Die Urknall-Theorie ist das vorherrschende kosmologische Modell, das die frühe Entwicklung des Weltalls erklärt. Gemäß der Urknall-Theorie war das Weltall einmal in einem äußerst heißen und dichten Staat, der sich schnell ausgebreitet hat. Diese schnelle Vergrößerung hat das Weltall veranlasst kühl zu werden und ist auf seine Gegenwart hinausgelaufen, die unaufhörlich Staat ausbreitet. Gemäß den neusten Maßen und Beobachtungen ist der Urknall vor etwa 13.75 Milliarden Jahren vorgekommen, der so als das Alter des Weltalls betrachtet wird. Nach seiner anfänglichen Vergrößerung von einer Eigenartigkeit ist das Weltall genug kühl geworden, um Energie zu erlauben, in verschiedene subatomare Partikeln, einschließlich Protone, Neutronen und Elektronen umgewandelt zu werden. Während sich Protone und Neutronen verbunden haben, um die ersten Atomkerne nur ein paar Minuten nach dem Urknall zu bilden, würde er Tausende von Jahren für Elektronen nehmen, um sich mit ihnen zu verbinden und elektrisch neutrale Atome zu schaffen. Das erste erzeugte Element war Wasserstoff, zusammen mit Spuren von Helium und Lithium. Riesige Wolken dieser primordialen Elemente würden durch den Ernst verschmelzen, um Sterne und Milchstraßen zu bilden, und die schwereren Elemente würden entweder innerhalb von Sternen oder während supernovae synthetisiert.

Der Urknall ist eine gut geprüfte wissenschaftliche Theorie, die innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft weit akzeptiert wird, weil es die genaueste und umfassende Erklärung für die volle Reihe von Phänomen-Astronomen ist, beobachten. Seit seiner Vorstellung sind reichliche Beweise entstanden, um weiter das Modell gültig zu machen. Georges Lemaître hat zuerst vorgeschlagen, was die Urknall-Theorie darin werden würde, was er seine "Hypothese des urzeitlichen Atoms genannt hat." Mit der Zeit würden Wissenschaftler auf seine anfänglichen Ideen bauen, die moderne Synthese zu bilden. Das Fachwerk für das Urknall-Modell verlässt sich auf die allgemeine Relativität von Albert Einstein und auf die Vereinfachung von Annahmen wie Gleichartigkeit und Isotropie des Raums. Die Regierungsgleichungen waren von Alexander Friedmann formuliert worden. 1929 hat Edwin Hubble entdeckt, dass die Entfernungen zu weit weg Milchstraßen zu ihren Rotverschiebungen — eine Idee allgemein proportional waren, die ursprünglich von Lemaître 1927 angedeutet ist. Die Beobachtung von Hubble wurde genommen, um anzuzeigen, dass alle sehr entfernten Milchstraßen und Trauben eine offenbare Geschwindigkeit direkt weg von unserem Standpunkt haben: je weiter weg, desto höher die offenbare Geschwindigkeit.

Wenn die Entfernung zwischen Milchstraße-Trauben heute zunimmt, muss alles zusammen in der Vergangenheit näher gewesen sein. Diese Idee ist im Detail zurück rechtzeitig zu äußersten Dichten und Temperaturen betrachtet worden, und große Partikel-Gaspedale sind gebaut worden, um zu experimentieren an und solche Bedingungen zu prüfen, auf bedeutende Bestätigung dieses Modells hinauslaufend. Andererseits haben diese Gaspedale Fähigkeiten beschränkt, in solche hohen Energieregime forschend einzudringen. Es gibt wenige Beweise bezüglich des absoluten frühsten Moments der Vergrößerung. So kann die Urknall-Theorie nicht und keine Erklärung für solch eine anfängliche Bedingung zur Verfügung stellen; eher beschreibt es und erklärt die allgemeine Evolution des Weltalls, das von diesem Punkt darauf vorankommt. Der beobachtete Überfluss an den leichten Elementen überall im Weltall vergleicht nah die berechneten Vorhersagen für die Bildung dieser Elemente von Kernprozessen in der schnellen Erweiterung und dem Abkühlen der ersten Minuten des Weltalls, als logisch und quantitativ ausführlich berichtet gemäß dem Urknall nucleosynthesis. Nach der Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundradiation 1964, und besonders als, wie man fand, sein Spektrum (d. h., der Betrag der Radiation, die an jeder Wellenlänge gemessen ist), diese der Thermalradiation von einem schwarzen Körper verglichen hat, waren die meisten Wissenschaftler ziemlich überzeugt geworden, dass eine Version des Urknall-Drehbuches vorgekommen sein muss.

Übersicht

Zeitachse des Urknalls

Die Extrapolation der Vergrößerung des Weltalls umgekehrt in der Zeit mit der allgemeinen Relativität gibt eine unendliche Dichte und Temperatur in einer endlichen Zeit in der Vergangenheit nach. Diese Eigenartigkeit gibt der Depression der allgemeinen Relativität Zeichen. Wie nah wir zur Eigenartigkeit extrapolieren können, wird — sicher nicht näher diskutiert als das Ende des Zeitalters von Planck. Diese Eigenartigkeit wird manchmal "den Urknall" genannt, aber der Begriff kann sich auch auf die frühe heiße, dichte Phase selbst beziehen, die als die "Geburt" unseres Weltalls betrachtet werden kann. Gestützt auf Maßen des Vergrößerungsverwenden-Typs Ia supernovae, Maße von Temperaturschwankungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund und Maße der Korrelationsfunktion von Milchstraßen, hat das Weltall ein berechnetes Alter 13.75 ± 0.11 Milliarden Jahre. Die Abmachung dieser drei unabhängigen Maße unterstützt stark das ΛCDM Modell, das im Detail den Inhalt des Weltalls beschreibt.

Die frühsten Phasen des Urknalls sind viel Spekulation unterworfen. In den allgemeinsten Modellen wurde das Weltall homogen und isotropisch mit einer unglaublich hohen Energiedichte und riesigen Temperaturen und Druck gefüllt und breitete sich sehr schnell aus und wurde kühl. Etwa 10 Sekunden in die Vergrößerung, ein Phase-Übergang hat eine kosmische Inflation verursacht, während deren das Weltall exponential gewachsen ist. Nachdem Inflation angehalten hat, hat das Weltall aus einem Plasma des Quarks-gluon, sowie allen anderen elementaren Partikeln bestanden. Temperaturen waren so hoch, dass die zufälligen Bewegungen von Partikeln mit relativistischen Geschwindigkeiten waren, und Paare des Partikel-Antiteilchens aller Arten unaufhörlich geschaffen und in Kollisionen zerstört wurden. An einem Punkt hat eine unbekannte Reaktion gerufen baryogenesis hat die Bewahrung der Baryonenzahl verletzt, zu einem sehr kleinen Übermaß an Quarken und leptons über Antiquarke und antileptons — der Ordnung eines Teils in 30 Millionen führend. Das ist auf das Überwiegen der Sache über die Antimaterie im gegenwärtigen Weltall hinausgelaufen.

