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Wie das Universum und die Sterne entstanden sind. Wie das Leben auf der Erde entstand. Leben auf der Erde. Kaltstart und schrumpfender Raum

Wie wurde daraus ein scheinbar endloser Raum? Und was wird daraus nach vielen Millionen und Milliarden Jahren? Diese Fragen quälen (und quälen weiterhin) die Köpfe von Philosophen und Wissenschaftlern, wie es scheint, seit Anbeginn der Zeit und haben zu vielen interessanten und manchmal sogar verrückten Theorien geführt.
. Heute sind sich die meisten Astronomen und Kosmologen einig, dass das Universum, wie wir es kennen, das Ergebnis einer gigantischen Explosion war, die nicht nur den Großteil der Materie hervorbrachte, sondern auch die Quelle der grundlegenden physikalischen Gesetze war, nach denen die Kosmos, der uns umgibt, existiert. All dies wird als Urknalltheorie bezeichnet.

Die Grundlagen der Urknalltheorie sind relativ einfach. Kurz gesagt, ihrer Meinung nach erschien die gesamte Materie, die im Universum existierte und jetzt existiert, zur gleichen Zeit - vor etwa 13,8 Milliarden Jahren. Zu diesem Zeitpunkt existierte alle Materie in Form einer sehr kompakten abstrakten Kugel (oder eines Punktes) mit unendlicher Dichte und Temperatur. Dieser Zustand wurde Singularität genannt. Plötzlich begann sich die Singularität auszudehnen und gebar das Universum, wie wir es kennen.

Es ist erwähnenswert, dass die Urknalltheorie nur eine von vielen vorgeschlagenen Hypothesen für den Ursprung des Universums ist (z. B. gibt es auch die Theorie eines stationären Universums), aber sie hat die größte Anerkennung und Popularität erfahren. Es erklärt nicht nur die Quelle aller bekannten Materie, die Gesetze der Physik und die großartige Struktur des Universums, es beschreibt auch die Gründe für die Expansion des Universums und viele andere Aspekte und Phänomene.

Chronologie der Ereignisse in der Urknalltheorie.

Basierend auf dem, was wir über den aktuellen Zustand des Universums wissen, spekulieren Wissenschaftler, dass alles von einem einzigen Punkt unendlicher Dichte und endlicher Zeit ausgegangen sein muss, der sich auszudehnen begann. Nach der anfänglichen Expansion, so die Theorie, durchlief das Universum eine Abkühlungsphase, in der sich subatomare Teilchen und später einfache Atome bilden konnten. Riesige Wolken dieser alten Elemente begannen später, dank der Schwerkraft, Sterne und Galaxien zu bilden.

All dies begann laut Wissenschaftlern vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, und daher wird dieser Ausgangspunkt als das Alter des Universums angesehen. Durch die Erforschung verschiedener theoretischer Prinzipien, die Durchführung von Experimenten mit Teilchenbeschleunigern und Hochenergiezuständen und die Durchführung astronomischer Studien der entferntesten Ecken des Universums haben Wissenschaftler eine Chronologie von Ereignissen abgeleitet und vorgeschlagen, die mit dem Urknall begannen und das Universum schließlich dorthin führten jener Zustand der kosmischen Evolution, der jetzt stattfindet.

Wissenschaftler glauben, dass die frühesten Perioden der Geburt des Universums – von 10–43 bis 10–11 Sekunden nach dem Urknall – immer noch Gegenstand von Kontroversen und Diskussionen sind. Aufmerksamkeit! Nur für den Fall, dass wir berücksichtigen, dass die Gesetze der Physik, die wir heute kennen, damals nicht existieren konnten, ist es sehr schwer zu verstehen, wie die Prozesse in diesem frühen Universum reguliert wurden. Außerdem wurden noch keine Experimente mit den möglichen Energiearten durchgeführt, die damals vorhanden sein könnten. Wie dem auch sei, viele Theorien über die Entstehung des Universums stimmen letztlich darin überein, dass es irgendwann einen Ausgangspunkt gab, von dem aus alles begann.

Das Zeitalter der Singularität.

Die auch als Planck-Epoche (oder Planck-Ära) bekannte Periode wird als die früheste bekannte Periode in der Evolution des Universums angesehen. Zu dieser Zeit war alle Materie in einem einzigen Punkt von unendlicher Dichte und Temperatur enthalten. Während dieser Zeit dominierten laut Wissenschaftlern die Quanteneffekte der Gravitationswechselwirkung die Physik, und keine der physikalischen Kräfte war so stark wie die Schwerkraft.

Die Planck-Ära dauerte angeblich von 0 bis 10-43 Sekunden und wird so genannt, weil ihre Dauer nur durch die Planck-Zeit gemessen werden kann. Aufgrund der extremen Temperaturen und der unendlichen Materiedichte war der Zustand des Universums in dieser Zeit äußerst instabil. Danach folgten Perioden der Ausdehnung und Abkühlung, die zur Entstehung der fundamentalen Kräfte der Physik führten.

Ungefähr in der Periode von 10-43 bis 10-36 Sekunden im Universum gab es einen Prozess des Zusammenstoßes von Zuständen von Übergangstemperaturen. Es wird angenommen, dass an diesem Punkt die fundamentalen Kräfte, die das gegenwärtige Universum regieren, begannen, sich voneinander zu trennen. Der erste Schritt bei dieser Trennung war die Entstehung von Gravitationskräften, starken und schwachen nuklearen Wechselwirkungen und Elektromagnetismus.

Zwischen etwa 10-36 und 10-32 Sekunden nach dem Urknall wurde die Temperatur des Universums ausreichend niedrig (1028 K), was zur Trennung von elektromagnetischen Kräften (starke Kraft) und schwacher Kernkraft (schwache Kraft) führte.

Das Zeitalter der Inflation.

Mit dem Aufkommen der ersten fundamentalen Kräfte im Universum begann die Ära der Inflation, die von 10-32 Sekunden Planck-Zeit bis zu einem unbekannten Zeitpunkt andauerte. Die meisten kosmologischen Modelle legen nahe, dass das Universum während dieser Zeit gleichmäßig mit Energie hoher Dichte gefüllt war und unglaublich hohe Temperaturen und Drücke dazu führten, dass es sich schnell ausdehnte und abkühlte.

Dies begann bei 10-37 Sekunden, als auf die Übergangsphase, die die Trennung der Kräfte verursachte, eine exponentielle Expansion des Universums folgte. Im gleichen Zeitraum befand sich das Universum in einem Zustand der Baryogenese, als die Temperatur so hoch war, dass die zufällige Bewegung von Teilchen im Weltraum nahezu mit Lichtgeschwindigkeit stattfand.

Zu dieser Zeit werden Teilchenpaare - Antiteilchen gebildet und sofort beim Zusammenstoß zerstört, was vermutlich zur Dominanz der Materie über die Antimaterie im modernen Universum geführt hat. Nach dem Ende der Inflation bestand das Universum aus Quark-Gluon-Plasma und anderen Elementarteilchen. Von diesem Moment an begann das Universum abzukühlen, Materie begann sich zu formen und zu verbinden.

Das Zeitalter der Kühlung.

Mit der Abnahme der Dichte und Temperatur im Inneren des Universums begann eine Abnahme der Energie in jedem Teilchen aufzutreten. Dieser Übergangszustand hielt an, bis die Grundkräfte und Elementarteilchen ihre jetzige Form erreichten. Da die Energie der Teilchen auf Werte gesunken ist, die heute im Rahmen von Experimenten erreicht werden können, sorgt die tatsächlich mögliche Existenz dieses Zeitraums unter Wissenschaftlern für viel weniger Streit.

Wissenschaftler glauben beispielsweise, dass 10-11 Sekunden nach dem Urknall die Energie der Teilchen deutlich abgenommen hat. Bei etwa 10-6 Sekunden begannen Quarks und Gluonen, Baryonen - Protonen und Neutronen - zu bilden. Quarks begannen gegenüber Antiquarks zu dominieren, was wiederum zur Dominanz von Baryonen gegenüber Antibaryonen führte.

