Información completa y detallada sobre la cosmología del Big Bang (concepción teórica)

La "teoría del Big Bang" es la teoría más influyente en la cosmología moderna. Su idea principal es que el universo alguna vez tuvo una historia de evolución de calor a frío. Durante este período, el sistema cósmico continuó expandiéndose, provocando que la densidad de la materia evolucionara de densa a delgada, como una gran explosión. Introducción básica Nombre chino: El Big Bang Nombre extranjero: ¿El universo? Big Bang; La teoría del Big Bang Tiempo: ¿Hace 13,82 mil millones de años? Formación: Fundadores de la teoría de la explosión de expansión de singularidad densa y caliente: Lemaître, Gamow, Ha Introducción a Bo et al. , principio de generación, supuestos básicos, proceso de investigación, etapa inicial, etapa de verificación, etapa de madurez, breve historia de la explosión, hechos de observación, conceptos relacionados, espacio en expansión, horizonte de eventos, radiación de microondas (Premio Nobel de Física 1978), grado de abundancia de helio, evidencia principal, premios de teoría, temas existentes, debates modernos, introducción "La teoría del Big Bang" cree que el universo se formó por la expansión de una singularidad densa y caliente después de una gran explosión hace 13,7 mil millones de años. En 1927, el astrónomo y cosmólogo belga Georges Lemaître propuso por primera vez la hipótesis del Big Bang. En 1929, el astrónomo estadounidense Hubble propuso la ley de Hubble basándose en la hipótesis de que el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias es proporcional a la distancia entre las galaxias, y dedujo la teoría de la expansión del universo de que las galaxias se están alejando unas de otras. Una de las teorías más influyentes de la cosmología moderna. Su idea principal es que el universo alguna vez tuvo una historia de evolución de calor a frío. Durante este período, el sistema cósmico continuó expandiéndose, provocando que la densidad de la materia evolucionara de densa a delgada, como una gran explosión. Uno de los fundadores de esta teoría es Gamow. En 1946, el físico estadounidense Gamow propuso formalmente la teoría del Big Bang, según la cual el universo se formó a partir de una gran explosión que ocurrió hace unos 14 mil millones de años. A finales del siglo pasado, las observaciones de supernovas de tipo Ia mostraron que la expansión del universo se está acelerando porque el universo puede estar compuesto principalmente de energía oscura. Principio de producción: Al inicio de la explosión, la materia sólo puede existir en forma de partículas básicas como neutrones, protones, electrones, fotones y neutrinos. La continua expansión tras la explosión del universo hizo que la temperatura y la densidad descendieran rápidamente. A medida que la temperatura disminuye y se enfría, los átomos, núcleos y moléculas se forman gradualmente y se combinan en gases ordinarios. El gas se condensó gradualmente en nebulosas, que posteriormente formaron varias estrellas y galaxias, hasta formar el universo que vemos hoy. Se puede decir que la idea de que "el universo no existe para siempre, sino que fue creado de la nada" está profundamente arraigada en la cultura occidental. Aunque los filósofos griegos alguna vez consideraron la posibilidad de un universo eterno, todas las principales religiones occidentales han sostenido que el universo fue creado por Dios en un momento específico del pasado. Supuestos básicos El establecimiento de la teoría del Big Bang se basa en dos supuestos básicos: la universalidad de las leyes físicas y los principios cosmológicos. El principio cosmológico establece que el universo es uniforme e isotrópico a gran escala. Estos puntos de vista se introdujeron inicialmente como axiomas a priori, y ahora hay esfuerzos de investigación relevantes que intentan verificarlos. Por ejemplo, con respecto a la primera hipótesis, los experimentos han confirmado que durante la mayor parte del tiempo desde el nacimiento del universo, el valor de error relativo de la constante de estructura fina no excederá 10^(-5). Además, la relatividad general ha sido verificada experimentalmente con mucha precisión mediante observaciones del sistema solar y los sistemas estelares binarios y, en una escala cosmológica más amplia, el éxito empírico de la teoría del Big Bang en muchos aspectos también es un fuerte apoyo a la relatividad general. . Suponiendo que el universo a gran escala sea isotrópico visto desde la Tierra, los principios cosmológicos pueden derivarse de un principio copernicano más simple. El principio copernicano establece que no existe un observador ni una posición de observación preferidos (o especiales). Según la observación de la radiación de fondo de microondas, se ha confirmado que el principio cosmológico es verdadero del orden de 10^(-5), mientras que la uniformidad observada del universo a gran escala es del orden del 10%. Proceso de investigación Etapa inicial Lo que mucha gente no sabe es que, en comparación con la actualidad, cuando la teoría del Big Bang se ha vuelto de dominio público, durante mucho tiempo después de que se propuso por primera vez la teoría, la comunidad científica mundial tuvo una actitud “desdeñosa” hacia ella.

