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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Notion de big-bang. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes La possibilité d’une expansion de l’Univers était théoriquement prédite comme l’une des conséquences de l’application de la théorie de la relativité générale à la solution de problèmes cosmologiques. Les premiers travaux dans ce domaine appartiennent au talentueux mathématicien soviétique Alexandre Alexandrovitch Fridman (1888-1925). Il est largement connu comme géophysicien météorologique, spécialiste des questions appliquées à la dynamique atmosphérique. Mais Friedman a consacré beaucoup de temps à l'analyse mathématique des solutions des équations cosmologiques d'Einstein. Peu avant sa mort, Friedman reçut une série de solutions aux équations d'Einstein. Il s'est avéré que l'expansion pourrait être l'une des principales propriétés générales de l'Univers - l'attribut le plus important de son évolution. Les travaux du scientifique russe n’ont pas d’abord attiré l’attention voulue. Ils n'ont été appréciés qu'en relation avec la découverte E.Hubble redshift et le développement d'idées modernes sur l'univers à l'origine chaud et le Big Bang. En 1927, J. Lemaitre, étudiant d'Eddington, indépendamment de Friedman, a avancé son idée sur l'origine de l'Univers et son expansion ultérieure à partir d'un point. On lui donna pendant quelque temps le nom de « père-atome ». Lemaître lui-même était catégoriquement contre une telle image et, en général, contre l'interprétation théologique de sa théorie. Lemaître a présenté le processus de l'origine de l'Univers sous la forme du Big Bang. Le jeune scientifique a été le premier à tenter de retrouver les traces probables de l’explosion initiale. Lemaître a admis qu'un tel écho pourrait provenir de rayons cosmiques. Les astronomes n'ont remarqué son hypothèse qu'après un discours en 1933, lorsque Lemaitre a proposé une nouvelle version du concept d'expansion de l'Univers - à partir d'un caillot dense de matière de taille finie mais de très petite taille. La tâche de former un modèle cosmologique-cosmogonique évolutif plus spécifique et physiquement développé de l'Univers en expansion a été résolue principalement par le physicien américain Gamow, d'origine russe. George (Georgy Antonovich) Gamow (1904-1968) a proposé pour la première fois en 1946 une théorie qui est devenue plus tard connue sous le nom de « théorie du Big Bang » (plus précisément, le « Big Impact »). Selon lui, l’ensemble de l’Univers observable moderne est le résultat d’une expansion catastrophiquement rapide de la matière qui se trouvait auparavant dans un état superdense, inaccessible à la description dans le cadre de la physique moderne. La suppression des galaxies est soumise à des schémas mathématiques inhabituels. Cela se produit à des vitesses différentes. Plus la distance entre les galaxies est grande, plus la vitesse de leur éloignement mutuel est élevée. « Nous sommes capables de construire un modèle de la « récession » des galaxies décrite ci-dessus », écrit A.A. Gurshtein, « si nous ne considérons pas l'espace réel infini à trois dimensions, mais si nous nous limitons dans notre modèle à la seule surface - la espace à deux dimensions. Imaginez que « l'ensemble de l'Univers "est situé sur une surface fermée, semblable à la surface d'une balle en caoutchouc constamment gonflée. Laissez les galaxies de notre modèle être représentées par des points tracés sur la surface de cette balle. Au fur et à mesure du gonflement, toutes les distances entre les "galaxies" mesurées le long de la surface de la boule vont en effet systématiquement augmenter, et la vitesse de récession des "galaxies" sera d'autant plus grande que la distance initiale entre elles était grande. Comme le croyait Gamow, l'expansion de la matière qui a commencé au même moment - sous la forme d'un mélange à haute température initialement inséparable de rayonnement et de matière (particules élémentaires) - est également observée aujourd'hui sous la forme de l'effet "décalage vers le rouge". Gamow, avec ses collaborateurs R. Alfer et R. Herman, a prédit en 1948 que le rayonnement thermique électromagnétique primaire isotrope refroidi avec une température d'environ 5 K devrait également être observé. "Cependant, le développement de la théorie a été largement entravé par le scepticisme général des astrophysiciens de ces années-là quant à la possibilité de résoudre une tâche aussi fantastique - comprendre le "début de l'histoire de l'Univers entier dans son ensemble", écrit A.I. Eremeeva. et F.A. Tsitsin : D'un autre côté, les radiophysiciens considéraient qu'il était totalement impossible de capturer dans l'espace mondial à l'aide des équipements disponibles l'émission radio thermique d'une température aussi basse, déjà parce qu'un tel signal serait noyé par la radio. émission des étoiles, des galaxies, du milieu interstellaire, bref, par le bruit radio cosmique. Pendant près de deux décennies, le concept du Big Bang pour la plupart des astronomes est resté un "jeu mental" de quelques physiciens et cosmologistes. Ce n'est que plus tard qu'il est devenu clair que la solution antérieure du problème