Da die Temperatur nicht mehr hoch genug war, um neue Proton-Antiproton-Paare (oder Neutron-Antineutron-Paare) zu erzeugen, folgte eine massive Zerstörung dieser Teilchen, die dazu führte, dass nur noch 1/1010 der ursprünglichen Protonen und Neutronen übrig blieben und das Ganze Verschwinden ihrer Antiteilchen. Ein ähnlicher Vorgang ereignete sich etwa 1 Sekunde nach dem Urknall. Nur die "Opfer" waren diesmal Elektronen und Positronen. Nach der Massenvernichtung stellten die verbleibenden Protonen, Neutronen und Elektronen ihre zufällige Bewegung ein, und die Energiedichte des Universums wurde mit Photonen und in geringerem Maße mit Neutrinos gefüllt.

In den ersten Minuten der Expansion des Universums begann eine Periode der Nukleosynthese (Synthese chemischer Elemente), dank eines Temperaturabfalls auf 1 Milliarde Kelvin und einer Abnahme der Energiedichte auf ungefähr Werte, die der Luft entsprechen Dichte, Neutronen und Protonen begannen sich zu vermischen und das erste stabile Wasserstoffisotop (Deuterium) sowie Heliumatome zu bilden. Trotzdem blieben die meisten Protonen im Universum als inkohärente Kerne von Wasserstoffatomen.

Etwa 379.000 Jahre später verbanden sich die Elektronen mit diesen Wasserstoffkernen zu Atomen (wieder überwiegend Wasserstoff), während sich die Strahlung von der Materie löste und sich nahezu ungehindert weiter durch den Weltraum ausbreitete. Diese Strahlung wird als kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung bezeichnet und ist die älteste Lichtquelle im Universum.

Mit der Expansion verlor die Reliktstrahlung allmählich ihre Dichte und Energie und im Moment beträgt ihre Temperatur 2,7260 0,0013 K (- 270,424 C) und die Energiedichte 0,25 eV (oder 4,005 x 10-14 J / m? 400-500 Photonen). /cm CMB erstreckt sich in alle Richtungen und über eine Entfernung von etwa 13,8 Milliarden Lichtjahren, aber eine Schätzung seiner tatsächlichen Ausbreitung liegt etwa 46 Milliarden Lichtjahre vom Zentrum des Universums entfernt.

Die Epoche der Struktur (hierarchische Epoche).

Im Laufe der nächsten Milliarden Jahre begannen dichtere Materieregionen, die fast gleichmäßig über das Universum verteilt waren, sich gegenseitig anzuziehen. Infolgedessen wurden sie noch dichter, begannen, Gaswolken, Sterne, Galaxien und andere astronomische Strukturen zu bilden, die wir heute beobachten können. Diese Periode wird die hierarchische Ära genannt. Zu dieser Zeit begann das Universum, das wir jetzt sehen, Gestalt anzunehmen. Materie begann sich zu Strukturen unterschiedlicher Größe zu verschmelzen – Sterne, Planeten, Galaxien, Galaxienhaufen sowie Galaxien-Superhaufen, die durch intergalaktische Brücken getrennt sind, die nur wenige Galaxien enthalten.

Die Details dieses Prozesses können nach dem Konzept der Menge und Art der im Universum verteilten Materie beschrieben werden, die als kalte, warme, heiße dunkle Materie und baryonische Materie dargestellt wird. Das moderne Standardmodell des kosmologischen Urknalls ist jedoch das Lambda-Modell – CDM, nach dem sich Teilchen der Dunklen Materie langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Es wurde gewählt, weil es alle Widersprüche löst, die in anderen kosmologischen Modellen aufgetreten sind.

Nach diesem Modell macht kalte Dunkle Materie etwa 23 Prozent aller Materie/Energie im Universum aus. Der Anteil an baryonischer Materie beträgt etwa 4,6 Prozent. Lambda - CDM bezieht sich auf die sogenannte kosmologische Konstante: eine von Albert Einstein vorgeschlagene Theorie, die die Eigenschaften des Vakuums charakterisiert und die Gleichgewichtsbeziehung zwischen Masse und Energie als konstante statische Größe zeigt. In diesem Fall ist es mit dunkler Energie verbunden, die als Beschleuniger für die Expansion des Universums dient und die riesigen kosmologischen Strukturen weitgehend einheitlich hält.

Langfristige Vorhersagen über die Zukunft des Universums.

Hypothesen, dass die Evolution des Universums einen Ausgangspunkt hat, führen Wissenschaftler natürlich zu Fragen über den möglichen Endpunkt dieses Prozesses. Nur für den Fall, dass das Universum seine Geschichte von einem kleinen Punkt mit unendlicher Dichte begann, der sich plötzlich auszudehnen begann, bedeutet dies, dass es sich auch ins Unendliche ausdehnen wird, oder eines Tages seine Expansionskraft enden wird und der umgekehrte Prozess der Kontraktion beginnt , dessen Endergebnis derselbe unendlich dichte Punkt wird?

Die Beantwortung dieser Fragen ist seit Beginn der Debatte darüber, welches kosmologische Modell des Universums richtig ist, das Hauptziel der Kosmologen. Mit der Annahme der Urknalltheorie, aber vor allem aufgrund der Beobachtung der Dunklen Energie in den 1990er Jahren, haben sich Wissenschaftler auf die beiden wahrscheinlichsten Szenarien für die Entwicklung des Universums geeinigt.

Unter dem ersten, dem „Big Crunch“, wird das Universum seine maximale Größe erreichen und zu kollabieren beginnen. Dieses Szenario wird nur möglich sein, wenn die Massendichte des Universums größer wird als die kritische Dichte selbst. Mit anderen Worten, wenn die Materiedichte einen bestimmten Wert erreicht oder überschreitet (1-3x10-26 kg Materie pro m), beginnt das Universum zu schrumpfen.

Ein alternatives Szenario ist ein weiteres Szenario, das besagt, dass, wenn die Dichte im Universum gleich oder unter dem kritischen Dichtewert liegt, sich seine Expansion verlangsamen, aber niemals vollständig stoppen wird. Diese Hypothese, die als „Hitzetod des Universums“ bezeichnet wird, legt nahe, dass die Expansion fortgesetzt wird, bis die Sternentstehung aufhört, interstellares Gas in jeder der umgebenden Galaxien zu verbrauchen. Das heißt, die Übertragung von Energie und Materie von einem Objekt zum anderen wird vollständig gestoppt. Alle vorhandenen Sterne werden in diesem Fall ausbrennen und sich in Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher verwandeln.

Allmählich werden Schwarze Löcher mit anderen Schwarzen Löchern kollidieren, was zur Bildung immer größerer Löcher führt. Die Durchschnittstemperatur des Universums nähert sich dem absoluten Nullpunkt. Schwarze Löcher werden schließlich "verdampfen", indem sie ihre endgültige Falkenstrahlung freisetzen. Irgendwann erreicht die thermodynamische Entropie im Universum ihr Maximum. Der Hitzetod wird kommen.

Moderne Beobachtungen, die das Vorhandensein dunkler Energie und ihren Einfluss auf die Expansion des Kosmos berücksichtigen, haben Wissenschaftler zu dem Schluss veranlasst, dass im Laufe der Zeit immer mehr Raum im Universum unseren Ereignishorizont überschreiten und für uns unsichtbar werden wird. Das endgültige und logische Ergebnis davon ist den Wissenschaftlern noch nicht bekannt, aber der „Hitzetod“ könnte durchaus der Endpunkt solcher Ereignisse sein.

Es gibt andere Hypothesen über die Verteilung der Dunklen Energie bzw. ihrer möglichen Arten (z. B. Phantomenergie). Demnach werden Galaxienhaufen, Sterne, Planeten, Atome, Atomkerne und Materie selbst dadurch zerrissen seine unendliche Ausdehnung Eine solche Szenario-Evolution wird „Big Rip“ genannt.

Geschichte der Urknalltheorie.

Die früheste Erwähnung des Urknalls geht auf den Beginn des 20. Jahrhunderts zurück und ist mit Weltraumbeobachtungen verbunden. 1912 machte der amerikanische Astronom West Slipher eine Reihe von Beobachtungen von Spiralgalaxien (die ursprünglich wie Nebel aussahen) und maß ihre Doppler-Rotverschiebungen. In fast allen Fällen haben Beobachtungen gezeigt, dass sich Spiralgalaxien von unserer Milchstraße entfernen.