Este extraño fenómeno se debió a que la comunidad científica de aquella época estaba influenciada por la tendencia filosófica de la evolución que derrocó la "Teoría de la Creación de Dios". Se oponían ciegamente a las teorías tradicionales y no admitían que el universo tuviera un punto de partida. declarado en la Biblia. La comunidad científica occidental durante este período generalmente insistía en que el universo y la materia eran inmutables, sin principio ni fin. Por lo tanto, no se aceptan todas las teorías que implican el dicho de que el universo y todo "tuvo un comienzo". Incluso grandes científicos como Einstein también se vieron afectados. Einstein estaba resumiendo las ecuaciones del campo gravitacional y descubrió que de la fórmula Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv se deduciría que el universo es en realidad un universo dinámico con cambios materiales interminables, por lo que impuso otra Se calcula la "constante cosmológica" para mantener un universo estático. En otras palabras, la ecuación de campo original es en realidad así: ∧gμv+Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv, donde la constante “∧” es la constante cosmológica. Etapa de verificación Sin embargo, desde que el astrónomo estadounidense Edwin Hubble comenzó a observar el "fenómeno del corrimiento al rojo" en 1922, comenzó a formarse la idea de una "expansión cósmica". En 1929, Edwin Hubble hizo un descubrimiento histórico: no importa en qué dirección mires, las galaxias distantes se alejan rápidamente de nosotros, mientras que las galaxias cercanas se acercan a nosotros. En otras palabras, el universo se está expandiendo. Esto significa que en los primeros tiempos las estrellas estaban mucho más cerca unas de otras. De hecho, parece que en algún momento hace entre 10 mil y 20 mil millones de años, estuvieron en el mismo lugar, por lo que el descubrimiento de Hubble implica que hubo un momento llamado Big Bang, cuando el universo estaba en una singularidad de infinito. densidad. Después de enterarse de esto, Einstein llegó rápidamente al Observatorio Wilson donde trabajaba Hubble y, bajo el liderazgo de Hubble, realizó personalmente observaciones del fenómeno del corrimiento al rojo. Después de la visita, Einstein admitió públicamente el error de su conciencia subjetiva que afectaba las conclusiones científicas y eliminó la constante cosmológica de la ecuación de campo, lo que dio como resultado la ecuación de campo de Einstein tal como la conocemos hoy. Etapa madura Alrededor de 1948, Gamow fue el primero en establecer el concepto de big bang caliente. El Big Bang que creó el universo no fue el tipo de explosión que suele ocurrir en un determinado punto de la Tierra y luego se propaga al aire circundante. Más bien, ocurrió en todas partes al mismo tiempo y llenó todo el espacio desde el principio. tipo de explosión en la que cada partícula de la explosión se aleja de todas las demás partículas. De hecho, debe entenderse como la rápida expansión del espacio. "Todo el espacio" puede referirse a todo el universo infinito, o a un universo finito que puede retorcerse a su posición original como una esfera. Según la cosmología del Big Bang, el universo primitivo era una gran área de gas uniforme compuesta de partículas microscópicas, era extremadamente caliente, extremadamente densa y se expandía a un ritmo muy alto. Estos gases tienen una temperatura uniforme en equilibrio térmico. Esta temperatura unificada es un símbolo importante del estado del universo en ese momento, por eso se le llama temperatura del universo. La expansión adiabática del gas reducirá la temperatura, permitiendo que aparezcan uno tras otro núcleos, átomos e incluso sistemas estelares. Una breve historia de la explosión Cuando comenzó el Big Bang: hace unos 15 mil millones de años, un punto con un volumen infinitamente pequeño, una densidad infinitamente alta, una temperatura infinitamente alta y una curvatura espacio-temporal infinita se llama singularidad. El espacio y el tiempo nacieron de algo más allá del tiempo y el espacio, lo que algunos cosmólogos llaman un vacío cuántico (falso vacío), lleno de perturbaciones de energía cuántica consistentes con el principio de incertidumbre de Heisenberg. 