Das Weltall hat fortgesetzt, in der Größe und dem Fall in der Temperatur zu wachsen, folglich nahm die typische Energie jeder Partikel ab. Symmetrie, die Phase-Übergänge bricht, hat die grundsätzlichen Kräfte der Physik und die Rahmen von elementaren Partikeln in ihre gegenwärtige Form gestellt. Nach ungefähr 10 Sekunden wird das Bild weniger spekulativ, seit dem Partikel-Energiefall von Werten, die in Partikel-Physik-Experimenten erreicht werden können. In ungefähr 10 Sekunden haben sich Quarke und gluons verbunden, um baryons wie Protone und Neutronen zu bilden. Das kleine Übermaß an Quarken über Antiquarke hat zu einem kleinen Übermaß an baryons über antibaryons geführt. Die Temperatur war jetzt nicht mehr hoch genug, um neue Protonenantiproton-Paare (ähnlich für Neutronantineutronen), so eine sofort gefolgte Massenvernichtung zu schaffen, gerade jedes 10. von den ursprünglichen Protonen und Neutronen und keinem ihrer Antiteilchen verlassend. Ein ähnlicher Prozess ist in ungefähr 1 Sekunde für Elektronen und Positrone geschehen. Nach diesen Vernichtungen bewegten sich die restlichen Protone, Neutronen und Elektronen relativistisch nicht mehr, und die Energiedichte des Weltalls wurde durch Fotonen (mit einem geringen Beitrag von neutrinos) beherrscht.

Ein paar Minuten in die Vergrößerung, als die Temperatur ungefähr eine Milliarde war (eintausend Millionen; 10; SI-Präfix giga-) kelvin und die Dichte war über diese von Luft, mit Protonen verbundene Neutronen, um die schweren Wasserstoff und Helium-Kerne des Weltalls in einem Prozess genannt der Urknall nucleosynthesis zu bilden. Die meisten Protone sind ungebunden als Wasserstoffkerne geblieben. Da das Weltall kühl geworden ist, ist die Rest-Massenenergiedichte der Sache gekommen, um diese der Foton-Radiation Gravitations-zu beherrschen. Nach ungefähr 379,000 Jahren haben sich die Elektronen und Kerne in Atome (größtenteils Wasserstoff) verbunden; folglich hat die Radiation decoupled von der Sache und durch den größtenteils ungehinderten Raum weitergegangen. Diese Reliquie-Radiation ist als die kosmische Mikrowellenhintergrundradiation bekannt.

Im Laufe eines langen Zeitraumes der Zeit haben die ein bisschen dichteren Gebiete der fast gleichförmig verteilten Sache Gravitations-nahe gelegene Sache angezogen und sind so noch dichter gewachsen, Gaswolken, Sterne, Milchstraßen und die anderen astronomischen Strukturen erkennbar heute bildend. Die Details dieses Prozesses hängen vom Betrag und Typ der Sache im Weltall ab. Die vier möglichen Typen der Sache sind als kalte dunkle Sache, warme dunkle Sache, heiße dunkle Sache und baryonic Sache bekannt. Die besten Maße verfügbar (von WMAP) zeigen, dass die Daten durch ein Modell des Lambdas-CDM gut passend sind, in dem, wie man annimmt, dunkle Sache kalt ist (warme dunkle Sache wird durch die frühe Wiederionisation ausgeschlossen), und wird geschätzt, ungefähr 23 % der Sache/Energie des Weltalls zusammenzusetzen, während baryonic Sache ungefähr 4.6 % zusammensetzt. In einem "verlängerten Modell", das heiße dunkle Sache in die Form von neutrinos dann einschließt, wenn die "physische baryon Dichte" Ωh auf ungefähr 0.023 geschätzt wird (ist das von 'baryon Dichte' Ω ausgedrückt als ein Bruchteil der Gesamtdichte der Sache/Energie verschieden, die, wie bemerkt, oben ungefähr 0.046 ist), und der entsprechenden kalten dunklen Sache-Dichte ist Ωh ungefähr 0.11, wie man schätzt, ist die entsprechende Neutrino-Dichte Ωh weniger als 0.0062.

Unabhängige Linien von Beweisen vom Typ Ia supernovae und der CMB deuten an, dass das Weltall heute durch eine mysteriöse Form der Energie beherrscht wird, die als dunkle Energie bekannt ist, die anscheinend den ganzen Raum durchdringt. Die Beobachtungen weisen darauf hin, dass 73 % der Gesamtenergie-Dichte des heutigen Weltalls in dieser Form sind. Als das Weltall sehr jung war, wurde es wahrscheinlich mit der dunklen Energie aufgegossen, aber mit weniger Raum und allem Näherem zusammen hatte Ernst die Oberhand, und es bremste die Vergrößerung langsam. Aber schließlich, nach der zahlreichen Milliarde Jahre der Vergrößerung, hat der wachsende Überfluss an der dunklen Energie die Vergrößerung des Weltalls veranlasst langsam zu beginnen sich zu beschleunigen. Die dunkle Energie in seiner einfachsten Formulierung nimmt die Form des kosmologischen unveränderlichen Begriffes in den Feldgleichungen von Einstein der allgemeinen Relativität an, aber seine Zusammensetzung und Mechanismus sind unbekannt und mehr allgemein, die Details seiner Gleichung des Staates und der Beziehung mit dem Standardmodell der Partikel-Physik setzen fort, sowohl Beobachtungs-als auch theoretisch untersucht zu werden.

Ganze diese kosmische Evolution nach dem Inflationszeitalter kann streng beschrieben und durch das ΛCDM Modell der Kosmologie modelliert werden, die das unabhängige Fachwerk der Quant-Mechanik und der Allgemeinen Relativität von Einstein verwendet. Wie bemerkt, oben gibt es kein gut unterstütztes Modell, das die Handlung vor 10 Sekunden beschreibt oder so. Anscheinend ist eine neue vereinigte Theorie der Quant-Schwerkraft erforderlich, um diese Barriere zu brechen. Das Verstehen davon, das unter Zeitaltern in der Geschichte des Weltalls am frühsten ist, ist zurzeit eines der größten ungelösten Probleme in der Physik.

Das Unterliegen Annahmen

Die Urknall-Theorie hängt von zwei Hauptannahmen ab: die Allgemeinheit von physischen Gesetzen und der kosmologische Grundsatz. Der kosmologische Grundsatz stellt fest, dass auf großen Skalen das Weltall homogen und isotropisch ist.

Diese Ideen wurden als Postulate am Anfang genommen, aber heute gibt es Anstrengungen, jeden von ihnen zu prüfen. Zum Beispiel ist die erste Annahme durch Beobachtungen geprüft worden zeigend, dass die größtmögliche Abweichung der Feinstruktur, die über viel vom Alter des Weltalls unveränderlich ist, des Auftrags 10 ist. Außerdem hat allgemeine Relativität strenge Tests auf der Skala des Sonnensystems und der binären Sterne bestanden, während die Extrapolation zu kosmologischen Skalen durch die empirischen Erfolge von verschiedenen Aspekten der Urknall-Theorie gültig gemacht worden ist.

Wenn das groß angelegte Weltall isotropisch, wie angesehen, von der Erde scheint, kann der kosmologische Grundsatz aus dem einfacheren kopernikanischen Grundsatz abgeleitet werden, der feststellt, dass dort nicht (oder speziell) Beobachter oder Standpunkt bevorzugt ist. Zu diesem Zweck ist der kosmologische Grundsatz zu einem Niveau 10 über Beobachtungen des CMB bestätigt worden. Das Weltall ist gemessen worden, um auf den größten Skalen am 10-%-Niveau homogen zu sein.

