Från Big Bang till svarta hål
Köp bok - en kort historia av tid av Stephen Hawking
Vad är ämnet för boken en kort tidshistoria?
Genom att titta på både historien om vetenskaplig teori och de begrepp som formar vår nuvarande kunskap om världen, är en kort tidshistoria (1988) ett måste för alla som är intresserade av vetenskapens historia. I den här boken ger Hawking en kortfattad sammanfattning av både universums historia och den komplicerade fysiken som ligger till grund för den, allt presenterat på ett sätt som även läsare som utsätts för dessa koncept för första gången kan förstå.
Vem är det som läser boken en kort tidshistoria?
- Den som är nyfiken på kosmos ursprung, alla som är nyfikna på vad kvantfysik är och alla som är intresserade av hur svarta hål fungerar
Vad är Stephen Hawkings bakgrund?
PhD i teoretisk fysik och kosmologi, Stephen Hawking (1942-2018) var en teoretisk fysiker, kosmolog och författare som är mest känd för sitt arbete med hökstrålning och Penrose-hawking teorems. Mellan 1979 och 2009 höll Hawking Lucasian Professorat i matematik vid University of Cambridge, där han också tilldelades presidentmedaljen för frihet. Han var också hedersstipendiat till Royal Society of Arts och en livslång medlem av Pontifical Academy of Sciences.
Vad finns exakt i det för mig? Upptäck universums mysterier.
Att se himlen fylld med stjärnor på natten är en av de mest visuellt fantastiska och tankeväckande sevärdheterna på planeten. Det finns något med universums blinkning som ber oss att ta ett ögonblick och överväga några av de mest djupgående mysterierna i universum. En kort tidshistoria kommer att bidra till belysningen av dessa mysterier genom att avslöja de principer som styr kosmos. Eftersom det är skrivet i förståelige termer, kommer det att hjälpa även de som inte är vetenskapligt benägna att förstå varför kosmos finns, hur det blev och hur framtiden kommer att se ut. Du kommer också att lära dig om udda fenomen som svarta hål, som är ett slags vakuum som drar allt (eller nästan allt) mot dem. Ännu viktigare är att du lär dig själva mysterierna, eftersom dessa anteckningar erbjuder svaren på frågor som "Hur snabbt går tiden?" Förutom "Hur vet vi att det går framåt?"
Med säkerhet kommer du aldrig att titta på natthimlen på samma sätt igen efter att ha lyssnat på dessa bitar av litteratur.
Att utveckla teorier baserat på vad du har sett tidigare kan hjälpa dig att förutsäga framtiden.
Sannolikhet är att du har hört talas om teorin om tyngdkraft eller relativitetsteori. Men har du någonsin tagit ett ögonblick för att överväga vad vi egentligen menar när vi talar om idéer och koncept? För att uttrycka det enkelt är en teori en modell som korrekt förklarar enorma grupper av data i den mest grundläggande meningen. Vetenskapliga observationer, såsom de som gjordes i experiment, samlas in och analyseras av forskare, som sedan använder informationen för att skapa hypoteser för hur och varför händelser inträffar. Exempel inkluderar tanken på tyngdkraften, som etablerades av Isaac Newton efter att ha studerat olika händelser som sträcker sig från äpplen som faller från träd till rörelse av planeter. En tyngdteori utvecklades med hjälp av de bevis som samlades av forskaren. Teorier erbjuder två betydande fördelar: först och främst låter de forskare att göra exakta förutsägelser om händelseförloppet i framtiden.
Till exempel möjliggjorde Newtons tyngdteori för forskare att förutse de framtida rörelserna från föremål som planeter. Om du till exempel vill veta var Mars kommer att vara om sex månader kan du använda tyngdteorin för att förutse platsen med PINPOINT -noggrannhet. För det andra är teorier alltid obehagliga, vilket innebär att de kan revideras om nya bevis upptäcks som strider mot teorin i fråga. Till exempel brukade människor tro att jorden var universums centrum och att allt annat kretsade runt det. Som ett resultat av sin upptäckt att Jupiters månar kretsade om planeten, kunde Galileo visa att inte allt verkligen kretsade runt jorden. Som ett resultat, oavsett hur fast en teori verkar vara vid tidpunkten för dess formulering, kan en enda framtida observation alltid göra den felaktig. Som ett resultat kan idéer aldrig visat sig vara sanna, och vetenskapen är en process som kontinuerligt förändras.