1922 leitete der herausragende russische Mathematiker und Kosmologe Alexander Fridman die sogenannten Friedmann-Gleichungen aus Einsteins Gleichungen für die Allgemeine Relativitätstheorie ab. Trotz Einsteins Weiterentwicklung der Theorie zugunsten einer kosmologischen Konstante zeigte Friedmanns Arbeit, dass sich das Universum eher in einem Zustand der Expansion befindet.

Im Jahr 1924 zeigten Edwin Hubbles Messungen der Entfernung zum nächsten Spiralnebel, dass es sich bei diesen Systemen tatsächlich um wirklich unterschiedliche Galaxien handelt. Zur gleichen Zeit begann Hubble mit der Entwicklung einer Reihe von Messungen zur Entfernungssubtraktion unter Verwendung des 2,5-Meter-Hooker-Teleskops am Mount-Wilson-Observatorium. Bis 1929 hatte Hubble eine Beziehung zwischen der Entfernung und der Rückzugsgeschwindigkeit von Galaxien entdeckt, die später zu Hubbles Gesetz wurde.

1927 gelangte der belgische Mathematiker, Physiker und katholische Priester Georges Lemaitre unabhängig voneinander zu den gleichen Ergebnissen wie Friedmanns Gleichungen und formulierte als erster die Beziehung zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit von Galaxien und schlug die erste Schätzung des Koeffizienten davon vor Beziehung. Lemaitre glaubte, dass irgendwann in der Vergangenheit die gesamte Masse des Universums in einem Punkt konzentriert war (Atom.

Diese Entdeckungen und Annahmen sorgten in den 20er und 30er Jahren für viele Kontroversen unter Physikern, von denen die meisten glaubten, dass sich das Universum in einem stationären Zustand befinde. Nach dem damals etablierten Modell entsteht mit der unendlichen Ausdehnung des Universums neue Materie, die über ihre gesamte Länge gleichmäßig und gleichmäßig in ihrer Dichte verteilt ist. Unter den Wissenschaftlern, die sie unterstützten, schien die Idee eines Urknalls eher theologisch als wissenschaftlich. Lemaitre wurde wegen Voreingenommenheit aufgrund religiöser Voreingenommenheit kritisiert.

Es sollte beachtet werden, dass es zur gleichen Zeit andere Theorien gab. Zum Beispiel das Milne-Modell des Universums und das zyklische Modell. Beide basierten auf den Postulaten von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und erhielten anschließend die Unterstützung des Wissenschaftlers selbst. Nach diesen Modellen existiert das Universum in einem endlosen Strom sich wiederholender Zyklen von Expansion und Zusammenbruch.

1. Das Zeitalter der Singularität (Planckian). Es wird als primär angesehen, als eine frühe Evolutionsperiode des Universums. Die Materie war an einem Punkt konzentriert, hatte ihre eigene Temperatur und unendliche Dichte. Wissenschaftler argumentieren, dass diese Ära typisch für die Dominanz von Quanteneffekten ist, die zur Gravitationswechselwirkung über physikalische gehören, und keine einzige physikalische Kraft von allem, was in diesen fernen Zeiten existierte, war in ihrer Stärke mit der Schwerkraft identisch, dh nicht gleich es. Die Dauer der Planck-Ära konzentriert sich auf den Bereich von 0 bis 10-43 Sekunden. Es erhielt einen solchen Namen, weil nur die Planck-Zeit seine Länge vollständig messen konnte. Dieses Zeitintervall gilt als sehr instabil, was wiederum eng mit der extremen Temperatur und der grenzenlosen Materiedichte zusammenhängt. Auf die Epoche der Singularität folgte eine Expansions- und damit eine Abkühlungsperiode, die zur Bildung der physikalischen Hauptkräfte führte.

Wie das Universum geboren wurde. Kalte Geburt

Was war vor dem Universum. Modell des schlafenden Universums

„Vielleicht war das Universum vor dem Urknall ein sehr kompakter, sich langsam entwickelnder statischer Raum“, vermuten Physiker wie Kurt Hinterbichler, Austin Joyce und Justin Khoury.

Dieses "Vorexplosions"-Universum hätte einen metastabilen Zustand haben sollen, das heißt, stabil sein, bis ein noch stabilerer Zustand auftritt. Stellen Sie sich analog eine Klippe vor, an deren Rand sich ein Felsbrocken in einem Schwingungszustand befindet. Jede Berührung des Felsbrockens führt dazu, dass dieser in den Abgrund stürzt oder – was unserem Fall näher kommt – es zu einem Urknall kommt. Einigen Theorien zufolge könnte das Universum „vor der Explosion“ in einer anderen Form existieren, zum Beispiel in Form eines abgeflachten und sehr dichten Raums. Infolgedessen ging diese metastabile Periode zu Ende: Sie erweiterte sich dramatisch und nahm die Form und den Zustand an, die wir jetzt sehen.

„Das Modell des schlafenden Universums hat jedoch auch seine Probleme“, sagt Carroll.

„Es geht auch davon aus, dass unser Universum ein niedriges Entropieniveau hat, und es erklärt nicht, warum das so ist.“

Aber Hinterbichler, ein theoretischer Physiker an der Case Western Reserve University, sieht in niedriger Entropie kein Problem.

„Wir suchen einfach nach einer Erklärung für die Dynamik vor dem Urknall, die erklärt, warum wir sehen, was wir jetzt sehen. Bisher bleibt uns nur das“, sagt Hinterbichler.

Carroll glaubt jedoch, dass es eine andere Theorie des "Vorexplosions"-Universums gibt, die das niedrige Entropieniveau erklären kann, das in unserem Universum existiert.

Wie das Universum aus dem Nichts entstand. Wie das Universum funktioniert

Lassen Sie uns darüber sprechen, wie die Physik nach unseren Konzepten tatsächlich funktioniert. Seit Newtons Zeit hat sich das Paradigma der Grundlagenphysik nicht geändert; es umfasst drei Teile. Der erste ist der "Zustandsraum": im Wesentlichen eine Liste aller möglichen Konfigurationen, in denen sich das Universum befinden könnte. Der zweite ist ein bestimmter Zustand, der das Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellt, normalerweise der aktuelle. Das dritte ist eine bestimmte Regel, nach der sich das Universum in der Zeit entwickelt. Gib mir das Universum für heute und die Gesetze der Physik werden mir sagen, was in Zukunft daraus wird. Diese Denkweise gilt für die Quantenmechanik oder die Allgemeine Relativitätstheorie oder die Quantenfeldtheorie nicht weniger als für die Newtonsche Mechanik oder die Maxwellsche Elektrodynamik.

Gerade die Quantenmechanik ist eine spezielle, aber sehr vielseitige Umsetzung dieses Schemas. (Die Quantenfeldtheorie ist nur ein spezifisches Beispiel der Quantenmechanik, keine neue Denkweise.) Die Zustände sind "Wellenfunktionen", und die Menge aller möglichen Wellenfunktionen eines bestimmten Systems wird als "Hilbert-Raum" bezeichnet. Sein Vorteil ist, dass es die Menge der Möglichkeiten stark einschränkt (weil es ein Vektorraum ist: Anmerkung für Experten). Sobald Sie mir seine Größe (Anzahl der Dimensionen) mitteilen, definieren Sie Ihren Hilbert-Raum vollständig. Dies unterscheidet sich drastisch von der klassischen Mechanik, wo der Zustandsraum extrem komplex werden kann. Und dann gibt es noch eine Maschine – „Hamiltonian“ – die genau anzeigt, wie man sich im Laufe der Zeit von einem Zustand zum anderen entwickelt. Ich wiederhole, dass es nicht viele Arten von Hamiltonianern gibt; es reicht aus, eine bestimmte Liste von Größen aufzuschreiben (Energieeigenwerte – Aufklärung für Sie, lästige Experten).

Wie das Leben auf der Erde entstand. Leben auf der Erde

Leben, das eine andere Chemie als unsere verwendet, könnte mehr als einmal auf der Erde vorkommen. Vielleicht. Und wenn wir Hinweise auf einen solchen Prozess finden, bedeutet das, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit an vielen Orten im Universum unabhängig voneinander Leben entstehen wird, so wie das Leben auf der Erde entstanden ist. Aber stellen Sie sich andererseits vor, wie wir uns fühlen würden, wenn wir schließlich Leben auf einem anderen Planeten entdecken würden, der vielleicht einen fernen Stern umkreist, und sich herausstellte, dass es eine identische Chemie und vielleicht sogar eine identische DNA-Struktur wie wir hat.