Metrischer FLRW

Allgemeine Relativität beschreibt Raum-Zeit durch einen metrischen, der die Entfernungen bestimmt, die nahe gelegene Punkte trennen. Die Punkte, die Milchstraßen, Sterne oder andere Gegenstände sein können, selbst werden mit einer Koordinatenkarte oder "Bratrost" angegeben, der über die ganze Raum-Zeit aufgestellt wird. Der kosmologische Grundsatz deutet an, dass das metrische homogen und auf großen Skalen isotropisch sein sollte, der einzigartig den Spaziergänger von Friedmann Lemaître Robertson metrisch (FLRW metrisch) aussucht. Das metrisch enthält einen Einteilungsfaktor, der beschreibt, wie sich die Größe des Weltalls mit der Zeit ändert. Das ermöglicht einer günstigen Wahl eines Koordinatensystems, Comoving-Koordinaten gemacht, sie zu werden. In diesem Koordinatensystem breitet sich der Bratrost zusammen mit dem Weltall aus, und Gegenstände, die sich nur wegen der Vergrößerung des Weltalls bewegen, bleiben an gehefteten Punkten auf dem Bratrost. Während ihre Koordinatenentfernung (comoving Entfernung) unveränderlich bleibt, breitet sich die physische Entfernung zwischen zwei solchen Comoving-Punkten proportional mit dem Einteilungsfaktor des Weltalls aus.

Der Urknall ist nicht eine Explosion der Sache, die sich äußer bewegt, um ein leeres Weltall zu füllen. Statt dessen breitet sich Raum selbst mit der Zeit überall aus und vergrößert die physische Entfernung zwischen zwei Comoving-Punkten. Weil das FLRW metrische eine Rechteckverteilung der Masse und Energie annimmt, gilt sie für unser Weltall nur auf großen Skalen — lokale Konzentrationen der Sache wie unsere Milchstraße werden Gravitations-gebunden, und weil solcher die groß angelegte Vergrößerung des Raums nicht erfahren.

Horizonte

Eine wichtige Eigenschaft der Urknall-Raum-Zeit ist die Anwesenheit von Horizonten. Da das Weltall ein begrenztes Alter und leichtes Reisen mit einer begrenzten Geschwindigkeit hat, kann es Ereignisse in der Vergangenheit geben, deren Licht Zeit nicht gehabt hat, um uns zu erreichen. Das legt eine Grenze oder einen vorigen Horizont auf den entferntesten Gegenständen, die beobachtet werden können. Umgekehrt, weil sich Raum ausbreitet, und entferntere Gegenstände jemals schneller zurücktreten, kann Licht, das von uns heute ausgestrahlt ist, zu sehr entfernten Gegenständen nie "aufholen". Das definiert einen zukünftigen Horizont, der die Ereignisse in der Zukunft beschränkt, die wir im Stande sein werden zu beeinflussen. Die Anwesenheit jedes Typs des Horizonts hängt von den Details des FLRW Modells ab, das unser Weltall beschreibt. Unser Verstehen des Weltalls zurück zu sehr frühen Zeiten weist darauf hin, dass es einen vorigen Horizont gibt, obwohl in der Praxis unsere Ansicht auch durch die Undurchsichtigkeit des Weltalls in frühen Zeiten beschränkt wird. So kann sich unsere Ansicht nicht weiter rückwärts gerichtet rechtzeitig ausstrecken, obwohl der Horizont im Raum zurücktritt. Wenn die Vergrößerung des Weltalls fortsetzt sich zu beschleunigen, gibt es einen zukünftigen Horizont ebenso.

Geschichte

Etymologie

Fred Hoyle wird das Münzen des Begriffes Urknall während einer 1949-Radiosendung zugeschrieben. Es wird populär berichtet, dass Hoyle, der ein alternatives "unveränderliches kosmologisches" Zustandmodell bevorzugt hat, das beabsichtigt hat, um Pejorativum zu sein, aber Hoyle hat ausführlich das bestritten und hat gesagt, dass es gerade ein bemerkenswertes Image war, das beabsichtigt ist, um den Unterschied zwischen den zwei Modellen hervorzuheben.

Entwicklung

Die Urknall-Theorie hat sich von Beobachtungen der Struktur des Weltalls und von theoretischen Rücksichten entwickelt. 1912 hat Vesto Slipher die erste Verschiebung von Doppler eines "Spiralnebels" gemessen (Spiralnebel ist der veraltete Begriff für spiralförmige Milchstraßen), und hat bald entdeckt, dass fast alle diese Nebelflecke von der Erde zurücktraten. Er hat die kosmologischen Implikationen dieser Tatsache nicht ergriffen, und tatsächlich zurzeit war es hoch umstritten, ob diese Nebelflecke "Inselweltall" außerhalb unserer Milchstraße waren. Zehn Jahre später hat Alexander Friedmann, ein russischer Kosmologe und Mathematiker, die Gleichungen von Friedmann von den Gleichungen von Albert Einstein der allgemeinen Relativität abgeleitet, zeigend, dass sich das Weltall im Gegensatz zum statischen Weltall-Modell ausbreiten könnte, das von Einstein damals verteidigt ist. 1924 hat das Maß von Edwin Hubble der großen Entfernung zu den nächsten spiralförmigen Nebelflecken gezeigt, dass diese Systeme tatsächlich andere Milchstraßen waren. Die Gleichungen von unabhängig abstammendem Friedmann 1927, Georges Lemaître, ein belgischer Physiker und der Römisch-katholische Priester, haben vorgeschlagen, dass das abgeleitete Zurücktreten der Nebelflecke wegen der Vergrößerung des Weltalls war.

1931 ist Lemaître weiter gegangen und hat darauf hingewiesen, dass die offensichtliche Vergrößerung des Weltalls, wenn geplant, zurück rechtzeitig, bedeutet hat, dass weiter in der Vergangenheit das kleinere das Weltall war, bis in einer endlichen Zeit in der Vergangenheit wurde die ganze Masse des Weltalls in einen einzelnen Punkt, ein "urzeitliches Atom" konzentriert, wo und wenn der Stoff der Zeit und Raums entstanden ist.

1924 anfangend, hat Hubble sorgfältig eine Reihe von Entfernungshinweisen, das Vorzeichen der kosmischen Entfernungsleiter mit dem Fernrohr von Hooker an Gestell Wilson Sternwarte entwickelt. Das hat ihm erlaubt, Entfernungen zu Milchstraßen zu schätzen, deren Rotverschiebungen bereits größtenteils von Slipher gemessen worden waren. 1929 hat Hubble eine Korrelation zwischen Entfernung und Zurücktreten-Geschwindigkeit — jetzt bekannt als das Gesetz von Hubble entdeckt. Lemaître hatte bereits gezeigt, dass das erwartet, der Kosmologische Grundsatz gegeben wurde.

In den 1920er Jahren und 1930er Jahren hat fast jeder Hauptkosmologe ein ewiges unveränderliches Zustandweltall bevorzugt, und mehrere haben sich beklagt, dass der Anfang der durch den Urknall einbezogenen Zeit religiöse Konzepte in die Physik importiert hat; dieser Einwand wurde später von Unterstützern der unveränderlichen Zustandtheorie wiederholt. Diese Wahrnehmung wurde durch die Tatsache erhöht, dass der Schöpfer der Urknall-Theorie, Monsignor Georges Lemaître, ein Römisch-katholischer Priester war. Arthur Eddington ist mit Aristoteles übereingestimmt, dass das Weltall keinen Anfang rechtzeitig nämlich hatte, dass Sache ewig ist. Ein Anfang war rechtzeitig ihm "widerlich". Lemaître hat jedoch das gedacht

Während der 1930er Jahre wurden andere Ideen als Sonderkosmologien vorgeschlagen, um die Beobachtungen von Hubble, einschließlich des Modells von Milne, das Schwingungsweltall (ursprünglich angedeutet von Friedmann, aber verteidigt von Albert Einstein und Richard Tolman) und die müde leichte Hypothese von Fritz Zwicky zu erklären.

