Univers

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Per a altres significats vegeu «Univers (lletra tipogràfica)».
Cosmologia
WMAP.jpg
Temes relacionats
modifica

L'univers és la totalitat del continu espai-temps en què es troba la humanitat, juntament amb tota la matèria i energia continguda en ell. A gran escala, és l'objecte d'estudi de la cosmologia, que es basa en la física i l'astronomia, tot i que alguns dels temes d'estudi voregen la metafísica. Actualment, els experts no estan d'acord sobre si és possible (en principi) d'arribar a observar la totalitat de l'Univers.

Els termes univers conegut, observable o visible, s'utilitzen per referir-se a la part de l'Univers que es pot observar. El terme cosmos és l'univers, especialment quan es considera com un sistema ordenat i harmoniós. De vegades, el terme cosmos es fa servir només per a l'univers observat, mentre que el terme univers es refereix a tot l'existent s'haja descobert o no. En aquest sentit, 'Cosmos' és l'"univers conegut" o realitat.

Universum - C. Flammarion, Woodcut, Paris 1888, Coloration : Heikenwaelder Hugo, Wien 1998

Diversos experiments i observacions suggereixen que l'univers ha estat governat per les mateixes lleis físiques i constants en tota la seva extensió i temps de d'existència. La força dominant en distàncies cosmològiques són la gravetat, i la relativitat general és actualment la teoria més acurada de la gravitació. L'univers té almenys tres dimensions d'espai i una de temps. Dimensions addicionals no poden ser comprovades experimentalment.

El mot univers defineix gairebé sempre el tot. Tot i això, una definició alternativa d'univers suggereix que hi ha diversos universos no connectats entre si i que el conjunt d'aquests formarien la totalitat de l'existència, que s'anomenaria multi-univers. Per exemple, la teoria de la bombolla universal diu que hi ha infinites varietats d'universos, cadascun amb diferents constant físiques.

Al llarg de la història, diverses cosmologies han estat proposades, fruit de l'observació de l'univers. La primera ve de l'antiga Grècia, que proposava que l'univers posseeix infinits espais i que ha existit eternament però conté un únic conjunt d'esferes concèntriques de mida finita -corresponent a les estrelles fixes, el Sol, i planetes diversos- girant al voltant d'un esfèric pero immòbil planeta Terra. Al llarg dels segles, observacions més precises i teories millorades de la gravetat van duur a la teoria de Copèrnic, el model heliocèntric i al model Newtonià del sistema solar. Noves investigacions en astronomia van duur a la caracterització de la Via Làctia, i al descobriment d'altres galàxies. L'estudi de la distribució d'aquestes galàxies i les seves línies espectrals ha significat molt per a cosmologia moderna.

Models històrics[modifica | modifica el codi]

Vegeu també: Cosmologia i Història de la cosmologia

S'han proposat molts models del cosmos (cosmologies) i els seus orígens (cosmogonies), basant-se en les en aquell moment disponibles dades i conceptes de l'Univers. Històricament, les cosmologies i les cosmogonies estaven basades en narratives de déus actuant de diverses maneres. Els models d'un Univers impersonal governat per lleis físiques va ser primerament proposat pels grecs i els indis. Al llarg dels segles, les millores en les observacions astronòmiques i les teories del moviment i la gravitació varen conduir a descripcions més acurades de l'univers. L'era moderna de la cosmologia va començar amb la teoria general de la relativitat de l'Einstein de 1915, que va fer possible predir quantitativament l'origen, evolució i conclusió de l'univers com a un tot. Més modernament, els models acceptats de cosmologia estan basats en la relativitat general i, més específicament en el predit Big Bang; tanmateix, encara cal mesures més precises per determinar quin és el model correcte.

Mites de la creació[modifica | modifica el codi]

Articles principals: Mite de la creació i Deïtat creadora
Registre sumeri sobre la deessa de la creació Nammu, la precursora de la deessa síria Tiamat; possiblement el mite de la creció més antic que ha sobreviscut.