Die Wahrscheinlichkeit, dass das Leben auf der Erde völlig spontan und zufällig entstanden ist, erscheint sehr gering. Die Wahrscheinlichkeit, dass genau das gleiche Leben anderswo auftritt, ist unglaublich gering und praktisch null. Aber es gibt mögliche Antworten auf diese Fragen, die die englischen Astronomen Fred Hoyle und Chandra Wickramasinghe in ihrem ungewöhnlichen Buch von 1979 skizziert haben - Lebenswolke.

Angesichts der äußerst unwahrscheinlichen Wahrscheinlichkeit, dass das Leben auf der Erde von selbst auftaucht, bieten die Autoren eine andere Erklärung an. Es liegt in der Tatsache, dass die Entstehung des Lebens irgendwo im Weltraum stattfand und sich dann durch Panspermie im ganzen Universum ausbreitete. Mikroskopisch kleines Leben, das in Trümmern kosmischer Kollisionen steckt, kann sehr lange ruhen. Danach, wenn es an seinem Bestimmungsort ankommt, beginnt es sich wieder zu entwickeln. Somit ist alles Leben im Universum, einschließlich des Lebens auf der Erde, tatsächlich ein und dasselbe Leben.

Video Wie das Universum erschien

Wie das Universum aus dem Nichts entstand. Kalte Geburt

Die Wege zu einer solchen Vereinheitlichung können jedoch qualitativ betrachtet werden, und hier ergeben sich sehr interessante Perspektiven. Einer von ihnen wurde vom berühmten Kosmologen, Professor der Universität von Arizona, Lawrence Krauss, in seinem kürzlich veröffentlichten Buch „A Universe From Nothing“ („Das Universum aus dem Nichts“) betrachtet. Seine Hypothese sieht fantastisch aus, widerspricht aber nicht den etablierten Gesetzen der Physik.

Es wird angenommen, dass unser Universum aus einem sehr heißen Anfangszustand mit einer Temperatur von etwa 1032 Kelvin hervorgegangen ist. Man kann sich aber auch die kalte Geburt von Universen aus reinem Vakuum – genauer gesagt aus seinen Quantenfluktuationen – vorstellen. Es ist bekannt, dass solche Schwankungen eine große Vielfalt virtueller Teilchen hervorbringen, die buchstäblich aus dem Nichts auftauchten und anschließend spurlos verschwanden. Vakuumfluktuationen sind laut Krauss prinzipiell in der Lage, ebenso flüchtige Protouniversen entstehen zu lassen, die unter bestimmten Bedingungen von einem virtuellen Zustand in einen realen übergehen.

Die Frage, wie das Universum entstanden ist, hat die Menschen schon immer beschäftigt. Das ist nicht verwunderlich, denn jeder will seine Herkunft wissen. Mit dieser Frage ringen Wissenschaftler, Priester und Schriftsteller seit mehreren Jahrtausenden. Diese Frage erregt nicht nur die Köpfe von Spezialisten, sondern auch jeden gewöhnlichen Menschen. Es sollte jedoch sofort gesagt werden, dass es keine hundertprozentige Antwort auf die Frage gibt, wie das Universum entstanden ist. Es gibt nur eine Theorie, die von den meisten Wissenschaftlern unterstützt wird.

Hier werden wir es analysieren.

Da alles, was den Menschen umgibt, seinen Anfang hat, ist es nicht verwunderlich, dass der Mensch seit der Antike versucht, den Anfang des Universums zu finden. Für einen Menschen des Mittelalters war die Antwort auf diese Frage ganz einfach: Gott hat das Universum erschaffen. Mit der Entwicklung der Wissenschaft begannen die Wissenschaftler jedoch, nicht nur die Frage nach Gott zu hinterfragen, sondern im Allgemeinen, dass das Universum einen Anfang hatte.

Dank des amerikanischen Astronomen Hubble kehrten die Wissenschaftler 1929 zur Frage nach den Wurzeln des Universums zurück. Tatsache ist, dass Hubble bewiesen hat, dass sich die Galaxien, aus denen das Universum besteht, ständig bewegen. Neben der Bewegung können sie auch zunehmen, was bedeutet, dass auch das Universum zunimmt. Und wenn es wächst, stellt sich heraus, dass es einmal eine Anfangsphase dieses Wachstums gab. Und das bedeutet, dass das Universum einen Anfang hat.

Wenig später stellte der britische Astronom Hoyle eine sensationelle Hypothese auf: Das Universum entstand zur Zeit des Urknalls. Seine Theorie ging unter diesem Namen in die Geschichte ein. Die Essenz von Hoyles Idee ist gleichzeitig einfach und komplex. Er glaubte, dass es einmal ein Stadium gab, das man den Zustand der kosmischen Singularität nennt, das heißt, die Zeit stand auf Null, und Dichte und Temperatur waren gleich unendlich. Und in einem Moment gab es eine Explosion, wodurch die Singularität gebrochen wurde und sich daher die Dichte und Temperatur änderten, das Wachstum der Materie begann, was bedeutet, dass die Zeit zu zählen begann. Später nannte Hoyle selbst seine Theorie nicht überzeugend, was sie jedoch nicht daran hinderte, die beliebteste Hypothese für den Ursprung des Universums zu werden.

Wann geschah das, was Hoyle den Urknall nannte? Wissenschaftler haben viele Berechnungen angestellt, die meisten einigten sich auf die Zahl von 13,5 Milliarden Jahren. In diesem Moment begann das Universum aus dem Nichts zu erscheinen: In nur einem Bruchteil einer Sekunde nahm das Universum eine Größe von weniger als einem Atom an, und der Wachstumsprozess begann. Die Schwerkraft spielte eine Schlüsselrolle. Das Interessanteste ist, dass, wenn es etwas stärker wäre, nichts entstanden wäre, höchstens ein schwarzes Loch. Und wenn die Gravitation etwas schwächer wäre, dann würde gar nichts entstehen.
Wenige Sekunden nach der Explosion sank die Temperatur im Universum leicht, was die Entstehung von Materie und Antimaterie anregte. Als Ergebnis begannen Atome zu erscheinen. Das Universum hörte also auf, eintönig zu sein. Irgendwo waren mehr Atome, irgendwo weniger. In einigen Teilen war es heiß, in anderen war die Temperatur niedriger. Atome begannen miteinander zu kollidieren und bildeten Verbindungen, dann neue Substanzen und später Körper. Einige der Objekte hatten eine große innere Energie. Das waren die Sterne. Sie begannen (aufgrund der Schwerkraft) andere Körper um sich herum zu sammeln, die wir Planeten nennen. So entstanden Systeme, eines davon ist unser Sonnensystem.

Urknall. Modellprobleme und ihre Lösung

Das Problem des großen Maßstabs und der Isotropie des Universums kann aufgrund der Tatsache gelöst werden, dass die Expansion während der Inflationsphase mit einer ungewöhnlich hohen Rate stattfand. Daraus folgt, dass der gesamte Raum des beobachtbaren Universums das Ergebnis einer kausal zusammenhängenden Region der Epoche ist, die der inflationären vorausgeht.
Lösung des Problems eines flachen Universums. Dies ist möglich, weil im Stadium der Inflation der Krümmungsradius des Raums zunimmt. Dieser Wert ist derart, dass moderne Dichteparameter einen nahe kritischen Wert haben können.
Die inflationäre Expansion führt zum Auftreten von Dichteschwankungen mit einer bestimmten Amplitude und Spektralform. Dadurch wird es möglich, dass sich diese Oszillationen (Fluktuationen) zu der aktuellen Struktur des Universums entwickeln, während eine großräumige Homogenität und Isotropie erhalten bleiben. Das ist die Lösung für das Problem der großräumigen Struktur des Universums.

Der Hauptnachteil des Inflationsmodells kann in seiner Abhängigkeit von Theorien gesehen werden, die noch nicht bewiesen und nicht vollständig entwickelt wurden.

