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Big bang - Coggle Diagram

- - - - Questi sono talvolta chiamati i tre pilastri della teoria del Big Bang. Altri tipi di prove supportano il quadro d'insieme, come ad esempio molte proprietà della struttura a grande scala dell'universo,[43] che sono previste a causa della crescita gravitazionale della struttura nella teoria standard del Big Bang.
- - - - v è la velocità di allontanamento di una galassia (o di un qualsiasi oggetto lontano dalla Terra)
        
        La legge di Hubble ha due possibili spiegazioni: o la Terra è al centro di una espansione delle galassie, che è insostenibile per via del principio copernicano, o l'universo si sta espandendo uniformemente dappertutto. Questa espansione era prevista dalla relatività generale nella formulazione di Alexander Friedman[8] del 1922 e di Georges Lemaître del 1927,[9] molto prima che Hubble facesse le sue analisi e osservazioni nel 1929, e rimane il fondamento della teoria del Big Bang così come è stata sviluppata da Friedmann, Lemaître, Robertson e Walker.
        
        La teoria richiede che la relazione {\displaystyle v=HD} v = HD sia mantenuta in ogni arco di tempo, dove D è la distanza propria, {\displaystyle v=dD/dt}v = d D/d t. Le quantità v, H e D variano mentre l'universo si espande (perciò si indica con {\displaystyle H{0}}H{0} la costante di Hubble nella nostra epoca astronomica). Per distanze molto inferiori alla grandezza dell'universo osservabile, il redshift dovuto alla legge di Hubble può essere interpretato come un effetto Doppler, e quindi può essere calcolata la velocità di allontanamento {\displaystyle v}v. Tuttavia, il redshift non è un vero e proprio effetto Doppler, bensì il risultato dell'espansione dell'universo tra l'attimo in cui un fascio di luce è stato emesso e il momento in cui è stato ricevuto.[44]
        
        Che lo spazio sia in una fase di espansione metrica è evidenziato dalle prove di osservazione diretta del principio cosmologico e del principio di Copernico, che insieme alla legge di Hubble non hanno altra spiegazione. I redshift astronomici sono estremamente isotropi e omogenei,[12] confermando il principio cosmologico, il quale afferma che l'universo appare uguale in tutte le direzioni. Se gli spostamenti verso il rosso fossero il risultato di un'esplosione da un punto distante da noi, questi non sarebbero così simili lungo le diverse direzioni.
        
        Le misure degli effetti della radiazione cosmica di fondo nelle dinamiche dei sistemi astrofisici distanti effettuate nel 2000 hanno confermato il principio di Copernico, cioè che la Terra non è in una posizione centrale su scala cosmica.[45] La radiazione proveniente dal Big Bang era sicuramente più calda nelle prime epoche in tutto l'universo. Il raffreddamento uniforme della radiazione cosmica di fondo attraverso miliardi di anni è spiegabile solo se l'universo sta subendo un'espansione metrica ed esclude la possibilità che siamo nell'unico centro dell'esplosione.
      - D è la distanza propria comovente dell'oggetto
      - H0 è la costante di Hubble, che risulta essere 70,1±1,3 km s−1 Mpc−2 (dai rilevamenti del satellite WMAP).[29]
- - - - la causa dell'espansione iniziale e della nascita dell'universo dal "nulla"
      - la possibilità dell'esistenza di uno spaziotempo precedente
      - l'inconciliabilità in condizioni così estreme della relatività generale con la meccanica quantistica
      - una possibile violazione della legge di conservazione dell'energia
    - - modelli che includono uno stato originale senza inizio, come lo stato "senza frontiere" di Hartle-Hawking, nel quale l'intero spaziotempo è finito ma senza confini; ciò implica che il Big Bang costituisca un limite del tempo, ma senza la necessità di una singolarità iniziale[60][61]; anche la cosmologia dal potenziale quantistico elimina la singolarità affermando l'eternità dell'universo, come un fluido di gravitoni[62];
      - modelli di mondo-brana della teoria delle stringhe[63], nei quali l'inflazione è dovuta al movimento delle "brane" (enti proposti nella teoria delle stringhe). I modelli di mondo-brana includono:
      - il modello pre-Big Bang (cosmologia di stringa);
      - il modello ekpirotico, nel quale il Big Bang è il risultato di una collisione tra brane e può essere ciclico;[64][65]
      - il Big Bounce, una variante del modello ciclico classico, nel quale le collisioni avvengono periodicamente nell'ambito della gravità quantistica.[66]
      - la nascita di universi a partire da un buco bianco (selezione naturale cosmologica).[67]
      - alcune varianti del modello ciclico (cosmologia ciclica conforme, modello di Baum-Frampton), applicabili all'universo aperto anziché solo a quello chiuso.
      - l'universo a energia totale nulla, nato da una fluttuazione del vuoto quantistico senza violare il principio di conservazione dell'energia[68][69][70][71][72].
      - la teoria dell'inflazione caotica, nella quale eventi inflativi avvengono casualmente all'interno di una "schiuma quanto-gravitazionale" (falso vuoto), dando luogo a molteplici universi che si espandono come bolle a partire dal proprio Big Bang.[73][74]
      - Molte di queste ipotesi si basano sulle tre principali teorie proposte in cosmologia, non verificate sperimentalmente: l'inflazione, la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop (queste ultime due teorie non prettamente cosmologiche); ognuna di esse ha un proprio modo di concepire il Big Bang. In alcune di queste ipotesi esso viene proposto come un evento in un universo più grande e più vecchio (o come un multiverso, risolvendo anche la questione del principio antropico) e non come l'inizio letterale di tutta la realtà.