụng kính thiên văn Hooker 100 inch (2,5 m) trên Đài quan gần cạnh Mount Wilson. Và mang lại năm 1929, Hubble sẽ phát chỉ ra mối đối sánh giữa khoảng cách và vận tốc suy thoái – mà thời nay được gọi là định pháp luật Hubble.

Và kế tiếp vào năm 1927, Georges Lemaitre, một nhà trang bị lý người Bỉ với là linh mục đạo gia tô La Mã, đã hòa bình đưa ra công dụng tương từ như những phương trình của Friedmann và khuyến nghị rằng sự suy thoái được suy ra của các dải ngân hà là vị sự co giãn của vũ trụ. Vào năm 1931, ông đưa ra điều đó xa hơn, cho thấy rằng sự mở rộng hiện tại của Vũ trụ có nghĩa là người phụ vương quay ngược thời gian một lần nữa, thì Vũ trụ đang càng nhỏ dại hơn. Ông lập luận vào trong 1 thời điểm nào kia trong thừa khứ, toàn bộ trọng lượng của vũ trụ sẽ tiến hành tập trung vào một trong những điểm duy nhất nhưng từ đó cấu tạo của không khí và thời gian bắt nguồn từ đó.

Những tò mò này đã gây ra một cuộc tranh cãi giữa các nhà thiết bị lý vào suốt trong thời hạn 1920 với 30, với đa số ủng hộ rằng vũ trụ sinh hoạt trạng thái ổn định. Trong mô hình này, vật hóa học mới tiếp tục được tạo thành khi dải ngân hà giãn nở, cho nên vì thế bảo toàn tính đồng hóa và mật độ của vật chất theo thời gian. Trong số các nhà kỹ thuật này, phát minh về một Vụ nổ lớn bên cạnh đó mang tính thần học tập hơn là khoa học, và đông đảo cáo buộc về sự thiên vị đang được chuyển ra so với Lemaitre dựa trên gốc rễ tôn giáo của ông.