Das Modell basiert zum Beispiel auf der einheitlichen Feldtheorie, die noch immer nur eine Hypothese ist. Es kann nicht experimentell im Labor getestet werden. Ein weiterer Nachteil des Modells ist die Unverständlichkeit, woher die überhitzte und sich ausdehnende Materie kam. Hier kommen drei Möglichkeiten in Betracht:

Die Standardtheorie des Urknalls geht davon aus, dass die Inflation in einem sehr frühen Stadium der Evolution des Universums begann. Aber dann ist das Singularitätsproblem nicht gelöst.
Die zweite Möglichkeit ist die Entstehung des Universums aus dem Chaos. Verschiedene Teile davon hatten unterschiedliche Temperaturen, so dass an einigen Stellen eine Kompression und an anderen eine Expansion stattfand. Die Inflation muss in einer Region des Universums stattgefunden haben, die überhitzt war und sich ausdehnte. Aber es ist nicht klar, woher das primäre Chaos kam.
Die dritte Möglichkeit ist ein quantenmechanischer Weg, durch den ein Haufen überhitzter und sich ausdehnender Materie entstand. Tatsächlich entstand das Universum aus dem Nichts.

Nun gibt es eine Vielzahl von Annahmen über den möglichen Ursprung des Universums. Aber keiner von ihnen kann eine klare Antwort auf die Hauptfrage geben, wie es erschienen ist.

Es ist paradox, dass nach dem Studium und der Analyse einer der Theorien und dem Finden einer ausreichenden Anzahl überzeugender Urteile in ihr das Verständnis der anderen Theorie auch eine beträchtliche Anzahl von Argumenten liefert.

Deshalb wird seit vielen Jahren nach einer eindeutigen Antwort auf diese Frage gesucht.

Im Moment gibt es 3 Haupttheorien über den Ursprung des Universums:

theologisch;
Die Urknalltheorie";
naturwissenschaftliche und philosophische Theorie.

Theologischer Ansatz

Wenn wir eine der ältesten Theorien über den Ursprung des Universums betrachten, die in der Bibel beschrieben wird, dann geht der Ursprung der Welt auf 5508 v. Chr. zurück.

Die theologische Sichtweise über die Entstehung der Welt ist seit langem bekannt, aber ihre Anhänger sind hauptsächlich tief religiöse Menschen und Geistliche.

Diese Theorie wird am häufigsten von Wissenschaftlern kritisiert, die den Ursprung der Welt und ihren Aufbau ganz anders betrachten.

Wenn wir uns dem erklärenden Wörterbuch zuwenden, werden wir dort lesen, dass das Universum ein Weltanschauungssystem ist, das die kosmische Unendlichkeit und alle darin enthaltenen Körper umfasst.

Eine alternativere Definition des Begriffs „Universum“ ist „ein Haufen von Sternkörpern und Galaxien“.

Der Urknall ist der Beginn des Universums

Aus wissenschaftlicher Sicht ist die populärste Theorie zur Erklärung des Ursprungs des Universums die sogenannte "Urknall"-Theorie.

Diese Version besagt, dass das Universum vor etwa 20 Milliarden Jahren wie ein kleines Sandkorn aussah. Aber trotz der geringen Größe dieser Substanz betrug ihre Dichte mehr als 1100 g/cm3. Natürlich umfasste diese Substanz damals keine Sterne, Planeten oder Galaxien. Es stellte nur ein gewisses Potential für die Erschaffung vieler Himmelskörper dar.

Die hohe Dichte verursachte eine Explosion, die ein Sandkorn in Millionen Teile zerteilen konnte, aus denen das Universum entstand.

Es gibt eine andere Theorie über den Ursprung des Universums. Seine Essenz spiegelt die Urknalltheorie wider. Die einzige Ausnahme ist die Tatsache, dass das Universum in der zweiten Theorie angeblich nicht aus Materie, sondern aus Vakuum entstanden ist. Mit anderen Worten, die Welt entstand durch eine Explosion im Vakuum.

Das Wort "Vakuum" wird aus dem Lateinischen als "Leere" übersetzt, aber unter Leere versteht man üblicherweise nicht die allgemein akzeptierte Bedeutung dieses Wortes, sondern einen bestimmten Zustand, in dem alle Dinge existieren. Vakuum neigt dazu, seine Struktur auf die gleiche Weise zu ändern wie Wasser und verwandelt sich in einen Feststoff oder ein Gas. Bei einem dieser Übergänge von einem Zustand in einen anderen ereignete sich eine Explosion, die das Universum hervorbrachte.

Die Entwicklung der „Urknall“-Theorie ermöglichte die Beantwortung vieler wichtiger Fragen, stellte Wissenschaftler aber gleichzeitig vor noch mehr neue. Was führte zum Beispiel zur Instabilität des Singularitätspunktes und welchen Zustand hatte das Teilchen vor dem Urknall? Eines der Hauptgeheimnisse bleibt der Ursprung und die Natur von Raum und Zeit.

Wissenschaftliche und philosophische Theorie

Neben theologischen und wissenschaftlichen Hypothesen, die den Ursprung des Universums erklären, gibt es auch einen wissenschaftlichen und philosophischen Ansatz zu diesem Thema.

Die wissenschaftliche und philosophische Theorie betrachtet die Erschaffung des Universums durch einen bestimmten vernünftigen Anfang. Dieser Ansatz impliziert die unbeständige Existenz der Welt, da es einen festen Ursprung gibt. Die Theorie beschreibt auch das ständige Wachstum und die Entwicklung des Universums. Solche Schlussfolgerungen wurden von Wissenschaftlern gezogen, die an der Untersuchung der Zusammensetzung und Ausstrahlung von Sternkörpern beteiligt waren.

„Studien der Milchstraße, die in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts durchgeführt wurden, ergaben, dass die Sternstrahlung in den roten Bereich des Spektrums verschoben ist und je weiter der Stern von der Erde entfernt ist, desto ausgeprägter ist sie. Diese Tatsache wurde zur Grundlage für die Schlussfolgerungen der Wissenschaftler über das ständige Wachstum und die Expansion des Universums.

Das Universum, das ständig von Wissenschaftlern fotografiert wird, verändert sich ständig.

Eine weitere Tatsache, die die Expansion des Universums bestätigt, ist ein Phänomen, das als "Tod" eines Sterns bezeichnet wird.

Entsprechend der chemischen Zusammensetzung besteht der Körper eines Sterns aus Wasserstoff, der an vielen Reaktionen teilnimmt und sich in schwerere Elemente verwandelt. Nachdem der größte Teil des Wasserstoffs reagiert hat, tritt der "Tod" des Sterns ein. Einige Theorien behaupten, dass die Planeten das Ergebnis dieses Phänomens sind.

Diese Studien bestätigten eine weitere Annahme: Der Wasserstoffzerfall ist ein natürlicher und irreversibler Prozess, und das Universum bewegt sich auf sein Ende zu.

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Eine der Hauptfragen, die das menschliche Bewusstsein nicht verlässt, war und ist die Frage: „Wie ist das Universum erschienen?“. Natürlich gibt es auf diese Frage keine eindeutige Antwort, und es ist unwahrscheinlich, dass sie in naher Zukunft erhalten wird, aber die Wissenschaft arbeitet in diese Richtung und bildet ein bestimmtes theoretisches Modell des Ursprungs unseres Universums. Zunächst sollten wir die Haupteigenschaften des Universums betrachten, die im Rahmen des kosmologischen Modells beschrieben werden sollten.

***Das Modell muss die beobachteten Abstände zwischen Objekten sowie die Geschwindigkeit und Richtung ihrer Bewegung berücksichtigen. Solche Berechnungen basieren auf dem Hubble-Gesetz: cz = H0D, wobei z die Rotverschiebung eines Objekts ist, D die Entfernung zu diesem Objekt ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist.
***Das Alter des Universums im Modell muss das Alter der ältesten Objekte der Welt übersteigen.
***Das Modell sollte die anfängliche Elementhäufigkeit berücksichtigen.
***Das Modell muss die beobachtete großräumige Struktur des Universums berücksichtigen.
***Das Modell muss den beobachteten Relikthintergrund berücksichtigen.