10 -43 segundos después del big bang (tiempo de Planck): aproximadamente a los 10 32 grados, el universo emergió del fondo de fluctuaciones cuánticas. Esta etapa se llama tiempo de Planck. Antes de eso, la densidad del universo pudo haber superado los 10,94 gramos por centímetro cúbico, que es 10,78 veces mayor que la densidad de los protones. En física, todas las fuerzas son una. (Supersimetría) En esta etapa, el universo se ha enfriado lo suficiente como para que la gravedad pueda separarse y comenzar a existir de forma independiente, y hay gravitones que transmiten interacciones gravitacionales. Las otras fuerzas del universo (interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas) siguen siendo una. 10 -35 segundos después del big bang: alrededor de 10 27 grados, el período de inflación (el primer empujón), la gravedad se ha separado, se forman quarks, bosones y leptones. En esta etapa, el universo se ha enfriado hasta el punto en que la interacción fuerte puede separarse, mientras que la interacción débil y la interacción electromagnética todavía están unificadas en la llamada interacción electrodébil.

El universo también experimentó inflación, que duró sólo 10 -33 segundos. En este momento, el universo experimentó 100 duplicaciones (2 100), y la escala resultante fue 10 30 veces la escala anterior (la inflación era el universo mismo, es decir, espacio y espacio). El tiempo en sí no viola la velocidad de la barrera de la luz). Antes de la inflación, el universo todavía estaba dentro del rango de interconexión de los fotones, y todos los puntos ásperos podían suavizarse. Cuando la inflación se detuvo, lo que se detecta hoy se había estabilizado en sus propias áreas pequeñas, y esto se llama teoría de la inflación. 10 -12 segundos después del big bang: alrededor de 10 15 grados, etapa de partículas, se forman protones, neutrones y sus antipartículas, se estabilizan bosones, neutrinos, electrones, quarks y gluones. El universo se enfrió lo suficiente como para que la interacción electrodébil se dividiera en interacción electromagnética y interacción débil. La familia de los leptones (electrones, neutrinos y sus correspondientes antipartículas) necesita esperar a que el universo continúe enfriándose durante otros 10 -4 segundos antes de poder separarse de la fase de equilibrio con otras partículas. Una vez desacoplados de la materia, los neutrinos viajarán libremente por el espacio. En principio, estos neutrinos originales pueden detectarse. 0,01 segundos después del big bang: alrededor de 100 mil millones de grados, dominan los fotones, electrones y neutrinos, los protones y neutrones representan sólo una milmillonésima parte del estado de equilibrio térmico, el sistema se expande rápidamente y la temperatura y la densidad continúan disminuyendo. 0,1 segundos después del Big Bang: unos 30 mil millones de grados, la relación neutrón-protón cayó de 1,0 a 0,61. Un segundo después del big bang: unos 10 mil millones de grados, los neutrinos se escapan, se produce una reacción de aniquilación de electrones y positrones y la fuerza nuclear no es suficiente para unir neutrones y protones. Diez segundos después del big bang: unos 3 mil millones de grados, el período nuclear, se forman núcleos atómicos estables (elementos químicos) como el hidrógeno y el helio. Cuando el universo se enfría por debajo de 10 9 Kelvin (unos 100 segundos después), la transformación de partículas se vuelve imposible. Los cálculos de nucleosíntesis indican que la densidad bariónica representa sólo del 2% al 5% de la materia necesaria para un universo topológicamente plano, lo que sugiere fuertemente que otras formas de materia y energía (materia oscura no bariónica y energía oscura) llenan el universo. 