Nach dem Zweiten Weltkrieg sind zwei verschiedene Möglichkeiten erschienen. Man war das unveränderliche Zustandmodell von Fred Hoyle, wodurch neue Sache geschaffen würde, weil das Weltall geschienen ist sich auszubreiten. In diesem Modell ist das Weltall grob dasselbe an jedem Punkt rechtzeitig. Der andere war die Urknall-Theorie von Lemaître, die verteidigt und von George Gamow entwickelt ist, der Urknall nucleosynthesis (BBN) eingeführt hat, und dessen Partner, Ralph Alpher und Robert Herman, die kosmische Mikrowellenhintergrundradiation (CMB) vorausgesagt haben. Komischerweise war es Hoyle, der den Ausdruck ins Leben gerufen hat, der gekommen ist, um auf die Theorie von Lemaître angewandt zu werden, es als "diese Urknall-Idee" während einer BBC-Radiosendung im März 1949 kennzeichnend. Eine Zeit lang wurde Unterstützung zwischen diesen zwei Theorien gespalten. Schließlich haben die Beobachtungsbeweise, am meisten namentlich von Radioquellzählungen, begonnen, Urknall über den Unveränderlichen Staat zu bevorzugen. Die Entdeckung und Bestätigung der kosmischen Mikrowellenhintergrundradiation 1964 haben den Urknall als die beste Theorie des Ursprungs und Evolution des Weltalls gesichert. Viel von der aktuellen Arbeit in der Kosmologie schließt das Verstehen ein, wie sich Milchstraßen im Zusammenhang des Urknalls formen, die Physik des Weltalls an früher und frühere Zeiten verstehend, und Beobachtungen mit der grundlegenden Theorie beilegend.

Bedeutende Fortschritte in der Urknall-Kosmologie sind seit dem Ende der 1990er Jahre infolge Fortschritte in der Fernrohr-Technologie sowie der Analyse von Daten von Satelliten wie COBE, das Hubble Raumfernrohr und WMAP gemacht worden. Kosmologen haben jetzt ziemlich genaue und genaue Maße von vielen der Rahmen des Urknall-Modells, und haben die unerwartete Entdeckung gemacht, dass die Vergrößerung des Weltalls scheint sich zu beschleunigen.

Beobachtungsbeweise

Die frühsten und direktesten Arten von Beobachtungsbeweisen sind die Hubble-Typ-Vergrößerung, die in den Rotverschiebungen von Milchstraßen, den ausführlichen Maßen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, dem Überfluss an leichten Elementen gesehen ist (sieh Urknall nucleosynthesis), und heute auch der in großem Umfang Vertrieb und die offenbare Evolution von Milchstraßen, die vorausgesagt werden, um wegen des Gravitationswachstums der Struktur in der Standardtheorie vorzukommen. Diese werden manchmal "die vier Säulen der Urknall-Theorie" genannt.

Das Gesetz von Hubble und die Vergrößerung des Raums

Beobachtungen von entfernten Milchstraßen und Quasaren zeigen, dass diese Gegenstände redshifted sind — ist das von ihnen ausgestrahlte Licht zu längeren Wellenlängen ausgewechselt worden. Das kann durch die Einnahme eines Frequenzspektrums eines Gegenstands und das Zusammenbringen des spektroskopischen Musters von Emissionslinien oder Absorptionslinien entsprechend Atomen der chemischen Elemente gesehen werden, die mit dem Licht aufeinander wirken. Diese Rotverschiebungen sind gleichförmig isotropisch, gleichmäßig unter den beobachteten Gegenständen in allen Richtungen verteilt. Wenn die Rotverschiebung als eine Verschiebung von Doppler interpretiert wird, kann die Feriengeschwindigkeit des Gegenstands berechnet werden. Für einige Milchstraßen ist es möglich, Entfernungen über die kosmische Entfernungsleiter zu schätzen. Wenn die Feriengeschwindigkeiten gegen diese Entfernungen, eine geradlinige bekannte Beziehung geplant werden, weil das Gesetz von Hubble beobachtet wird:

:v = HD,

wo

• v ist die Feriengeschwindigkeit der Milchstraße oder des anderen entfernten Gegenstands,
• D ist die comoving Entfernung zum Gegenstand und

der

• H ist die Konstante von Hubble, gemessen, um km/s/Mpc durch die WMAP-Untersuchung zu sein.

Das Gesetz von Hubble hat zwei mögliche Erklärungen. Entweder wir sind am Zentrum einer Explosion von Milchstraßen — der gegeben der kopernikanische Grundsatz — oder das Weltall unhaltbar ist, breitet sich überall gleichförmig aus. Diese universale Vergrößerung wurde von der allgemeinen Relativität von Alexander Friedmann 1922 und Georges Lemaître 1927 vorausgesagt, kurz bevor Hubble seine 1929-Analyse und Beobachtungen gemacht hat, und es der Eckstein der Urknall-Theorie, wie entwickelt, durch Friedmann, Lemaître, Robertson und Walker bleibt.

Die Theorie verlangt, dass die Beziehung v = HD zu jeder Zeit hält, wo D die comoving Entfernung ist, ist v die Feriengeschwindigkeit und v, H, und D ändern sich, als sich das Weltall ausbreitet (folglich, schreiben wir H, um heutigen Hubble "unveränderlich" anzuzeigen). Für Entfernungen, die viel kleiner sind als die Größe des erkennbaren Weltalls, kann von der Rotverschiebung von Hubble gedacht werden, als sich Doppler entsprechend der Zurücktreten-Geschwindigkeit v bewegen. Jedoch ist die Rotverschiebung nicht eine wahre Verschiebung von Doppler, aber eher das Ergebnis der Vergrößerung des Weltalls zwischen der Zeit das Licht wurde ausgestrahlt und die Zeit, dass es entdeckt wurde.

Dieser Raum erlebt metrische Vergrößerung wird durch direkte Beobachtungsbeweise des Kosmologischen Grundsatzes und des kopernikanischen Grundsatzes gezeigt, die zusammen mit dem Gesetz von Hubble keine andere Erklärung haben. Astronomische Rotverschiebungen sind äußerst isotropisch und homogenous, den Kosmologischen Grundsatz unterstützend, dass das Weltall dasselbe in allen Richtungen zusammen mit viel anderen Beweisen schaut. Wenn die Rotverschiebungen das Ergebnis einer Explosion von einem von uns entfernten Zentrum wären, würden sie in verschiedenen Richtungen nicht so ähnlich sein.

Maße der Effekten der kosmischen Mikrowellenhintergrundradiation auf der Dynamik von entfernten astrophysical Systemen 2000 haben den kopernikanischen Grundsatz bewiesen, dass, auf einer kosmologischen Skala, die Erde nicht in einer Hauptposition ist. Die Radiation vom Urknall war in früheren Zeiten überall im Weltall beweisbar wärmer. Das gleichförmige Abkühlen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds mehr als Milliarden von Jahren sind nur erklärlich, wenn das Weltall eine metrische Vergrößerung erfährt, und schließt die Möglichkeit aus, dass wir in der Nähe vom einzigartigen Zentrum einer Explosion sind.