En förändring i hur vi tänker på hur saker och ting rörde sig på 1600 -talet, tack vare Isaac Newton.
Innan Isaac Newton trodde man att ett objekts naturliga tillstånd var ett av fullständig stillhet. Detta innebär att om det inte fanns någon extern kraft som agerar på föremålet, skulle den förbli helt stilla. Newton, på 1600-talet, visade slutligen att denna långvariga uppfattning var felaktig. En ny hypotes presenterades på sin plats, enligt vilken allt i kosmos, snarare än att vara statisk, verkligen alltid var i rörelse. Newton kom till denna slutsats till följd av hans konstaterande att planeterna och stjärnorna i kosmos kontinuerligt rörde sig i sin relation till varandra. Exempel inkluderar det faktum att jorden kontinuerligt roterar runt solen och att hela solsystemet roterar runt galaxen. Som ett resultat är ingenting riktigt rörligt. Newton tänkte tre rörelselag för att förklara rörelsen för alla saker i universum:
Alla föremål kommer att fortsätta resa på en rak väg om de inte agerar av en annan styrka, enligt den första av Newtons rörelselag. Detta visades av Galileo i ett experiment där han rullade bollar nerför en kulle för att illustrera sin poäng. De rullade på en rak väg eftersom det inte fanns någon annan kraft som agerade på dem annat än tyngdkraften. Specifikt säger Newtons andra lag att ett objekt kommer att accelerera med en hastighet som står i proportion till den kraft som utövas på den. Tänk på följande exempel: Ett fordon med en kraftfullare motor kommer att accelerera snabbare än ett fordon med en mindre kraftfull motor. Denna regel säger också att ju större massan av en kropp, desto mindre effekt har en kraft på dess rörelse och vice versa. Ett större fordon tar längre tid att accelerera än ett lättare fordon om två fordon har samma motor.
Gravity beskrivs av Newtons tredje lag. Den hävdar att alla kroppar i universum lockas till varandra av en kraft som är proportionell mot massan av de föremål som lockas till. Detta innebär att om du fördubblar massan på ett objekt kommer kraften som verkar på den att vara dubbelt så kraftfull. Om du fördubblar massan på en artikel och diskuterar massan av en annan, kommer kraften att vara sex gånger så stark.
Det faktum att ljusets hastighet är konstant visar att det inte alltid är möjligt att mäta något hastighet i förhållande till en annans hastighet.
Efter att ha sett hur Newtons teori avlägsnade absolut vila och ersatte den med uppfattningen att ett objekts rörelse är relativt till rörelsen av något annat, kan vi se hur den fortfarande används idag. Teorin indikerade emellertid också att den relativa hastigheten för ett objekt är viktig. Tänk på följande scenario: Du sitter på ett tåg som reser med 100 mil per timme och läser en bok. Jag är nyfiken på hur snabbt du reser. Enligt ett vittne som tittar på tåget går förbi reser du med 100 mil per timme. Men i förhållande till den bok du nu läser är din hastighet 0 miles per timme. Som ett resultat mäts din hastighet i förhållande till ett annat objekt. En betydande brist i Newtons teori upptäcktes emellertid: ljusets hastighet.
Ljushastigheten är konstant, inte relativ och kan inte mätas. Den rör sig med en konstant hastighet på 186 000 miles per sekund. Vad som helst som rör sig snabbare än ljuset, kommer ljusets hastighet att förbli konstant oavsett. Till exempel, om ett tåg som reser med 100 mil per timme närmade sig en ljusstråle, skulle ljusets hastighet vara 186 000 miles per sekund, enligt formeln. Men även om det tåget stannade vid en röd signal, skulle ljusstrålen fortfarande resa med 186 000 mil per sekund. Det gör ingen skillnad vem som tittar på ljuset eller hur snabbt de rör sig; Ljusets hastighet kommer alltid att förbli konstant. Newtons hypotes äventyras till följd av detta konstaterande. När något rör sig, hur kan objektets hastighet förbli konstant oberoende av observatörens tillstånd? Lyckligtvis hittades lösningen i början av det tjugonde århundradet, då Albert Einstein föreslog sin allmänna relativitetsteori.