Eine kurze Geschichte des Universums. Singularität aus der Sicht des Künstlers (Foto)

Betrachten wir kurz die allgemein akzeptierte Theorie der Entstehung und frühen Entwicklung des Universums, die von der Mehrheit der Wissenschaftler unterstützt wird. Heute bezieht sich die Urknalltheorie auf die Kombination des Modells des heißen Universums mit dem Urknall. Und obwohl diese Konzepte zunächst unabhängig voneinander existierten, war es durch ihre Kombination möglich, die anfängliche chemische Zusammensetzung des Universums sowie das Vorhandensein kosmischer Mikrowellen-Hintergrundstrahlung zu erklären.

Nach dieser Theorie entstand das Universum vor etwa 13,77 Milliarden Jahren aus einem dichten, erhitzten Objekt – ein einzigartiger Zustand, der im Rahmen der modernen Physik schwer zu beschreiben ist. Das Problem bei der kosmologischen Singularität ist unter anderem, dass bei ihrer Beschreibung die meisten physikalischen Größen wie Dichte und Temperatur gegen unendlich streben. Gleichzeitig ist bekannt, dass bei unendlicher Dichte die Entropie (ein Maß für Chaos) gegen Null gehen sollte, was in keiner Weise mit unendlicher Temperatur vereinbar ist.

Entwicklung des Universums

***Die ersten 10 bis -43 Sekunden nach dem Urknall werden als Stadium des Quantenchaos bezeichnet. Die Natur des Universums in diesem Stadium der Existenz kann nicht im Rahmen der uns bekannten Physik beschrieben werden. Es findet eine Zersetzung einer kontinuierlichen einzelnen Raumzeit in Quanten statt.

***Plancks Moment ist der Moment des Endes des Quantenchaos, der in -43 Sekunden auf 10 fällt. Zu diesem Zeitpunkt waren die Parameter des Universums gleich Planck-Werten, wie die Planck-Temperatur (etwa 1032 K). Zur Zeit der Planck-Ära wurden alle vier fundamentalen Wechselwirkungen (schwach, stark, elektromagnetisch und gravitativ) zu einer einzigen Wechselwirkung kombiniert. Es ist nicht möglich, das Planck-Moment als einen bestimmten langen Zeitraum zu betrachten, da die moderne Physik nicht mit kleineren Parametern als den Planck-Parametern arbeitet.

*** Stadium der Inflation. Die nächste Phase in der Geschichte des Universums war die inflationäre Phase. Im ersten Moment der Inflation trennte sich die Gravitationswechselwirkung von einem einzigen supersymmetrischen Feld (früher einschließlich der Felder fundamentaler Wechselwirkungen). Während dieser Zeit herrscht in der Materie ein Unterdruck, der einen exponentiellen Anstieg der kinetischen Energie des Universums bewirkt. Einfach ausgedrückt, während dieser Zeit begann das Universum sehr schnell anzuschwellen, und gegen Ende verwandelt sich die Energie physikalischer Felder in die Energie gewöhnlicher Teilchen. Am Ende dieser Phase steigt die Temperatur des Stoffes und der Strahlung deutlich an. Mit dem Ende der Inflationsphase zeichnet sich auch eine starke Wechselwirkung ab. Auch in diesem Moment entsteht die Baryonen-Asymmetrie des Universums.
[Die Baryonen-Asymmetrie des Universums ist ein beobachtetes Phänomen der Vorherrschaft von Materie gegenüber Antimaterie im Universum]

*** Stadium der Strahlungsdominanz. Die nächste Stufe in der Entwicklung des Universums, die mehrere Stufen umfasst. In diesem Stadium beginnt die Temperatur des Universums zu sinken, Quarks werden gebildet, dann Hadronen und Leptonen. Im Zeitalter der Nukleosynthese kommt es zur Bildung erster chemischer Elemente, Helium wird synthetisiert. Strahlung dominiert jedoch immer noch die Materie.

*** Das Zeitalter der Herrschaft der Materie. Nach 10.000 Jahren übersteigt die Energie der Materie allmählich die Strahlungsenergie und ihre Trennung erfolgt. Die Substanz beginnt die Strahlung zu dominieren, ein Relikthintergrund erscheint. Außerdem verstärkte die Trennung von Materie mit Strahlung die anfänglichen Inhomogenitäten in der Materieverteilung erheblich, wodurch sich Galaxien und Supergalaxien zu bilden begannen. Die Gesetze des Universums nahmen die Form an, in der wir sie heute beobachten.

Das obige Bild setzt sich aus mehreren grundlegenden Theorien zusammen und gibt eine allgemeine Vorstellung von der Entstehung des Universums in den frühen Stadien seiner Existenz.

Woher kam das Universum?

Wenn das Universum aus einer kosmologischen Singularität entstanden ist, woher kam dann die Singularität? Eine genaue Antwort auf diese Frage ist noch nicht möglich. Betrachten wir einige kosmologische Modelle, die die „Geburt des Universums“ beeinflussen.

Zyklische Modelle. Branesimulation (Foto)

Diese Modelle basieren auf der Behauptung, dass das Universum schon immer existiert hat und sich sein Zustand im Laufe der Zeit nur ändert und sich von Expansion zu Kontraktion und umgekehrt bewegt.

***Steinhardt-Turok-Modell. Dieses Modell basiert auf der Stringtheorie (M-Theorie), da sie ein solches Objekt als "Brane" verwendet.

[Bran (von Membran) in der Stringtheorie (M-Theorie) ist ein hypothetisches grundlegendes mehrdimensionales physikalisches Objekt mit einer Dimension, die kleiner ist als die Dimension des Raums, in dem es sich befindet]

Nach diesem Modell befindet sich das sichtbare Universum in einer Drei-Brane, die periodisch alle paar Billionen Jahre mit einer anderen Drei-Brane kollidiert, was eine Art Urknall verursacht. Außerdem beginnt unsere Drei-Brane, sich von der anderen wegzubewegen und sich auszudehnen. Irgendwann überwiegt der Anteil der Dunklen Energie und die Expansionsrate der Drei-Brane nimmt zu. Die kolossale Ausdehnung streut Materie und Strahlung so stark, dass die Welt fast homogen und leer wird. Schließlich kollidieren die drei Branen erneut, was dazu führt, dass unsere in die Anfangsphase ihres Zyklus zurückkehrt und unser „Universum“ neu erschafft.

Quelle:

***Die Theorie von Loris Baum und Paul Frampton besagt auch, dass das Universum zyklisch ist. Nach ihrer Theorie wird sich letztere nach dem Urknall aufgrund der dunklen Energie ausdehnen, bis sie sich dem Moment des „Auflösens“ der Raumzeit selbst nähert – dem Big Rip. Wie Sie wissen, nimmt in einem "geschlossenen System die Entropie nicht ab" (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Aus dieser Aussage folgt, dass das Universum nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann, da während eines solchen Prozesses die Entropie abnehmen muss. Dieses Problem wird jedoch im Rahmen dieser Theorie gelöst. Nach der Theorie von Baum und Frampton zerfällt das Universum in einem Moment vor dem Big Rip in viele "Tücher", von denen jeder einen ziemlich kleinen Entropiewert hat. Diese „Flecken“ des ehemaligen Universums, die eine Reihe von Phasenübergängen durchlaufen, lassen Materie entstehen und entwickeln sich ähnlich wie das ursprüngliche Universum. Diese neuen Welten interagieren nicht miteinander, da sie mit einer Geschwindigkeit auseinander fliegen, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. So vermieden Wissenschaftler auch die kosmologische Singularität, die nach den meisten kosmologischen Theorien die Geburt des Universums beginnt. Das heißt, im Moment des Endes seines Zyklus zerfällt das Universum in viele andere nicht interagierende Welten, die zu neuen Universen werden.
***Konforme zyklische Kosmologie ist das zyklische Modell von Roger Penrose und Vahagn Gurzadyan. Nach diesem Modell kann das Universum in einen neuen Zyklus übergehen, ohne den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu verletzen. Diese Theorie basiert auf der Annahme, dass Schwarze Löcher die aufgenommene Information zerstören, was in gewisser Weise „legitimerweise“ die Entropie des Universums senkt. Dann beginnt jeder solche Existenzzyklus des Universums mit der Ähnlichkeit mit dem Urknall und endet mit einer Singularität.