Kosmische Mikrowellenhintergrundradiation

Während der ersten paar Tage des Weltalls war das Weltall im vollen Thermalgleichgewicht mit Fotonen, die ständig ausstrahlen werden, und hat absorbiert, der Radiation ein blackbody Spektrum gebend. Da sich das Weltall ausgebreitet hat, ist es zu einer Temperatur kühl geworden, bei der Fotonen nicht mehr geschaffen oder zerstört werden konnten. Die Temperatur war noch für Elektronen und Kerne hoch genug, um losgebunden jedoch zu bleiben, und Fotonen wurden ständig von diesen freien Elektronen bis einen Prozess genannt Thomson "widerspiegelt", der sich zerstreut. Wegen dieses wiederholten Zerstreuens war das frühe Weltall undurchsichtig, um sich zu entzünden.

Als die Temperatur einigem tausend Kelvin gefallen ist, haben Elektronen und Kerne begonnen sich zu verbinden, um Atome, ein als Wiederkombination bekannter Prozess zu bilden. Seit der Foton-Streuung selten von neutralen Atomen, Radiation decoupled von der Sache, als sich fast alle Elektronen am Zeitalter des letzten Zerstreuens 379,000 Jahre nach dem Urknall wiederverbunden hatten. Diese Fotonen setzen den CMB zusammen, der heute beobachtet wird, und das beobachtete Muster von Schwankungen im CMB ein direktes Bild des Weltalls an diesem frühen Zeitalter ist. Die Energie von Fotonen war nachher redshifted durch die Vergrößerung des Weltalls, das das blackbody Spektrum bewahrt hat, aber seine Temperatur veranlasst hat, zu fallen, bedeutend, dass die Fotonen jetzt ins Mikrowellengebiet des elektromagnetischen Spektrums fallen. Wie man denkt, ist die Radiation an jedem Punkt im Weltall erkennbar, und kommt aus allen Richtungen mit (fast) derselben Intensität.

1964 haben Arno Penzias und Robert Wilson zufällig die kosmische Hintergrundradiation entdeckt, während sie diagnostische Beobachtungen mit einem neuen von Glockenlaboratorien besessenen Mikrowellenempfänger geführt haben. Ihre Entdeckung hat wesentliche Bestätigung der allgemeinen CMB Vorhersagen zur Verfügung gestellt — wie man fand, war die Radiation isotropisch und mit einem blackbody Spektrum von ungefähr 3 K im Einklang stehend — und es hat das Gleichgewicht der Meinung für die Urknall-Hypothese aufgestellt. Penzias und Wilson wurden einem Nobelpreis für ihre Entdeckung zuerkannt.

1989 hat NASA den Kosmischen Hintergrundforscher-Satelliten (COBE) gestartet, und die anfänglichen Ergebnisse, veröffentlicht 1990, waren mit den Vorhersagen des Urknalls bezüglich des CMB im Einklang stehend. COBE hat eine restliche Temperatur von 2.726 K gefunden und 1992 hat zum ersten Mal die Schwankungen (anisotropies) im CMB, an einem Niveau von ungefähr einem Teil in 10 entdeckt. John C. Mather und George Smoot wurden dem Nobelpreis für ihre Führung in dieser Arbeit zuerkannt. Während des folgenden Jahrzehnts CMB wurden anisotropies weiter durch eine Vielzahl von Boden-basierten und Ballon-Experimenten untersucht. In 2000-2001 haben mehrere Experimente, am meisten namentlich BOOMERanG, gefunden, dass das Weltall fast durch das Messen der typischen winkeligen Größe (die Größe auf dem Himmel) des anisotropies räumlich flach war. (Sieh Gestalt des Weltalls.)

Anfang 2003 wurden die ersten Ergebnisse von Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) veröffentlicht, nachgebend, was zurzeit die genauesten Werte für einige der kosmologischen Rahmen war. Dieses Raumfahrzeug hat auch mehrere spezifische kosmische Inflationsmodelle widerlegt, aber die Ergebnisse waren mit der Inflationstheorie im Allgemeinen im Einklang stehend, es bestätigt auch, dass ein Meer von kosmischem neutrinos das Weltall, klare Beweise durchdringt, dass die ersten Sterne mehr als eine halbe Milliarde Jahre genommen haben, um einen kosmischen Nebel zu schaffen. Eine neue Raumsonde genannt Planck, mit WMAP ähnlichen Absichten, wurde im Mai 2009 gestartet. Wie man voraussieht, stellt es bald noch genauere Maße des CMB anisotropies zur Verfügung. Viele anderer Boden - und Ballon-basierte Experimente laufen auch zurzeit; sieh Kosmische Mikrowellenhintergrundexperimente.

Die Hintergrundradiation ist außergewöhnlich glatt, der ein Problem aufgeworfen hat, in dem herkömmliche Vergrößerung bedeuten würde, dass Fotonen, die aus entgegengesetzten Richtungen im Himmel kommen, aus Gebieten kamen, die im Kontakt mit einander nie gewesen waren. Die Haupterklärung für dieses weite reichende Gleichgewicht besteht darin, dass das Weltall eine kurze Periode der schnellen Exponentialvergrößerung, genannt Inflation hatte. Das würde die Wirkung des Fahrens einzeln von Gebieten haben, die im Gleichgewicht gewesen waren, so dass das ganze erkennbare Weltall von demselben equilibrated Gebiet war.

Überfluss an primordialen Elementen

Das Verwenden des Urknall-Modells ist es möglich, die Konzentration von Helium 4, Helium 3, schwerer Wasserstoff und Lithium 7 im Weltall als Verhältnisse im Wert von gewöhnlichem Wasserstoff, H zu berechnen. Der ganze Überfluss hängt von einem einzelnen Parameter, dem Verhältnis von Fotonen zu baryons ab, der selbst unabhängig von der ausführlichen Struktur von CMB Schwankungen berechnet werden kann. Die Verhältnisse vorausgesagt (durch die Masse, nicht durch die Zahl) sind ungefähr 0.25 für/, ungefähr 10 für/, ungefähr 10 für / und ungefähr 10 für/.

Der gemessene Überfluss stimmen alle mindestens grob mit denjenigen zu, die von einem einzelnen Wert des baryon zu Foton Verhältnisses vorausgesagt sind. Die Abmachung ist für schweren Wasserstoff nahe ausgezeichnet, aber für, und ein Faktor zwei von dafür formell diskrepant; in den letzten zwei Fällen gibt es wesentliche systematische Unklarheiten. Dennoch ist die allgemeine Konsistenz mit dem durch BBN vorausgesagten Überfluss starke Beweise für den Urknall, wie die Theorie die einzige bekannte Erklärung für den Verhältnisüberfluss an leichten Elementen ist, und es eigentlich unmöglich ist, den Urknall "abzustimmen", um viel mehr oder weniger zu erzeugen, als 20-30-%-Helium. Tatsächlich gibt es keinen offensichtlichen Grund außerhalb des Urknalls, dass, zum Beispiel, das junge Weltall (d. h., vor der Sternbildung, wie bestimmt, durch das Studieren der Sache vermutlich frei von nucleosynthesis Sternprodukten) mehr Helium haben sollte als schwerer Wasserstoff oder mehr schwerer Wasserstoff als, und in unveränderlichen Verhältnissen auch.