Enligt relativitetsteorin är tiden i sig inte en fast mängd.
Det faktum att ljusets hastighet förblir konstant var ett problem för Newtons teori eftersom den visade att hastighet inte nödvändigtvis är relativ. Som ett resultat behöver forskare en uppdaterad modell som tog hänsyn till ljusets hastighet. Relativitetsteorin, skapad av Albert Einstein, är ett exempel på en sådan teori. Enligt relativitetsteorin gäller vetenskapsreglerna lika för alla observatörer som är fria att flytta omkring. Detta innebär att oavsett vilken takt någon reser på kommer de alltid att uppleva samma ljushastighet. Även om detta verkar vara ganska enkelt vid första anblicken, är ett av dess grundläggande förslag verkligen extremt svårt för många att förstå: idén att tiden är relativ är en av de svåraste att förstå.
På grund av det faktum att ljus inte varierar i hastighet när de ses av observatörer som reser i olika hastigheter, skulle vittnen som reser med olika hastigheter relativt varandra faktiskt uppskatta olika tider för samma händelse. Tänk på följande scenario: En ljusblink skickas ut till två vittnen, varav en rör sig mot ljuset och den andra som reser med en snabbare hastighet i motsatt riktning av ljuset. Båda tittarna skulle uppleva samma ljushastighet, trots att de rör sig i mycket olika hastigheter och i motsatta riktningar. Detta skulle innebära att de båda ser Flash -händelsen som om den inträffade i ett annat ögonblick än det andra, vilket är otroligt. Detta beror på det faktum att tiden definieras av avståndet har något gått uppdelat med hastigheten med vilken den har rört sig. Även om ljusets hastighet är densamma för båda tittarna, på grund av skillnaden i avstånd, är tiden relativt varje observatör i detta fall.
If both witnesses were equipped with clocks to record the moment the pulse of light was produced, they would be able to certify two distinct timings for the same occurrence. Så vem har rätt? In none of the observers' views; time is relative and unique to each of their perspectives!
Eftersom det är omöjligt att erhålla exakta mätningar av partiklar, förlitar forskare ett begrepp som kallas kvanttillstånd för att göra förutsägelser.
Allt i universum består av partiklar som elektroner och fotoner. Forskare försöker mäta dem och analysera sin hastighet för att förstå mer om kosmos och dess invånare. När du försöker undersöka partiklar kommer du dock att se att de beter sig på ett ovanligt sätt. Konstigt nog, ju mer exakt du försöker mäta platsen för en partikel, desto mer osäker blir hastigheten; Omvänt, ju mer exakt du försöker mäta dess hastighet, desto mindre bestämd blir dess position. Osäkerhetsprincipen är namnet som gavs till detta fenomen, som ursprungligen identifierades på 1920 -talet. En konsekvens av osäkerhetsprincipen var att forskare tvingades hitta andra metoder för att titta på partiklar, vilket ledde till att de började titta på en partiklarnas kvanttillstånd istället. Kvanttillståndet för en partikel är en kombination av flera troliga potentiella platser och hastigheter för partikeln.
Eftersom forskare inte kan bestämma en partiklar exakta plats eller hastighet, måste de ta hänsyn till de många möjliga platserna och hastigheterna som partiklar kan uppta. Forskare övervakar alla möjliga platser där en partikel kan vara och väljer sedan den mest troliga bland dem när partikeln reser runt. Forskare behandlar partiklar som om de var vågor för att hjälpa dem att bestämma detta. Eftersom en partikel kan vara i en mängd olika platser samtidigt, verkar de som en sekvens av kontinuerliga, oscillerande vågor i deras utseende. Tänk på bilden av en bit vibrerande tråd. När strängen vibrerar kommer den att bågas och doppa genom en rad toppar och tråg. En partikel verkar på liknande sätt, men dess potentiella väg består av en sekvens av överlappande vågor som alla förekommer samtidigt.
Att observera partiklar på detta sätt hjälper forskare att bestämma var en partikel troligen hittas. De flesta troliga partikelplatser är de där bågarna och topparna på de många vågorna sammanfaller med varandra, medan de minst troliga partikelplatserna är de där de inte gör det. Detta kallas störningar, och det avslöjar vilka platser och hastigheter som troligen är för att partikelvågen ska gå längs sin väg.
