ビッグバンとは何ですか？

タイムマシンへのアクセスがなければ、宇宙がどのように始まったかを目撃するために戻ることはできません。しかし、それは科学者が無知であることを意味するものではありません。物理学者はタイムマシンを必要としません-彼らは数学を持っています。実際、アナログラジオセットを使用すると、宇宙の始まりのエコー、つまりビッグバンと呼ばれる拡張理論を聞くこともできます。

ビッグバンの名前の由来

名前にもかかわらず、ビッグバンは爆発ではありませんでした。代わりに、それは物質の小さな点が広大で膨張する宇宙へと急速に変化したことでした。ビッグバンの前には、爆発が起こる宇宙はありませんでした。ビッグバンは、それが起こったときに文字通り空間を形成しました。明らかな問題は、宇宙は何に膨張しているのかということです。これについては後で詳しく説明します。理論の元の用語は原始的または特異点の起源であり、1931年にGeorgesLemaîtreinによって提案されました。主な反対の考えは定常状態モデルと呼ばれ、その支持者は宇宙には始まりがなく、永遠に遡ると信じていました。物理学者のFredHoyleは、定常状態モデルをサポートしました。 1949年3月28日、ホイルはインタビューを行い、特異点の起源を「このビッグバンのアイデア」と軽蔑的に言及し、後にそれを不合理と呼んだ。それにもかかわらず、名前は固執しました。

誰がこれを解決しましたか？

最終的なビッグバンモデルは、数十年にわたってさまざまな科学者によって構築されました。物理学者が彼らの理論に取り組むたびに、彼らは理解を広げました。 GeorgesLemaîtreinが1931年に彼のアイデアを発表した後、数学モデルは1968年と1970年にRoger Penrose、Stephen Hawking、George F. R. Ellisによって改良されました。1970年代から1990年代にかけて、BigBangモデルの特徴が特徴的でした。その後、1981年にアラン・グースは突破口を開きました。彼は、彼がインフレーションと呼んだ初期の宇宙に急速な拡大の時期があったことに気づきました。その後、1990年代に望遠鏡技術の進歩により、物理学者は宇宙を正確に測定し、ビッグバンモデルの最終的な証拠を見つけることができ、宇宙の膨張が加速しているという予期せぬ発見をしました。

ビッグバンの証拠

ビッグバンモデルを証明する「柱」と呼ばれることもある4つの証拠があります。 宇宙の膨張。 科学者は強力な望遠鏡を使用することで、すべてが私たちから遠ざかっていることを確認できます。これは、私たちが宇宙の中心にいることを意味するのではなく、宇宙自体が拡大していることを意味します。したがって、かつては小さかったことがわかり、これはビッグバンモデルをサポートします 宇宙マイクロ波背景放射 マイクロ波は放射線の一種です。いくつかの研究は、宇宙マイクロ波が宇宙が小さな物質の点として始まり、サイズが膨らんだという理論を支持する方法で存在することを証明しました。上の写真は、初期の宇宙と宇宙マイクロ波の画像です。

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ビッグバンのより多くの証拠

元素の元素合成 宇宙が新しくなったとき、それは主に水素、ヘリウム、および他の軽い元素でした。より重い元素は後に星の内部に形成されました。ビッグバンモデルに基づく方程式は、軽い元素の量を非常に正確に予測するため、科学者はそれを理論が正しいことの証拠と見なします。 銀河形成 銀河は星の渦巻きです。私たちの太陽系は、晴れた夜に見ることができる天の川の端にあります-これは私たちの銀河のより密度の高い中心です。強力な望遠鏡を使用することで、科学者は、光が移動するのに時間がかかるため、過去を振り返ることができます。初期の銀河が異なって見えたという写真の証拠があります。これは、宇宙の定常状態モデルが間違っていることを意味します。

これらの4つの証拠の柱は、私たちの宇宙が急速に拡大した小さくて非常に密度の高い点として始まったことの最も重要な証拠です。

ビッグバンの最初の2番目

137億年前に宇宙が始まりました。最初の瞬間には、何が起こったのかを説明する学名があります。各セクションは非常に簡潔です。最初は;