Galaktische Evolution und Vertrieb

Ausführliche Beobachtungen der Morphologie und Vertrieb von Milchstraßen und Quasaren stellen starke Beweise für den Urknall zur Verfügung. Eine Kombination von Beobachtungen und Theorie weist darauf hin, dass sich die ersten Quasare und Milchstraßen ungefähr eine Milliarde Jahre geformt haben, nach dem Urknall, und seitdem haben sich größere Strukturen, wie Milchstraße-Trauben und Supertrauben geformt. Bevölkerungen von Sternen sind alt geworden und haben sich entwickelt, so dass entfernte Milchstraßen (die beobachtet werden, wie sie im frühen Weltall waren) sehr verschieden von nahe gelegenen Milchstraßen (beobachtet in einem neueren Staat) scheinen. Außerdem scheinen Milchstraßen, die sich relativ kürzlich geformt haben, deutlich verschieden von Milchstraßen, die in ähnlichen Entfernungen, aber kurz nach dem Urknall gebildet sind. Diese Beobachtungen sind starke Argumente gegen das Steady-Statemodell. Beobachtungen von Sternbildung, Milchstraße und Quasar-Vertrieb und größeren Strukturen stimmen gut mit Urknall-Simulationen der Bildung der Struktur im Weltall zu und helfen, Details der Theorie zu vollenden.

Primordiale Gaswolken

2011 haben Astronomen ursprüngliche Wolken des primordialen Benzins gefunden, das sich in den ersten paar Minuten nach dem Urknall geformt hat. Die Zusammensetzung des Benzins vergleicht theoretische Vorhersagen, unmittelbaren Beweis zur Unterstutzung der modernen kosmologischen Erklärung für die Ursprünge von Elementen im Weltall zur Verfügung stellend. Die Forscher haben die zwei Wolken von ursprünglichem Benzin entdeckt, indem sie das Licht von entfernten Quasaren analysiert haben, das MIETE-Spektrometer auf dem Keck I Fernrohr am W verwendend. M Keck Sternwarte in den Hawaiiinseln. Sie haben Absorptionslinien im Spektrum gesehen, wo das Licht vom Benzin gefesselt war, und das ihnen erlaubt, die Zusammensetzung des Benzins zu messen.

Andere Linien von Beweisen

Das Alter des Weltalls, wie geschätzt, von der Vergrößerung von Hubble und dem CMB ist jetzt in der guten Abmachung mit anderen Schätzungen mit den Altern der ältesten Sterne, sowohl wie gemessen, durch die Verwendung der Theorie der Sternevolution auf kugelförmige Trauben als auch durch radiometric Datierung der individuellen Bevölkerung II Sterne.

Die Vorhersage, dass die CMB Temperatur in der Vergangenheit höher war, ist durch Beobachtungen von sehr niedrigen Temperaturabsorptionslinien in Gaswolken an der hohen Rotverschiebung experimentell unterstützt worden. Diese Vorhersage deutet auch an, dass der Umfang der Wirkung von Sunyaev-Zel'dovich in Trauben von Milchstraßen direkt von der Rotverschiebung nicht abhängt. Beobachtungen haben gefunden, dass das grob wahr ist, aber diese Wirkung hängt von Traube-Eigenschaften ab, die sich wirklich mit der kosmischen Zeit ändern, genaue Maße schwierig machend.

Eigenschaften und Probleme

Während die wissenschaftliche Gemeinschaft jetzt das Urknall-Modell über andere kosmologische Modelle unterstützt, wurde es einmal zwischen Unterstützern des Urknalls und denjenigen von alternativen kosmologischen Modellen geteilt. Während der historischen Entwicklung des Themas wurden Probleme mit der Urknall-Theorie im Zusammenhang einer wissenschaftlichen Meinungsverschiedenheit aufgeworfen, bezüglich deren Modell am besten die kosmologischen Beobachtungen beschreiben konnte. Mit der überwältigenden Einigkeit in der Gemeinschaft, die heute das Urknall-Modell unterstützt, werden viele dieser Probleme nicht vergessen als, hauptsächlich vom historischen Interesse zu sein; die Lösungen von ihnen sind entweder durch Modifizierungen zur Theorie oder als das Ergebnis von besseren Beobachtungen erhalten worden.

Die Kernideen vom Urknall — die Vergrößerung, der frühe heiße Staat, die Bildung von Helium, die Bildung von Milchstraßen — werden aus vielen Beobachtungen abgeleitet, die von jedem kosmologischen Modell unabhängig sind; diese schließen den Überfluss an leichten Elementen, dem kosmischen Mikrowellenhintergrund, der in großem Umfang Struktur und dem Diagramm von Hubble für den Typ Ia supernovae ein.

Genaue moderne Modelle des Urknalls appellieren an verschiedene exotische physische Phänomene, die in Landlaborexperimenten nicht beobachtet oder ins Standardmodell der Partikel-Physik vereinigt worden sind. Dieser Eigenschaften ist dunkle Sache zurzeit das Thema den aktivsten Laboruntersuchungen. Restliche Probleme, wie das cuspy Ring-Problem und das Zwergmilchstraße-Problem der kalten dunklen Sache, sind für die dunkle Sache-Erklärung nicht tödlich, weil Lösungen solcher Probleme bestehen, die nur weitere Verbesserungen der Theorie einschließen. Dunkle Energie ist auch ein Gebiet vom intensiven Interesse für Wissenschaftler, aber es ist nicht klar, ob die direkte Entdeckung der dunklen Energie möglich sein wird.

Andererseits bleiben Inflation und baryogenesis etwas mehr spekulative Eigenschaften von aktuellen Urknall-Modellen: Sie erklären wichtige Eigenschaften des frühen Weltalls, aber konnten durch alternative Ideen ersetzt werden, ohne den Rest der Theorie zu betreffen. Lebensfähige, quantitative Erklärungen für solche Phänomene werden noch gesucht. Das sind zurzeit ungelöste Probleme in der Physik.

Horizont-Problem

Das Horizont-Problem ergibt sich aus der Proposition, dass Information schneller nicht reisen kann als Licht. In einem Weltall des begrenzten Alters legt das eine Grenze — den Partikel-Horizont — auf der Trennung irgendwelcher zwei Gebiete des Raums fest, die im kausalen Kontakt sind. Die beobachtete Isotropie des CMB ist in dieser Beziehung problematisch: Wenn das Weltall durch die Radiation oder Sache zu jeder Zeit bis zum Zeitalter des letzten Zerstreuens beherrscht worden war, würde der Partikel-Horizont damals ungefähr 2 Graden auf dem Himmel entsprechen. Es würde dann keinen Mechanismus geben, breitere Gebiete zu veranlassen, dieselbe Temperatur zu haben.

Eine Entschlossenheit gegenüber dieser offenbaren Widersprüchlichkeit wird durch die Inflationstheorie angeboten, in der ein homogenes und isotropisches Skalarenergiefeld das Weltall in einer sehr frühen Periode (vor baryogenesis) beherrscht. Während der Inflation erlebt das Weltall Exponentialvergrößerung, und der Partikel-Horizont breitet sich viel schneller aus als vorher angenommen, so dass Gebiete jetzt auf Gegenseiten des erkennbaren Weltalls gut innerhalb jedes Partikel-Horizonts eines anderen sind. Die beobachtete Isotropie des CMB folgt dann aus der Tatsache, dass dieses größere Gebiet im kausalen Kontakt vor dem Anfang der Inflation war.

Der Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg sagt voraus, dass während der Inflationsphase es Quant Thermalschwankungen geben würde, die zur kosmischen Skala vergrößert würden. Diese Schwankungen dienen als die Samen der ganzen aktuellen Struktur im Weltall. Inflation sagt voraus, dass die primordialen Schwankungen fast Skala invariant und Gaussian sind, der durch Maße des CMB genau bestätigt worden ist.

Wenn Inflation vorkäme, würde Exponentialvergrößerung große Gebiete des Raums gut außer unserem erkennbaren Horizont stoßen.

