Teoria Wielkiego Wybuchu.

Światło! Światło widzę!

Grafika przedstawiająca ewolucję Wszechświata według danych z satelity WMAP.

 

Nie wiadomo czy pod wpływem czyjegoś kaprysu czy chwilowego zaburzenia jakiejś tajemniczej równowagi ale stało się. Wielka eksplozja choć to nie najlepsze określenie dla rozszerzającej się przestrzeni w… pustce?! No i już na samym początku mamy problem z opisaniem naszego kosmicznego pochodzenia a zostało jeszcze niemal 14 miliardów lat historii. Nauka w sporym uproszczeniu opisuje początek uniwersum jako osobliwość (punkt) nieskończenie gesty i gorący który na skutek tak zwanych kwantowych fluktuacji rozpoczął nagłą ekspansję i w ułamku sekundy powiększył się niemal do rozmiaru który ma obecnie i powiększa się nadal lecz już nie tak szybko. Przez pierwsze ułamki sekundy tuż po wybuchu uniwersum było ogromnie gorące około 10*32 Kelwinów i gęste 10*92 g/cm2. Wszystko wokół wypełniało promieniowanie i chyba najlepszym porównaniem jest wnętrze gwiazdy ewentualnie coś bliższego naszej wyobraźni czyli bardzo mglisty i słoneczny zarazem dzień kiedy światło słoneczne oślepia nas równomiernie z każdej strony rozpraszane przez mgłę . Stan taki trwał przez około 380 tysięcy lat, do momentu aż wszechświat ochłodził się na tyle że ostatecznie powstała cała obecna materia. Temperatura spadła na tyle że jądra atomowe (powstałe 300 tysięcy lat po wybuchu w chwili zwanej nukleosyntezą) mogły wychwycić wolne elektrony i powstały pełnowartościowe pierwiastki wodoru, nieco helu, odrobinka litu oraz niewiele berylu oraz wszystkie oddziaływania. Wszechświat stał się przeźroczysty i… nastała nieprzenikniona ciemność.

Jest to typowy obraz przedstawiający ekspandujący Wszechświat jednak w przeciwności do kuli w naszym Wszechświecie nie można wskazać punktu centralnego (skąd rozpoczęła się ekspansja przestrzeni).

Inflacja

Inflacja to nie tylko słowo opisujące ekonomiczne aspekty utraty wartości pieniądza ale również hipotetyczne zjawisko mające miejsce w bardzo wczesnym wszechświecie dzięki któremu możliwe było powstanie gwiazd, galaktyk a co za tym idzie nas samych. Był to czas kiedy w niewielkim ułamku sekundy przestrzeń powiększyła się niemal do obecnych rozmiarów uniwersum. Mające miejsce w tym czasie tajemnicze kwantowe fluktuacje sprawiły, że rozmieszczenie materii we wszechświecie przestało być jednolite. Pojawiły się miejsca gdzie gęstość materii powodowała grawitacyjne zapadanie obłoków gazowych w których to rodziły się pierwsze gwiazdy. Na początku były to ogromne gwiazdy składające się w ¾ z wodoru i ¼ z helu. Dopiero gwiazdy II i I populacji które powstały z materii pozostałej po eksplozjach pierwotnych gwiazd zawierały więcej ciężkich pierwiastków zmieniających nieznacznie ich cykle ewolucyjne, niemniej jednak nadal są to tylko niewielkie ilości rzędu kilku procent.

Wieki Ciemne

I tak nastała noc. Cały Wszechświat odkrył nieprzenikniony mrok. Mimo iż nic nie było widać to ewolucja wszechświata trwała nadal. W wielu miejscach materia miała gęstość nieznacznie większą od pozostałych miejsc co w połączeniu z efektami grawitacyjnymi doprowadziło do tworzenia się obłoków wodoru w których rozpoczęło się formowanie pierwszych gwiazd i galaktyk. Proces ten trwał około 400 milionów lat po czym zapłonęły pierwsze gwiazdy trzeciej generacji (najstarszej) a były to gwiazdy ogromne przy których nasze słońce to fasolka przy piłce futbolowej. Z gwiazdami sprawa wygląda bardzo ciekawie albowiem wydawać by się mogło, że duże gwiazdy żyją dłużej a tymczasem jest zupełnie odwrotnie. Gwiazda im większa tym krócej żyje natomiast im mniejsza tym jej żywot jest dłuższy. Jak to możliwe? Otóż im większa gwiazda tym więcej paliwa może spalić. Masa gwiazdy przekłada się również na jej grawitację a ta z kolei na siłę z jaką się zapada do własnego wnętrza to natomiast ma wpływ na temperaturę i ciśnienie panujące w jądrze gwiazdy. Jak wiadomo nam ze szkoły im intensywniejsze warunki we wnętrzu gwiazdy tym bardziej wydajne reakcje syntezy jądrowej. Szacuje się że pierwsze gwiazdy jakie zapłonęły we wszechświecie mogły być nawet 100 razy większe od naszego Słońca. Żyły one tylko około miliona lat co w porównaniu z brązowymi lub czerwonymi karłami, gwiazdami tak małymi, że reakcje termojądrowe w ich wnętrzach niemal nie zachodzą i mogą one żyć nawet setki (!!!) miliardów lat wydaje się mgnieniem oka.

Przekrój przez gwiazdę ze wskazaniem kolejnych warstw syntezowania pierwiastków chemicznych.

Materia

Góry, oceany, zwierzęta, chmury, planety i w końcu my sami zbudowani jesteśmy z materii. I teraz uwaga najlepsze! Niemal cała widzialna materia jaka znajduje się we Wszechświecie powstała we wnętrzach gwiazd! O tak! Każdy atom naszego ciała kiedyś został zsyntetyzowany w jakiejś gwieździe która dokonała żywota w niedalekim sąsiedztwie. W ostatnich sekundach swojego krótkiego żywota została rozerwana na atomy które przez długi czas krążyły po okolicznej przestrzeni jako mgławica planetarna (tak nazywają się obłoki materii pozostałe po eksplozji gwiazd) nim ponownie pod wpływem grawitacji uformowały się kolejne słońca z ich układami planetarnymi a wśród nich nasza Ziemia i my. Czyż nie jest to fascynujące?! Pomyśl tylko. Siedzisz teraz przed komputerem czytając ten tekst a jeszcze kilka miliardów lat temu nie istniały nawet atomy z których składasz się ty i twój komputer. Nasuwa się pytanie jak długo może trwać ten cykl życia i śmierci gwiazd? Otóż będzie on trwać tak długo aż nie wyczerpie się wodór znajdujący się we wszechświecie co zapewne szybko nie nastąpi. Kiedy ostatnie gwiazdy zgasną, pozostaną jeszcze czarne dziury które będą powoli parować przez biliony lat po tym jak ostatnie życie przestanie istnieć w kosmosie. Czarne dziury wyparują, żelazne jądra pozostałych gwiazd zgasną i osiągną temperaturę zera absolutnego, pozostała materia się rozproszy i nastąpi śmierć termiczna kosmosu która trwać będzie do końca świata ale czy będzie wtedy można jeszcze mówić upływającym czasie skoro już nie będzie żadnych zmian które nadawały sens istnienia czasu ani istot mogących go odliczać ??

Bardziej szczegółowa grafika przedstawiająca kolejne etapy ewolucji Wszechświata na podstawie danych z satelity Planck.

Naprawdę długa i skomplikowana droga wiodła do stworzenia Ciebie i mnie- żyjących istot posiadających samoświadomość ale o tym i o wielu innych niemniej fascynujących rzeczach już innym razem.