Comprensione della cosmologia e del suo impatto

La cosmologia può essere una disciplina difficile da gestire, in quanto è un campo di studio all'interno della fisica che tocca molte altre aree. (Anche se, in verità, in questi giorni praticamente tutti i campi di studio della fisica toccano molte altre aree.) Cos'è la cosmologia? Cosa fanno realmente le persone che lo studiano (chiamate cosmologi)? Quali prove ci sono a supporto del loro lavoro?

Cosmology at a Glance

Cosmologia è la disciplina della scienza che studia l'origine e l'eventuale destino dell'universo. È strettamente correlato ai campi specifici dell'astronomia e dell'astrofisica, anche se il secolo scorso ha anche avvicinato la cosmologia alle intuizioni chiave della fisica delle particelle.

In altre parole, raggiungiamo una realizzazione affascinante:

La nostra comprensione della cosmologia moderna deriva dal collegare il comportamento del maggiore strutture nel nostro universo (pianeti, stelle, galassie e ammassi di galassie) insieme a quelli del minore strutture nel nostro universo (particelle fondamentali).

Storia della cosmologia

Lo studio della cosmologia è probabilmente una delle forme più antiche di indagine speculativa sulla natura, e iniziò ad un certo punto della storia quando un antico essere umano guardò verso il cielo, ponendo domande come le seguenti:

• Come siamo arrivati ​​a essere qui??
• Cosa sta succedendo nel cielo notturno?
• Siamo soli nell'universo?
• Quali sono quelle cose luccicanti nel cielo?

Ti viene l'idea.

Gli antichi inventarono alcuni buoni tentativi per spiegarli. Il principale tra questi nella tradizione scientifica occidentale è la fisica degli antichi greci, che svilupparono un modello geocentrico globale dell'universo che fu perfezionato nel corso dei secoli fino al tempo di Tolomeo, a quel punto la cosmologia non si sviluppò ulteriormente per diversi secoli , ad eccezione di alcuni dettagli sulle velocità dei vari componenti del sistema.

Il successivo grande progresso in quest'area venne da Nicolaus Copernicus nel 1543, quando pubblicò il suo libro di astronomia sul suo letto di morte (anticipando che avrebbe causato polemiche con la Chiesa cattolica), delineando le prove del suo modello eliocentrico del sistema solare. L'intuizione chiave che ha motivato questa trasformazione nel pensiero era l'idea che non vi era alcuna ragione reale per presumere che la Terra contenesse una posizione fondamentalmente privilegiata all'interno del cosmo fisico. Questo cambiamento nelle ipotesi è noto come Principio Copernicano. Il modello eliocentrico di Copernico divenne ancora più popolare e accettato sulla base del lavoro di Tycho Brahe, Galileo Galilei e Johannes Kepler, che accumularono prove sperimentali sostanziali a sostegno del modello eliocentrico copernicano.

Fu Sir Isaac Newton che fu in grado di riunire tutte queste scoperte per spiegare effettivamente i moti planetari. Ha avuto l'intuizione e l'intuizione di rendersi conto che il movimento degli oggetti che cadono sulla terra era simile al movimento degli oggetti in orbita attorno alla Terra (in sostanza, questi oggetti cadono continuamente in giro la terra). Poiché questo movimento era simile, si rese conto che probabilmente era causato dalla stessa forza, che chiamava gravità. Con un'attenta osservazione e lo sviluppo di una nuova matematica chiamata calcolo e le sue tre leggi del movimento, Newton è stato in grado di creare equazioni che descrivono questo movimento in una varietà di situazioni.

Sebbene la legge di gravità di Newton funzionasse nel predire il moto dei cieli, c'era un problema ... non era esattamente chiaro come funzionasse. La teoria ha suggerito che gli oggetti con massa si attraggono attraverso lo spazio, ma Newton non è stato in grado di sviluppare una spiegazione scientifica per il meccanismo utilizzato dalla gravità per raggiungere questo obiettivo. Per spiegare l'inesplicabile, Newton si basava su un appello generico a Dio, fondamentalmente gli oggetti si comportano in questo modo in risposta alla perfetta presenza di Dio nell'universo. Ottenere una spiegazione fisica avrebbe atteso oltre due secoli, fino all'arrivo di un genio il cui intelletto potrebbe eclissare persino quello di Newton.

Relatività generale e Big Bang

La cosmologia di Newton ha dominato la scienza fino all'inizio del XX secolo, quando Albert Einstein ha sviluppato la sua teoria della relatività generale, che ha ridefinito la comprensione scientifica della gravità. Nella nuova formulazione di Einstein, la gravità era causata dalla flessione dello spaziotempo quadridimensionale in risposta alla presenza di un oggetto enorme, come un pianeta, una stella o persino una galassia.

Una delle implicazioni interessanti di questa nuova formulazione era che lo spazio-tempo stesso non era in equilibrio. In un ordine abbastanza breve, gli scienziati hanno capito che la relatività generale prevedeva che lo spaziotempo si sarebbe espanso o contratto. Credi che Einstein credesse che l'universo fosse in realtà eterno, introdusse una costante cosmologica nella teoria, che fornì una pressione che contrastò l'espansione o la contrazione. Tuttavia, quando l'astronomo Edwin Hubble alla fine scoprì che l'universo si stava effettivamente espandendo, Einstein si rese conto di aver fatto un errore e rimosso la costante cosmologica dalla teoria.

Se l'universo si espandesse, la conclusione naturale è che se dovessi riavvolgere l'universo, vedresti che deve essere iniziato in un piccolo, denso ammasso di materia. Questa teoria di come iniziò l'universo divenne la teoria del Big Bang. Questa fu una teoria controversa durante i decenni centrali del ventesimo secolo, poiché si contendeva il dominio contro la teoria dello stato stazionario di Fred Hoyle. La scoperta della radiazione cosmica di fondo a microonde nel 1965, tuttavia, confermò una previsione fatta in relazione al big bang, quindi divenne ampiamente accettata dai fisici.

Sebbene gli sia stato smentito la teoria dello stato stazionario, Hoyle è accreditato dei principali sviluppi nella teoria della nucleosintesi stellare, che è la teoria secondo cui l'idrogeno e altri atomi di luce vengono trasformati in atomi più pesanti all'interno dei crogioli nucleari chiamati stelle e sputano nell'universo dopo la morte della stella. Questi atomi più pesanti poi si formano in acqua, pianeti e infine vita sulla Terra, inclusi gli umani! Quindi, nelle parole di molti cosmologi sconvolti, siamo tutti formati dalla polvere di stelle.