était en grande partie empêchée par le fossé des contacts scientifiques qui existe encore entre les théoriciens modernes et les observateurs. La différenciation de la science a également joué un rôle négatif important, en raison duquel les spécialistes, même ceux travaillant dans des domaines connexes, connaissent parfois peu les problèmes de leurs voisins. La conséquence du concept de l'Univers initialement chaud a été la conclusion que, en tant qu'héritage de cette époque, si seulement cela avait vraiment eu lieu, le rayonnement résiduel ou, comme on l'appelle, relique, dans la gamme radio devrait être partout préservé dans l'univers. L'astrophysicien canadien E. McKellar a rencontré en 1941 un phénomène inhabituel : un état excité de molécules cyan interstellaires. La température d'excitation était de 2,3 K. Ce fait pourrait permettre de conclure qu'il existe un rayonnement excitateur correspondant dans l'espace mondial. Il semble cependant que les auteurs de la théorie du Big Bang ne savaient rien de cette découverte. Ce n'est que bien plus tard que l'astrophysicien soviétique I.S. Shklovsky et indépendamment un certain nombre d'autres auteurs. Calculs par A.G. Doroshkevich et I.D. Novikov en 1964 a montré que le CMB est, en principe, détectable et, par conséquent, la conclusion de la théorie du Big Bang peut être vérifiée à l'aide d'observations. Beaucoup plus tard, il est devenu clair avec le recul qu'au moment de ce calcul, le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes avait déjà été découvert en URSS et au Japon. En URSS, cette découverte a été publiée par T.A. Chmaonov en 1957. "Mais le problème, écrit Gurnstein, était que les observateurs et les théoriciens travaillaient isolément les uns des autres. Il n'y avait aucun échange d'informations entre eux. L'observateur ne savait pas comment interpréter correctement ses étranges résultats. Le remarquable article du les théoriciens sont passés inaperçus. Au milieu des années XNUMX, des radioastronomes expérimentaux ont entrepris de construire un équipement spécial pour détecter le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes. Mais ils ont été devancés par des ingénieurs qui ont mené des recherches sur la lutte contre le bruit radio en communication avec des satellites artificiels de la Terre. En 1965, les ingénieurs radio A. Penzias et R. Wilson (USA), alors qu'ils testaient une antenne cornet pour l'observation du satellite américain Echo, ont accidentellement découvert l'existence d'un bruit radio cosmique micro-onde (à une longueur d'onde de 7,35 cm), qui ne dépend pas sur la direction de l'antenne. Au cours des années 1966-1967, cette découverte - la découverte du fond diffus cosmologique - a été confirmée de manière indépendante par un certain nombre de chercheurs de différents pays. Les caractéristiques de ce phénomène, correspondant au rayonnement thermique général de l'Univers avec une température d'environ 2,7 K, coïncidaient avec les prédictions de la théorie du Big Bang. Les auteurs du livre "History of Astronomy" notent : "La découverte du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes a été la plus grande réalisation en astronomie du XXe siècle et a été en grande partie le résultat du développement de la technologie de la radioastronomie et du fait que l'atmosphère scientifique lui-même était mûr pour sa perception.Cette découverte en a fait un fait fiable au moins que l'Univers (Metagalaxy) évolue effectivement.Enfin, la découverte du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes est devenue un puissant stimulant pour le développement ultérieur de l'idée de le Big Bang. Une nouvelle étape dans le développement des idées sur les premiers stades de l'évolution de l'Univers a été la "théorie de l'Univers chaud", en particulier dans les travaux de l'académicien Ya.B. Zeldovich (1914-1987) et son école. L'idée de la nature de l'expansion initiale de l'Univers a beaucoup changé aujourd'hui. En plus de la principale difficulté à décrire un tel "début" (son inaccessibilité pour la physique théorique moderne), d'autres difficultés sérieuses ont été découvertes en essayant de décrire la suite, déjà en principe accessible à la physique moderne, mais encore très ancienne histoire de l'expansion de l'Univers dans son ensemble. Afin de surmonter ces difficultés, le concept d’un Univers gonfleur (ou inflationniste) a été proposé dans les années 80 (A. Guth, USA ; A. D. Linde, URSS). L'idée de multiplicité et d'apparition répétée à différents moments du temps des univers gonflés eux-mêmes est discutée. Ainsi, l'idée la plus ancienne de la renaissance de l'Univers, l'idée d'une chaîne sans fin de naissances et de morts de mondes à toutes échelles, ainsi que le concept d'univers insulaires, nés déjà de la combinaison de la théorie et des observations gravitationnelles, sont relancées aujourd'hui, mais à un niveau incomparablement plus élevé - à la fois en ce qui concerne les échelles et la variété qualitative des objets. Ces idées peuvent être considérées comme un signe avant-coureur, et peut-être comme le début d’une troisième révolution dans l’image cosmologique du monde. » Auteur : Samin D.K.
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