Andere Modelle für den Ursprung des Universums

Unter anderen Hypothesen, die das Erscheinen des sichtbaren Universums erklären, sind die folgenden beiden am beliebtesten:

***Die chaotische Inflationstheorie - Andrey Lindes Theorie. Gemäß dieser Theorie gibt es ein Skalarfeld, das über sein gesamtes Volumen hinweg ungleichmäßig ist. Das heißt, in verschiedenen Regionen des Universums hat das Skalarfeld eine andere Bedeutung. Dann passiert in Bereichen mit schwachem Feld nichts, während Bereiche mit starkem Feld aufgrund seiner Energie beginnen, sich auszudehnen (Inflation), wodurch neue Universen entstehen. Ein solches Szenario impliziert die Existenz vieler Welten, die nicht gleichzeitig entstanden sind und ihre eigenen Elementarteilchen und folglich die Naturgesetze haben.
***Die Theorie von Lee Smolin - legt nahe, dass der Urknall nicht der Beginn der Existenz des Universums ist, sondern - nur ein Phasenübergang zwischen seinen beiden Zuständen. Da das Universum vor dem Urknall in Form einer kosmologischen Singularität existierte, die in der Natur der Singularität eines Schwarzen Lochs nahe kommt, schlägt Smolin vor, dass das Universum aus einem Schwarzen Loch entstanden sein könnte.

Es gibt auch Modelle, in denen die Universen kontinuierlich entstehen, sich von ihren Eltern lösen und ihren eigenen Platz finden. Dabei ist es keineswegs notwendig, dass in solchen Welten die gleichen physikalischen Gesetze gelten. Alle diese Welten sind in ein einziges Raum-Zeit-Kontinuum „eingebettet“, aber sie sind darin so sehr getrennt, dass sie die Anwesenheit des anderen in keiner Weise spüren. Im Allgemeinen erlaubt der Begriff der Inflation – überdies Kräfte! – zu bedenken, dass es in dem gigantischen Megakosmos viele voneinander isolierte Universen mit unterschiedlichen Anordnungen gibt.

Trotz der Tatsache, dass zyklische und andere Modelle eine Reihe von Fragen beantworten, die die Urknalltheorie nicht beantworten kann, einschließlich des Problems der kosmologischen Singularität. Doch zusammen mit der Inflationstheorie erklärt der Urknall den Ursprung des Universums vollständiger und stimmt auch mit vielen Beobachtungen überein.

Heute untersuchen Forscher jedoch weiterhin intensiv mögliche Szenarien für die Entstehung des Universums, um eine unwiderlegbare Antwort auf die Frage „Wie ist das Universum entstanden?“ zu geben. - wird in absehbarer Zeit nicht gelingen. Dafür gibt es zwei Gründe: Ein direkter Beweis kosmologischer Theorien ist praktisch unmöglich, nur indirekt; Selbst theoretisch gibt es keine Möglichkeit, genaue Informationen über die Welt vor dem Urknall zu erhalten. Aus diesen beiden Gründen können Wissenschaftler nur Hypothesen aufstellen und kosmologische Modelle erstellen, die die Natur des von uns beobachteten Universums am genauesten beschreiben.

Heute sprechen wir darüber, nun ja, wie ihr Universum. Es ist einfach so passiert, dass sie eines Tages von irgendwoher aufgetaucht ist, und jetzt sind wir alle hier. Jemand liest diesen Artikel, jemand bereitet sich auf eine Prüfung vor, verflucht alles auf der Welt ... Flugzeuge fliegen, Züge fahren, Planeten drehen sich, irgendwo passiert immer etwas. Menschen waren schon immer daran interessiert, eine komplexe Antwort auf eine einfache Frage zu kennen. Wie hat alles angefangen und wie sind wir dahin gekommen, wo wir jetzt sind? Mit anderen Worten, wie wurde das Universum geboren?

Hier sind sie also - verschiedene Versionen und Modelle des Ursprungs des Universums.

Kreationismus: Gott hat alles erschaffen

Unter allen Theorien über den Ursprung des Universums erschien diese als allererste. Eine sehr gute und bequeme Version, die vielleicht immer relevant sein wird. Übrigens glaubten viele Physiker an Gott, obwohl Wissenschaft und Religion oft als gegensätzliche Konzepte dargestellt werden. So sagte zum Beispiel Albert Einstein:

„Jeder ernsthafte Naturwissenschaftler muss irgendwie ein religiöser Mensch sein. Sonst kann er sich nicht vorstellen, dass die unglaublich subtilen Wechselwirkungen, die er beobachtet, nicht von ihm erfunden sind. Im unendlichen Universum offenbart sich die Aktivität des unendlich vollkommenen Geistes. Die übliche Vorstellung von mir als Atheist ist ein großes Missverständnis. Wenn diese Idee aus meinen wissenschaftlichen Arbeiten stammt, kann ich sagen, dass meine wissenschaftlichen Arbeiten nicht verstanden werden.

Die Urknalltheorie

Vielleicht das gebräuchlichste und bekannteste Modell für den Ursprung unseres Universums. Auf jeden Fall hat fast jeder davon gehört. Was sagt uns der Urknall? Einst, vor etwa 14 Milliarden Jahren, gab es keinen Raum und keine Zeit, und die gesamte Masse des Universums konzentrierte sich auf einen winzigen Punkt mit unglaublicher Dichte – in einer Singularität. In einem schönen Moment (wenn ich so sagen darf, es war keine Zeit) konnte die Singularität es wegen der in ihr entstandenen Inhomogenität nicht ertragen, der sogenannte Urknall ereignete sich. Und seitdem dehnt sich das Universum ständig aus und kühlt ab.

Modell des expandierenden Universums

Es ist jetzt sicher bekannt, dass sich Galaxien und andere Weltraumobjekte voneinander entfernen, was bedeutet, dass sich das Universum ausdehnt. Im 20. Jahrhundert gab es viele alternative Theorien über den Ursprung des Universums. Eines der beliebtesten war das von Einstein selbst vertretene Modell eines stationären Universums. Nach diesem Modell dehnt sich das Universum nicht aus, sondern befindet sich aufgrund einer Art von Kraft, die es hält, in einem stationären Zustand.

Rotverschiebung ist eine Abnahme der Strahlungsfrequenzen, die für entfernte Quellen beobachtet wird, was durch die Entfernung der Quellen (Galaxien, Quasare) voneinander erklärt wird. Diese Tatsache weist darauf hin, dass sich das Universum ausdehnt.

CMB-Strahlung - es ist wie das Echo eines Urknalls. Früher war das Universum ein heißes Plasma, das allmählich abkühlte. Seit jenen fernen Zeiten sind die sogenannten wandernden Photonen im Universum geblieben, die die kosmische Hintergrundstrahlung bilden. Zuvor war diese Strahlung bei höheren Temperaturen des Universums viel stärker. Nun entspricht sein Spektrum dem Strahlungsspektrum eines absolut festen Körpers mit einer Temperatur von nur noch 2,7 Kelvin.

Stringtheorie

Das moderne Studium der Evolution des Universums ist ohne seine Koordination mit der Quantentheorie unmöglich. So zum Beispiel im Rahmen der Stringtheorie (Stringtheorie geht von der Hypothese aus, dass alle elementarteilchen und ihre fundamentalen wechselwirkungen entstehen durch schwingungen und wechselwirkungen ultramikroskopischer quantenstränge) wird ein Mehruniversenmodell angenommen. Natürlich gab es auch einen Urknall, aber er geschah nicht einfach aus dem Nichts, sondern vielleicht als Ergebnis einer Kollision unseres Universums mit einem anderen, noch anderen Universum.

Tatsächlich gibt es neben dem Urknall, der unser Universum hervorgebracht hat, im multiplen Universum viele andere Urknalle, die viele andere Universen entstehen lassen, die sich nach ihren eigenen entwickeln, die sich von den Gesetzen der uns bekannten Physik unterscheiden.

Höchstwahrscheinlich werden wir nie genau wissen, wie, wo und warum das Universum erschienen ist. Trotzdem kann man sehr lange und interessant darüber nachdenken, und damit Sie genug Stoff zum Nachdenken haben, empfehlen wir Ihnen, sich ein spannendes Video zum Thema moderne Theorien zur Entstehung des Universums anzusehen.

