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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Conceito de big bang. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes A possibilidade da expansão do Universo foi prevista teoricamente como uma das consequências da aplicação da teoria da relatividade geral à solução de problemas cosmológicos. Os primeiros trabalhos nessa área pertencem ao talentoso matemático soviético Alexander Aleksandrovich Fridman (1888–1925). Ele é amplamente conhecido como geofísico meteorológico, especialista em questões aplicadas da dinâmica atmosférica. Mas Friedman dedicou muito tempo à análise matemática das soluções das equações cosmológicas de Einstein. Pouco antes de sua morte, Friedman recebeu uma série de soluções para as equações de Einstein. Descobriu-se que a expansão poderia ser uma das principais propriedades gerais do Universo - o atributo mais importante de sua evolução. As obras do cientista russo a princípio não atraíram a devida atenção. Eles foram apreciados apenas em conexão com a descoberta E. Hubble redshift e o desenvolvimento de idéias modernas sobre o universo originalmente quente e o Big Bang. Em 1927, J. Lemaitre, um estudante de Eddington, independentemente de Friedman, apresentou sua ideia da origem do Universo e sua posterior expansão a partir de um ponto. Ela recebeu por algum tempo o nome de "pai-átomo". O próprio Lemaitre era categoricamente contra tal imagem e, em geral, a interpretação teológica de sua teoria. Lemaitre apresentou o processo de origem do Universo na forma do Big Bang. O jovem cientista foi o primeiro a tentar encontrar os prováveis vestígios da explosão inicial. Lemaitre admitiu que tal eco poderia ser raios cósmicos. Os astrônomos perceberam sua hipótese somente após um discurso em 1933, quando Lemaitre apresentou uma nova versão do conceito de expansão do Universo - a partir de um denso aglomerado de matéria de tamanhos finitos, mas muito pequenos. A tarefa de formar um modelo cosmológico-cosmogônico evolucionário mais específico e fisicamente desenvolvido do Universo em expansão foi resolvida principalmente pelo físico americano Gamow, de origem russa. George (Georgy Antonovich) Gamow (1904–1968) propôs pela primeira vez em 1946 uma teoria que mais tarde ficou conhecida como a "Teoria do Big Bang" (mais precisamente, o "Grande Impacto"). Segundo ele, todo o Universo observável moderno é o resultado de uma expansão catastroficamente rápida da matéria que antes estava em um estado superdenso, inacessível à descrição no âmbito da física moderna. A remoção de galáxias está sujeita a padrões matemáticos incomuns. Acontece em velocidades diferentes. Quanto maior a distância entre as galáxias, maior é a velocidade de sua remoção mútua. “Somos capazes de construir um modelo da “recessão” de galáxias acima descrita”, escreve A.A. Gurshtein, “se não considerarmos o espaço infinito real de três dimensões, mas nos restringirmos em nosso modelo apenas à superfície - o espaço de duas dimensões. Imagine que “todo o Universo "está localizado em alguma superfície fechada, semelhante à superfície de uma bola de borracha constantemente inflada. Deixe as galáxias em nosso modelo serem representadas por pontos plotados na superfície dessa bola À medida que ela infla, todas as distâncias entre as "galáxias" medidas ao longo da superfície da bola aumentarão sistematicamente, e a velocidade de recuo das "galáxias" será tanto maior quanto maior for a distância inicial entre elas. Como Gamow acreditava, a expansão da matéria que começou ao mesmo tempo - na forma de uma mistura inicialmente inseparável de alta temperatura de radiação e matéria (partículas elementares) - também é observada hoje na forma do efeito "redshift". Gamow, juntamente com seus colaboradores R. Alfer e R. Herman, previram em 1948 que a radiação térmica eletromagnética isotrópica primária resfriada com uma temperatura de cerca de 5 K também deveria ser observada. “No entanto, o desenvolvimento da teoria foi amplamente dificultado pelo ceticismo geral dos astrofísicos daqueles anos em relação à possibilidade de resolver uma tarefa tão fantástica - entender o “início da história de todo o Universo como um todo”, escreva A.I. Eremeeva e F.A. Tsitsin: Por outro lado, os radiofísicos consideraram completamente impossível captar a emissão de rádio termal de uma temperatura tão baixa no espaço mundial com a ajuda do equipamento existente, já porque tal sinal seria abafado pela emissão de rádio das estrelas , galáxias, meio interestelar, enfim, ruído de rádio cósmico. Por quase duas décadas, o conceito do Big Bang para a maioria dos astrônomos permaneceu um "jogo mental" de alguns físicos e cosmólogos. Só mais tarde ficou claro que a solução anterior do problema foi em grande parte