35 minutos después del Big Bang: unos 300 millones de grados, el proceso de nucleosíntesis primordial se detiene y aún no se pueden formar átomos neutros. 10 11 segundos (10 4 años) después del Big Bang, la temperatura era de unos 10 5 Kelvin, el período material. En la historia temprana del universo, la luz dominaba todas las formas de energía. A medida que el universo se expande, la longitud de onda de la radiación electromagnética se alarga y la energía fotónica correspondiente también disminuye. La densidad de energía de la radiación disminuye en proporción inversa al producto de la escala (R) y el volumen (4πR 3 /3), es decir, A1/R 4 disminuye, mientras que la densidad de energía de la materia simplemente disminuye en proporción inversa al volumen 1/R. 3 . Diez mil años después, la densidad de la materia alcanzó la densidad de la radiación y la superó, y a partir de ese momento, el universo y su dinámica quedaron dominados por la materia. 300.000 años después del Big Bang: a unos 3.000 grados, las combinaciones químicas formaron átomos neutros. El componente principal del universo era la materia gaseosa, que gradualmente se condensó en nubes de gas más densas bajo la acción de la autogravedad, hasta formar estrellas y sistemas estelares. El vacío cuántico alcanza su punto máximo durante el período inflacionario y luego impregna todo el universo en forma de energía oscura. A medida que la densidad de la materia y la radiación disminuyen rápidamente, la energía oscura se vuelve cada vez más evidente. La energía oscura puede representar 2/3 de la densidad energética total del universo, impulsando así la expansión acelerada del universo. Hechos observacionales La naturaleza científica de la teoría del Big Bang es convincente. La evidencia más directa proviene de estudios de las características de la luz de galaxias distantes. En la década de 1920, el astrónomo Edwin Hubble estudió las observaciones realizadas por Vesto Slipher. Observó que las galaxias distantes eran de color ligeramente más rojo que las galaxias cercanas. Hubble midió cuidadosamente este enrojecimiento e hizo un mapa del mismo. Descubrió que este enrojecimiento (corrimiento al rojo) es sistemático: cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más roja parece. El color de la luz está relacionado con su longitud de onda. En el espectro de luz blanca, la luz azul se encuentra en el extremo de longitud de onda corta y la luz roja en el extremo de longitud de onda larga. El enrojecimiento de las galaxias distantes significa que la longitud de onda de su luz se ha alargado ligeramente. Hubble confirmó este efecto después de determinar cuidadosamente las posiciones de las líneas características en los espectros de muchas galaxias. Creía que el alargamiento de las ondas de luz se debía a la expansión del universo. El gran descubrimiento de Hubble sentó las bases de la cosmología moderna. La naturaleza del universo en expansión ha desconcertado a muchas personas. Desde la perspectiva de la Tierra, parece que las galaxias distantes se están alejando rápidamente de nosotros. Sin embargo, esto no significa que la Tierra sea el centro del universo. En promedio, el panorama de la expansión es el mismo en todas partes del universo. Se puede decir que todo punto es el centro, pero ningún punto es el centro (la mejor explicación es una pintura: el corte del espacio tridimensional).