Tyngdkraften är konsekvensen av att stora saker böjer sig tyget i rymden till deras vilja.
När du tittar omkring dig tittar du på världen i tre dimensioner, vilket innebär att du kan karakterisera varje objekt efter dess höjd, bredd och djupmätningar. Faktum kvarstår att det finns en fjärde dimension, även om en som vi inte kan se: tid, som i kombination med de andra tre dimensionerna bildar ett fenomen som kallas rymdtid. Forskare använder denna fyrdimensionella modell av rymdtid för att förklara händelserna som äger rum över kosmos. I samband med tid och rum är en händelse allt som äger rum vid en viss tidpunkt. Som ett resultat, vid bestämning av platsen för en händelse i samband med de tredimensionella koordinaterna, inkluderar forskare en fjärde koordinat för att representera tiden för händelsen. För att bestämma platsen för en händelse måste forskare ta hänsyn till tid eftersom relativitetsteorin säger att tiden är relativ. Därför är det ett väsentligt element i att definiera arten av en viss incident.
Kombinationen av rymden och tiden har haft en anmärkningsvärd effekt på vår förståelse av gravitationen, som har utvecklats dramatiskt som ett resultat av detta. Gravitationen är en följd av att stora objekt böjs av rumtidskontinuumet, enligt beskrivningen ovan. När en stor massa, som vår sol, kurvor, har effekten av att ändra rumtiden. Tänk på följande scenario: Ta hänsyn till konceptet rymdtid som en filt som sprids ut och hålls i luften. Om du lägger ett föremål i mitten av filten kommer filten att kurva och objektet kommer att sjunka lite i mitten av filten. Detta är den effekt som enorma saker har på rymdtiden.
Andra saker kommer sedan att följa dessa kurvor i rumtiden medan de rör sig över rymden. Detta beror på att ett objekt alltid väljer den kortaste vägen mellan två platser, som är ett cirkulärt omloppsbana runt ett större objekt i universum. Om du tittar på filten igen, ser du nåt. Att lägga en stor sak som en apelsin på filten och sedan försöka rulla ett mindre objekt förbi det kommer att resultera i marmor efter den depression som lämnats kvar av orange. Gravitationen fungerar på samma sätt!
I händelse av att en stjärna dör med en stor massa kollapsar stjärnan i en singularitet känd som ett svart hål.
För att skapa värme och ljus behöver stjärnor enorma mängder energi under hela deras liv. Men denna energi står inte ut på obestämd tid. I slutändan är det helt klart att det är uttömmandet, vilket gör att stjärnan dör. Det som händer en stjärna efter att den dör bestäms av stjärnan. När en massiv stjärna uttömmer sina energireserver, inträffar något extraordinärt: bildandet av ett svart hål. För att gravitationsfältet i majoriteten av de stora stjärnorna är så kraftfulla, kan ett svart hål bildas. Det är möjligt för stjärnan att använda sin energi för att hindra sig själv från att kollapsa så länge som den fortfarande lever. Efter att ha fått slut på energi, kan stjärnan inte längre trotsa tyngdkraften och dess uppsplitterande kropp kollapsar i sig själv. Allt dras inåt till en singularitet, vilket är en oändligt tät, sfärisk punkt som inte existerar någon annanstans i universum. Den här singulariteten kallas för ett svart hål.
Rymdtiden förvriden så kraftigt som ett resultat av gravitationen av ett svart hål som till och med ljuset är böjt längs dess väg. Det gör inte bara ett svart hål i allt i dess närhet, men det förhindrar också allt som korsar en viss gräns runt den från att fly igen. Den här punkten utan återvändo är känd som händelsehorisonten, och ingenting, inte ens ljus, som färdas snabbare än något annat i universum, kan fly tillbaka över det. Ett svart hål för händelsehorisonten definieras som den punkt bortom vilken inget kan komma undan igen. Detta ställer en intressant fråga: eftersom ett svart hål absorberar ljus och allt annat som korsar dess händelsehorisont, hur kan vi då avgöra om de verkligen är där i universum? Astronomer jagar svarta hål genom att observera gravitationseffekten de har på kosmos och de röntgenstrålar som avges av deras interaktion med omloppsbanor.