Moltes cultures tenen històries describint l'origen del món, que poden ser agrupades en diferents tipus. En un tipus d'històries, el món neix a partir d'un ou còsmic; entre aquesta mena d'històries hi ha el poema èpic finès Kalevala, la història xinesa de Pangu o la història índia de Brahmanda Purana. En moltes històries la creació emana d'una entitat que l'excreta, com en el concepte d'Adi-Buddha del budisme tibetà, la història grega de Gaia (Mare Terra), la deessa asteca Coatlicue o el déu Atum de l'antic Egipte. En altres històries, el món és creat de la unió d'un parell de deïtats masculina i femenina, com en el mite maorí de Rangi and Papa. En altres històries l'univers és creat a partir de materials preexistents, com el cos d'un déu mort - com per exemple Tiamat en el poema èpic babilònic Enuma Elish o del gegant Ymir en la mitologia nòrdica – o de materials caòtics, com passa amb Izanagi i Izanami en la mitologia japonesa. En altres tipus d'històries mitològiques el món és creat per ordre d'una divinitat com en la història egípcia de Ptah o el mite bíblic del Gènesi. En altres històries l'univers emana de principis fonamentals com el Brahman i el Prakrti, o el yin i el yang del Tao.

Models filosòfics[modifica | modifica el codi]

Vegeu també: Filosofia presocràtica, Física (Aristòtil), Cosmologia hindú, i Temps

Els models filosòfics més antics coneguts de l'Univers es troben en els Vedes, els primers texts de la filosofia índia i hindú datant de finals del segon mil·lenni aC. Descriuen la cosmologia hindú segons la qual l'univers pateix cicles repetitius de creació, destrucció i renaixement, tenint cada cicle uns 4.320.000 anys. L'antiga filosofia hinduista i budista també va desenvolupar el mite de la distinció dels cinc elements clàssics: Vayu (aire), Ap (aigua), Agni (foc), Prithvi/Bhumi (terra) i Akasha (èter). En el segle VI aC Kanada, fundador de l'escola Vaisheshika, va desenvolupar el model del atomisme i va proposar que la llum i el calor eren varietats de la mateixa substància.[1] En el segle V aC, el filòsof atomisme budista Dignāga va proposar que l'àtom era un punt fet d'energia duradora. Negava l'existència de matèria substancial i va proposar que el moviment consistia de flaixos momentanis de corrents d'energia.[2]

Des del segle VI aC, els filòsofs presocràtics varen desenvolupar els primers models coneguts de l'univers del món occidental. Els primers filòsofs grecs varen percebre que els aparences poden ser enganyoses i varen provar d'estudiar la realitat subjacent darrere les aparences. En particular, es varen adonar de l'habilitat de la matèria per canviar de formes (p.ex., gel-aigua-vapor d'aigua) i diversos filòsofs varen proposar que tots els aparents materials diferents del món (fusta, metall, etc.) eren totes diferents manifestacions d'un mateix material, l'arkhé. El primer a fer-ho va ser Tales, que va anomenar aigua a aquest material. Més tard, Anaxímenes el va anomenar aire, i va deixar escrit que hi ha d'haver diferents forces atractives i repulsives que fan que l'arkhé es condensi o disassociï en diferents formes. Empèdocles va proposar que els materials fonamentals eren necessaris per explicar la diversitat de l'univers i va proposar que tots els quatre elements clàssics (terra, aire, foc i aigua) existien, encara que en diferents formes i combinacions. Aquest model de quatre elements va ser adoptat per diversos dels filòsofs posteriors. Alguns filòsofs d'abans d'Empèdocles advocaven menys qüestions materials de l'arkhé; Heràclit arguïa per a un logos, Pitàgores creia que l'existència estava composta de números, mentre que l'estudiant de Tales, Anaximander, va proposar que tot estava compost d'una substància caòtica anomenada Apeiron, que més o menys es correspon al concepte modern d'escuma quàntica. El model de l'apeiron va patir diverses modificacions, essent la més notable la d'Anaxàgores, que proposava que les diverses matèries del món eren el resultat d'apeirons de rotació ràpida, posats en moviment pel principi de Nous (Ment). Encara altres filòsofs — destacant Leucip i Demòcrit — varen proposar que l'univers estava compost d'àtoms individuals movent-se a través d'espai buit, un buit; Aristòtil es va oposar a aquest punt de vista ("La natura avorreix el buit") sobre la base de què la resistència al moviment augmenta amb la densitat; per tant, l'espai buit no hauria d'oferir resistència al moviment, obrint les portes a una velocitat infinita.