Es mejor pensar en ello como el espacio entre galaxias que se estira o expande, en lugar de galaxias que se mueven a través del espacio. Esto es diferente de las explosiones que se originan en un punto y que vemos en nuestra vida diaria. El hecho de que el espacio pueda estirarse puede parecer extraño, pero es un concepto que los científicos conocen desde que Einstein publicó su teoría general de la relatividad en 1915. La relatividad general sostiene que la gravedad es en realidad una manifestación de la curvatura o deformación del espacio (estrictamente hablando, el espacio-tiempo). El espacio es elástico en el sentido de que puede doblarse o estirarse de determinadas maneras, dependiendo de la disposición de la materia. Esta idea ha sido plenamente confirmada por la observación. Conceptos relacionados Espacio de expansión El concepto básico de espacio de expansión se puede entender mediante una simulación simple. Piense en una fila de botones cosidos a una banda elástica. Supongamos que estiras la banda elástica desde ambos extremos para que todos los botones se separen entre sí. No importa qué botón elijamos mirar, los botones adyacentes parecen alejarse, y esta expansión es la misma en todas partes, sin un centro especial. Por supuesto, cuando dibujamos esta fila de botones, tiene un botón central, pero eso no tiene nada que ver con la forma en que se expande el sistema. Simplemente alargue infinitamente la banda elástica abotonada o forme un círculo con ella y el centro ya no existirá. Al mirar cualquier botón, el botón [url más cercano a él retrocede a cierta velocidad, el siguiente botón retrocede al doble de velocidad, y así sucesivamente. Cuanto más lejos aparezca el botón, más rápido retrocederá. Por lo tanto, esta expansión significa que la tasa de regresión es proporcional a la distancia, una relación extremadamente importante. Con la ayuda de esta imagen, podemos imaginar qué onda de luz es. No es de extrañar que Hubble descubriera que la cantidad de desplazamiento hacia el rojo es proporcional a la distancia, lo cual es completamente consistente con el resultado de esta simple simulación de imagen. Horizonte de sucesos Una característica importante del espacio-tiempo del Big Bang es la existencia de un horizonte de sucesos: dado que el universo tiene una edad finita y la luz tiene una velocidad finita, puede haber algunos sucesos pasados ​​que no puedan transmitirnos información a través de la luz. A partir de este análisis, se puede ver que existe tal límite, o llamado horizonte pasado, y solo se pueden observar eventos dentro de esta distancia límite. Por otro lado, como el espacio se expande constantemente y cuanto más lejos está un objeto, más rápido retrocede, es posible que la luz que emitimos nunca llegue allí. De este análisis se puede ver que existe tal límite u horizonte futuro, y que solo los eventos dentro de esta distancia límite pueden verse afectados por nosotros. La existencia de los dos horizontes anteriores depende de la forma específica del modelo FLRW que describe nuestro universo: nuestra comprensión actual del universo primitivo significa que el universo debería tener un horizonte pasado, pero en los experimentos nuestras observaciones todavía están bloqueadas por el universo primitivo. Limitado por la opacidad de las ondas electromagnéticas, esto ha resultado en nuestra incapacidad para observar eventos a mayor distancia a través de ondas electromagnéticas, incluso cuando el horizonte retrocedió debido a la expansión espacial en el pasado. Por otro lado, si la expansión del universo continúa acelerándose, el universo también tendrá un horizonte futuro. Radiación de microondas (Premio Nobel de Física 1978) Ya a finales de la década de 1940, Gamow, el creador de la cosmología del Big Bang, creía que nuestro universo se estaba bañando en la radiación residual del universo temprano de alta temperatura, con una temperatura de aproximadamente 6K. . Al igual que una estufa, aunque ya no hay fuego, todavía puede emitir algo de calor. Radiación cósmica de fondo de microondas En 1964, los jóvenes ingenieros Penzias y Wilson de la American Bell Telephone Company recibieron inesperadamente un ruido de interferencia de radio mientras depuraban su enorme antena de bocina. La intensidad de la señal era diferente en todas las direcciones y duró meses sin ninguna. cambiar. ¿Hay algún problema con el instrumento en sí? ¿O es causado por palomas posadas en la antena? Desmontaron la antena y la volvieron a montar, pero aún así recibieron el ruido inexplicable. La longitud de onda de este ruido se encuentra en la banda de microondas, que corresponde a la onda electromagnética radiada por un cuerpo negro con una temperatura efectiva de 3,5 K (su espectro es exactamente consistente con la luminiscencia en un horno que ha alcanzado un cierto estado de equilibrio térmico). Esta radiación es lo que los físicos conocen como "radiación de cuerpo negro"). Después del análisis, concluyeron que este ruido definitivamente no provenía de satélites artificiales, ni podía provenir del Sol, la Vía Láctea o una fuente de radio extragaláctica, porque la intensidad del ruido permanecía sin cambios cuando se giraba la antena. Posteriormente, después de más mediciones y cálculos. Se concluye que la temperatura de radiación es de 2,7 K, lo que generalmente se denomina radiación cósmica de fondo de microondas de 3 K. Este descubrimiento animó enormemente a muchos científicos que trabajan en la cosmología del Big Bang.