Flachheitsproblem

Das Flachheitsproblem (auch bekannt als das Altkeitsproblem) sind ein Beobachtungsproblem, das mit einem metrischen Spaziergänger von Friedmann Lemaître Robertson vereinigt ist. Das Weltall kann positive, negative oder Nullraumkrümmung abhängig von seiner Gesamtenergie-Dichte haben. Krümmung ist negativ, wenn seine Dichte weniger ist als die kritische Dichte, positiv, wenn größer, und Null an der kritischen Dichte, in welchem Fall, wie man sagt, Raum flach ist. Das Problem besteht darin, dass jede kleine Abfahrt von der kritischen Dichte mit der Zeit wächst, und noch das Weltall heute sehr in der Nähe von der Wohnung bleibt. Vorausgesetzt, dass eine natürliche Zeitskala für die Abfahrt von der Flachheit die Zeit von Planck, 10 Sekunden, die Tatsache sein könnte, dass das Weltall weder einen Hitzetod noch ein Großes Knirschen erreicht hat, nachdem Milliarden von Jahren etwas Erklärung verlangen. Zum Beispiel, sogar im relativ späten Alter von ein paar Minuten

(die Zeit von nucleosynthesis), die Weltall-Dichte muss innerhalb eines Teils in 10 seines kritischen Werts gewesen sein, oder es würde nicht bestehen, wie es heute tut.

Eine Entschlossenheit gegenüber diesem Problem wird durch die Inflationstheorie angeboten. Während der Inflationsperiode hat sich Raum-Zeit ausgebreitet dermaßen, dass seine Krümmung weggeräumt worden sein würde. So wird es theoretisiert, dass Inflation das Weltall zu einem sehr fast räumlich flachen Staat, mit fast genau der kritischen Dichte gesteuert hat.

Dunkle Energie

Maße der Rotverschiebungsumfang-Beziehung für den Typ Ia supernovae zeigen an, dass sich die Vergrößerung des Weltalls beschleunigt hat, seitdem das Weltall ungefähr Hälfte seines gegenwärtigen Alters war. Um diese Beschleunigung zu erklären, verlangt allgemeine Relativität, dass so viel von der Energie im Weltall aus einem Bestandteil mit dem großen negativen Druck, synchronisierte "dunkle Energie" besteht. Dunkle Energie wird durch mehrere andere Linien von Beweisen angezeigt. Maße des kosmischen Mikrowellenhintergrunds zeigen an, dass das Weltall sehr fast räumlich flach ist, und deshalb gemäß der allgemeinen Relativität das Weltall fast genau die kritische Dichte der Masse/Energie haben muss. Aber die Massendichte des Weltalls kann von seinem Gravitationssammeln gemessen werden und wird gefunden, nur ungefähr 30 % der kritischen Dichte zu haben. Da sich dunkle Energie auf die übliche Weise nicht sammelt, wie es die beste Erklärung für die "fehlende" Energiedichte ist. Dunkle Energie ist auch durch zwei geometrische Maßnahmen der gesamten Krümmung des Weltalls, das ein Verwenden der Frequenz von Gravitationslinsen und des anderen Verwendens des charakteristischen Musters der groß angelegten Struktur als ein kosmisches Lineal erforderlich.

Negativer Druck ist ein Eigentum der Vakuumenergie, aber die genaue Natur der dunklen Energie bleibt eines der großen Mysterien des Urknalls. Mögliche Kandidaten schließen eine kosmologische Konstante und Quintessenz ein. Ergebnisse von der WMAP Mannschaft 2008, die Daten vom CMB und den anderen Quellen verbunden hat, zeigen an, dass die Beiträge zur Dichte der Masse/Energie im Weltall heute etwa 73 % dunkle Energie, dunkle 23-%-Sache, regelmäßige 4.6-%-Sache und weniger als 1 % neutrinos sind. Die Energiedichte in Sache-Abnahmen mit der Vergrößerung des Weltalls, aber die dunkle Energiedichte bleibt unveränderlich (oder fast so), als sich das Weltall ausbreitet. Deshalb hat Sache einen größeren Bruchteil der Gesamtenergie des Weltalls in der Vergangenheit zusammengesetzt, als es heute tut, aber sein Bruchbeitrag wird in der weiten Zukunft fallen, weil dunkle Energie noch dominierender wird.

Im ΛCDM, einem Hauptmodell des Urknalls, wird dunkle Energie durch die Anwesenheit einer kosmologischen Konstante in der allgemeinen Relativitätstheorie erklärt. Jedoch ist die Größe der Konstante, die richtig dunkle Energie erklärt, hinsichtlich naiver Schätzungen überraschend klein, die auf Ideen über den Quant-Ernst gestützt sind. Das Unterscheiden zwischen den kosmologischen unveränderlichen und anderen Erklärungen der dunklen Energie ist ein aktives Gebiet der aktuellen Forschung.

Dunkle Sache

Während der 1970er Jahre und der 1980er Jahre haben verschiedene Beobachtungen gezeigt, dass es nicht genügend sichtbare Sache im Weltall gibt, um für die offenbare Kraft von Gravitationskräften innerhalb und zwischen Milchstraßen verantwortlich zu sein. Das hat zur Idee geführt, dass bis zu 90 % der Sache im Weltall dunkle Sache sind, die Licht nicht ausstrahlt oder mit normaler baryonic Sache aufeinander wirkt. Außerdem hat die Annahme, dass das Weltall größtenteils normale Sache ist, zu Vorhersagen geführt, die mit Beobachtungen stark inkonsequent waren. Insbesondere das Weltall ist heute viel klumpiger und enthält viel weniger schweren Wasserstoff, als es ohne dunkle Sache verantwortlich gewesen werden kann. Während dunkle Sache am Anfang umstritten war, wird sie jetzt durch zahlreiche Beobachtungen angezeigt: der anisotropies im CMB, den Milchstraße-Traube-Geschwindigkeitsstreuungen, dem groß angelegten Struktur-Vertrieb, den Gravitationslensing-Studien und den Röntgenstrahl-Maßen von Milchstraße-Trauben.

Die Beweise für die dunkle Sache kommen aus seinem Gravitationseinfluss auf andere Sache, und keine dunklen Sache-Partikeln sind in Laboratorien beobachtet worden. Viele Partikel-Physik-Kandidaten für die dunkle Sache sind vorgeschlagen worden, und mehrere Projekte, sie zu entdecken, sind direkt laufend.

Magnetische Monopole

Der magnetische Monopol-Einwand wurde gegen Ende der 1970er Jahre erhoben. Großartige Vereinigungstheorien haben topologische Defekte im Raum vorausgesagt, der als magnetische Monopole erscheinen würde. Diese Gegenstände würden effizient im heißen frühen Weltall erzeugt, auf eine Dichte viel höher hinauslaufend, als mit Beobachtungen in Anbetracht dessen im Einklang stehend ist, dass Suchen irgendwelche Monopole nie gefunden haben. Dieses Problem wird auch durch die kosmische Inflation aufgelöst, die alle Punkt-Defekte vom erkennbaren Weltall ebenso entfernt, dass es die Geometrie zur Flachheit steuert.

Eine Entschlossenheit gegenüber dem Horizont, der Flachheit und der magnetischen Monopol-Problem-Alternative zur kosmischen Inflation wird durch die Krümmungshypothese von Weyl angeboten.