• プランク時代 ゼロ秒から10-43秒まで。これは、0.0000000000000000000000000000000000000000001秒を表示するための簡略化された方法です。現時点では、宇宙は極端な温度と質量の小さな仕様です。
• 大統一時代 10〜36秒まで。重力と素粒子が形成されます。
• インフレ時代 10〜32秒まで。宇宙がピンポイントよりも小さい小さな領域からリンゴのサイズに変化する急速な拡大。
• 電弱時代 10〜12秒まで。ヒッグス粒子のような粒子が形成されます。
• クォーク時代 10〜6秒まで。クォークの粒子が衝突し、多くが破壊されますが、20億分の1が生き残ります。
• ハドロン時代 1秒まで。宇宙は摂氏1兆度まで冷えました。陽子と中性子が形成されます。

宇宙は成長し、冷える

次のいくつかの段階の間、宇宙は拡大し続け、冷えます。 1秒から20分で、宇宙の温度は摂氏10億度に下がります。粒子が互いに離れていったためにサイズが大きくなったため、宇宙は冷えました。この温度で、陽子と中性子が結合して軽元素の最初の原子を形成します。主要な元素は、今日でも宇宙で最も一般的です：水素、ヘリウム、リチウム。

300、000年後、宇宙は3,000度になりました。マイナス240度である今日よりはるかに暑い。次の時代は1億5000万年続いた暗黒時代です。星はありませんが、陽子はあります。陽子粒子は、宇宙線の科学者が今日見ることができるようにします。ラジオをステーションのない周波数に調整すると、聞こえる静電気の約1％がこの放射になります。

星と銀河の形成

宇宙が形成されてから3億年後まで、星がなかったので光はありませんでした。星はビッグバンから3億年から5億年後に形成され、今日まで形成され続けています。星の前は、宇宙は水素と他の軽いガスの混合物でした。原子は均等に広がっていませんでした。時間の経過とともにゆっくりと重力が原子を互いに近づけました。水素の濃度が十分に高くなると、密集した水素の熱が核融合を開始し、星を作りました。星は重力によって互いに引き寄せられ、楕円形の単純な銀河を作りました。

最初の星は私たちの太陽の100倍の大きさで、長くは続かなかった。それらが超新星として爆発したとき、炭素を含むより重い元素が作成されました。これにより、物質の雲が密になりました。物質は重力の影響を受け、移動して回転しました。

惑星と太陽系の形態

ビッグバンから85億年後までに、惑星を作るのに十分な物質とより重い元素がありました。星の形成と同じように、粒子の密度によって生成された熱が核反応を開始するまで、重力によって重い元素の原子が引き寄せられました。水素を燃やして光を出すのではなく、重い元素が結合して岩石惑星やガス巨大惑星を作りました。すべての惑星は星の周りに形成され、重力によって惑星はスピンして星を周回します。

宇宙はまだ拡大しています

宇宙の膨張はビッグバンの直後にはるかに速くなりましたが、今日も膨張を続けています。科学者たちはかつて、宇宙が崩壊し、宇宙創造の繰り返しサイクルで新しいビッグバンを開始する可能性があると考えていました。しかし今、物理学者はこれが起こらないことを証明しました。代わりに、宇宙は絶えず永遠に拡大します。はるか遠い将来、宇宙は非常に拡大し、各原子が他の原子から離れすぎて重力が影響を及ぼさなくなるでしょう。これが起こると、新しい星や惑星は形成できなくなり、宇宙は冷たく暗くなります。

科学がまだ知らないこと

科学者は私たちの宇宙の最初の瞬間と進化について詳細に理解していますが、それでも不確実な領域があります。最大の謎の1つは、ビッグバンにつながった特異点を形成したものです。もう一つは、宇宙が形成される前に存在していたものです。これらの質問には答えられないかもしれませんが、理論物理学者によって提案された多くの理論があります。一般的な理論は、複数の宇宙があり、それぞれがわずかに異なる物理法則を持っているというものです。おそらくさらなる調査と研究によって、私たちはこれらの謎への答えを発見するでしょう。