Till exempel söker astronomer efter stjärnor som cirklar runt mörka och enorma föremål som kanske eller kanske inte är svarta hål för att lära sig mer om dem. De är också på jakt efter röntgenstrålar och andra vågor som ofta genereras av materia, eftersom de dras in i och slits sönder av ett svart hål. En ännu mer mystisk källa till radio och infraröd strålning har upptäckts i vår galax. Den här källan tros vara ett supermassivt svart hål.
Svarta hål producerar strålning, vilket kan få dem att avdunstna, i slutändan till följd av deras död.
Gravitationsattraktionen hos ett svart hål är så kraftfull att inte ens ljus kan undkomma det. Det är uppenbart att ingenting annat skulle kunna fly. Du skulle dock misstas. I själva verket måste svarta hål avge något för att undvika att kränka den andra regeln om termodynamik. Det anges i den universella andra regeln för termodynamik att entropi, eller trenden mot större störning, stiger hela tiden. Och när entropin stiger måste temperaturen också öka. En bra illustration av detta är hur en eldpoker bränner röd het efter att ha placerats i en eld och avger strålning i form av värme. Enligt den andra regeln om termodynamik, eftersom svarta hål absorberar oordnad energi från kosmos, bör entropin av det svarta hålet stiga till följd av detta. Och som ett resultat av ökningen av entropi bör svarta hål tvingas låta värme fly.
Även om ingenting kan fly från ett svart håls händelsehorisont, kan virtuella par av partiklar och antipartiklar nära händelseshorisonten göra det eftersom den andra lagen om termodynamik bevaras i närheten av händelseshorisonten. Partiklar som inte kan observeras utan vars effekter kan kvantifieras kallas virtuella partiklar. En av medlemmarna i paret har positiv energi, medan den andra har negativt laddad energi. På grund av styrkan i gravitationsvandlingen i ett svart hål kan en negativ partikel sugas in i det svarta hålet och, därmed ge sin partikelpartner tillräckligt med energi för att potentiellt fly in i kosmos och släppas som värme. Det är möjligt för det svarta hålet att avge strålning på detta sätt, vilket gör att det kan följa den andra lagen om termodynamik.
Mängden positiv strålning som frisätts motverkas av mängden negativ strålning som dras in i det svarta hålet av det svarta hålet. Denna inre tillströmning av negativa partiklar har potentialen att minska massan av det svarta hålet tills den i slutändan avdunstar och dör. Och om det svarta hålets massa reduceras till ett tillräckligt minimalt värde kommer det troligtvis att avsluta i en enorm slutlig explosion motsvarande miljoner H-bomber.
Trots att vi inte kan vara säkra, finns det betydande indikationer på att tiden bara kommer att fortsätta marschera framåt.
Tänk på möjligheten att universum började krympa och tiden började flyta bakåt. Hur skulle det vara att vara där? Möjligheten finns att klockorna kommer att gå bakåt och historiens väg kommer att vändas. Även om forskare inte helt har avfärdat möjligheten, tyder tre betydande indikationer på att tiden uteslutande går framåt. Den termodynamiska pilen av tiden är den första indikationen på att tiden går från en punkt tidigare till en annan punkt i framtiden. Enligt den andra lagen om termodynamik tenderar entropin - störningen i ett stängt system - att växa när tiden fortskrider i varje stängt system. Detta innebär att benägenheten att växa kan användas för att mäta tidens gång.
När det gäller en kopp som av misstag faller av ett bord och bryts har beställningen störts och entropin har stigit. Eftersom en krossad kopp aldrig spontant återförenas och förbättrar dess ordning, kan vi dra slutsatsen att tiden bara går framåt. Den krossade koppen och den termodynamiska pilen av tiden är båda elementen i den andra indikatorn för framåttid, som också styrs av minnet och representeras också av den psykologiska pilen av tid. När du kanske kommer ihåg att koppen är på bordet efter att den har brutits kommer du inte att kunna "återkalla" dess framtida plats på golvet medan den fortfarande låg på bordet innan den har krossats. Den tredje indikationen, den kosmologiska pilen av tid, hänvisar till utvidgningen av kosmos, och den motsvarar vår upplevelse av den termodynamiska pilen av tid samt tillväxten av vår kunskap om den. Detta beror på att entropin stiger när kosmos expanderar.