Asymmetrie von Baryon

Es wird noch nicht verstanden, warum das Weltall mehr Sache hat als Antimaterie. Es wird allgemein angenommen, dass, als das Weltall jung und sehr heiß war, es im statistischen Gleichgewicht war und gleiche Anzahlen von baryons und antibaryons enthalten hat. Jedoch weisen Beobachtungen darauf hin, dass das Weltall, einschließlich seiner entferntesten Teile, fast völlig der Sache gemacht wird. Ein Prozess hat gerufen, wie man Hypothese aufstellte, ist baryogenesis für die Asymmetrie verantwortlich gewesen. Für baryogenesis, um vorzukommen, müssen die Bedingungen von Sakharov zufrieden sein. Diese verlangen, dass Baryonenzahl nicht erhalten wird, dass C-Symmetrie und BEDIENUNGSFELD-SYMMETRIE verletzt werden, und dass das Weltall von thermodynamischem Gleichgewicht abweicht. Alle diese Bedingungen kommen im Standardmodell vor, aber die Wirkung ist nicht stark genug, um die Gegenwart baryon Asymmetrie zu erklären.

Kugelförmiges Traube-Alter

In den Beobachtungen der Mitte der 1990er Jahre von kugelförmigen Trauben ist geschienen, mit der Urknall-Theorie inkonsequent zu sein. Computersimulationen, die die Beobachtungen der Sternbevölkerungen von kugelförmigen Trauben verglichen haben, haben darauf hingewiesen, dass sie ungefähr 15 Milliarden Jahre alt waren, die das Alter des 13.7 Milliarden Jahres des Weltalls kollidiert haben. Dieses Problem wurde gegen Ende der 1990er Jahre teilweise aufgelöst, als neue Computersimulationen, die die Effekten des Massenverlustes wegen Sternwinde eingeschlossen haben, ein viel jüngeres Alter für kugelförmige Trauben angezeigt haben. Dort bleiben Sie einige Fragen betreffs, wie genau die Alter der Trauben gemessen werden, aber es ist klar, dass Beobachtungen von kugelförmigen Trauben nicht mehr inkonsequent mit der Urknall-Theorie scheinen.

Die Zukunft gemäß der Urknall-Theorie

Vor Beobachtungen der dunklen Energie haben Kosmologen zwei Drehbücher für die Zukunft des Weltalls gedacht. Wenn die Massendichte des Weltalls größer wäre als die kritische Dichte, dann würde das Weltall eine maximale Größe erreichen und dann beginnen zusammenzubrechen. Es würde dichter und heißer wieder werden, mit einem Staat endend, der dem ähnlich war, in dem es — ein Großes Knirschen angefangen hat. Wechselweise, wenn die Dichte im Weltall oder unter der kritischen Dichte gleich wäre, würde sich die Vergrößerung verlangsamen, aber nie anhalten. Sternbildung würde aufhören, weil das ganze interstellare Benzin in jeder Milchstraße verbraucht wird; Sterne würden ausbrennen das weiße Verlassen, ragt Neutronensterne und schwarze Löcher über. Sehr allmählich würden Kollisionen zwischen diesen auf Masse hinauslaufen, die in größere und größere schwarze Löcher anwächst. Die durchschnittliche Temperatur des Weltalls würde sich absoluter Null — ein Großer Stopp asymptotisch nähern. Außerdem, wenn das Proton nicht stabil wäre, dann würde baryonic Sache verschwinden, nur Radiation und schwarze Löcher verlassend. Schließlich würden schwarze Löcher durch das Ausstrahlen der Jagenden Radiation verdampfen. Das Wärmegewicht des Weltalls würde zum Punkt zunehmen, wo keine organisierte Form der Energie daraus, ein als Hitzetod bekanntes Drehbuch herausgezogen werden konnte.

Moderne Beobachtungen der beschleunigten Vergrößerung deuten an, dass immer mehr des zurzeit sichtbaren Weltalls außer unserem Ereignis-Horizont und aus dem Kontakt mit uns gehen wird. Das schließliche Ergebnis ist nicht bekannt. Das ΛCDM Modell des Weltalls enthält dunkle Energie in der Form einer kosmologischen Konstante. Diese Theorie weist darauf hin, dass nur Gravitations-bestimmte Systeme, wie Milchstraßen, zusammen bleiben würden, und sie auch unterworfen sein würden, um Tod zu heizen, als sich das Weltall ausbreitet und kühl wird. Andere Erklärungen der dunklen Energie — so genannte Gespenst-Energietheorien — weisen darauf hin, dass schließlich Milchstraße-Trauben, Sterne, Planeten, Atome, Kerne und Sache selbst durch die ständig steigende Vergrößerung in einem so genannten Großen Riss abgerissen werden.

Spekulative Physik außer der Urknall-Theorie

Während das Urknall-Modell in der Kosmologie gut gegründet wird, wird es wahrscheinlich in der Zukunft raffiniert. Wenig ist über die frühsten Momente der Geschichte des Weltalls bekannt. Die Gleichungen der klassischen allgemeinen Relativität zeigen eine Eigenartigkeit am Ursprung der kosmischen Zeit an, obwohl dieser Beschluss von mehreren Annahmen abhängt. Außerdem muss allgemeine Relativität zusammenbrechen, bevor das Weltall die Temperatur von Planck erreicht, und eine richtige Behandlung des Quant-Ernstes die Möchtegerneigenartigkeit vermeiden kann.

Einige Vorschläge, von denen jeder ungeprüfte Hypothesen zur Folge hat, sind:

• Modelle einschließlich der Hartle-jagenden Bedingung ohne Grenzen, in der ganze Raum-Zeit begrenzt ist; der Urknall vertritt wirklich die Grenze der Zeit, aber ohne das Bedürfnis nach einer Eigenartigkeit.
• Urknall-Gitter-Modell stellt fest, dass das Weltall im Moment des Urknalls aus einem unendlichen Gitter von fermions besteht, der über das grundsätzliche Gebiet geschmiert wird, so hat es sowohl Rotations-, Übersetzungs-als auch Maß-Symmetrie. Die Symmetrie ist die größte Symmetrie möglich und folglich das niedrigste Wärmegewicht jedes Staates.
• Brane-Kosmologie-Modelle, in denen Inflation wegen der Bewegung von branes in der Schnur-Theorie ist; das Vorurknall-Modell; das ekpyrotic Modell, in dem der Urknall das Ergebnis einer Kollision zwischen branes ist; und das zyklische Modell, eine Variante des ekpyrotic Modells, in dem Kollisionen regelmäßig vorkommen. Im letzten Modell wurde dem Urknall durch ein Großes Knirschen und das Weltall endlos Zyklen von einem Prozess bis den anderen vorangegangen.
• ewige Inflation, in der universale Inflation lokal hier und dort auf eine zufällige Mode, jeder Endpunkt endet, der zu einem Luftblase-Weltall führt, das sich von seinem eigenen Urknall ausbreitet.

Vorschläge in den letzten zwei Kategorien sehen den Urknall als ein Ereignis in einem viel größeren und älteren Weltall oder Mehrvers, und nicht der wörtliche Anfang.

Religiöse und philosophische Interpretationen

Als eine für die Ursprünge des Weltalls wichtige Theorie hat der Urknall bedeutende Implikationen hinsichtlich der Religion und Philosophie. Infolgedessen ist es eines der "lebhaftesten Gebiete" im Gespräch über die Beziehung zwischen Wissenschaft und Religion geworden. Dennoch haben einige Physiker wie Paul Davies und Carl Sagan behauptet, dass Urknall-Kosmologie den Begriff eines Schöpfers überflüssig gemacht hat.

Referenzen

Bücher

Weiterführende Literatur

:For eine kommentierte Liste von Lehrbüchern und Monografien, sieh physische Kosmologie.

Links

• Urknall-Modell mit der belebten Grafik
• Beweise für den Urknall