Die Probleme der Entwicklung des Universums sind zu groß. So massiv, dass sie tatsächlich nicht einmal Probleme darstellen. Überlassen wir es den theoretischen Physikern, sich darüber den Kopf zu zerbrechen, und begeben wir uns aus den Tiefen des Universums auf die Erde, wo möglicherweise ein unvollendeter Kurs oder ein Diplom auf uns wartet. Wenn ja, bieten wir unsere eigene Lösung für dieses Problem an. Bestellen Sie einen exzellenten Job, atmen Sie ruhig und seien Sie in Harmonie mit sich selbst und dem Universum.

Zunächst sollten wir die Haupteigenschaften des Universums betrachten, die im Rahmen des kosmologischen Modells beschrieben werden sollten.

Das Modell muss die beobachteten Abstände zwischen Objekten sowie die Geschwindigkeit und Richtung ihrer Bewegung berücksichtigen. Solche Berechnungen basieren auf dem Hubble-Gesetz: cz = H0D, wobei z die Rotverschiebung eines Objekts ist, D die Entfernung zu diesem Objekt ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist.
Das Alter des Universums im Modell muss das Alter der ältesten Objekte der Welt übersteigen.
Das Modell muss die anfängliche Elementhäufigkeit berücksichtigen.
Das Modell muss die beobachtete großräumige Struktur des Universums berücksichtigen.
Das Modell muss den beobachteten Relikthintergrund berücksichtigen.

Entwicklung des Universums

Die ersten 10 bis -43 Sekunden nach dem Urknall werden als Quantenchaos-Stadium bezeichnet. Die Natur des Universums in diesem Stadium der Existenz kann nicht im Rahmen der uns bekannten Physik beschrieben werden. Es findet eine Zersetzung einer kontinuierlichen einzelnen Raumzeit in Quanten statt.

Das Planck-Moment ist der Moment des Endes des Quantenchaos, das in -43 Sekunden auf 10 fällt. Zu diesem Zeitpunkt waren die Parameter des Universums gleich Planck-Werten, wie die Planck-Temperatur (etwa 1032 K). Zur Zeit der Planck-Ära wurden alle vier fundamentalen Wechselwirkungen (schwach, stark, elektromagnetisch und gravitativ) zu einer einzigen Wechselwirkung kombiniert. Es ist nicht möglich, das Planck-Moment als einen bestimmten langen Zeitraum zu betrachten, da die moderne Physik nicht mit kleineren Parametern als den Planck-Parametern arbeitet.
Stadium der Inflation. Die nächste Phase in der Geschichte des Universums war die inflationäre Phase. Im ersten Moment der Inflation trennte sich die Gravitationswechselwirkung von einem einzigen supersymmetrischen Feld (früher einschließlich der Felder fundamentaler Wechselwirkungen). Während dieser Zeit herrscht in der Materie ein Unterdruck, der einen exponentiellen Anstieg der kinetischen Energie des Universums bewirkt. Einfach ausgedrückt, während dieser Zeit begann das Universum sehr schnell anzuschwellen, und gegen Ende verwandelt sich die Energie physikalischer Felder in die Energie gewöhnlicher Teilchen. Am Ende dieser Phase steigt die Temperatur des Stoffes und der Strahlung deutlich an. Mit dem Ende der Inflationsphase zeichnet sich auch eine starke Wechselwirkung ab. Auch in diesem Moment entsteht die Baryonen-Asymmetrie des Universums.

[Die Baryonen-Asymmetrie des Universums ist ein beobachtetes Phänomen der Vorherrschaft von Materie gegenüber Antimaterie im Universum]

Das Stadium der Strahlungsdominanz. Die nächste Stufe in der Entwicklung des Universums, die mehrere Stufen umfasst. In diesem Stadium beginnt die Temperatur des Universums zu sinken, Quarks werden gebildet, dann Hadronen und Leptonen. Im Zeitalter der Nukleosynthese kommt es zur Bildung erster chemischer Elemente, Helium wird synthetisiert. Strahlung dominiert jedoch immer noch die Materie.
Das Zeitalter der Herrschaft der Materie. Nach 10.000 Jahren übersteigt die Energie der Materie allmählich die Strahlungsenergie und ihre Trennung erfolgt. Die Substanz beginnt die Strahlung zu dominieren, ein Relikthintergrund erscheint. Außerdem verstärkte die Trennung von Materie mit Strahlung die anfänglichen Inhomogenitäten in der Materieverteilung erheblich, wodurch sich Galaxien und Supergalaxien zu bilden begannen. Die Gesetze des Universums nahmen die Form an, in der wir sie heute beobachten.

Das obige Bild setzt sich aus mehreren grundlegenden Theorien zusammen und gibt eine allgemeine Vorstellung von der Entstehung des Universums in den frühen Stadien seiner Existenz.

Woher kam das Universum?

Diese Modelle basieren auf der Behauptung, dass das Universum schon immer existiert hat und sich sein Zustand im Laufe der Zeit nur ändert und sich von Expansion zu Kontraktion und umgekehrt bewegt.

Steinhardt-Turok-Modell. Dieses Modell basiert auf der Stringtheorie (M-Theorie), da sie ein solches Objekt als "Brane" verwendet.

Die Theorie von Loris Baum und Paul Frampton besagt auch, dass das Universum zyklisch ist. Nach ihrer Theorie wird sich letztere nach dem Urknall aufgrund der dunklen Energie ausdehnen, bis sie sich dem Moment des „Auflösens“ der Raumzeit selbst nähert – dem Big Rip. Wie Sie wissen, nimmt in einem "geschlossenen System die Entropie nicht ab" (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Aus dieser Aussage folgt, dass das Universum nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann, da während eines solchen Prozesses die Entropie abnehmen muss. Dieses Problem wird jedoch im Rahmen dieser Theorie gelöst. Nach der Theorie von Baum und Frampton zerfällt das Universum in einem Moment vor dem Big Rip in viele "Tücher", von denen jeder einen ziemlich kleinen Entropiewert hat. Diese „Flecken“ des ehemaligen Universums, die eine Reihe von Phasenübergängen durchlaufen, lassen Materie entstehen und entwickeln sich ähnlich wie das ursprüngliche Universum. Diese neuen Welten interagieren nicht miteinander, da sie mit einer Geschwindigkeit auseinander fliegen, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. So vermieden Wissenschaftler auch die kosmologische Singularität, die nach den meisten kosmologischen Theorien die Geburt des Universums beginnt. Das heißt, im Moment des Endes seines Zyklus zerfällt das Universum in viele andere nicht interagierende Welten, die zu neuen Universen werden.
Konforme zyklische Kosmologie – das zyklische Modell von Roger Penrose und Vahagn Gurzadyan. Nach diesem Modell kann das Universum in einen neuen Zyklus übergehen, ohne den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu verletzen. Diese Theorie basiert auf der Annahme, dass Schwarze Löcher die aufgenommene Information zerstören, was in gewisser Weise „legitimerweise“ die Entropie des Universums senkt. Dann beginnt jeder solche Existenzzyklus des Universums mit der Ähnlichkeit mit dem Urknall und endet mit einer Singularität.

Andere Modelle für den Ursprung des Universums

Unter anderen Hypothesen, die das Erscheinen des sichtbaren Universums erklären, sind die folgenden beiden am beliebtesten:

Chaotische Inflationstheorie - Andrey Lindes Theorie. Gemäß dieser Theorie gibt es ein Skalarfeld, das über sein gesamtes Volumen hinweg ungleichmäßig ist. Das heißt, in verschiedenen Regionen des Universums hat das Skalarfeld eine andere Bedeutung. Dann passiert in Bereichen mit schwachem Feld nichts, während Bereiche mit starkem Feld aufgrund seiner Energie beginnen, sich auszudehnen (Inflation), wodurch neue Universen entstehen. Ein solches Szenario impliziert die Existenz vieler Welten, die nicht gleichzeitig entstanden sind und ihre eigenen Elementarteilchen und folglich die Naturgesetze haben.
Lee Smolins Theorie legt nahe, dass der Urknall nicht der Beginn der Existenz des Universums ist, sondern nur ein Phasenübergang zwischen seinen beiden Zuständen. Da das Universum vor dem Urknall in Form einer kosmologischen Singularität existierte, die in der Natur der Singularität eines Schwarzen Lochs nahe kommt, schlägt Smolin vor, dass das Universum aus einem Schwarzen Loch entstanden sein könnte.

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