Evolució[modifica | modifica el codi]

Teoria sobre l'origen i la formació de l'univers (Big Bang)[modifica | modifica el codi]

El fet que l'univers estigui en expansió es deriva de les observacions del desplaçament cap al roig realitzades a la dècada de 1920 i que es quantifiquen per la llei de Hubble. Aquestes observacions són la predicció experimental del model Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, que és una solució de les equacions de camp d'Einstein de la relativitat general, que prediuen l'inici de l'univers mitjançant un Big bang.

El desplaçament cap al roig es refereix a que els astrònoms han observat que hi ha una relació directa entre la distància a un objecte remot (com una galàxia) i la velocitat amb què s'està allunyant. En canvi, si aquesta expansió ha estat contínua en tota l'edat de l'univers, llavors en el passat aquests objectes distants que segueixen allunyant-se van haver d'estar una vegada junts. Aquesta idea dóna peu a la teoria del Big Bang; el model dominant en la cosmologia actual.

Model prevalent de l'origen i expansió de l'espaitemps i el que conté.(clicar en la imatge per veure-ho millor)

Durant l'era més primerenca del Big Bang, es creu que l'univers era un calent i dens plasma. A mesura que anava avançant l'expansió, la temperatura anava caient a ritme constant fins al punt en què els àtoms es van poder formar. En aquella època, l'energia de fons es desacoblava de la matèria i va ser lliure de viatjar a través de l'espai. L'energia sobrant va continuar refredant-se a mesura que s'expandia l'univers i avui forma el fons còsmic de microones. Aquesta radiació de fons és remarcablement uniforme en totes direccions, circumstància que els cosmòlegs han intentat explicar com a reflex d'un període d'hora d'inflació còsmica després del Big Bang.

L'examen de les petites variacions en el fons de radiació de microones proporciona informació sobre la naturalesa de l'univers, incloent l'edat i la composició. L'edat de l'univers des del Big Bang, d'acord a la informació actual proporcionada pel WMAP de la NASA, s'estima en uns 13.700 milions d'anys, amb un marge d'error d'un 1% (137 milions d'anys). Altres mètodes d'estimació ofereixen diferents rangs d'edat, des d'11.000 milions a 20.000 milions. En el llibre de 1977 els primers tres minuts de l'univers, el premi Nobel Steven Weinberg mostra la física que va ocórrer just moments després del Big Bang. Els descobriments addicionals i els refinaments de les teories van fer que l'actualitzeu i reeditar el 1993.

Sopa Primigènia[modifica | modifica el codi]

Fins fa poc, la primera centèsima de segon era més aviat un misteri, impedint a Weinberg i a altres descriure exactament com era l'Univers. Els nous experiments en el RHIC, en el Brookhaven National Laboratory, han proporcionat als físics una llum en aquesta cortina d'alta energia, de tal manera que poden observar directament els tipus de comportament que poden haver pres lloc en aquell instant.[3]

En aquestes energies, els quarks que componen els protons i els neutrons no estaven junts, i una barreja densa supercalent de quarks i gluons, amb alguns electrons, era tot el que podia existir en els microsegons anteriors a que es refredin prou per formar el tipus de partícules de matèria que observem avui en dia.[4]

Protogalàxies[modifica | modifica el codi]

Article principal: Protogalàxia

Els ràpids avenços sobre el que va passar després de l'existència de la matèria aporten molta informació sobre la formació de les galàxies. Es creu que les primeres galàxies eren febles "galàxies nanes" que emetien tanta radiació que separarien els àtoms gasosos dels seus electrons. Aquest gas, al seu torn, s'estava escalfant i expandint, i tenia la possibilitat d'obtenir la massa necessària per formar les grans galàxies que coneixem avui.[5][6]

Destí final[modifica | modifica el codi]

Article principal: Destí final de l'Univers

El destí final de l'Univers té diversos models que expliquen el que succeirà en funció de diversos paràmetres i observacions. A continuació s'expliquen els models fonamentals més acceptats:

Big Crunch o el Gran Col·lapse[modifica | modifica el codi]

Article principal: Big Crunch

És molt possible que l'immens cercle que envoltava a les galàxies sigui una forma de matèria que resulta invisible des de la Terra. Aquesta matèria fosca potser constitueixi el 99% de tot el que hi ha a l'univers.