prejudicada pela lacuna nos contatos científicos que ainda existe entre os teóricos modernos e os observadores. A diferenciação da ciência também desempenhou um papel negativo significativo, pelo que os especialistas, mesmo aqueles que trabalham em áreas próximas, às vezes sabem pouco sobre os problemas de seus vizinhos. Uma consequência do conceito de um universo inicialmente quente foi a conclusão de que, como legado desta época, se realmente ocorresse, a radiação residual, ou, como é chamada, relíquia, na faixa de rádio, deveria ser preservada em todos os lugares. no universo. O astrofísico canadense E. McKellar em 1941 encontrou um fenômeno incomum - um estado excitado de moléculas ciano interestelares. A temperatura de excitação foi de 2,3 K. Este fato pode ser a base para a conclusão de que existe uma radiação excitadora correspondente no espaço mundial. No entanto, parece que os autores da teoria do Big Bang não sabiam nada sobre essa descoberta. Só muito mais tarde, o astrofísico soviético I.S. Shklovsky e independentemente vários outros autores. Cálculos de A.G. Doroshkevich e I. D. Novikov em 1964 mostrou que o CMB é, em princípio, detectável e, portanto, a conclusão da teoria do Big Bang pode ser verificada usando observações. Muito mais tarde, ficou claro em retrospectiva que, na época desse cálculo, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas já havia sido descoberta na URSS e no Japão. Na URSS, esta descoberta foi publicada por T.A. Shmaonov em 1957. "Mas o problema era", escreve Gurnstein, "que os observadores e teóricos trabalhavam isolados uns dos outros. Não havia troca de informações entre eles. O observador não sabia como interpretar corretamente seus estranhos resultados. O notável artigo do teóricos passaram despercebidos. Em meados dos anos sessenta, os radioastrônomos experimentais começaram a construir equipamentos especiais para detectar a radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Mas eles foram superados por engenheiros que realizaram pesquisas sobre o combate ao ruído de rádio em comunicação com satélites artificiais da Terra. Em 1965, os engenheiros de rádio A. Penzias e R. Wilson (EUA), ao testarem uma antena de chifre para observação do satélite American Echo, descobriram acidentalmente a existência de ruído de rádio cósmico de micro-ondas (com comprimento de onda de 7,35 cm), que independe na direção da antena. Durante 1966-1967, esta descoberta - a descoberta da radiação cósmica de fundo - foi confirmada independentemente por vários pesquisadores em diferentes países. As características desse fenômeno, correspondentes à radiação térmica geral do Universo com uma temperatura de cerca de 2,7 K, coincidiram com as previsões da teoria do Big Bang. Os autores do livro "História da Astronomia" observam: "A descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas foi a maior conquista da astronomia do século XNUMX e foi em grande parte o resultado do desenvolvimento da tecnologia de radioastronomia e do fato de que a atmosfera científica em si estava madura para sua percepção. Esta descoberta tornou um fato confiável, pelo menos, que o Universo (Metagalaxia) está de fato evoluindo. Finalmente, a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas tornou-se um poderoso estímulo para o desenvolvimento da ideia de a grande explosão. Uma nova etapa no desenvolvimento de ideias sobre os estágios iniciais da evolução do Universo foi a "teoria do Universo quente", especialmente nas obras do acadêmico Ya.B. Zeldovich (1914-1987) e sua escola. A ideia da natureza da expansão inicial do Universo mudou muito hoje. Além da principal dificuldade em descrever tal "princípio" (sua inacessibilidade à física teórica moderna), outras sérias dificuldades foram reveladas ao tentar descrever a história subsequente, já em princípio acessível à física moderna, mas ainda muito precoce da expansão do Universo como um todo. Para superar essas dificuldades, o conceito de Universo inflando (ou inflacionário) foi proposto na década de 80 (A. Guth, EUA; A. D. Linde, URSS). A ideia de multiplicidade e ocorrência repetida em diferentes momentos do tempo dos próprios universos infláveis é discutida. Assim, a ideia mais antiga do renascimento do Universo, a ideia de uma cadeia infinita de nascimentos e mortes de mundos de todas as escalas, bem como o conceito de universos insulares, que já nasceu como resultado de a combinação de teoria gravitacional e observações, estão sendo revividas hoje, mas em um nível incomparavelmente superior - tanto em relação a escalas quanto à variedade qualitativa de objetos. Essas ideias podem ser consideradas um prenúncio e talvez o início da terceira revolução na imagem cosmológica do mundo." Autor: Samin D. K.
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