Debido a que las observaciones de Penzias, Wilson y otros están tan cerca de la temperatura predicha por la teoría, ¡es un apoyo muy fuerte para la teoría del Big Bang! Este es otro descubrimiento astronómico importante después de que Hubble descubriera el corrimiento al rojo de las líneas espectrales de las galaxias en 1929. El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas abrió un nuevo campo para la observación del universo y proporcionó una nueva limitación de observación para varios modelos del universo. Por lo tanto, fue catalogado como uno de los cuatro mayores descubrimientos de la astronomía en la década de 1960. Penzias y Wilson ganaron el Premio Nobel de Física en 1978. La Academia Sueca de Ciencias señaló en su decisión de adjudicación: Este descubrimiento nos permite obtener información sobre los procesos cósmicos que tuvieron lugar hace mucho tiempo durante la creación del universo. Abundancia de helio Una última evidencia que confirma la teoría del origen de un universo denso y caliente. Mientras conozcamos la temperatura de la radiación térmica actual, podemos calcular fácilmente, a partir de la teoría del big bang caliente, que la temperatura en todas partes alrededor de 1 segundo después del nacimiento del universo era de unos 10 mil millones de grados, lo cual es demasiado alto para la síntesis de las energías existentes. núcleos atómicos. En ese momento la materia debió haber sido desgarrada en sus componentes más básicos, creando una sopa de quarks y gluones, como protones, neutrones y electrones. Pero a medida que la olla de sopa se enfría, pueden ocurrir reacciones nucleares. El modelo del Big Bang se puede utilizar para calcular la proporción de elementos ligeros como helio-4, helio-3, deuterio y litio-7 en relación con el hidrógeno ordinario en el universo. La abundancia de todos estos elementos ligeros depende de un parámetro, la relación entre fotones y bariones en el universo primitivo, que se calcula independientemente de los detalles específicos de las fluctuaciones en la radiación de fondo de microondas. La proporción de elementos ligeros especulada por la teoría del Big Bang (aquí está la proporción de la masa total de los elementos en lugar de la proporción de cantidad) es aproximadamente: helio-4/hidrógeno=0,25, deuterio/hidrógeno=10^-3, helio-3/hidrógeno= 10^-4, litio-7/hidrógeno=10^-7. Al comparar las abundancias reales medidas de varios elementos ligeros con los valores teóricos derivados de la relación fotón-barión, se puede encontrar que son aproximadamente consistentes. Entre ellos, el valor teórico y el valor medido son los que mejor concuerdan con el elemento deuterio. El valor teórico y el valor medido de helio-4 son cercanos pero aún diferentes. La diferencia entre el valor teórico y el valor medido de litio-. 7 es dos veces. Hay una gran diferencia en el cálculo de los dos últimos elementos. A pesar de esto, se puede considerar que la abundancia de elementos ligeros predicha por la teoría de la nucleosíntesis del Big Bang es básicamente consistente con las observaciones reales, lo que constituye un fuerte apoyo a la teoría del Big Bang. Hasta el momento, ninguna otra teoría ha explicado y dado adecuadamente la abundancia relativa de estos elementos ligeros. Al mismo tiempo, en el universo predicho por la teoría del Big Bang, el contenido de helio que puede "regularse" no puede exceder ni ser inferior al 20% o al 30% de la abundancia actual. De hecho, muchas observaciones sólo pueden explicarse mediante la teoría del Big Bang, por ejemplo, por qué la abundancia de helio en el universo primitivo era mayor que la de deuterio, y el contenido de deuterio era mayor que el de helio-3, y el deuterio. la proporción era constante. Principales pruebas El 17 de marzo de 2014, los físicos estadounidenses anunciaron que por primera