La força gravitatòria de tota aquesta matèria potser podria cessar i invertir-se amb ella l'expansió, així les galàxies començarien a retrocedir i amb el temps xocarien unes contra altres, la temperatura s'elevaria, i l'univers es precipitaria cap a un destí catastròfic en el qual quedaria reduït novament a un punt.

Alguns físics han especulat que després es formaria altre univers, en aquest cas es repetiria el procés.

Avui en dia, aquesta hipòtesi sembla incorrecta, car a la llum de les últimes dades experimentals, l'univers s'està expandint cada vegada més ràpid.

Big Rip o l'Eterna Expansió[modifica | modifica el codi]

Article principal: Big Rip

El Big Rip o Teoria de l'Eterna Expansió, és una hipòtesi cosmològica sobre el destí de l'univers. Aquest possible destí final de l'univers depèn de la quantitat d'energia fosca que hi ha a l'univers. Si l'univers conté prou energia fosca, podria acabar en un destripant de tota la matèria.

El valor clau és w, la raó entre la pressió de l'energia fosca i la seva densitat energètica. A w <-1, l'univers acabaria per ser punyent. Primer, les galàxies se separarien entre si, després la gravetat seria massa dèbil per mantenir integrada cada galàxia. Els sistemes planetaris perdrien la seva cohesió gravitatòria. En els últims minuts, es desbaratarien les estrelles i els planetes, i els àtoms serien destruïts.

Els autors d'aquesta hipòtesi calculen que la fi del temps passaria aproximadament 3,5 × 1.010 anys després del Big Bang, és a dir, dins de 2,0 × 1.010 anys.

Una modificació d'aquesta teoria, encara que poc acceptada, assegura que l'univers continuaria la seva expansió sense provocar un Big Rip.

Descripció física[modifica | modifica el codi]

Mida[modifica | modifica el codi]

La mida de l'univers és una qüestió oberta. De fet encara no hi ha acord sobre si és finit o infinit. De totes maneres, sí que es pot estimar la mida de l'univers observable, que és finit i consisteix en tot allò que podria haver afectat la Terra des del Big Bang, tenint en compte la velocitat de la llum. Es calcula que l'univers observable podria ocupar un volum de 5 x 1032 anys llum cúbics, amb 7 x 1022 estrelles, organitzades en unes 1010 galàxies. Observacions recents amb el telescopi espacial Hubble indiquen que aquest nombre podria ser superior.

Normalment, les referències a l'univers, tant per afeccionats com professionals, solen fer referència per defecte a aquest univers observable o visible. De fet, en contradicció aparent amb les teories de Copèrnic, nosaltres estem situats al centre de l'univers observable. Això és així perquè l'univers visible és precisament tot allò que es troba a una certa distància de nosaltres, i que pot haver interaccionat amb nosaltres durant la història de l'univers.

Forma[modifica | modifica el codi]

Article principal: Forma de l'univers

Una pregunta important oberta en cosmologia és la forma de l'univers. Matemàticament, quina 3-varietat representa millor la part espacial de l'univers?

La primera, que si l'Univers és espacialment pla, es desconeix si les regles de la geometria Euclidiana són vàlides a major escala (encara que es creu que no és pla l'univers, però no es té res segur). Actualment molts cosmòlegs creuen que l'univers observable està molt a prop de ser espacialment pla, amb arrugues locals on els objectes massius distorsionin l'espai-temps, de la mateixa manera que la superfície del llac és gairebé plana. Aquesta opinió va ser reforçada per les últimes dades del WMAP, mirant cap a les "oscil·lacions acústiques" de les variacions de temperatura a la radiació de fons de microones.[1]

Segon, es desconeix si l'univers és múltiplement connex. L'univers no té cotes espacials d'acord al model estàndard del Big Bang, però no obstant això ha de ser espacialment finit (compacte). Això es pot comprendre utilitzant una analogia en dues dimensions: la superfície d'una esfera no té límit, però no té una àrea infinita. És una superfície de dues dimensions amb curvatura constant en una tercera dimensió. La 3-esfera és un equivalent en tres dimensions en el qual les tres dimensions estan constantment corbades en una quarta.

Si l'Univers fos compacte i sense cotes, seria possible, després de viatjar una distància suficient, tornar al punt de partida. Així, la llum de les estrelles i les galàxies podria passar a través de l'univers observable més d'una vegada. Si l'univers fos múltiplement connex i prou petit (i d'una mida apropiada, tal vegada complex) aleshores possiblement es podria veure una o diverses vegades al voltant d'ell en alguna (o totes) direccions. Encara que aquesta possibilitat no ha estat descartada, els resultats de les darreres investigacions de la radiació de fons de microones fan que això sembli improbable.

Contingut[modifica | modifica el codi]

Camp Ultra Profund del Hubble, imatge d'una petita regió del cel, a prop de la constel·lació del Forn. La llum de les galàxies més petites i més deplaçades cap al vermell es va originar fa aproximadament 13 mil milions d'anys.

L'univers observable actual sembla tenir un espai-temps geomètricament pla, contenint una densitat massa-energia equivalent a 9,9 × 10-30 grams per centímetre cúbic. Els constituents primaris semblen consistir en un 73% d'energia fosca, 23% de matèria fosca freda i un 4% d'àtoms. Així, la densitat dels àtoms equivaldria a un nucli d'hidrogen senzill per cada quatre metres cúbics de volum.[7] La naturalesa exacta de l'energia fosca i la matèria fosca freda segueix sent un misteri. Actualment s'especula amb què el neutrí, (una partícula molt abundant en l'univers), tingui, encara que mínima, una massa. De comprovar aquest fet, podria significar que l'energia i la matèria fosca no existeixen.

Durant les primeres fases del Big Bang, es creu que es van formar les mateixes quantitats de matèria i antimatèria. Matèria i antimatèria haurien d'eliminar-se mútuament en entrar en contacte, per la qual cosa l'actual existència de matèria (i l'absència d'antimatèria) suposa una violació de la simetria CP (Vegeu Violació CP), per la qual cosa pot ser que les partícules i les antipartículas no tinguin propietats exactament iguals o simètriques,[8] o pot ser que simplement les lleis físiques que regeixen l'univers afavoreixin la supervivència de la matèria davant l'antimatèria.[9] En aquest mateix sentit, també s'ha suggerit que potser la matèria fosca sigui la causant de la bariogènesi en interaccionar de diferent manera amb la matèria que amb l'antimatèria.[10]

Abans de la formació de les primeres estrelles, la composició química de l'Univers consistia primàriament en hidrogen (75% de la massa total), amb una quantitat menor d'heli-4 (4He) (24% de la massa total) i la resta d'altres elements.[11] Una petita porció d'aquests elements estava en la forma de l'isòtop deuteri (2H), heli-3 (3He) i liti (7Li).[12] Conseqüentment la matèria interestel·lar de les galàxies ha estat enriquida sense parar per elements més pesants. Aquests s'han introduït com a resultat de les explosions de supernoves, els vents estel lars i l'expulsió de la coberta exterior d'estrelles desenvolupades

El Big Bang va deixar darrere un flux de fons de fotons i neutrins. La temperatura de la radiació de fons ha minvat sense parar amb l'expansió de l'Univers i ara fonamentalment consisteix en l'energia de microones equivalent a una temperatura de 2725 K.[13] La densitat del fons de neutrins actual és sobre 150 per centímetre cúbic.[14]

Multiplicitat d'universos[modifica | modifica el codi]

Des d'un punt de vista metafísic, hi ha qui ha proposat que el nostre univers només és un d'una col·lecció d'universos independents o paral·lels que coexisteixen simultàniament, que tots plegats formarien un multivers.[15] Com que no hi ha possibilitat científica de comprovar aquesta teoria, el principi de la navalla d'Occam aconsella mantenir la idea d'un sol univers. De fet, la idea dels universos paral·lels es popular sobretot en Ciència-Ficció.

Referències[modifica | modifica el codi]

Portal

Portal: Astronomia

  1. Will Durant, Our Oriental Heritage:
    « "Dos sistemes del pensament hindú va proposar hipòtesis físiques força similars a les de l'antiga Grècia. Kanada, fundador de la filosofia Vaisheshika, va proposar que el món estava format per una quantitat d'àtoms com tipus d'elements hi havia. El jainisme es va apropar més a Demòcrit ensenyant-los que tots els àtoms eren del mateix tipus, produint diferents efectes per diversos modes de combinació. Kanada creia que la llum i la calor eren varietats de la mateixa substància; Udayana creia que tota la calor provenia del sol; i Vachaspati, com Newton, va interpretar la llum com a composta de diminutes partícules emeses per substàncies que arribaven a l'ull." »
  2. F. Th. Stcherbatsky (1930, 1962), Buddhist Logic, Volume 1, p. 19, Dover, New York:
    « "Els budistes negaven l'existència de matèria substancial. Per a ells el moviment consistia en moments, és un moviment sincopat, centelleigs momentanis de raigs d'energia... "Tot és evanescent“,... diu el budista, perquè no hi ha res de material... Tots dos sistemes [Sānkhya, i després el budisme indi] comparteixen una tendència comuna a empènyer les anàlisis de l'Existència als seus mínims, als últims elements que són imaginats en qualitats absolutes o objectes que posseeixen només una única qualitat. Són anomenats “qualitants” (guna-dharma) en tots dos sistemes en el sentit de qualitats absolutes, un tipus d'energies atòmiques i intraatòmiques, energies de les quals estan composts els objectes empírics. Tots dos sistemes, per tant, estan d'acord en negar la realitat objectiva de les categories de la Substància i la Qualitat,… i de la relació d'inferència unint-les. En la filosofia Sānkhya no hi ha separació entre l'existència i les qualitats. Elq ue anomenem qualitat no és sinó una manifestació particular d'una entitat subtil. Per a totes les noves unitats de qualitat es correspon un quàntum subtil de matèria que és anomenat guna “qualitat”, però representa una entitat subtil substantiva. El mateix s'aplica al budisme primerenc en el que totes les qualitats són substantives… o, amb més precisió, entitats dinàmiques, encara que també són anomenats dharmes ('qualitats')." »
  3. «Heavy Ion Collisions». Brookhaven National Laboratory.
  4. Thomas Ludlam, Larry McLerran. «What Have We Learned From the Relativistic Heavy Ion Collider?». Physics Today, Octubre de 2003. [Consulta: 28 de febrer de 2007].
  5. Ken Tan. «New 'Hobbit' Galaxies Discovered Around Milky Way». space.com, 15 de gener de 2007. [Consulta: 1 de març de 2007].
  6. «Dwarf Spheroidal Galaxies». The Uppsala Astronomical Observatory. [Consulta: 1 de març de 2007].
  7. Gary Hinshaw. «What is the Universe Made Of?». NASA WMAP, 10 de febrer de 2006. [Consulta: 1 de març de 2007].
  8. La Antimateria
  9. Difference in direct charge-parity violation between charged and neutral B meson decays,Nature 452, 332-335 (20 de març de 2008)
  10. Ciencia Kanija » Nova teoria de l'univers encaixa dos dels majors misteris
  11. «Big Bang Nucleosynthesis». UCLA, 12 de setembre de 2004. [Consulta: 2 de març de 2007].
  12. Plantilla:Ref-publicación
  13. Gary Hinshaw. «Tests of the Big Bang: The CMB». NASA WMAP, 15 de desembre de 2005. [Consulta: 2 de març de 2007].
  14. Belle Dumé. «Background neutrinos join the limelight». Institute of Physics Publishing, 16 de juny de 2005. [Consulta: 2 de març de 2007].
  15. Els seus models són especulatius però utilitzen els mètodes de la física de Royal Astronomical Society. 347, 2004 [Consulta: 9 gener 2007]. 

Bibliografia[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]