Articles

Pochodzenie: CERN: Idee: The Big Bang | Exploratorium

Historia Wszechświata
photo: CERN
Kliknij zdjęcie, aby zobaczyć rozszerzoną Historię Wszechświata.

Czy wiesz, że materia w Twoim ciele ma miliardy lat?
Według większości astrofizyków cała materia znajdująca się obecnie we wszechświecie – w tym materia w ludziach, roślinach, zwierzętach, na Ziemi, w gwiazdach i galaktykach – została stworzona w pierwszej chwili czasu, co przypuszczalnie miało miejsce około 13 miliardów lat temu.
Wszechświat rozpoczął się, jak uważają naukowcy, z każdą drobiną jego energii zakleszczoną w bardzo małym punkcie. Ten niezwykle gęsty punkt eksplodował z niewyobrażalną siłą, tworząc materię i napędzając ją na zewnątrz, aby miliardy galaktyk naszego ogromnego wszechświata. Astrofizycy nazwali tę tytaniczną eksplozję Wielkim Wybuchem.
Wielki Wybuch był jak żadna eksplozja, której możesz być świadkiem dzisiaj na Ziemi. Na przykład, eksplozja bomby wodorowej, której centrum rejestruje około 100 milionów stopni Celsjusza, porusza się w powietrzu z prędkością około 300 metrów na sekundę. W przeciwieństwie do tego, kosmolodzy wierzą, że Wielki Wybuch rozrzucił energię we wszystkich kierunkach z prędkością światła (300 000 000 metrów na sekundę, milion razy szybciej niż bomba wodorowa) i szacują, że temperatura całego wszechświata wynosiła 1000 trylionów stopni Celsjusza w zaledwie ułamek sekundy po eksplozji. Nawet rdzenie najgorętszych gwiazd w dzisiejszym wszechświecie są znacznie chłodniejsze niż to.
Jest jeszcze jedna ważna cecha Wielkiego Wybuchu, która czyni go wyjątkowym. Podczas gdy wybuch bomby wyprodukowanej przez człowieka rozszerza się poprzez powietrze, Wielki Wybuch nie rozszerzył się przez nic. To dlatego, że na początku czasu nie było przestrzeni, która mogłaby się rozszerzyć. Fizycy uważają raczej, że Wielki Wybuch stworzył i rozciągnął samą przestrzeń, rozszerzając wszechświat.

Chłodzący, rozszerzający się wszechświat

Hubble Deep Field
photo: Space Telescope Science Institute
W miarę jak wczesny wszechświat stygł, materia wytworzona w Wielkim Wybuchu gromadziła się w gwiazdy i galaktyki.

Przez krótką chwilę po Wielkim Wybuchu ogromne ciepło stworzyło warunki niepodobne do żadnych warunków, jakie astrofizycy widzą w dzisiejszym wszechświecie. Podczas gdy planety i gwiazdy dzisiaj składają się z atomów pierwiastków takich jak wodór i krzem, naukowcy wierzą, że wszechświat był zbyt gorący dla czegokolwiek innego niż najbardziej fundamentalne cząstki – takie jak kwarki i fotony.
Ale w miarę jak wszechświat szybko się rozszerzał, energia Wielkiego Wybuchu stawała się coraz bardziej “rozcieńczona” w przestrzeni, powodując ochłodzenie wszechświata. Otwarcie butelki piwa powoduje mniej więcej podobny efekt chłodzenia i rozszerzania: gaz, raz zamknięty w butelce, rozprzestrzenia się w powietrzu, a temperatura piwa spada.
Szybkie chłodzenie pozwoliło materii, jaką znamy, uformować się we wszechświecie, chociaż fizycy wciąż próbują dowiedzieć się dokładnie, jak to się stało. Około jednej dziesięciotysięcznej sekundy po Wielkim Wybuchu powstały protony i neutrony, a w ciągu kilku minut cząstki te skleiły się ze sobą, tworząc jądra atomowe, głównie wodoru i helu. Setki tysięcy lat później elektrony przylgnęły do jąder, tworząc kompletne atomy. Skąd się biorą planety takie jak Ziemia? Przez miliardy lat gwiazdy “gotują” atomy wodoru i helu w swoich gorących rdzeniach, tworząc cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen. Duże gwiazdy z czasem eksplodują, wyrzucając te pierwiastki w przestrzeń kosmiczną. Materia ta następnie kondensuje się w gwiazdy, planety i satelity, które tworzą układy słoneczne, takie jak nasz własny.

Skąd wiemy, że Wielki Wybuch miał miejsce?
W ciągu ostatnich stu lat astrofizycy odkryli wiele przekonujących dowodów na poparcie teorii Wielkiego Wybuchu. Wśród tych dowodów jest obserwacja, że wszechświat się rozszerza. Przyglądając się światłu emitowanemu przez odległe galaktyki, naukowcy odkryli, że galaktyki te szybko oddalają się od naszej galaktyki, Drogi Mlecznej. Eksplozja taka jak Wielki Wybuch, która wysłała materię na zewnątrz z jednego punktu, wyjaśnia tę obserwację.


Czy wiesz, że szum w telewizorze jest spowodowany promieniowaniem pozostałym po Wielkim Wybuchu?

Innym ważnym odkryciem była obserwacja niskich poziomów mikrofal w przestrzeni kosmicznej. Astronomowie uważają, że te mikrofale, których temperatura wynosi około -270 stopni Celsjusza, są pozostałością po ekstremalnie wysokotemperaturowym promieniowaniu wytworzonym przez Wielki Wybuch.
Co ciekawe, astronomowie mogą sobie wyobrazić jak gorący był kiedyś wszechświat patrząc na bardzo odległe chmury gazu przez teleskopy o dużej mocy. Ponieważ światło z tych obłoków może potrzebować miliardów lat, aby dotrzeć do naszych teleskopów, widzimy takie ciała tak, jak wyglądały one eony temu. I oto, te starożytne obłoki gazu wydają się być gorętsze niż młodsze.
Naukowcy byli również w stanie podtrzymać teorię Wielkiego Wybuchu mierząc względne ilości różnych pierwiastków we wszechświecie. Stwierdzili, że wszechświat zawiera około 74% masy wodoru i 26% masy helu, dwóch najlżejszych pierwiastków. Wszystkie inne cięższe pierwiastki – w tym pierwiastki powszechne na Ziemi, takie jak węgiel i tlen – stanowią jedynie niewielki ślad całej materii.
Jak to więc dowodzi czegokolwiek o Wielkim Wybuchu? Naukowcy wykazali, używając obliczeń teoretycznych, że te ilości mogły powstać tylko we wszechświecie, który rozpoczął się w bardzo gorącym, gęstym stanie, a następnie szybko ochłodził się i rozszerzył. Jest to dokładnie taki rodzaj wszechświata, jaki przewiduje teoria Wielkiego Wybuchu.
następna strona…