Teoria cosmologică dominantă este cea bazată pe modelul Big Bang. Universul a apărut acum 13,8 miliarde de ani în condiții neelucidate, iar de atunci, credem, se află în expansiune accelerată. Dar cum știm acest lucru și cât de solide sunt dovezile de care dispunem? În plus, luând în calcul ce știm și ce nu știm, putem vorbi de o criză în cosmologie?

Cosmologia modernă se bazează pe patru componente distincte.

Primul pilon este „expansiunea universului”, care are la bază „deplasarea spre roșu”, concept pe care-l vom analiza mai jos.

Al doilea pilon este „teoria inflației”. Formarea universului constă din două perioade care trebuie delimitate foarte bine: perioada de inflație cosmică și apoi Big Bangul. Inflația din universul timpuriu nu reprezintă așadar Big Bangul, ci îl precede, creând condițiile necesare pentru Big Bang. Prin inflație se rezolva problema omogenității, căci neregularitățile ce ar fi apărut după Big Bang au fost atenuate pe timpul inflației. Puteți citi mai multe aici și aici.

Al treilea pilon este reprezentat de „materia întunecată”, o materie neidentificată încă, așadar un mister total, dar care explică structurile din univers observate, precum galaxiile și clusterele de galaxii.

Al patru pilon este „energia întunecată”, nu mai puțin misterioasă decât „materia întunecată”, care permite expansiunea cosmică indicată de observațiile supernovelor.


Expansiunea universului

Expansiunea universului este o ipoteză în genere bine sprijinită de date, aliniată cu observațiile privind radiația cosmică de fond (RCF), cu abundența de heliu din univers și cu observațiile privind vârsta corpurilor cerești dedusă din măsurătorile asupra celor mai vechi stele și a clusterelor de stele din apropierea noastră. Dar este nevoie de mai mult decât atât, dat fiind că această componentă a cosmologiei este fundamentală în ce privește înțelegerea universului.

Un element fundamental în susținerea ipotezei expansiunii universului este constituit de „legea lui Hubble”, căci pe aceasta se bazează, în esență, modelul Big Bang. Legea este o interpretare a observațiilor, nu un fapt demonstrat.

În al treilea deceniu al sec. XX astronomul american Edwin Hubble a descoperit o anumită relație între distanța și deplasarea spre roșu a galaxiilor. Galaxiile aflate la distanță mai mare par să aibă o lungime de undă mai mare decât cele aflate mai aproape, ceea ce ar însemna că se află într-o mișcare de depărtare de noi, iar această îndepărtare este accelerată. Fenomenul, bazat pe efectul Doppler, este binecunoscut și poate fi asemănat cu apropierea / depărtarea unei salvări: pe măsură ce se apropie salvarea de noi, frecvența sunetului crește, iar pe măsură ce se depărtează, aceasta scade. Sigur, în cazul măsurătorilor corpurilor cosmice vorbim de unde de lumină, nu de unde sonore, dar fenomenul este similar.

 



Așadar, mișcarea unei surse de lumină, precum o galaxie, produce o modificare a culorii sale aparente. În cazul galaxiilor îndepărtate, acestea sunt din ce în ce mai roșiatice pe măsură ce sunt mai departe de noi. În contextul teoriei relativității generale a lui Einstein, dacă spațiul este în expansiune, atunci avem o explicație pentru deplasarea spre roșu!





Pornind de la observația lui Hubble, cosmologii au făcut un salt în explicarea universului, presupunând că expansiunea aparentă observată are loc peste tot în univers, ceea ce duce la concluzia spectaculoasă că, „dând ceasul înapoi”, universul trebuie să fi fost la început un singur punct, infinit de dens și formidabil de fierbinte.

Ipoteza lui Hubble nu este nerezonabilă, desigur. De aceea majoritatea fizicienilor și cosmologilor i-au dat credit. Dar nici nu este una demonstrată, în afara oricărui dubiu.

Pe de altă parte, unul dintre fizicienii cei mai cunoscuți de astăzi, Sabine Hossenfelder, este de părere, de exemplu, că nu mulți cercetători contemporani chiar cred în teoria Big Bang... Vezi aici detalii.