vez habían descubierto pruebas directas de la existencia de las ondas gravitacionales originales en el universo. Las ondas gravitacionales primordiales fueron propuestas en la teoría general de la relatividad publicada por Einstein en 1916. Son una especie de fluctuación espacio-temporal que se generó en los inicios del universo y se fue debilitando a medida que éste evolucionaba. Los científicos dicen que las ondas gravitacionales primordiales son como la "réplica" del Big Bang en la Creación, y ayudarán a la gente a rastrear hasta un período extremadamente corto de rápida expansión al comienzo de la creación del universo, la llamada "inflación". " Sin embargo, en los últimos cien años desde que se propuso la teoría general de la relatividad, se han confirmado una por una otras predicciones importantes derivadas de ella, como la curvatura de la luz, la precesión del perihelio de Mercurio y el efecto gravitacional del corrimiento al rojo. Sin embargo, las ondas gravitacionales nunca han sido detectadas directamente. El problema es que su señal es extremadamente débil y técnicamente difícil de medir.

Físicos del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y otras instituciones de Estados Unidos utilizan el telescopio BICEP2 instalado en el Polo Sur para observar la radiación de fondo de microondas, las "brasas" del Big Bang. La radiación de fondo de microondas está formada por fotones de fondo de microondas que impregnan el universo. Los cálculos muestran que cuando las ondas gravitacionales originales actúan sobre los fotones de fondo de microondas, se produce un modo de polarización especial llamado modo B. Otras formas de perturbación no pueden producirlo. polarización, por lo que la polarización en modo B se convierte en la "huella única" de la onda gravitacional original. La observación de la polarización en modo B significa la existencia de ondas gravitacionales.

La Antártida es uno de los mejores lugares de la Tierra para observar la radiación de fondo de microondas. Los investigadores descubrieron aquí una señal de polarización en modo B que era "mucho más fuerte de lo esperado". Después de más de tres años de análisis, eliminaron otras posibles fuentes y confirmaron que era causada por ondas gravitacionales primordiales.

A principios de 2016, científicos del Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser Estadounidense (LIGO) y del Observatorio Europeo de Ondas Gravitacionales (VIRGO) anunciaron conjuntamente que habían detectado la fusión de dos agujeros negros de aproximadamente 30 veces la masa del Sol hace 1.300 millones de años. Hace años, el descubrimiento de las ondas gravitacionales ha sido llamado el "descubrimiento del siglo". Premios de teoría Los estadounidenses Saul Perlmutter y Adam Rees y Brian Schmidt, con doble ciudadanía de Estados Unidos y Australia, ganaron el Premio Nobel de Física 2011. El comité de revisión del Premio Nobel de Física comentó el día 4 que los tres ganadores "estudiaron docenas de estrellas en explosión, conocidas como 'supernovas', y descubrieron que el universo está en proceso de expansión, y la tasa de expansión se está acelerando". En la Academia Sueca de Ciencias en Estocolmo, capital de Suecia, se anunció el Premio Nobel de Física a las 11:45 hora local (17:45 hora de Taipei). El objeto de estudio de Perlmutter, Reese y Schmidt es un fenómeno que se produce cuando algunas estrellas masivas se separan de sus núcleos y sus capas en las últimas etapas de su evolución, es decir, explosiones supergrandes. Las estrellas con una masa de 8 a 25 veces la del Sol terminan su "vida" en una explosión de supernova, mientras que los paquetes de gas fuera de la estrella son expulsados ​​a gran velocidad y la luminosidad absoluta mostrada puede exceder la luminosidad del Sol en 10 mil millones de veces. Al analizar tipos específicos de explosiones de supernovas, el equipo de investigación de Perlmutter, Reese y Schmidt descubrió que más de 50 supernovas eran más tenues de lo esperado. La explicación de este resultado es que la expansión del universo se está acelerando. Este descubrimiento fue calificado por la Real Academia Sueca de Ciencias como "sacudiendo los cimientos de la cosmología". El comité de revisión del Premio Nobel de Física determinó que los resultados de la investigación de los tres galardonados han cambiado la comprensión que la humanidad tiene del universo. "Durante casi un siglo, la opinión aceptada ha sido que el universo se está expandiendo como resultado del 'Big Bang' de hace unos 14 mil millones de años", afirmó el jurado. "Sin embargo, es sorprendente descubrir que la expansión del universo se está acelerando". El comité de revisión afirmó: "Si la expansión continúa acelerándose, el universo terminará en un estado congelado". que la expansión fue propuesta originalmente por el científico Albert Eyre. Una teoría propuesta por Einstein a la que llamó "constante cosmológica". En 1998, Perlmutter presidió un grupo de investigación y Schmidt presidió otro que incluía a Reese. Los dos grupos trabajaron duro y "compitieron" entre sí, y los resultados de la observación fueron "invariablemente los mismos". El comité de jueces anunció que el premio era de 10 millones de coronas suecas (aproximadamente 1,46 millones de dólares estadounidenses), de los cuales Perlmutter recibió la mitad y Schmidt y Rees recibieron la otra mitad. Problemas existentes Hay una grave falta de observaciones relevantes de los primeros minutos después del Big Bang, y la forma real de materia-energía en el universo primitivo sigue siendo en gran medida especulativa. Las grandes teorías unificadas predicen ciertos tipos de partículas (como el esquivo monopolo magnético), mientras que las supercuerdas, la supersimetría, la supergravedad y otras teorías multidimensionales predicen sus propias partículas y fuerzas originales. El dominio absoluto de la materia sobre la antimateria es también un hecho empírico que debe explicarse en profundidad. Otras cuestiones importantes se relacionan con la creación y la naturaleza de la materia y la energía oscuras (generalmente se piensa que el vacío cuántico es el principal proveedor de ambas). Debate moderno Los científicos estadounidenses utilizaron métodos matemáticos para demostrar que "los agujeros negros no existen" el 28 de septiembre de 2014. Según el sitio web de la Organización Estadounidense de Físicos, Laura Mercini Horton, física teórica de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, publicó un artículo en ArXiv, una base de conocimientos de física en línea, afirmando que ha utilizado las matemáticas para demostrar que "los agujeros negros no No existe”. Una vez que la comunidad científica demuestre que sus puntos de vista son correctos, todas las teorías de la física moderna sobre el origen del universo pueden ser revocadas. El informe señala que la teoría de Laura utilizó métodos matemáticos para integrar armoniosamente la teoría de la gravedad y la mecánica cuántica: la conclusión a la que se llegó es que "los agujeros negros no existen". Tanto ella como Hawking creían que cuando las estrellas mueren y colapsan, liberan la radiación propuesta por Hawking. En este proceso, el propio planeta también perderá gran parte de su masa. Con el tiempo, la densidad del planeta muerto no será suficiente para formar un agujero negro. Si se demuestra que esta teoría es correcta, la teoría del Big Bang puede ser revocada, e incluso la teoría física moderna sobre el origen del universo puede ser revocada, o puede incluirse en una nueva teoría que integre la teoría de la gravedad y la cuántica. mecánica. Establecer "Los agujeros negros no existen".