Efter att ha nått en viss tidpunkt kan kaos i kosmos få universum att krympa och därmed vända tidsriktningen i tidens kosmiska pil. Vi skulle dock inte vara medvetna om det eftersom intelligenta varelser bara kan leva i en miljö där kaos ökar. Anledningen till detta beror på att människor är beroende av entropiprocessen för att omvandla vår mat till användbar energiform. På grund av detta kommer vi att fortsätta att uppfatta den kosmiska pilen av tiden så att vi går framåt så länge vi lever.
Det finns tre grundläggande krafter i kosmos, förutom tyngdkraften. Dessa är: attraktion, attraktion och attraktion.
Finns det några speciella krafter som arbetar i universum? Majoriteten av människorna kommer bara att känna till en av dessa krafter: tyngdkraften, som är kraften som lockar saker till varandra och som känns på det sätt som jordens tyngdkraft drar oss till dess yta. Majoriteten av människorna är å andra sidan inte medvetna om att det verkligen finns ytterligare tre krafter som verkar på de minsta partiklarna. När en magnet klamrar sig fast vid ett kylskåp eller när du laddar din mobiltelefon upplever du elektromagnetisk kraft, som är den första av dessa krafter. Det har en effekt på alla laddade partiklar, inklusive som elektroner och kvarkar, liksom på deras elektriska laddningar.
Magneter har nord- och sydpoler som kan locka eller avvisa andra magneter. Positivt laddade partiklar lockar negativa partiklar och skjuter bort andra positiva partiklar och vice versa. Elektromagnetisk kraft representeras av en magnetens nord- och sydpoler. Denna kraft är betydligt starkare än tyngdkraften och har ett mycket större inflytande på atomnivån än tyngdkraften gör. Till exempel får den elektromagnetiska kraften en elektron att cirkel runt kärnan i en atom i en cirkulär rörelse. Den andra typen av kärnkraft är den svaga kärnkraften, som verkar på alla partiklar som utgör materia och är ansvarig för produktionen av radioaktivitet. Denna kraft kallas "svag" eftersom partiklarna som transporterar den bara kan utöva kraft på kort avstånd och därmed tjäna namnet. På grund av den ökande intensiteten av den svaga kärnkraften vid högre energi överträffar den så småningom den elektromagnetiska kraften.
Det är den tredje typen av kärnkraft som håller protoner och neutroner samman i kärnan i en atom samt de mindre kvarkar som finns i protoner och neutroner tillsammans. Stark kärnkraft, i motsats till elektromagnetisk kraft och svag kärnkraft, blir svagare när partikelens energi ökar. Under en period med mycket hög energi, kallad stor enhetsenergi, blir den elektromagnetiska kraften starkare och den svaga kärnkraften blir svagare, medan den starka kärnkraften blir svagare. I det ögonblicket uppnår alla tre krafterna lika styrka och smälter samman för att bilda olika aspekter av en enda kraft: en kraft som kan ha haft en del i bildandet av universum, enligt vissa teorier.
Trots att forskare tror att universum började med Big Bang är de oklara om de exakta omständigheterna för hur detta inträffade.
De allra flesta forskare tror att tiden började med Big Bang - det ögonblick när universum övergick från ett oändligt tätt tillstånd till en snabbt växande enhet som fortfarande expanderar idag .... även om en mängd olika hypoteser har föreslagits för att förklara hur En sådan massiv utvidgning av universum kan ha inträffat, forskare är fortfarande osäkra på hur Big Bang inträffade. Den heta Big Bang -modellen för universumets ursprung är den mest accepterade hypotesen om universumets ursprung. Enligt denna hypotes började kosmos med en storlek på noll och var oändligt varm och tät till att börja med. Under den stora bangen expanderade den, och när den växte sjönk universums temperatur när värmen spriddes över universum. Majoriteten av de komponenter som finns i universum i dag bildades inom de första timmarna av kosmisk expansion.
På grund av tyngdkraften, när universum fortsatte att expandera, började tätare områden med expanderande materia rotera, vilket resulterade i bildandet av galaxer. Moln av väte- och heliumgaser komprimerade i dessa nybildade galaxer, vilket får universum att expandera. Deras kolliderande atomer utlöste kärnfusionshändelser, vilket resulterade i bildandet av stjärnor. Under efterföljande år, när dessa stjärnor omkom och imploderade, utlöste de massiva stjärnexplosioner som förvisade ännu fler element i kosmos. Som ett resultat bildades nya stjärnor och planeter från de råvaror som levererades av Big Bang. Trots att detta är den allmänt erkända modellen för Big Bang och början av tiden är den inte den enda.
Inflationsmodellen är ett annat ett annat alternativ att tänka på. Det föreslås i detta scenario att energin från det tidiga kosmos var så oerhört stor att styrkorna hos den starka kärnkraften, den svaga kärnkraften och den elektromagnetiska kraften var lika i intensitet. När kosmos växte i storlek började de tre krafterna dock variera avsevärt i deras relativa intensiteter. En enorm mängd energi släpptes till följd av kraften av krafterna. En anti-gravitationseffekt skulle ha resulterat och tvingat kosmos att expandera snabbt och i en ständigt ökande takt.
Allmän relativitet och kvantfysik har inte kunnat förenas av fysiker.
Utvecklingen av två huvudidéer har resulterat från forskarnas strävan att bättre förstå och förklara kosmos. Ett grundläggande begrepp inom fysik är allmän relativitet, som handlar om ett mycket stort fenomen i universum: tyngdkraften. En av de mest fascinerande vetenskapsgrenarna är kvantfysik, som handlar om några av de minsta sakerna i universum som är kända för människan: subatomära partiklar mindre än atomer. Medan båda teorierna erbjuder värdefull insikt, finns det betydande skillnader mellan vad som förutses av kvantfysikens ekvationer och vad som förutses och ses av allmän relativitet, trots att båda teorierna är korrekta. Detta innebär att det för närvarande inte finns något sätt att kombinera dem alla till en enda omfattande enhetlig teori om allt.
Det finns ett problem med att kombinera de två teorierna eftersom många av ekvationerna som används i kvantfysik resulterar i uppenbarligen omöjliga oändliga värden, vilket gör det svårt att kombinera de två teorierna. Tänk på det faktum att ekvationerna för rymdtid förutspår att rymdtidens kurva är oändlig, vilket har visat sig vara felaktigt genom observationer. Försök görs av forskare att lägga till andra oändligheter i ekvationen för att avbryta dessa oändligheter. Det är olyckligt att detta begränsar den noggrannhet som forskare kan förutse framtiden. Det följer som en följd av att det snarare än att använda kvantfysikekvationer för att förutse förekomster, det är nödvändigt att inkludera händelserna själva och ändra ekvationerna för att få dem att passa! I en sekund, relaterad fråga, föreslår kvantteorin att allt det tomma utrymmet i kosmos består av virtuella par av partiklar och antipartiklar, vilket är inkonsekvent med verkligheten.
Närvaron av dessa virtuella parningar skapar å andra sidan problem för allmän relativitetsteori. Detta beror på det faktum att kosmos har en obegränsad mängd tomt utrymme och därmed måste energin i dessa parningar ha en oändlig mängd energi. Detta är besvärligt eftersom Einsteins berömda ekvation E = MC2 innebär att massan av en artikel är lika med dess energi, vilket är ett falskt antagande. Som ett resultat skulle den obegränsade energin hos dessa virtuella partiklar innebära att de på samma sätt skulle ha en oändlig massa. Om det fanns obegränsad massa, skulle hela universum kollapsa under solens starka gravitation attraktion, vilket resulterade i bildandet av ett enda svart hål.
Sammanfattning i slutet
Många människor stängs av av fysik eftersom de ser det som en otillgänglig rike av långa ekvationer och komplicerade idéer. Detta är det primära meddelandet som förmedlas av dessa anteckningar: detta är sant till en viss grad, men inte helt. Emellertid bör fysikens intrikat inte avskräcka de av oss som inte är specialister från att förstå hur och varför universum fungerar. Det finns många regler och förordningar för att hjälpa oss i vår strävan att förstå mysterierna i vår värld och vår plats inom den. Regler och regler som är förståeliga för majoriteten av oss. Och när vi har tagit bort deras betydelse kan vi börja se världen på ett annat sätt.
Köp bok - en kort historia av tid av Stephen Hawking
Skriven av BrookPad Team baserat på en kort historia av tid av Stephen Hawking