Dar există o problemă: dacă efectul Doppler explică, într-adevăr, deplasarea spre roșu a galaxiilor, atunci vitezele observate ale corpurilor cerești nu pot fi explicate fără a adăuga o masă suplimentară, care să completeze materia vizibilă, detectabilă prin telescoapele noastre. Această necesitate a dus la apariția conceptului de „materie întunecată”, o substanță invizibilă, nedetectată, dar care are rolul de a menține „în viață” modelul nostru cosmologic.

Și mai există o observație ciudată: quasarii depărtați sunt asociați cu galaxii apropiate, ceea ce nu are niciun sens. Quasarii, sunt, în mod bizar, atunci când analizăm cerul, aliniați cu anumite galaxii, ceea ce duce la concluzia că deși par a fi la mare depărtare, ei ar putea totuși fi parte din galaxiile cu care sunt aliniați...


Putem vorbim despre o criză în cosmologie?

Dacă luăm în calcul că nu știm nimic despre 95% din univers, atunci suntem într-o situație destul de precară...




Concepte precum „materia întunecată” și „energia întunecată” sunt folosite des în literatura științifică ori cea de popularizare a științei. Le-am „identificat” proprietățile, dar, în fapt, nu știm ce sunt și... dacă există. Din nou, aceste concepte au pornit din nevoia de a „petici” modelul cosmologic actual, pornind de la observații care nu se potriveau cu așteptările astronomilor.

În plus, deși apreciem teoria relativității generale a lui Einstein ca una solidă, pentru că teoria este în acord cu observațiile (ecuațiile... funcționează), nu știm mare lucru despre gravitație, despre cum anume este aceasta generată și cum se transmite influența acesteia în univers. Particula care ar fi purtătoarea gravitației, gravitonul, nu a fost descoperită.


Structura fundamentală a modelului cosmologic ΛCDM

Am vorbit mai sus despre deplasarea spre roșu, care este, cum spuneam, o componentă fundamentală a modelului cosmologic ortodox.

Modelul ΛCDM conține trei componente fundamentale: întâi, constanta cosmologică Λ asociată cu energia întunecată, în al doilea rând  materia întunecată (CDM, Cold Dark Matter), iar în al treilea rând materia obișnuită. Acest model este denumit modelul cosmologic Big Bang.

Iată cate sunt pilonii acestui model, în esență:

Teoria relativității generale:
A: Invarianța vitezei luminii (în ambele sensuri de deplasare) + Independența de mișcare: prin abducție dilatarea timpului.
B: Masa inerțială și cea gravitațională sunt același lucru: prin inducție principiul echivalenței: toate accelerațiile sunt echivalente.
C: Dilatarea timpului + principiul echivalenței + gravitația newtoniană: prin deducție (A și B) relativitatea generală.
D: Relativitatea generală + principiul cosmologic: prin abducție (C) contracția/dilatarea spațiu-timpului: ecuațiile FLRW

Legea lui Hubble:
E: Efectul Doppler + deplasarea spre roșu: prin inducție Îndepărtarea galaxiilor.
F: Îndepărtarea galaxiilor + galaxiile mai depărtate au o deplasare spre roșu mai „mare”: prin abducție (E) Legea lui Hubble.

Pilonii cosmologiei Big Bang:
G: Legea lui Hubble + nucleosinteza: prin deducție (F) Cosmologia Big Bang.
H: Ecuațiile FLRW + Legea lui Hubble: prin deducție (D și F) Expansiunea universală.
I: Cosmologia Big Bang + Radiația cosmică de fond: prin deducție (G) RCF provine dintr-o stare superfierbinte.
J: Cosmologia Big Bang + Expansiunea universală: prin deducție (G și H) Formarea galaxiilor și a celorlalte structuri ale universului.

Explicații ce aliniază modelul ΛCDM cu observațiile:
K: Îndepărtarea galaxiilor + Dinamica galaxiilor + Gravitația newtoniană: prin abducție (E) Materia întunecată.
L: Îndepărtarea galaxiilor + RCF provine dintr-o stare superfierbinte + Expansiunea accelerată: prin abducție (E și I) Energia întunecată Λ.
M: Expansiunea universală + RCF uniformă + cauzalitate: prin abducție (H și I) Inflație.





Bibliografie:
Iai.tv
cosmology.info

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Ești „vizitator” ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Dacă găsești util site-ul, ne poți ajuta cu o donație!
Donează
prin PayPal ori
Patron


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro